CN103235572B - 智能化数字粮库监管系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种智能化数字粮库监管系统。该系统包括硬件设备单元、智能传感器集成终端和粮库集成管理平台，智能传感器集成终端用于通过异构整合技术将硬件设备单元上报的各种不同消息格式的业务数据进行消息解析后，转换为具有统一的消息协议格式的业务数据，通过加工处理形成具有业务特性的数据。粮库集成管理平台用于根据所述具有业务特性的数据和设定的控制算法在所述粮库中进行库容监测、熏蒸控制、通风控制、温湿度监测和/或气体浓度监测。本发明实施例通过温湿度监测模块和通风控制模块、库容监测模块进行联动，可以实现通风作业、熏蒸作业的启动控制，由系统自动计算当前库容，可大大提高库容计算精度。

Description

智能化数字粮库监管系统

技术领域

本发明涉及计算机应用技术领域，尤其涉及一种智能化数字粮库监管系统。

背景技术

根据国家统计局公布的2011年粮食产量数据显示，初步统计，2011年全国粮食总产量达到57121万吨，创造了新的历史纪录，比2010年增产2473万吨，增长4.5%。粮食产量的增长带来直接影响就是剩余粮食的储存量也将大幅度的提高。

我国粮食行业和粮食系统的信息化水平一直比较低，尤其是信息化建设发展不均衡，而且最近几年的粮食系统调整改革，使得原有的信息监管基础设施已不适应新的形势，信息采集分散、多种设施并存、接口和交换独立、标准不统一、信息孤岛现象严重。

“数字粮库”工程，是国家粮食局在“十二五”期间实施“数字粮食”工程的背景下，重点以粮库的作业与管理实现信息化、自动化和智能化为建设目标，通过数字粮库管理平台与数字粮库系统，实现对储备粮集中监管，增强政府对粮食宏观调控能力的专项工程，是“数字粮食”工程的重要组成部分。

目前粮库中的粮食仓储管理工作存在以下问题：

1、粮库信息采集手段落后，数据信息化程度不高

现有系统对温度、湿度、虫害、气体、水分等数据取样采集手段发展不平衡，除温度、湿度外，其他数据的采集绝大部分仍然采用人工手段进行现场采集。同时，管理人员对数据的查看往往停留在纸质表单或者业务系统电力列表，不能对当前粮库信息进行直观的了解，建立不了形象化的概念。问题是数据库可以修改，为不实数据留存漏洞，缺少有效的监管。

2、粮库管理设备需要人工控制，数据感知采集自动化程度不高

目前不少粮库的管理手段还处于人力时代，数据采集和系统控制均采用人工操作，其中大量设备更需要工作人员进行现场操作，比如出入库、货车入仓卸货和行车路径管理、通风设备、制冷设备等，所以造成粮库数据调节上的具有一定的滞后性，不能及时的进行控制，往往容易导致调节管理不及时造成的粮食损失。

3、粮库各控制系统相对独立，缺乏统一联动机制

目前粮库管理所涉及到的控制系统或者设备都是相对独立的，前端的各个传感器的接入没有形成统一的接口标准和协议，无法对设备进行统一接入和规范化管理。多数设备或系统功能单一，且各系统之间缺乏协调，无法完成复杂调控任务。

4、粮库设备标准不统一，数字粮库建设推进缓慢

目前介入数字粮库建设的厂家数量众多，仅仅传感器产品供应商就面对众多的同行业竞争对手，出于保护自身知识产权及商业机密的目的，厂家均自行制定产品的接口标准和通信协议，而数字粮库建设是一个庞杂的系统集成工程，不同部分涉及厂家众多，不统一的技术标准规范在系统集成过程中带来了极大的阻碍，延缓了粮库数字化升级改造进程。

5、缺乏有效的粮食库容计算方法，库容管理滞后

库容监测对于粮库管理者一直是一个管理上的难点，目前缺乏一种特别有效的方式对粮库当前储量和种类进行实时统计并反馈，大多数库容统计仍然停留在纸质单据的数据统计，管理信息和真实库容间存在严重的不匹配性。经过技术发展，目前有部分库容监测利用已有温度传感器所建立的温度分布模型来估算现有库容状态，虽然在一定程度上反映粮库库容变化，但是监测精度往往并不够精确不够，库容计算误差较大，而且仍然没有建立起一套高效完整的粮仓粮食出入库信息统计管理机制，库容管理存在较大漏洞。

6、缺乏智能管理平台，无法建立粮库管理统一的监管平台

目前大多数粮库管理平台只对有限的粮库数据进行展示功能，没有对现有数据进行纵向趋势分析，也没有横向结合其他粮库数据进行粮库当前态势分析，使本已不多的前端数据得到浪费，无法对粮库进行全局化的管理和相关调度。领导决策缺乏进一步的技术和信息支撑，粮库智能化管理难以实现。

发明内容

本发明的实施例提供了一种智能化数字粮库监管系统，以实现对粮库中的通风控制、熏蒸作业和库容计算等作业进行自动管理控制。

一种智能化数字粮库监管系统，包括：

硬件设备单元，包括温度传感器、湿度传感器、通风设备、熏蒸设备、气体采集设备、虫害检测设备，用于采集粮库的各种具体服务的业务数据，将该业务数据发送给智能传感器集成终端，所述业务数据包括温度数据、湿度数据、虫害数据、气体浓度数据；

智能传感器集成终端，用于通过异构整合技术将所述硬件设备单元上报的各种不同消息格式的业务数据进行消息解析后，转换为具有统一的消息协议格式的业务数据，并对所述业务数据进行加工处理，形成具有业务特性的数据并发送给粮库集成管理平台；接收粮库集成管理平台下发的智能传感器集成终端和硬件设备单元的控制命令，向硬件设备单元下发来自粮库集成管理平台的控制命令；

粮库集成管理平台，用于接收和存储智能传感器集成终端发送的具有业务特性的数据，根据所述具有业务特性的数据和设定的控制算法在所述粮库中进行库容监测、熏蒸控制、通风控制、温湿度监测和/或气体浓度监测。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例的智能化数字粮库监管系统通过温湿度监测模块和通风控制模块、库容监测模块进行联动，利用系统预设的处理流程和计算公式对粮堆温度、仓外空气温湿度数据进行分析处理后，可以实现通风作业的启动、通风效果的评估、通风作业的停止全自动化；利用粮堆温度、仓内空气温度数据之间的差值，由系统自动计算当前库容，可大大提高库容计算精度；通过熏蒸控制设备和虫害检测设备、通风控制设备、气体采集设备进行联动，可以实现熏蒸作业的启动、熏蒸效果的评估、熏蒸作业的停止全自动化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种智能化数字粮库监管系统的具体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种粮库集成管理平台的具体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种粮库智能传感器集成终端的具体结构示意图。

具体实施方式

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例一

该实施例提供的一种智能化数字粮库监管系统的具体结构如图1所示，包括如下的模块：硬件设备单元11、智能传感器集成终端12和粮库集成管理平台13。

其中，硬件设备单元11，包括温度、湿度等各种有线或者无线传感器，以及粮堆测温电缆、通风设备、温度调节设备、熏蒸设备、气体采集设备、虫害检测设备等，用于采集各种具体服务的业务数据，将该业务数据发送给智能传感器集成终端12。

智能传感器集成终端12，用于通过异构整合技术将硬件设备单元上报的各种不同消息格式的业务数据进行消息解析后，转换为具有统一的消息协议格式的业务数据。包括多个功能模块，每个功能模块对应一种具体服务，负责实现各个功能模块的业务流程，通过服务管理模块统一配置和管理各功能模块的参数、运行状态以及相互之间的数据交换。通过规则引擎配置解析规则和业务规则，各个功能模块利用所述规则将不同消息格式的业务数据转换为统一格式，并进行初步的加工处理，形成具有业务特性的数据并发送给粮库集成管理平台13。接收粮库集成管理平台13下发的智能传感器集成终端和硬件设备的控制命令，向硬件设备下发来自粮库集成管理平台的控制命令。

粮库集成管理平台13，用于接收和存储智能传感器集成终端12发送的具有业务特性的数据，利用先进的数据挖掘能力和分析算法对该具有业务特性数据进行处理和综合分析，为粮库自身和上级管理单位提供可靠的智能化综合监管平台，并为领导决策提供有效的基础支撑。根据所述具有业务特性的数据和设定的控制算法在所述粮库中进行库容监测、熏蒸控制、通风控制、温湿度监测和/或气体浓度监测向智能传感器集成终端12和硬件设备单元11下发各种控制命令。

上述粮库集成管理平台13可以根据所述具有业务特性的数据和设定的控制算法，在所述粮库中实现库容监测、熏蒸控制、通风控制、三维仿真处理、温湿度监测、报警处理、气体浓度监测等各种控制处理，通过智能传感器集成终端的部署所带来的技术条件，以智能传感器集成终端应用为基础，加强在设备管理控制，数据整理分析的方面的能力，最终为用户构建出一套完整的基于物联网应用的粮库集成管理平台。

该实施例提供的一种上述粮库集成管理平台13的具体结构如图2所示，包括如下的模块：

温湿度监测模块21，目前的粮仓的温湿度监测内容比较单一，而且温湿度结果分析与展示手段也不多，往往是以表格形式展示当前采集的数据，没有实际经验的工作人员并不能读懂数据中反映出来的粮库温湿度信息。

在本发明实施例中，在粮仓内外的多个位置上设置多个粮堆测温电缆、温湿度传感器，上述各个粮堆测温电缆、温湿度传感器按照预先设定的时间间隔采集粮堆温度和仓内外空气温湿度数据，将采集的粮堆温度和仓内外空气温湿度数据发送给智能传感器集成终端。智能传感器集成终端对接收到的粮堆温度和仓内外空气温湿度数据进行初步加工处理，并将处理后的粮堆温度和仓内外空气温湿度数据发送给温湿度监测模块和库容监测模块。

温湿度监测模块接收到各个智能传感器集成终端发送的粮堆温度和仓内外空气温湿度数据后，将所有粮堆温度进行求平均，得到粮堆温度数据均值，将所有仓内外空气温度数据进行求平均，得到仓内外空气温度数据均值，将所有的仓内外空气湿度数据进行求平均，得到仓内外空气湿度数据均值。

温湿度监测模块将上述粮堆温度数据均值、仓内外空气温度数据均值和仓内外空气湿度数据均值发送给通风控制模块。

温湿度监测模块在上述仓内外空气温度数据均值超过预先设定的温度报警阈值后，则向报警处理模块发送粮库整体温度报警信息；

在上述仓内外空气湿度数据均值超过预先设定的湿度报警阈值后，则向报警处理模块发送粮库整体湿度报警信息；

在单个智能传感器集成终端上报的仓内外空气温度或者湿度数据超过预先设定的温度报警阈值后，则向报警处理模块发送单个终端温度或者湿度报警信息和上述单个终端的具体位置信息。

温湿度监测模块还会和通风控制模块、库容监测模块进行联动，利用系统预设的处理流程和通风控制策略对粮堆温度、仓外空气温湿度数据进行分析处理后，由系统自动判断是否需要进行通风控制。利用粮堆温度、仓内空气温度数据之间的差值，由系统自动计算当前库容。这样大大简化了工作人员的操作复杂度，降低了人为因素造成的工作失误和事故发生几率。

库容监测模块22，用于根据温湿度监测模块发送过来的粮堆温度和仓内空气温湿度数据，利用每个测温电缆、温湿度传感器的具体位置信息，确定某个位置附近的粮堆温度和仓内空气温度数据之间的差值大于预先设定的数值（比如5度）后，则确定上述某个位置为粮堆的一个边缘位置。根据一个粮堆的所有边缘位置进行粮堆的立体轮廓定位，根据粮堆的立体轮廓计算出粮堆的体积。将计算出的粮库中的所有粮堆的体积进行求和，得到粮库中的粮食的当前库容量。

另外，上述库容监测模块还通过与智能传感器集成终端连接的RFID读卡器、地磅等设备，对粮食出入库时的称重信息、粮食出入仓记录全程监管，实时计算每个粮仓的理论仓容。同时通过粮仓内的视频画面，或采用微波、激光测距传感器，确定粮堆的立体轮廓，测算出粮堆的体积。将计算出的粮库中的所有粮堆的体积进行求和，得到粮库中的粮食的当前库容量。

上述库容监测模块实现了以多手段复合方式对粮线的变化进行监测，配合多种库容计算算法，以多种方式对库容进行估算。

熏蒸控制模块23，熏蒸操作是当前有效的虫害清理方式，通常的熏蒸操作往往很少和虫情监测数据有太多的关联，工作人员根据经验，判断在一年中某个时间段内容易生虫的时节，需要在这个时节进行熏蒸杀虫。而且熏蒸过程中的投药量也没有进行控制，也是由工作人员根据当前库存容量进行的经验判断，所以投药不足杀虫不彻底，以及投药过量造成毒药外溢是经常的事情。

在本发明实施例中，在粮仓内的多个位置上设置多个气体采集设备和虫害检测设备。上述虫害检测设备按照预先设定的时间间隔采集粮仓内的虫害数据，将采集的虫害数据发送给智能传感器集成终端。智能传感器集成终端对接收到的虫害数据进行初步加工处理，并将处理后的虫害数据发送给熏蒸控制模块。

在熏蒸控制模块中需要预先存储启动熏蒸作业的熏蒸控制阈值，该阈值可以根据实际情况调整。当上述采集的虫害数据超过了上述熏蒸控制阈值时，熏蒸控制模块向报警处理模块发送虫害报警信息，并且提示工作人员进行熏蒸操作。

由于熏蒸操作需要用到磷化氢等有毒气体，存在较大的危险性，且熏蒸设备考虑到成本、安全性、必要性等因素，一般不会在每个仓房固定安装，而是在需要进行熏蒸操作时由工作人员对每个仓房逐一进行。

当工作人员接收到熏蒸控制模块发出的报警后，将熏蒸设备正确安装连接到发出报警的仓房中的智能终端上，之后熏蒸控制模块会通知通风控制模块将所有通风窗口强制关闭，确保熏蒸过程中粮仓处于密闭状态。随后熏蒸控制模块控制熏蒸设备开始执行熏蒸操作，向熏蒸设备中放药以产生磷化氢气体，同时上述各个气体采集设备实时采集粮仓内的磷化氢浓度，将采集的磷化氢浓度通过智能传感器集成终端发送给熏蒸控制模块。一旦粮仓内的磷化氢浓度达到预设的磷化氢阈值，熏蒸控制模块自动停止放药。放药过程可能会根据浓度监测情况进行多次。

放药结束后，粮仓还需要保持一段时间的密闭，以达到灭除害虫的效果。熏蒸控制模块判断时间结束后，再通知通风控制模块按照特定的顺序打开通风窗口进行散气。在特定的时间段或环境下，可能还需要开启风机进行强力通风。至此，熏蒸过程执行完毕，之后会通过虫害检测设备评估熏蒸效果，必要时进行下一次熏蒸操作。

通风控制模块24，主要是在温度监测、湿度监测的基础上，通过通风窗口的开合以及通风设备的配合，合理的调配粮仓内部的空气以及粮食温度，目标是保持粮仓内部的温度尽可能的低，同时在必要时快速的排除仓内积热。

在现有的粮仓的通风控制过程中，当温湿度数据被采集之后，工作人员需要根据历史数据进行相关分析，得出是否需要进行通风作业，或者单纯凭经验在固定时间段进行通风作业。而一旦下达作业指令则需要调配工作人员进入到粮仓周边，通过手动操作对粮仓通风窗口进行打开，同时人工操作鼓风机等通风设备。在通风过程中，温度数据虽然依旧在采集数据，但是大多数情况下，为了保证通风的效果，工作人员往往经验性的加长通风时间，这样往往造成了不必要的设备能源消耗和设备损耗。

通风控制模块接收到温湿度监测模块发送过来的粮堆温度数据均值、仓内外空气温湿度数据均值后，根据所述粮堆温度数据均值、仓内空气温度数据均值之间的差值和所述仓内外空气湿度数据均值，基于设定的通风控制策略判断是否需要启动通风作业。如果是，则通风控制模块通过智能传感器集成终端向轴流风机，电动窗户，电动通风口，鼓风机等通风设备发送开始通风指令，启动通风作业；否则，通风控制模块只将最新的粮堆温度数据均值、仓内外空气温度数据均值和仓内外空气湿度数据均值进行存储。

上述设定的通风控制策略可参照国家粮食局《机械通风储粮技术规程》。允许降温通风的温度条件如下：当粮堆平均温度比仓外空气温度高≥8℃（亚热带6℃）时开始通风；当粮堆平均温度比仓外空气温度高≥4℃（亚热带3℃）时可以继续通风；当粮堆平均温度与仓外空气温度之差≤4℃（亚热带3℃）、粮堆温度梯度≤1℃/m（粮层厚度）时，应结束通风。允许降温通风的湿度条件如下：当前粮温下的粮食平衡绝对湿度≥当前仓外空气绝对湿度，粮食平衡绝对湿度可以在《机械通风储粮技术规程》的附录中查到。

之后，通风控制模块根据温湿度监测模块后续发送过来的粮堆温度数据均值、仓内外空气温度数据均值和仓内外空气湿度数据均值，上述设定的通风控制策略，判断是否需要停止通风作业，如果是，则通风控制模块判断达到了通风效果，通过智能传感器集成终端向通风设备发送停止通风指令，通过作业控制模块停止通风作业；否则，通风作业继续进行。

三维仿真处理模块25，用于利用三维仿真建模技术，建立粮库、粮食处理过程、周边环境、车辆等的仿真模型，构建与粮库实际场景完全相同的三维可视化虚拟粮库，能基于三维空间地理数据达到对粮食监管控制的空间化立体式展现，实时查看各仓房的实际粮食仓储情况、出入库记录、粮情、通风记录、熏蒸记录等，还可以点击虚拟场景中的摄像头，实时查看摄像头的监控画面。

三维仿真细化到仓房中的每一个传感器和控制设备，包括各种设备的状态和采集数据显示。工作人员可以直观的看到各种设备的实时运行状态，以及温湿度、气体、虫情等粮情数据的分布情况，从多个角度观察和了解当前粮库状态。设备出现故障时，也可以快速定位到故障设备，提高维护效率。

气体浓度监测模块26，当粮仓采用气调方式进行储粮时，粮仓中的气体采集设备还用于按照预先设定的时间间隔采集粮仓内的氮气、氧气或二氧化碳浓度数据，将采集的气体浓度数据发送给智能传感器集成终端。

智能传感器集成终端对接收到的气体浓度数据进行初步加工处理，并将处理后的气体浓度数据发送给气体浓度监测模块。

以冲氮气调为例，在气体浓度监测模块中需要预先存储启动氮气补充作业的氮气浓度阈值或氧气浓度阈值，该阈值可以根据实际情况调整。

气体浓度监测模块将接收到的所有氮气或氧气浓度数据进行求平均，得到氮气或氧气浓度数据均值。

然后，判断上述氮气浓度数据均值是否低于上述氮气浓度阈值，或者上述氧气浓度数据均值是否高于上述氧气浓度阈值。如果是，则气体浓度监测模块通过智能传感器集成终端向氮气补充设备发送开始氮气补充指令，氮气补充作业开始，并且向报警处理模块发送氮气不足报警信息；否则，气体浓度监测模块将最新的氮气浓度均值进行存储。

之后，气体浓度监测模块根据智能传感器集成终端后续上报的氮气浓度数据、氧气浓度数据，计算出新的氮气浓度均值、氧气浓度均值。判断上述新的氮气浓度均值是否高于上述氮气浓度阈值，或者上述新的氧气浓度均值是否低于上述氧气浓度阈值。如果是，则气体浓度监测模块判断达到了氮气补充效果，通过智能传感器集成终端向氮气补充设备发送停止氮气补充指令，停止氮气补充作业；否则，氮气补充作业继续进行。

报警处理模块27，用于接收温湿度监测模块发送的粮库整体温度报警信息、粮库整体湿度报警信息、单个终端温度或者湿度报警信息和上述单个终端的具体位置信息；

接收熏蒸控制模块发送的虫害报警信息；

接收气体浓度监测模块发送的气体报警信息，比如，上述氮气不足报警信息。

以及接收各类报警检测装置、智能视频分析器等设备发出的报警信息。

报警处理模块接收到报警信息后，会利用声光电等各种手段通知工作人员，并在三维仿真处理模块中突出显示报警地点、报警设备和具体情况，报警日志还会通过数据存储模块存储在粮库集成管理平台的数据库中，使得报警信息可被追溯。

通信控制模块28，用于管理多个智能传感器集成终端与粮库集成管理平台之间的数据通信和信令通信，上述数据通信和信令通信可以采用以太网通信、WiFi通信、3G通信等方式。对于智能传感器集成终端发送来的消息包，要检查消息格式、校验位及每台智能传感器集成终端的PSAM（PurchaseSecure Access Module，消费安全存取模块）唯一标识，保证消息来源的可靠性和确定性。通信控制模块还会定时与智能传感器集成终端进行心跳包通信，实时监测各智能终端的连接和运行情况。

数据存储模块29，包含一个数据库并封装了增删改查等操作，用于存储智能传感器集成终端上报的各种具有业务特性的数据。上述具有业务特性的数据包括智能终端采集到的温湿度、气体、虫情等粮情数据，各种作业的启动时间、停止时间、运行状态等事件信息，以及数据异常、设备故障等报警日志信息。以上数据在用户需要查看或系统进行分析时，也可以通过数据存储模块方便的查询到。

该实施例提供的一种粮库智能传感器集成终端的具体结构如图3所示，包括如下的模块：

服务管理单元31，用于通过操作系统统一配置和管理服务单元中的各功能模块的参数、运行状态以及相互之间的数据交换。接收服务单元上报的业务数据，对该业务数据进行存储和处理，向服务单元下发各个硬件设备的控制命令。该单元通过规则引擎配置每项业务对应的业务规则，利用所述业务规则对所述业务数据进行初步加工处理，形成具有业务特性的数据。

上述业务规则以驱动文件的形式存储在粮库智能传感器集成终端的存储器上，驱动文件中包含了一系列自定义的操作指令和参数。服务管理单元在粮库智能传感器集成终端启动时读取每项业务对应的驱动文件中的指令和参数，得知每项业务预定的运行时间，以及消息编号、前端接口与业务之间的映射关系，当到达预定时间或收到数据指令时，调用相应的服务单元处理具体业务。服务管理单元收到服务单元上报的某项业务的业务数据后，会根据该某项业务对应的驱动文件中的指令参数对业务数据进行初步加工处理，去掉消息编号、消息首尾等多余字段，得到具有业务特性的数据内容。上述驱动文件中的指令和参数可以通过远程更新的方式进行增删改，实现对业务规则的配置修改。

服务管理单元还对业务数据中的噪音数据进行过滤，从而提高业务数据信噪比，提高业务数据的有效性、准确性。该单元在具体实现上采用基于嵌入式架构的高性能工业级的嵌入式处理芯片，负责内部数据运算处理和各模块的协调工作，在低成本、低功耗的前提下，保证了足够的处理性能和系统稳定性。上述嵌入式处理器目前主要有两种类型：一种是使用Intel公司的Atom处理器及其架构，一种是使用ARM处理器及其架构，两种处理器各有特点。比如，可以采用使用ARM Cortex-M3架构CPU，LM3S9B96，满足工业级设计性能。

服务单元32，包括多个功能模块，每个功能模块对应一种具体服务，比如，温度、湿度等各种传感器服务、RFID服务、摄像服务和网络通信服务等。该单元主要负责实现各个功能模块的业务流程，各个功能模块对消息解析单元发送过来的具体服务的业务数据进行处理后，发送给服务管理单元。并将服务管理单元下发的控制命令发送给消息解析单元。

消息解析单元33，用于接收硬件驱动层单元发送的来自各个硬件设备的具体服务的业务数据，由于各个硬件设备所执行的通信协议不同，上述来自各个硬件设备的具体服务的业务数据的消息格式也不同，该单元通过异构整合技术将不同消息格式的业务数据进行消息解析后，转换为具有统一消息协议格式的业务数据，再将业务数据发送给服务单元。

统一的消息协议以TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）字节流的形式发送，具体格式如下：

消息头

PSAM标识

消息编号

消息内容长度

消息内容

消息尾

其中，消息头和消息尾字段始终固定，用于标识一条消息的开始与结束；PSAM（消费安全存取模块，Purchase Secure Access Module）标识是每台粮库智能传感器集成终端的唯一标识；消息编号字段对应了该消息所属的业务类型；消息内容长度字段说明了消息内容的长度；消息内容字段包含了与具体业务相关的数据内容，该字段长度不定。

粮库智能传感器集成终端的存储器中存放了每项服务的消息协议解析规则，消息解析单元根据每项服务的消息协议解析规则就可获取来自各个硬件设备的具体服务的业务数据消息中各字段代表的含义，再根据上述统一消息协议的具体格式确定具体服务的业务数据消息中各字段在统一协议格式中对应的位置与表示形式，从而实现异构消息协议与统一消息协议之间的相互转换。

并将服务单元下发的控制命令转换成各类硬件设备能够识别的特殊指令，并发送给硬件驱动层单元。

硬件驱动层单元34，用于直接与硬件设备进行交互，对各种硬件设备进行驱动，使得硬件设备能够被服务管理单元的操作系统正常识别，将硬件设备发送的具体服务的业务数据上报给消息解析单元，将消息解析单元下发的特殊指令发送给各个硬件设备。上述硬件设备可以为温度、湿度等各种传感器、通风设备、温度调节设备等。

进程监控单元35，和上述服务管理单元连接，是粮库智能传感器集成终端的一个守护进程，它独立于服务管理单元之外，时刻监视着服务管理单元的运行状态。一旦服务管理单元出现崩溃、阻塞等故障，进程监控单元会对服务管理单元进行重启操作。该单元从很大程度上保证了服务管理单元运行的稳定性，为粮库智能传感器集成终端24小时无人值守提供了保障。

进程监控单元分为硬件和软件两个部分。硬件部分采用了处理器自带的看门狗定时器，当系统内核运行出现崩溃、死循环等故障时，看门狗会发送复位信号，通知粮库智能传感器集成终端进行复位重启；软件部分采用一个独立的通信模块，定期与主进程进行心跳包通信，当通信发生异常时，说明主进程运行出现故障，这时通知操作系统重启主进程。

总线控制器36，包含并行总线接口、同步串行总线接口、异步串行总线接口、GPIO总线接口等，和上述服务管理单元、服务单元、消息解析单元、硬件驱动层单元连接，用于协调粮库智能传感器集成终端内部的各个单元的通讯、数据交换等功能。

存储器37，和上述服务管理单元连接，用于保存服务管理单元处理后的业务数据，传感器等硬件设备采集的原始业务数据，运行日志等。使得出现网络异常等情况，智能传感器集成终端无法与监管中心通信时，重要数据不至于丢失。该存储器采用固态结构，抗冲击、震荡，有利于数据保存。卡槽结构，便于替换维护。

该智能传感器集成终端还包括供电系统，提供不同的电源接入方式，提供备用电源，并对各部分独立供电。还包括I/O拓展、USB、RJ45接入、安全、调试烧录等功能模块，以满足智能传感器集成终端的各项功能设计要求。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的设备中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的设备中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个设备中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

综上所述，本发明实施例的智能化数字粮库监管系统通过温湿度监测模块和通风控制模块、库容监测模块进行联动，利用系统预设的处理流程和计算公式对粮堆温度、仓外温湿度数据进行分析处理后，可以实现通风作业的启动、通风效果的评估、通风作业的停止全自动化；利用粮堆温度、仓内空气温度数据之前的差值，以及仓内外空气湿度数据，由系统自动计算当前库容，以多手段复合方式对粮线的变化进行监测，配合多种库容计算算法，以多种方式对粮线进行估算，可大大提高库容计算精度。通过熏蒸控制设备和虫害检测设备、通风控制设备、气体采集设备进行联动，可以实现熏蒸作业的启动、熏蒸效果的评估、熏蒸作业的停止全自动化。这样大大简化了工作人员的操作复杂度，降低了人为因素造成的工作失误和事故发生几率。

本发明实施例的智能化数字粮库监管系统以三维仿真技术为基础，为管理者构造出粮库三维展示模型，以可见的方式展示粮库概况，粮情信息。工作人员可以直观的看到各种设备的实时运行状态，以及温湿度、气体、虫情等粮情数据的分布情况，从多个角度观察和了解当前粮库状态。设备出现故障时，也可以快速定位到故障设备，提高维护效率。

本发明实施例中的采用嵌入式架构的智能传感器集成终端，可以成为连接前端感知网络与后台应用管理的纽带，可以实现感知网络与通信网络，以及不同类型感知网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联。可以对粮库中的各类传感器和控制设备进行统一数据采集和管理控制等操作，能够实现传感器和可控设备之间的自主联动控制，减少传统粮食监管中大量的人为操作，从一定程度上实现无人监管，降低了人工干预，大大降低了监管难度和人力消耗。

本发明实施例的智能化数字粮库监管系统是基于华迪物联网综合服务平台的基础上研发产生，因此在物联网技术应用方面有着先天优势，同时在平台的支撑下有很好的扩展性，支持多级级联和扩容，使得系统具有强大的适应性。

本发明实施例的智能化数字粮库监管系统部署升级灵活，除了可进行传统的完全部署方式之外，还可根据客户特定需求进行定制化功能配置。系统还拥有可接入多种其他系统数据的接口，在部署系统时可接入之前已有系统，这样避免了将所有系统全部更新的庞大工作和成本。

本发明实施例中的智能化数字粮库监管系统不仅可在数字粮食中应用，同时也可以应用在智能交通、智能物流、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业检测、智能医疗等多个领域。可满足城市管理、交通管理、应急指挥等社会建设需求，也可为灾难事故预警、安全生产监控、重大活动组织管理、消防管理等安全应急部门提供精确的数据支持。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种智能化数字粮库监管系统，其特征在于，包括：

硬件设备单元，包括温度传感器、湿度传感器、通风设备、熏蒸设备、气体采集设备、虫害检测设备，用于采集粮库的各种具体服务的业务数据，将所述业务数据发送给智能传感器集成终端，所述业务数据包括温度数据、湿度数据、虫害数据、气体浓度数据；

智能传感器集成终端，用于通过异构整合技术将所述硬件设备单元上报的各种不同消息格式的业务数据进行消息解析后，转换为具有统一的消息协议格式的业务数据，并对所述具有统一的消息协议格式的业务数据进行加工处理，形成具有业务特性的数据并发送给粮库集成管理平台；接收粮库集成管理平台下发的智能传感器集成终端和硬件设备单元的控制命令，向硬件设备单元下发来自粮库集成管理平台的控制命令；

粮库集成管理平台，用于接收和存储智能传感器集成终端发送的具有业务特性的数据，利用数据挖掘能力和分析算法对所述具有业务特性的数据进行处理和综合分析，根据所述具有业务特性的数据和设定的控制算法在所述粮库中进行库容监测、熏蒸控制、通风控制、温湿度监测和/或气体浓度监测。

2.根据权利要求1所述的智能化数字粮库监管系统，其特征在于，所述的粮库集成管理平台包括：

温湿度监测模块，用于在粮仓中设置多个粮堆测温电缆、温湿度传感器，所述粮堆测温电缆、温湿度传感器按照预先设定的时间间隔采集粮堆温度和仓内外温湿度数据，将所述粮堆温度和仓内外空气温湿度数据发送给库容监测模块；

将所有粮堆温度进行求平均得到粮堆温度数据均值，将所有仓内外空气温度数据进行求平均得到仓内外空气温度数据均值，将所有的仓内外空气湿度数据进行求平均得到仓内外空气湿度数据均值，将所述粮堆温度数据均值、仓内外空气温度数据均值和仓内外空气湿度数据均值发送给通风控制模块；

在所述仓内外空气温度数据均值超过预先设定的温度报警阈值后，向报警处理模块发送粮库整体温度报警信息；在所述仓内外空气湿度数据均值超过预先设定的湿度报警阈值后，向报警处理模块发送粮库整体湿度报警信息；在单个智能传感器集成终端上报的仓内外空气温度数据超过预先设定的温度报警阈值后或仓内外空气湿度数据超过预先设定的湿度报警阈值后，向报警处理模块发送单个智能传感器集成终端温度报警信息或湿度报警信息和所述单个智能传感器集成终端的具体位置信息；

库容监测模块，用于根据温湿度监测模块发送过来的粮堆温度和仓内外温湿度数据，利用每个测温电缆、温湿度传感器的具体位置信息，确定某个位置附近的粮堆温度和仓内空气温度数据之间的差值大于预先设定的数值后，则确定所述某个位置为粮堆的一个边缘位置，根据粮堆的所有边缘位置进行粮堆的立体轮廓定位，根据粮堆的立体轮廓计算出粮堆的体积，将计算出的粮库中的所有粮堆的体积进行求和，得到粮库中的粮食的当前库容量；

熏蒸控制模块，用于在粮仓内的多个位置上设置虫害检测设备，所述虫害检测设备按照预先设定的时间间隔采集粮仓内的虫害数据，预先存储启动熏蒸作业的熏蒸控制阈值，当所述虫害数据超过了所述熏蒸控制阈值时，向报警处理模块发送虫害报警信息，并且提示工作人员进行熏蒸操作；

通风控制模块，用于接收到温湿度监测模块发送过来的粮堆温度数据均值、仓内外空气温度数据均值和仓内外空气湿度数据均值后，根据所述粮堆温度数据均值、仓内空气温度数据均值之间的差值和所述仓内外空气湿度数据均值，基于设定的通风控制策略判断是否需要启动通风作业，如果是，则启动通风作业；否则，将最新的粮堆温度数据均值、仓内外空气温度数据均值和仓内外空气湿度数据均值进行存储。

3.根据权利要求2所述的智能化数字粮库监管系统，其特征在于：

所述的通风控制模块，还用于根据温湿度监测模块后续发送过来的粮堆温度数据均值、仓内外空气温度数据均值和仓内外空气湿度数据均值，基于设定的通风控制策略判断是否需要停止通风作业，如果是，则判断达到了通风效果，通过智能传感器集成终端向通风设备发送停止通风指令，停止通风作业；否则，通风作业继续进行。

4.根据权利要求2所述的智能化数字粮库监管系统，其特征在于：

所述的库容监测模块，还用于通过粮仓内的视频画面或采用微波、激光测距传感器，确定粮堆的立体轮廓，计算出粮堆的体积，将计算出的粮库中的所有粮堆的体积进行求和，得到粮库中的粮食的当前库容量。

5.根据权利要求2所述的智能化数字粮库监管系统，其特征在于，所述的粮库集成管理平台还包括：

气体浓度监测模块，用于在粮仓中设置多个气体采集设备，该气体采集设备按照预先设定的时间间隔采集粮仓内的氮气、氧气或二氧化碳浓度数据，将采集的气体浓度数据通过智能传感器集成终端发送给气体浓度监测模块；

在气体浓度监测模块中预先存储启动氮气补充作业的氮气浓度阈值或氧气浓度阈值，所述气体浓度监测模块将接收到的所有氮气或氧气浓度数据进行求平均，得到氮气或氧气浓度数据均值，判断所述氮气浓度数据均值是否低于上述氮气浓度阈值，或者上述氧气浓度数据均值是否高于上述氧气浓度阈值，如果是，则启动氮气补充作业，并且向报警处理模块发送氮气不足报警信息；否则，气体浓度监测模块将最新的氮气浓度均值进行存储。

6.根据权利要求5所述的智能化数字粮库监管系统，其特征在于，所述的粮库集成管理平台还包括：

报警处理模块，用于接收温湿度监测模块发送的粮库整体温度报警信息、粮库整体湿度报警信息、单个智能传感器集成终端温度报警信息或者湿度报警信息和所述单个智能传感器集成终端的具体位置信息；接收熏蒸控制模块发送的虫害报警信息；接收气体浓度监测模块发送的气体报警信息；

根据接收到的报警信息后利用声光电手段进行报警处理，产生报警日志。

7.根据权利要求6所述的智能化数字粮库监管系统，其特征在于，所述的粮库集成管理平台还包括：

三维仿真处理模块，用于利用三维仿真建模技术，建立粮库的仿真模型，构建与粮库实际场景完全相同的三维可视化虚拟粮库，基于三维空间地理数据对粮食监管控制的空间化立体式展现，实时空间化立体式展示各仓房的实际粮食仓储情况、出入库记录、粮情、通风记录、熏蒸记录；

通信控制模块，用于管理多个智能传感器集成终端与粮库集成管理平台之间的数据通信和信令通信，所述数据通信和信令通信包括以太网通信、和/或WiFi通信、和/或3G通信，定时与智能传感器集成终端进行心跳包通信，实时监测各智能传感器集成终端的连接和运行情况；

数据存储模块，用于存储智能传感器集成终端上报的各种具有业务特性的数据和报警日志信息，所述具有业务特性的数据包括智能传感器集成终端采集到的温湿度、气体浓度、虫情数据，各种作业的启动时间、停止时间、运行状态。

8.根据权利要求7所述的智能化数字粮库监管系统，其特征在于：

所述的三维仿真处理模块，还用于实时空间化立体式展示传感器和控制设备的状态和采集数据，以及温湿度数据、气体浓度数据、虫情数据的分布情况；突出显示报警地点、报警设备情况；通过点击虚拟场景中的摄像头，实时查看摄像头的监控画面。

9.根据权利要求1至8任一项所述的智能化数字粮库监管系统，其特征在于，所述的粮库智能传感器集成终端，包括：

服务管理单元，用于通过操作系统统一配置和管理服务单元中的各功能模块的参数、运行状态以及相互之间的数据交换，接收服务单元上报的业务数据，通过规则引擎配置业务规则，利用所述业务规则对所述业务数据进行初步加工处理，形成具有业务特性的数据，向服务单元下发各个硬件设备的控制命令；

服务单元，包括多个功能模块，每个功能模块对应一种具体服务，负责实现各个功能模块的业务流程，各个功能模块对消息解析单元发送过来的具体服务的业务数据进行处理后，发送给服务管理单元，并将服务管理单元下发的控制命令发送给消息解析单元；

消息解析单元，用于接收硬件驱动层单元发送的来自各个硬件设备的具体服务的业务数据，通过异构整合技术将不同消息格式的业务数据进行消息解析后，转换为具有统一消息协议格式的业务数据，再将所述具有统一消息协议格式的业务数据发送给服务单元；将服务单元下发的控制命令转换成各类硬件设备能够识别的特殊指令，并发送给硬件驱动层单元；

硬件驱动层单元，用于直接与硬件设备进行交互，对各种硬件设备进行驱动，使得硬件设备能够被服务管理单元的操作系统正常识别，将硬件设备发送的具体服务的业务数据上报给消息解析单元，将消息解析单元下发的特殊指令发送给各个硬件设备。