◎鄭聯(lián)合，羅　山，張紅建，趙　闊，陳　艷，王　乃

（海南省糧油科學研究所，海南　瓊海　571400）

我國糧情測控預(yù)警系統(tǒng)現(xiàn)狀與展望

◎鄭聯(lián)合，羅山，張紅建，趙闊，陳艷，王乃

（海南省糧油科學研究所，海南瓊海571400）

糧情測控預(yù)警系統(tǒng)是現(xiàn)代化糧庫必須設(shè)置的系統(tǒng)之一，當前依然存在系統(tǒng)兼容性差、抗干擾能力差、檢測項目少及智能化水平低等缺點，因此需要進一步優(yōu)化糧情測控預(yù)警系統(tǒng)。本文重點分析了糧情測控預(yù)警系統(tǒng)工作原理及系統(tǒng)構(gòu)成，總結(jié)分析了當前糧情測控預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用存在的問題，并提出數(shù)字化、自動化、智能化、集成化是將來糧情測控預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

糧情測控預(yù)警系統(tǒng)；工作原理；現(xiàn)狀；展望

在糧食儲藏過程中，由于濕度、溫度及其他因素的影響，糧食可能會出現(xiàn)發(fā)熱、霉變、蟲害等現(xiàn)象［1］。為了避免糧食腐敗變質(zhì)，確保糧食質(zhì)量與品質(zhì)，需要第一時間準確了解糧食在儲藏過程中相關(guān)物理量的變化情況，總結(jié)出變化規(guī)律。糧情測控預(yù)警系統(tǒng)是采用現(xiàn)代電子技術(shù)實時監(jiān)測儲藏中的糧情變化情況，對檢測數(shù)據(jù)進行準確分析與預(yù)測，對不正常糧情提出處理建議和實施有效控制措施的系統(tǒng)，其為安全、科學儲藏糧食提供了科學的依據(jù)與技術(shù)保障［2］。

1　糧情測控預(yù)警系統(tǒng)

1.1糧情測控預(yù)警系統(tǒng)工作原理

糧情測控預(yù)警系統(tǒng)的工作原理是指采用傳感器把各種測量的數(shù)據(jù)（如水分、濕度、溫度、氣體濃度等）轉(zhuǎn)換為模擬信號或電子數(shù)字信號，運用測控軟件進行識別與處理，形成可視化的水分、溫度、氣體濃度、濕度等方面的具體數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)判斷儲藏糧食的具體情況，再制定針對性儲藏策略。

1.2糧情測控預(yù)警系統(tǒng)的組成

糧情測控預(yù)警系統(tǒng)是采用通信、傳感器、計算機等現(xiàn)代電子技術(shù)實施檢測儲藏糧食的具體變化，并能夠傳輸數(shù)據(jù)、存儲、分析預(yù)警報警、自動控制保糧設(shè)備適時運行的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示［3］。

圖1　糧情測控預(yù)警系統(tǒng)主要功能結(jié)構(gòu)示意圖

1.3糧情測控相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀

1.3.1傳感器技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

傳感器技術(shù)是對人類感覺功能的一種延伸，它使人感受信息的能力更加廣闊、準確、快速。目前糧情監(jiān)測系統(tǒng)中常用到的傳感器主要有溫度傳感器、濕度傳感器和氣體傳感器［4］?，F(xiàn)階段，我國采用的溫度傳感器主要分為模擬傳感器、數(shù)字式傳感器和PN結(jié)型傳感器。

模擬傳感器以熱敏電阻傳感器為代表，原理是外部環(huán)境溫度變化致使其阻值變化。熱敏電阻傳感器其優(yōu)點為成本低、簡單容易使用、體積小。缺點為轉(zhuǎn)化性較差，溫度變化與阻值變化之間不成線性關(guān)系。一般情況下其測量范圍為-40℃～50℃之間，檢測精度為i 1℃。目前我國糧情測控系統(tǒng)中仍主要以此類傳感器為主。

數(shù)字式溫度傳感器以DS18XX系列為代表，它是將溫度物理量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并以總線方式傳送到計算機進行數(shù)據(jù)處理。其測控溫度在-55℃～123℃，測量精度為i 0.5℃［5］。它與熱敏電阻測溫傳感器不同之處在于該傳感器最多只需3根導線即可連接多個傳感器，大大減少導線成本的同時也降低了設(shè)備維護難度。而且數(shù)字式傳感器還具有抗干擾能力強、微型化、低功耗等優(yōu)點，但由于其價格較高，目前數(shù)字式傳感器應(yīng)用較少，僅存在于立筒倉等高大倉中。

糧情是由溫度、濕度、水分、蟲、霉等多個因素共同決定的，因此必須綜合考慮這些因素才能準確獲得糧食質(zhì)量情況［6］。馬志［7］等運用加權(quán)數(shù)融合算法對剔除疏忽誤差的同質(zhì)數(shù)據(jù)進行一級融合，再用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行二級融合，最后對糧食的質(zhì)量情況進行綜合評價。該方法提高了糧食監(jiān)測系統(tǒng)的準確性和全面性。龐海峰［8］等構(gòu)建了基于最小二乘支持向量機的數(shù)據(jù)融合模型，并對廣西一糧庫具體數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合結(jié)果與實際數(shù)誤差很小，該方法能科學、有效地對糧情監(jiān)測結(jié)果進行分析。

1.3.2通信技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

通信技術(shù)與計算機技術(shù)的結(jié)合構(gòu)成了現(xiàn)代信息技術(shù)的核心［9］。糧情測控系統(tǒng)中的通信技術(shù)是將傳感器數(shù)值傳輸?shù)竭h離糧倉的監(jiān)控室，其分為有線通信技術(shù)和無線通信技術(shù)。有線通信技術(shù)中應(yīng)用較多的是RS485總線技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)。RS485總線技術(shù)采用雙向有補償傳輸線標準，軟硬件容易實現(xiàn)、價格便宜，但同時也存在不支持多主結(jié)構(gòu)、通信距離短、系統(tǒng)容量少等缺點，現(xiàn)大型糧庫中已逐步淘汰?，F(xiàn)場總線技術(shù)是一種將現(xiàn)場自動化設(shè)備和控制系統(tǒng)雙向連接的數(shù)字通信協(xié)議，代表著未來發(fā)展的方向。目前，我國糧情測控系統(tǒng)中采用的現(xiàn)場總線技術(shù)包括INTERUS總線技術(shù)、LONWORKS總線技術(shù)、CANGDS總線技術(shù)等。孫康嶺［10］等研究了基于CAN與Ethernet接口的糧情通信分機的嵌入式方法，以網(wǎng)絡(luò)單片機DS80C400為核心進行了軟硬件的設(shè)計與測試，結(jié)果表明通信分機功能齊全，性能穩(wěn)定。張愛筠［11］等提出在Windows環(huán)境下采用VC++6.0的MSComm控件來實現(xiàn)多機通信的方案，給出其主要的代碼，測試顯示該通信方法簡潔可行。

無線糧情測控系統(tǒng)是利用傳感器將溫度、濕度等情況通過分線器轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)形式，然后通過無線通信方式形成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)送至控制室。其主要包括無線局域網(wǎng)通信技術(shù)、藍牙技術(shù)、Zigbee和移動通信技術(shù)。張煉冬［12］等結(jié)合IEEE802.15.4無線局域網(wǎng)技術(shù)和IEEE1451.5智能傳感器技術(shù)，建立了一種新型糧情測控系統(tǒng)，并針對改系統(tǒng)給出了軟硬件設(shè)計方法及相應(yīng)的通信協(xié)議。羅源［13］等基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)雙頻段通信技術(shù)，設(shè)計完成了測控分機集成人機操作界面、可移動無線測溫單元及采用電池供電的無線終端采集器，實現(xiàn)了糧食日常管理的準確化、高效化。

2　糧情測控預(yù)警系統(tǒng)存在的問題

2.1系統(tǒng)兼容性差

當前我國糧情測控預(yù)警系統(tǒng)生產(chǎn)廠家較多，沒有強制性、統(tǒng)一的國家標準或行業(yè)標準，對軟硬件的主要性能指標并未進行量化或具體的規(guī)定，并未確定軟件接口的定義，從而造成各種廠家生產(chǎn)的系統(tǒng)產(chǎn)品規(guī)格、型號、功能、軟硬件結(jié)構(gòu)差異較大，兼容性較差。同時分批建設(shè)的糧庫，每次建庫、擴庫使用了不同廠家生產(chǎn)的糧情測控預(yù)警系統(tǒng)，這些系統(tǒng)之間互不兼容，從而浪費了大量資金，實際維護與使用成本較高［14］。

2.2系統(tǒng)抗干擾能力差、精度低

國內(nèi)糧情測控預(yù)警系統(tǒng)一般采用有線通信方式，糧情數(shù)據(jù)以模擬信號形式進行傳輸，工業(yè)、電磁及其他雜波信號干擾極易借助連接電纜引入，系統(tǒng)抗干擾能力較差，測控精確度較低［15］。糧庫內(nèi)傳感器節(jié)點較多，引線長，布局復雜，糧食倒倉時極易損壞監(jiān)測設(shè)備。同時，有的糧情測控預(yù)警系統(tǒng)并未涉及防雷電路和采取有效的防雷干擾對策，有的電子元器件并未進行防靜電、防雷擊等相關(guān)處理，增加了系統(tǒng)被雷擊的風險，常常出現(xiàn)雷擊壞事件，降低了測量數(shù)據(jù)精確度，嚴重情況下可能會造成整個系統(tǒng)的崩潰［16］。

2.3系統(tǒng)檢測項目少

國內(nèi)大多數(shù)糧情測控預(yù)警系統(tǒng)只能夠檢測糧食的溫濕度，而對于糧食害蟲密度、氣體濃度、含水量、霉變等方面的檢測，由于費用較高或技術(shù)缺乏，目前為止還未進行配套。

2.4系統(tǒng)智能化水平低

當前，國內(nèi)糧情測控預(yù)警軟件普遍采取VC、VB等語言設(shè)計，功能比較簡單，只具有數(shù)據(jù)檢測、顯示、儲存、打印等基本功能，智能化水平低。當前系統(tǒng)無法基于預(yù)置數(shù)學模型對糧食溫濕度、氣體濃度、含水率、病蟲害密度等數(shù)據(jù)進行變化率分析、差值計算、臨界點判斷等操作；不能綜合處理糧情數(shù)據(jù)，預(yù)測分析出糧情變化發(fā)展趨勢，自動實現(xiàn)霉變、超濕、超溫和病蟲害報警，準確定位出糧庫內(nèi)出現(xiàn)不正常情況的具體位置；對于不正常的糧情，不能采用針對性的自動處理方式。

3　國內(nèi)糧情測控預(yù)警系統(tǒng)展望

3.1傳感器的集成化、數(shù)字化和智能化

如集成P—N結(jié)溫度傳感器便是把信號處理電路、敏感元件及補償、偏置等電路集中設(shè)置在一個芯片上，便于使用與操作。再比如把微處理器和傳感器集中設(shè)置在一個芯片上便成了智能化和數(shù)字化的傳感器。隨著傳感器制造技術(shù)的日益成熟，智能化、數(shù)字化和集成化的傳感器成本將大幅降低，有利于推廣應(yīng)用，從根本上改變了這種糧情測控預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

3.2數(shù)據(jù)檢測全面化

糧情測控預(yù)警系統(tǒng)檢測的內(nèi)容不僅包含當前的溫濕度，而且還包含了糧庫有關(guān)氣體的濃度、糧食水分、害蟲密度等，使得糧情測控預(yù)警系統(tǒng)更能全方位地反映出糧食儲藏安全和質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)，為延緩陳化和安全儲量奠定堅實的技術(shù)保障。

3.3數(shù)據(jù)分析的智能化

能夠?qū)崿F(xiàn)對檢測數(shù)據(jù)的圖形和圖表進行分析、顯示與查詢，同時能夠按照根據(jù)分析糧情數(shù)據(jù)，提供相對應(yīng)的建議與警告等［17］。糧情測控預(yù)警系統(tǒng)能夠基于《機械通風技術(shù)規(guī)則》的要求同時對各種不同的通風倉庫進行實時通風的控制，按照儲糧條件的變化有效控制通風進程與參數(shù)，實現(xiàn)對整個通風過程全方位的清晰記錄，界面清晰，操作便捷，逐漸實現(xiàn)全智能化。

3.4糧情控制自動化

糧食儲藏中的糧情測控技術(shù)同計算機控制計算相同，也將會朝著多媒體控制系統(tǒng)和集散控制系統(tǒng)方面發(fā)現(xiàn)。集散糧情測控系統(tǒng)與多媒體可以將糧情多媒體信息（如儲藏糧食病蟲害密度等）進行采集、監(jiān)視、傳輸、分析處理與處理，增強糧食儲藏技術(shù)的自動化管理水平；同時能夠把糧食儲藏過程中環(huán)流熏蒸、機械通風、生產(chǎn)過程控制和谷物冷卻儲糧控制于一體的集成化糧情測控系統(tǒng)，增強糧食儲藏的自動化和現(xiàn)代化水平［18］。

3.5系統(tǒng)管理網(wǎng)絡(luò)化

將來的糧情測控預(yù)警系統(tǒng)將會在智能化、集成化、標準化、數(shù)字化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)糧情管理網(wǎng)絡(luò)化。整個系統(tǒng)以分散各處的小型糧庫糧情測控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，利用Internet構(gòu)建廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)，實現(xiàn)遠程糧食情況實時查詢、數(shù)據(jù)傳輸、分級管理、設(shè)備監(jiān)控，各級糧食管理機構(gòu)能夠隨時查詢所管轄的庫點糧食數(shù)據(jù)及情況。同時，國家糧食局能夠通過下屬管理部門的局域網(wǎng)及時獲取糧庫糧情具體情況，便于進行有效的監(jiān)管。

隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的成熟，計算機性能越來越高，將有助于促進糧情測控預(yù)警系統(tǒng)的廣泛推廣應(yīng)用。我們相信，只要立足于具體國情，堅持實事求是的原則，從目前我國技術(shù)水平出發(fā)，深入研發(fā)各種類型的糧情測控預(yù)警成套系列產(chǎn)品，真正滿足糧食管理部門糧食儲藏管理的需求，糧情測控預(yù)警技術(shù)運用新體系的形成將會指日可待。

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PresentsituationandProspectofChina'sgrainmonitoringearlywarningsystem

Zheng Lianhe，Luo Shan，Zhang Hongjian，Zhao Kuo，Chen Yan，Wang Nai
（Hainan Institute of cereal and oil science，Qionghai 571400，China）

grainmonitoringearlywarningsystemisoneofthemodernizedgrain warehouse must set the system.At present，there are still poor system compatibility，anti-interference ability is poor，fewer test items and intelligent level of shortcomings. Therefore，it is necessary to further optimize the grain condition monitoring and early warning system.This paper analysis the grain condition monitoring and early warning system working principle and system，summarizes and analyzes the problems existing in thecurrentgrainmonitoringearlywarningsystem，andputsforwardthedigitization，automation，intelligent，integrated and it is the future development trend of grain condition monitoring and early warning system.

grain monitoring and early warning system；working principle；status；Prospect

TS379.3

2015-11-02

鄭聯(lián)合（1965-）男，博士，研究員；專業(yè)方向為食品工程。