信息融合技術(shù)在小麥倉儲環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

申悅　申磊

摘? 要：文章根據(jù)小麥的特性以及生活環(huán)境的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前小麥倉儲環(huán)境監(jiān)控方式，建立小麥倉儲環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，分析模糊信息融合技術(shù)在小麥倉儲環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：倉儲;環(huán)境;監(jiān)控;信息融合

中圖分類號：S379? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）34-0158-03

Abstract： According to the characteristics of wheat and living environment， combined with the current monitoring mode of wheat warehousing environment， this paper establishes a wheat warehousing environment monitoring system， and analyzes the application of fuzzy information fusion technology in wheat warehousing environment monitoring system.

Keywords： warehousing; environment; monitoring; information fusion

1 概述

小麥?zhǔn)俏覈饕募Z食農(nóng)作物之一，是國家主要儲備糧食，其倉儲安全直接影響著我國的糧食安全，對國防、民生具有重要意義[1]。小麥在存儲過程中，易受環(huán)境各因素影響，例如各類害蟲、霉菌等生物因子以及溫度、濕度等非生物因子。另外，小麥在較長時間的倉儲過程中，麥倉的溫濕度隨外界的季節(jié)性變化大，容易引起發(fā)熱霉變，造成品質(zhì)的變化和數(shù)量的損失[2]。

目前，我國的小麥倉儲主要依靠人工進(jìn)行環(huán)境監(jiān)控，利用溫度計、濕度計監(jiān)測倉內(nèi)的溫濕度，存在采集數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、監(jiān)控效率低下等問題，不能及時對危險環(huán)境做出相應(yīng)的處理，從而造成糧食較大的損失。近年來，國內(nèi)外許多專家學(xué)者結(jié)合先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，對小麥倉儲的管理進(jìn)行了深入研究，并取得了豐碩的成果。利用傳感器技術(shù)和有線通信方式，實(shí)現(xiàn)小麥倉儲環(huán)境的監(jiān)控，但存在布線復(fù)雜、擴(kuò)展性差、管理和維護(hù)成本高等不足。隨著信息技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，借鑒新技術(shù)在其他倉儲環(huán)境監(jiān)控中的應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上建立小麥倉儲環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)倉儲環(huán)境的實(shí)時監(jiān)測和信息充分共享[3]，從而提高倉儲質(zhì)量，保證小麥倉儲環(huán)境安全，為小麥的高品質(zhì)提供保障。

2 小麥倉儲環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

小麥倉儲質(zhì)量與小麥倉儲環(huán)境密切相關(guān)。小麥存儲環(huán)節(jié)的管理不善可能導(dǎo)致大批量的糧食霉變，造成的損失使生產(chǎn)者和經(jīng)營者承擔(dān)著巨大的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險。所以，對其倉儲環(huán)境進(jìn)行多空間多參數(shù)實(shí)時監(jiān)測，嚴(yán)格控制存儲條件，加強(qiáng)對小麥倉儲過程的監(jiān)管，提高其存儲安全性。對小麥倉儲環(huán)境監(jiān)控，要對需要監(jiān)控的倉儲環(huán)境參數(shù)進(jìn)行分析，確定影響小麥倉儲品質(zhì)的環(huán)境要素，研究參數(shù)的適宜范圍，以確保小麥的安全儲存。

倉儲環(huán)境中的溫度、濕度直接影響小麥的品質(zhì)，同時，倉儲環(huán)境中的二氧化碳和氧氣含量、微生物含量以及蟲害等因素也都會對小麥品質(zhì)造成較大的影響。本文選取溫度、濕度、二氧化碳含量和氧氣含量四個參數(shù)進(jìn)行分析研究。整個小麥倉儲實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)如圖1所示，通過使用由大量分布式的監(jiān)測節(jié)點(diǎn)組成監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，可以對小麥倉儲環(huán)境進(jìn)行不間斷地數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控;智能控制中心將收到的監(jiān)測結(jié)果上傳至服務(wù)器，可以通過手機(jī)或其他智能終端查看倉儲環(huán)境情況。監(jiān)測節(jié)點(diǎn)是倉儲監(jiān)控系統(tǒng)的基本單元，智能控制中心是其核心控制端，它的穩(wěn)定運(yùn)行是整個系統(tǒng)可靠性的基本保證。

基于WiFi的小麥倉儲監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對倉儲的多空間多參數(shù)監(jiān)控，實(shí)時獲得倉儲的環(huán)境信息，主要的兩個部分為監(jiān)測節(jié)點(diǎn)和智能控制中心?？刂浦行目刂普麄€系統(tǒng)的運(yùn)行，發(fā)送控制命令，監(jiān)測節(jié)點(diǎn)收到控制命令并處理分析;然后通過各個傳感器采集相關(guān)的環(huán)境信息，存儲在節(jié)點(diǎn)的存儲器中。同時，采集到的有用數(shù)據(jù)可通過無線傳輸，也可以通過RS485總線或以太網(wǎng)發(fā)送給監(jiān)控終端;控制中心收到監(jiān)測節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，然后通過液晶顯示器進(jìn)行節(jié)點(diǎn)環(huán)境安全信息地顯示。環(huán)境參數(shù)信息經(jīng)數(shù)據(jù)融合后可由智能控制中心上傳至服務(wù)器，管理者可通過手機(jī)或其他智能終端查看倉儲環(huán)境安全情況。監(jiān)測節(jié)點(diǎn)可以通過實(shí)時時鐘記錄監(jiān)測信息的時間，保證采集信息的實(shí)時性和有效性，并可以通過撥碼開關(guān)設(shè)置單個節(jié)點(diǎn)的配置信息，比如設(shè)置工作模式等，具體的設(shè)置主要取決于內(nèi)部程序的設(shè)計。如果檢測到節(jié)點(diǎn)的信息超過設(shè)定值時，報警電路會工作，并在液晶顯示器上面顯示醒目的報警信息。

小麥倉儲監(jiān)測節(jié)點(diǎn)包括微處理器、FLASH存儲器、傳感器模塊、LED顯示模塊、報警輸出模塊、WiFi模塊以及24V供電模塊;其中傳感器模塊包括空氣溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化碳傳感器和氧量傳感器。微處理器分別連接FLASH存儲器、傳感器模塊、LED顯示模塊、報警輸出模塊以及WiFi模塊;還連接有RS485接口、以太網(wǎng)接口、USB接口以及24V供電模塊。

監(jiān)測節(jié)點(diǎn)中傳感器模塊主要用于感知和采集監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的環(huán)境信息;實(shí)時鐘用于提供采集信息的時間;處理器對整個節(jié)點(diǎn)的其他模塊起控制作用，并對采集的數(shù)據(jù)以及接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲操作和處理;通過RS485接口、以太網(wǎng)接口及USB接口接收和發(fā)送數(shù)據(jù)信息，WiFi模塊可實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的無線通信;供電模塊為節(jié)點(diǎn)各個模塊的協(xié)調(diào)工作提供能量。

3 信息融合技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

本文利用多個不同傳感器來監(jiān)測小麥倉儲環(huán)境相關(guān)信息，通過節(jié)點(diǎn)內(nèi)多傳感器的信息融合，判斷節(jié)點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域的倉儲環(huán)境安全狀態(tài)。綜合所有節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測狀態(tài)結(jié)果，可獲取整個小麥倉儲環(huán)境安全狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)結(jié)果采取相應(yīng)的調(diào)節(jié)措施。

在小麥倉儲環(huán)境監(jiān)控節(jié)點(diǎn)中，傳感器模塊由所有不同類型的傳感器一起完成感知環(huán)境和實(shí)時信息采集的任務(wù)。在數(shù)據(jù)采集過程中，實(shí)時信息單獨(dú)傳輸?shù)姆椒ㄔ诒O(jiān)控系統(tǒng)中十分不合適，會造成通信帶寬和資源的大量浪費(fèi)，降低效率并影響了信息實(shí)時性。

信息融合是小麥倉儲監(jiān)控系統(tǒng)中信息處理過程的重要環(huán)節(jié)，可將冗余和無效的數(shù)據(jù)剔除，有利于系統(tǒng)做出有效的控制和可靠的決策。不同類型的信息進(jìn)行融合處理的方式不同，不同層次的信息融合也需要具體分析。本文建立了適合于小麥倉儲環(huán)境監(jiān)控的多傳感器信息融合模型，如圖2所示。

由圖2所示，該融合模型主要有以下四部分構(gòu)成：第一部分是信息獲取部分，該部分由多個不同類型傳感器構(gòu)成，負(fù)責(zé)采集小麥倉儲環(huán)境的實(shí)時信息;第二部分是局部決策，即對獲取的環(huán)境實(shí)時信息做預(yù)處理，將傳感器采集值與預(yù)設(shè)閾值比較;第三部分是對經(jīng)過局部決策后的傳感器信息處理結(jié)果進(jìn)行信息融合;第四部分是將局部決策和信息融合結(jié)果反饋到智能控制中心，通過分析結(jié)果判斷監(jiān)測節(jié)點(diǎn)所監(jiān)測區(qū)域內(nèi)小麥環(huán)境的安全狀態(tài)[4]。

多傳感器信息預(yù)處理，是對傳感器采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，屬于局部決策。預(yù)處理即是根據(jù)預(yù)先設(shè)定的各個參數(shù)的安全范圍，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。如果參數(shù)信息超出閾值，則向小麥倉儲環(huán)境控制中心發(fā)送相關(guān)預(yù)警信息。如果采集的參數(shù)信息出現(xiàn)突然躍變，則此數(shù)值屬于壞值，將被剔除同時發(fā)出報警。

預(yù)處理后的信息依然是單一類型傳感器的信息，在信息融合階段需要把不同類型的傳感器信息進(jìn)行融合，根據(jù)計算后的融合值對總體評估。在小麥倉儲環(huán)境安全監(jiān)測中，經(jīng)常會存在一些模糊問題，比如安全、較安全與危險之間的信息出現(xiàn)重疊或相互之間的界限不明顯等，這些都會影響決策結(jié)果的準(zhǔn)確性[5]。在小麥倉儲環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中，可應(yīng)用模糊理論。在模糊綜合評判技術(shù)的結(jié)構(gòu)下，建立一種模糊信息融模型對多種不同類型的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，得到更全面的環(huán)境信息。小麥倉儲環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的信息融合模型如圖3所示。

基于模糊理論的數(shù)據(jù)融合合成運(yùn)算結(jié)果是小麥倉儲環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)中的傳感器所測環(huán)境參數(shù)對各個環(huán)境狀態(tài)等級的隸屬度，它是一個模糊向量，而不是單一數(shù)值。計算得出的融合值通過確定的評判規(guī)則進(jìn)行評判，能準(zhǔn)確判斷出目前小麥倉儲環(huán)境的安全狀態(tài)級別。

4 結(jié)束語

本文選取影響小麥倉儲的環(huán)境參數(shù)，構(gòu)建適用于小麥倉儲的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，在所監(jiān)測區(qū)域內(nèi)部署監(jiān)測節(jié)點(diǎn)，每個監(jiān)測節(jié)點(diǎn)內(nèi)實(shí)現(xiàn)環(huán)境信息的存儲和處理，利用多傳感器信息融合技術(shù)來處理傳感器采集到的大量與小麥倉儲環(huán)境安全相關(guān)的參數(shù)信息，能有效地解決小麥倉儲環(huán)境監(jiān)控的弊端，充分利用了多傳感器信息融合的優(yōu)勢，提高小麥倉儲安全監(jiān)控的置信度，最終得到對倉儲環(huán)境安全狀態(tài)的描述，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王維強(qiáng).存儲期變溫狀態(tài)對小麥安全水分及微生物活動的影響[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2016（24）：264.

[2]范延彬，王超.小麥倉儲環(huán)境監(jiān)控研究[J].中國市場，2015（28）：52.

[3]閻芳，趙琰，劉軍，等.農(nóng)資倉儲品質(zhì)保障監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].物流技術(shù)，2015，34（17）：250-252+299.

[4]周芳，韓立巖.多傳感器信息融合技術(shù)綜述[J].遙測遙控，2006，27（3）：1-7.

[5]劉娟，任燕，高巖.模糊數(shù)據(jù)融合在溫室環(huán)境安全監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].河南理工大學(xué)學(xué)報，2010，27（3）：268-271.