基于物联网的粮食在线清仓查库技术研究与示范

刘申+高巍+潘迪+陈召安+孙鹏+杨小辉+张富林+王义鸿

摘要：确保国家粮食库存数量真实、质量良好、存储安全是国家实行宏观调控的重要依据。根据2009年全国粮食清仓查库的具体内容，按照航天信息股份有限公司在全国众多粮库的成功实践，完成了基于物联网的包括粮食库存和粮食流通的编码设计、粮食作业检查、环境风险检查、数量状况检查、质量状况检查、统计账检查和会计账检查等功能的信息化建设方案总体设计。经示范证明，给出的粮食清仓查库系统方案合理可行，对全国清仓查库的信息化建设具有一定的参考价值。

关键词：粮食流通；糧食库存；清仓查库；物联网

中图分类号：TP393；S379 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）06-1141-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.06.038

Abstract： Insuring precise quantity， good quality and safe storage is the important basis of national macro-control. According to the national inventory of grain depots in 2009， the function design of grain coding， grain operation， environment risk， quantity status， quality status， statistical account and accounting account of grain stock and grain circulation with the successful practice have finished by Aisino of numerous grain depots all over the country based on based on epc system network. By the successful demonstration proved in more than 10 grain depots of Jiangsu province， the system scheme of the inventory of grain depots is reasonable and feasible， and has certain reference value for information construction of the national inventory of grain depots.

Key words： grain circulation；grain storage；the inventory of grain depots；epc system network

粮食是关系经济发展、社会稳定和国家安全的全局性重大战略问题。准确掌握粮食储备数量与质量是国家实行宏观调控的重要依据，对稳定粮食市场，保障粮食安全，保持社会稳定具有重要意义。为了全面准确地掌握粮食库存的真实情况，中国自2001年开始按计划在全国范围内开展粮食清仓查库。

目前，中国粮食清仓查库主要依靠人工手段获取全国粮食数量、质量等各项信息，采用逐级上报的报表方式，掌握了全国粮食储备状况。总体上，中国粮食清仓查库工作上还存在着人工检查为主、耗费人力物力大、实时监控难等问题，不能实时、准确、直观地掌握全国储备粮存储保管情况，不能实现在线常态化清仓查库。

针对粮食清仓查库各项检查项目，目前，中国在单项检查的信息技术研发方面取得了一定进展，如粮库温湿度监测[1]、虫害传感器及虫害自动检测系统[2]、霉菌传感器监测[3]、粮食质量实时检测系统[4]、磷化氢浓度在线监测系统[5]、自动熏蒸系统[6]、压力传感器及粮食数量实时监测系统[7-9]、在线水分传感器及烘干水分在线自动控制系统[10-12]等已经得到初步应用[13]。但是这些单项技术没有开展集成应用，不能综合获取仓储粮食的数量、质量、环境等的动态监测数据，没有与粮食出入库过程进行关联，无法实时提供储备粮食直观、准确的数据资料和影像资料。本研究集成航天信息股份有限公司在物联网技术、云计算技术、应用软件平台技术、嵌入式系统技术和信息安全技术等信息领域的新一代技术，基于当前在粮食信息化研发及工程应用的经验，提出了基于粮食信息化的清仓查库系统方案，为保障粮食储备安全提供技术支撑。

1 粮食清仓查库内容

《国务院办公厅关于开展全国粮食清仓查库工作的通知》（国办发[2008]118号）、《2009年全国粮食清仓查库工作实施方案》（发改经贸[2008]3676号）规定了2009年全国粮食清仓查库重点检查范围包括所有中央储备粮、国家临时存储粮（含最低收购价粮、临时储存进口粮以及国家临时储存粮）、地方储备粮，国有及国有控股粮食企业储存的商品粮。具体内容包括库存粮食数量检查、库存粮食账务检查、库存粮食质量检查、中央和地方储备粮轮换管理情况检查、成品粮库存情况检查、政策性粮食财政补贴资金拨补情况检查和重点非国有粮食经营及转化用粮企业执行统计制度情况检查。

《2009年全国粮食清仓查库检查方法》（发改办[2009]117号）中粮食库存实物检查方法推荐采用测量计算法和称重法，粮食质量检查方法主要以现场扦样结合实验室检测的方法，粮食数量流主要采用统计账的方法，粮食资金流主要采用会计记账的方法。

2 粮食清仓查库系统分析

在信息化技术支撑下，粮食清仓查库可进一步提高检查效率、凝炼检查目标、扩大检查指标。常态化清仓查库是以全面普查储备粮食的数量和质量为目标，以粮食储存业务检查为主要手段，粮食出入库业务检查为验证方法，对粮食库存状况和粮食流通状况进行检查，即对粮食“状态”与“过程”的检查。因此，可以对粮食库存状况和流通状况检查进一步扩充检查内容，以达到全面掌握粮食库存的真实情况，更好地落实宏观调控任务的目标（图1）。

粮食状态检查对象是仓储单个货位粮食。面向单个货位粮食的检查主要有粮库作业、仓储环境、粮食数量和粮食质量。粮库作业主要涉及粮食通风作业、粮食干燥作业、粮食低温作业和粮食气调作业，主要涉及影响货位粮食数量与质量发生变化的仓储作业。仓储环境要素主要包括温度、湿度、气体和有害生物。粮食数量主要指货位内粮食总重量。粮食质量主要针对仓储货位中稻谷、小麦、玉米和大豆4种不同粮食作物的各项质量、品质指标。

粮食过程检查对象是出入库单笔业务粮食。面向单笔业务粮食的检查主要有出入库作业、出入库数量、出入库质量、统计账和会计账。出入库作业主要涉及粮食收购登记、扦样化验、称毛重、值仓、称皮重和结算等过程。出入库数量主要指出入库单笔业务的粮食总重量。出入库质量主要针对单笔业务中稻谷、小麦、玉米和大豆4种不同粮食作物的各项质量、品质指标。粮食统计账主要指以单笔业务为基础的统计报表、账簿、记账凭证和合同等统计资料，即通过粮食数量流手段掌握粮库内粮食流通状况，保证粮食库存数量。粮食会计账主要指单笔业务的会计凭证、会计账簿、会计报表等会计资料，即通过资金流手段掌握库存价值以及资金流动方向与规模。

3 粮食清仓查库系统建设方案

3.1 粮食编码设计

3.1.1 库存粮食识别码 库存粮食识别码是以二维码的形式标记，以货位粮食为单位在入仓和封仓这一段时间内的惟一标识符。库存粮食二维码主要涵盖根代码和当前码。根代码主要记录粮食第一次储藏信息，记录初次存储粮库组织机构代码、货位信息、封仓时间和粮食来源，具有追溯粮食质量和数量的作用。当前码主要记录粮食当前储藏信息，记录当前货位粮食信息（包括粮库组织机构代码、货位信息、封仓时间）和粮食属性信息（粮食性质、合同号、数量品种代码、产地代码、生产年份和等级代码），具有存储当前在库粮食质量和数量信息的作用（图2）。

库存粮食识别码的生命周期是第一笔业务粮食入仓到最后封仓，是贯穿整个粮食库存状况检查的核心。依据库存粮食识别码，能够完成以各个货位粮食为对象的各项粮库作业、粮情监测信息、数量监测信息和质量监测信息等。库存粮食业务在库存过程中可能由于干燥等仓储操作而改变货位、封仓时间等，从而导致的库存识别码变化。上面的编码方式中，库存识别码的根代码能够支撑对库存粮食在粮库内部周转过程的掌握。

3.1.2 出入库粮食识别码 出入库粮食识别码是以二维码的形式标记以货车车厢、火车车皮或轮船货仓单个出入库业务粮食为单位的惟一标识符。出入库粮食二维码码主要涵盖报港业务单号，包括出入库标识符、业务登记设备号、报港日期、流水号、货位、粮食数量和粮食质量。一个库存粮食识别码中的合同号由多个报港业务号组成。出入库粮食识别码的生命周期是由出入库业务报港登记到粮食值仓。出入库粮食识别码即联通各个粮食流通業务状况检查，也作为与库存粮食识别码连接的纽带。依据库存粮食识别码，能够完成以各个货位粮食为对象的各项粮库作业、粮情监测信息、数量监测信息和质量监测信息等任务。

从粮食数量上看，一笔库存粮食业务是由若干笔出入库粮食业务组成，即库存粮食业务识别码与出入库粮食识别码在编码上具有从属性、可追溯性，从而为库存粮食数量和质量向农产品产地追溯以及向粮食市场拓展，提供了技术支撑和数据基础。

出入库粮食识别码和库存粮食识别码构成了一批由若干笔业务组成的货位粮食从入库过程、存储过程以及出库过程的全流程编码体系。

3.2 粮食作业检查设计

粮食作业检查是以库存和流通的各项作业为对象，采集作业操作记录信息和过程影像，掌握各项粮食作业流程，印证粮食库存业务过程和出入库业务过程。粮食作业检查包括粮食仓储作业信息追溯系统和粮食出入库作业信息追溯系统，主要涉及粮食各类作业的记录数据采集与分析、粮食作业视频监控与追溯。

粮食作业记录数据采集与分析中的库存作业主要指涉及粮食仓储过程中的通风作业、干燥作业、低温作业、气调作业和熏蒸作业等（图3）。粮食作业检查能够实现与粮食环境检查的集成，依据节能环保、因地制宜的原则，及时判断采取的作业是否与检测结果相一致，对粮食库存作业的合理性进行综合判断提供数据支撑。粮食流通作业主要涉及粮食出入库过程中的报港、扦样化验、称重、值仓、结算等环节。在整个过程中，粮食出入库识别码在各个环节中流转，并保障各项数据的可追溯性，最终形成一套完整的出入库作业数据。

粮食作业视频监控与追溯在整个粮食仓储和出入库过程中，在视频监控设备的支持下，可以通过对视频影像的识别、提取、叠加、拼接等过程，获取粮食仓储和粮食出入库全流程的视频监控影像，从而为粮食作业实现可视化追溯，解决“转圈粮”无迹可查的难题（图4）。

3.3 环境风险检查设计

粮食仓储环境将会对粮食的数量和质量产生直接影响。粮食仓储环境风险检查是保证粮食动态变化的重要手段，也是辅助粮食清仓查库工作中的一项重要内容（图5）。粮库环境风险要素主要包括粮仓和粮食的温度、湿度、有害生物和熏蒸气体。

对应于各类粮食仓储环境要素，环境状况检查模块主要包括各类物联网传感器和环境信息监测预警系统。各类物联网传感器包括温度传感器、湿度传感器、粮食虫情传感器和粮食气体传感器，分别用于获取各类粮库环境要素。环境监测预警分别针对粮库的温度、湿度、虫情和熏蒸气体采集信息，结合指标阈值，即温度30 ℃，湿度70%～80%，害虫密度5头/kg，主要害虫密度2头/kg，磷化氢0.3 mg/m3，氯化苦1 mg/m3，进行综合判断，发布环境警报，保障粮食仓储安全[14，15]。

3.4 数量状况检查设计

粮食数量检查重点对粮食仓储过程数量的变化和粮食出入库环节数量进行实施掌握，为粮食统计账的检查提供数据支撑。粮食仓储数量在线监测系统主要基于压力传感器网络，针对稻谷、小麦、玉米和大豆4种不同粮食作物，经过数据融合模型处理压力传感器数据，远程实时监测每个货位粮食数量，获取货位粮食长期储量数据（图6）。粮食出入库数量在线监测系统主要基于车辆称重过程自动控制，保证数量获取的规范化；基于地磅数据自动采集系统，确保地磅数据获取的标准化；基于磅单数据信息管理系统，实现批量出入库业务粮食数据的数字化，最终实现对出入库数据的汇总、统计与分析。

3.5 质量状况检查设计

粮食质量状况检查指以粮食库存质量与出入库质量为主要内容，以库存识别码和出入库识别码为纽带，耦合粮食环境状况和粮食作业状况，打造粮食质量全过程与风险全要素的可追溯体系。粮食质量状况检查包括粮食仓储质量监测预警系统和粮食出入库质量监测预警系统，分别具有粮食质量检测数据采集、粮食质量信息预警和原因追溯功能（图7）。其中各类粮食质量预警的指标及阈值参考以下内容：

1）稻谷质量具有出糙率（籼稻≥75.0%和粳稻≥77.0%）、色泽气味（是否正常）、水分（籼稻≤13.5%和粳稻≤14.5%）、杂质（≤1.0%）和黄粒米（≤2.0%）等5项指标，品质具有色泽气味（是否正常）、脂肪酸值（籼稻≤30.0 mg/100 g和粳稻≤25.0 mg/100 g）和品尝评分值（≥70分）等3项指标。

2）小麦质量具有容重（≥790 g/L）、不完善粒（≤8.0%）、色泽气味（是否正常）、水分（≤12.5%） 和杂质（≤1.0%）等5项指标，品质具有色泽气味（是否正常）、面筋吸水量（≥180%）和品尝评分值（≥70）等3项指标。

3）玉米质量具有容重（≥685 g/L）、不完善粒（≤8.0%）、生霉粒（≤2.0%）、色泽气味（是否正常）、水分（≤14.0%）和杂质（≤1.0%）等6项指标，品质具有色泽气味（是否正常）、脂肪酸值（≤50.0 mg/100 g）和品尝评分值（≥70）等3项指标。

4）大豆质量具有纯粮率（≥91.0%）、破损粒 （≤20.00%）、色泽气味（是否正常）、水分（东北、华北≤13.0%和其他地区≤14.0%）和杂质（≤1.0%）等5项指标，品质具有色泽气味（是否正常）、粗脂肪酸价（≤3.5 mg/100 g）和蛋白质溶解比率（≥75%）等3项指标。

3.6 统计账检查设计

粮食统计账的检查是建立在粮食库存与粮食流通两个方面上的粮食数量检查，即以粮食库存数量在线监测系统为核心，以粮食出入库业务数量在线监测系统为手段，查阅粮食统计账、会计账、合并账和保管账等，实时掌握粮食数量统计信息，保障数据的正确性、统计的规范性和业务的真实性。

粮食统计账检查主要包括粮食统计核查系统（图8）。粮食库存的最小存储单元是货位，每个货位粮食的入库或出库会由一笔或若干笔粮食收购合同或销售合同组成，每笔粮食收购合同或销售合同又是由一个或若干个货车车厢、火车车皮或轮船货仓组成。粮食统计核查系统是以货位为最小统计单位计算粮食库存总量，以货车车厢、火车车皮或轮船货仓为最小统计单位计算粮食合同数量、核查粮食合同质量，统计粮食流通总量。

3.7 会计账检查设计

粮食会计账的检查是建立在粮食流通之上的粮食资金检查，即以粮食出入库业务的购销合同为核心，辅助粮食出入库数量在线监测系统和质量检测数据采集系统，掌握粮库储备粮、商品粮等粮食资金交易状况。

粮食会计账检查主要包括粮食会计核查系统。粮食会计核查系统是以合同为最小统计单位，配合电子会计凭证、会计账簿、会计报表等会计资料，核算储备粮购销（购进、轮换和销售）、其他政策性粮食购销、自营商品粮食购销、粮食政策性补贴和粮食收购资金等资金流，配合粮食出入库数量在线监测系统和出入库粮食质量信息预警系统，核查合同粮食数量和粮食质量。

4 小结

加强粮食库存监管，认真开展库存检查工作，确保国家粮食库存数量真实、质量良好、存储安全是国家实行宏观调控的重要依据。本研究根据2009年全国粮食清仓查库的具体内容，按照航天信息股份有限公司在江苏、四川等全国8个省的150多个粮库的实际情况，完成了信息化建设方案总体设计，阐述了每一项功能的具体实现内容，提出基于信息化的粮食清仓查库系统方案已经在江苏十几个大中型粮库进行了硬件改造、系统升级，实践证明本研究给出的粮食清仓查库系统方案是合理可行的，对全国清仓查库的信息化建设具有一定的参考价值。

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