王海濤 鄒丹 孫廣芝 隋媛 侯文博

摘 要：糧食倉儲信息化和數(shù)字化已成為當(dāng)前糧食行業(yè)實現(xiàn)創(chuàng)新和發(fā)展的必然趨勢。針對糧食出入庫系統(tǒng)存在的設(shè)計不規(guī)范、建設(shè)不系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題，中儲糧集團(tuán)建設(shè)了糧食智能出入庫系統(tǒng)，對該系統(tǒng)在登記、扦樣、檢驗、檢斤、卸車和結(jié)算等糧食出入庫各業(yè)務(wù)流程中的配套設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行了一系列探索和實踐，通過統(tǒng)一技術(shù)要求實現(xiàn)了配套設(shè)備的互聯(lián)互通，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價值和示范意義。

關(guān)鍵詞：糧食倉儲，智能出入庫，出入庫設(shè)備，標(biāo)準(zhǔn)化

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2024.05.013

0 引 言

糧食倉儲是國家糧食安全的重要一環(huán)，不僅關(guān)系到儲存糧食的數(shù)量、質(zhì)量，還直接關(guān)系到百姓的食品健康安全。糧食保管期的“數(shù)量真實、質(zhì)量良好、儲存安全”承載著糧食流通和供應(yīng)保障的安全，是糧食宏觀調(diào)控的重要基礎(chǔ)和保證。近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與智能傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，糧庫智能化建設(shè)已經(jīng)得到了糧食倉儲企業(yè)的普遍關(guān)注，倉儲智能化技術(shù)的發(fā)展給糧食出入庫管理帶來了巨大的變革。眾多糧食倉儲企業(yè)開發(fā)和設(shè)計了基于不同技術(shù)條件的糧食出入庫系統(tǒng)，徹底改變了傳統(tǒng)手工作業(yè)方式。針對糧食出入庫系統(tǒng)存在的設(shè)計不規(guī)范、建設(shè)不系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題，中儲糧集團(tuán)建設(shè)了糧食智能出入庫系統(tǒng)，有效提高了出入庫作業(yè)工作效率和管理水平。

糧食智能出入庫涉及登記、扦樣、檢驗、檢斤、裝卸車和結(jié)算等糧食出入庫各業(yè)務(wù)流程，在各個環(huán)節(jié)需要通過讀卡器、攝像機(jī)、扦樣機(jī)、檢化驗系統(tǒng)、地磅等配套設(shè)備實現(xiàn)信息的采集、傳輸和處理等工作。為了實現(xiàn)配套設(shè)備的互聯(lián)互通，需要對其接口、協(xié)議、數(shù)據(jù)格式等進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

1 糧食智能出入庫系統(tǒng)概況

糧食智能出入庫系統(tǒng)是通過信息技術(shù)，將人、車船、設(shè)備、糧食及倉儲設(shè)施融為一體，實現(xiàn)糧食出入庫業(yè)務(wù)過程的智能化識別、監(jiān)控和管理的信息系統(tǒng)[1]。糧食出入庫流程需要門衛(wèi)登記、扦樣、檢驗、檢斤、結(jié)算等各個環(huán)節(jié)的協(xié)同配合，涉及承運人（售糧人）、登記員、扦樣員、檢斤員、保管員、結(jié)算員等多個角色，其中承運人（售糧人）負(fù)責(zé)運輸糧食到達(dá)目的地；登記員負(fù)責(zé)登記承運人（售糧人）或客戶的名稱、糧食品種、運輸工具的車船號等信息；扦樣員負(fù)責(zé)從糧油中選取樣品；檢驗員負(fù)責(zé)檢測扦取的糧油樣品質(zhì)量情況；檢斤員負(fù)責(zé)測量糧油稱重情況；保管員負(fù)責(zé)監(jiān)督糧油卸車、裝車過程，管理倉房、貨位情況；結(jié)算員負(fù)責(zé)交割糧食貨款。

常見的糧食智能出入庫系統(tǒng)一般具備以下功能：（1）預(yù)約管理：通過售糧預(yù)約功能和提貨預(yù)約功能實現(xiàn)糧食入庫和出庫業(yè)務(wù)的預(yù)約；（2）出入庫登記：具備登記、發(fā)卡及銷卡等管理功能，自動識別身份證信息，自動識別車輛號牌；（3）扦樣管理：通過車輛識別設(shè)備自動識別、核對當(dāng)前扦樣車輛，對糧食進(jìn)行扦樣，生成樣品標(biāo)識碼；（4）檢化驗管理：隱藏客戶信息和車輛信息，實現(xiàn)盲樣檢驗，并通過樣品標(biāo)識碼關(guān)聯(lián)送檢糧食，記錄、展示檢驗結(jié)果，判定糧食品質(zhì)；（5）計量管理：通過計量設(shè)備自動進(jìn)行計量，對計量過程及結(jié)果進(jìn)行管理，通過車輛識別設(shè)備自動識別、核對車牌號，通過車輛限位設(shè)備防止車輛作弊，使用視頻監(jiān)控設(shè)備對車輛及場地的關(guān)鍵部位進(jìn)行拍照錄像，通過車輛歷史皮重信息提示計量異常情況；（6）值倉管理：通過移動手持設(shè)備，核對糧食和車輛信息，對出入倉作業(yè)進(jìn)行監(jiān)管；（7）結(jié)算管理：根據(jù)出入庫作業(yè)過程中各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，形成同批次糧食的結(jié)算單據(jù)，自動識別售糧人身份證和銀行卡信息并留存影像；（8）統(tǒng)計分析：對所有出入庫作業(yè)實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，并形成各種管理報表。

糧食智能出入庫系統(tǒng)所支撐的業(yè)務(wù)場景包括智能入庫和智能出庫。

智能入庫主要是對承運人運入的糧油進(jìn)行扦樣、檢驗、檢斤、入庫、結(jié)算等業(yè)務(wù)管理，其工作場景如圖1所示。

智能出庫主要是對承運人運出的糧油進(jìn)行檢斤、出倉、結(jié)算等業(yè)務(wù)管理，其工作場景如圖2所示。

2 出入庫關(guān)鍵設(shè)備及其應(yīng)用

在糧食智能出庫和智能入庫工作場景中，智能出入庫系統(tǒng)需要在門衛(wèi)登記、扦樣、檢驗室內(nèi)、檢驗室外、檢斤室內(nèi)、檢斤室外、值倉、結(jié)算等位置或環(huán)節(jié)配置若干設(shè)備，包括讀卡器、圖像識別設(shè)備、扦樣機(jī)、檢化驗系統(tǒng)、地磅、顯示屏、廣播等。各類設(shè)備的應(yīng)用如下。

（1）讀卡器：身份證讀卡器用于讀取承運人身份證內(nèi)個人信息，并據(jù)此查詢對應(yīng)的車輛信息，主要用于門衛(wèi)登記和結(jié)算。智能卡讀卡器用于智能卡的制卡、綁定以及車輛信息的查詢和讀取，主要用于門衛(wèi)登記、檢斤室內(nèi)和結(jié)算。銀行卡讀卡器用于采集結(jié)算人的銀行卡卡號，主要用于結(jié)算。

（2）識別設(shè)備：人臉攝像頭用于抓拍承運人和售糧人的頭像，主要用于門衛(wèi)登記和結(jié)算。車牌識別攝像機(jī)用于識別車輛的車牌號碼并自動錄入，確保智能卡關(guān)聯(lián)信息與車輛信息的一致性，主要安裝在門衛(wèi)登記室外、扦樣區(qū)和檢斤室外地磅兩端。

（3）自動扦樣機(jī)：用于自動采集樣品，并準(zhǔn)確地將樣品傳送至自動檢化驗系統(tǒng)，主要用在自動扦樣環(huán)節(jié)。

（4）自動檢化驗系統(tǒng)：用于對自動化驗扦樣機(jī)采集的樣品進(jìn)行檢驗，并準(zhǔn)確地將樣品和車輛相關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)糧食的盲檢，主要用在自動檢驗環(huán)節(jié)。

（5）地磅：用于采集車輛皮重、毛重，確定裝卸糧食的重量。主要用在檢斤室外。

（6）顯示屏：LED檢驗屏主要用在檢驗室外，用來顯示糧食的質(zhì)檢信息。LED檢斤屏主要用在檢斤室外，用來顯示車輛的重量信息。

（7）視頻監(jiān)控設(shè)備：高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)用于對上磅車輛進(jìn)行監(jiān)視，及時了解車輛情況，主要用在檢斤室外地磅兩端。網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)用于高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的視頻畫面進(jìn)行錄像，主要用在機(jī)房。

（8）自助終端：自助登記終端用于用戶的自助登記和IC卡獲取，主要用在登記環(huán)節(jié)。自助計量終端利用射頻識別技術(shù)、車牌識別技術(shù)、通訊技術(shù)、自動控制技術(shù)等，實現(xiàn)對園區(qū)、庫區(qū)所有常見檢斤設(shè)備（地磅、讀卡器、道閘、信號燈、攝像機(jī)、顯示屏、紅外檢測等）的集中管控，實現(xiàn)對外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、操作控制以及和后臺軟件系統(tǒng)進(jìn)行實時數(shù)據(jù)交互，從而實現(xiàn)自助無人檢斤。

（9）IO控制設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)IO控制器主要用在檢斤室外，用于連接道閘、紅綠燈、紅外光柵、補(bǔ)光燈設(shè)備，便于程序控制。道閘主要用在檢斤室外地磅兩端，提示車輛是否可以上磅或下磅，規(guī)范檢斤車輛秩序。紅綠燈主要用在檢斤室外地磅兩端，提示車輛是否可以上磅或下磅，規(guī)范檢斤車輛秩序。紅外光柵主要用在檢斤室外地磅兩端，判斷車輛是否完全上磅，若未完全上磅將有信息提示。補(bǔ)光燈主要用在檢斤室外地磅兩端，為夜間作業(yè)提供照明，提高車牌識別的成功率。

（10）智能手持機(jī)：在手動扦樣環(huán)節(jié)，智能手持機(jī)用于生成條形碼標(biāo)識樣品，并準(zhǔn)確地將樣品和車輛相關(guān)聯(lián)，在對樣品標(biāo)識時不顯示車輛或客戶信息，實現(xiàn)糧食的盲檢。在值倉環(huán)節(jié)，智能手持機(jī)主要用于保管員刷卡獲取糧食和車輛的相關(guān)信息，并對卸糧或裝糧結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)。

（11）掃描打印設(shè)備：藍(lán)牙標(biāo)簽打印機(jī)：主要用在手動扦樣環(huán)節(jié)，使用的目的是通過藍(lán)牙與扦樣環(huán)節(jié)智能手持機(jī)連接，打印樣品標(biāo)識碼。條碼打印機(jī)：主要用在自動扦樣環(huán)節(jié)。使用的目的是打印樣品標(biāo)識碼，并準(zhǔn)確地將樣品和車輛相關(guān)聯(lián)，在對樣品標(biāo)識時不顯示車輛或客戶信息，實現(xiàn)糧食的盲檢。條碼掃描槍：主要用在門衛(wèi)登記處和檢驗室內(nèi)。門衛(wèi)登記處使用的目的是從預(yù)約二維碼中自動獲取客戶姓名、手機(jī)號、車牌號、排隊號、預(yù)約日期等信息，完成客戶信息登記，避免信息重復(fù)錄入；檢驗室內(nèi)使用的目的是掃描樣品對應(yīng)的條形碼，調(diào)出對應(yīng)車輛的入庫單據(jù)，以便快速錄入檢驗結(jié)果。

上述各類設(shè)備由不同廠家生產(chǎn)，設(shè)備的功能、性能、參數(shù)等各有不同，如果對設(shè)備沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行設(shè)備采購時無法明確需求，會導(dǎo)致購置的設(shè)備不一定能與出入庫系統(tǒng)連接，或者即使能夠連接，卻因為通信協(xié)議不兼容等問題無法順利采集和交換數(shù)據(jù)等。目前針對糧食出入庫，僅有一項行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LS/T 1804-2016《糧食出入庫業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了糧食出入庫業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)的術(shù)語和定義、典型業(yè)務(wù)流程、系統(tǒng)功能、硬件要求、系統(tǒng)分類、數(shù)據(jù)規(guī)范等內(nèi)容。但在硬件要求部分，僅給出了主要硬件的功能要求。為了解決這一問題，有必要對設(shè)備的接口、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式等方面進(jìn)行規(guī)范，確保配套設(shè)備與出入庫系統(tǒng)的互聯(lián)互通以及相關(guān)數(shù)據(jù)的互操作，從而有效支撐智能出入庫業(yè)務(wù)。

3 設(shè)備通信接口標(biāo)準(zhǔn)化

通過對目前出入庫業(yè)務(wù)中實際使用的各類設(shè)備所支持的通信接口進(jìn)行廣泛調(diào)研和比較，確定了各類設(shè)備的通信接口要求。配套設(shè)備與出入庫系統(tǒng)的連接關(guān)系及通信接口如圖3所示。

圖3中，主要的通信接口包括：（1）USB接口：用于讀卡器、識別設(shè)備、打印掃描設(shè)備等，為了確保兼容性，要求相應(yīng)的配套設(shè)備支持通過USB接口與系統(tǒng)連接，支持在USB2 .0及以上版本接口上使用。（2）R J45接口：用于自動扦樣機(jī)、自動檢化驗機(jī)、地磅、顯示屏、識別設(shè)備、自動監(jiān)控設(shè)備、自助終端、IO控制器等，要求相應(yīng)的配套設(shè)備支持通過RJ45接口與系統(tǒng)連接，其中網(wǎng)絡(luò)IO控制器應(yīng)具有8路DI輸入接口和8路繼電器DO輸出接口。（3）IO接口：用于道閘、紅綠燈、紅外光柵、補(bǔ)光燈等IO設(shè)備，要求相應(yīng)的配套設(shè)備支持與網(wǎng)絡(luò)IO控制器DO接口連接，其中道閘應(yīng)提供公共、抬桿、落桿、停止4個總線接口，支持通過紅外光柵或地感線圈控制道閘落桿；紅綠燈提供公共、紅燈、綠燈3個電線接口；紅外光柵提供基準(zhǔn)線、對比線2個電線接口；補(bǔ)光燈提供零線、火線2個電線接口。（4）NFC或藍(lán)牙：用于智能手持機(jī)和標(biāo)簽打印機(jī)，要求相應(yīng)的配套設(shè)備支持NFC、藍(lán)牙無線通信。

通過對各配套設(shè)備的通信接口進(jìn)行規(guī)范化，規(guī)定其統(tǒng)一要求，解決了物理層通信的問題，確保配套設(shè)備能夠與出入庫系統(tǒng)順利連接，為設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信和傳輸提供了可靠的環(huán)境。

4 設(shè)備通信協(xié)議及數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化

糧食智能出入庫配套設(shè)備涉及的通信協(xié)議主要包括：ISO 14443（Contactless card standards，非接觸式IC卡標(biāo)準(zhǔn)）協(xié)議、UVC（USB Video Class，U S B 視頻類）協(xié)議、M Q T T（M e s s a g e Q u e u i n gTelemetr y Transpor，消息隊列遙測傳輸）協(xié)議、Modbus協(xié)議、Onvi f協(xié)議、TCP/ I P協(xié)議、H T T P協(xié)議、藍(lán)牙協(xié)議、NFC協(xié)議等。通過對目前出入庫業(yè)務(wù)中實際使用的各類設(shè)備所支持的通信協(xié)議進(jìn)行廣泛調(diào)研和比較，確定了各類設(shè)備的通信協(xié)議要求和數(shù)據(jù)格式要求。以下為部分核心設(shè)備的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式的標(biāo)準(zhǔn)化要求。

（1）車牌識別攝像機(jī)的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式主要參考國家標(biāo)準(zhǔn)GB/ T 28181《公共安全視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求》[2]，要求車牌識別攝像機(jī)應(yīng)支持GB/T 28181所要求的能力，并在其原有的命令基礎(chǔ)上擴(kuò)展了拍照、車牌號識別、補(bǔ)光燈等命令，要求車牌識別攝像機(jī)通信流程與GB/ T 28181保持一致，設(shè)備控制采用IETF RFC 3428中的MESSAGE方法實現(xiàn)。車牌識別攝像機(jī)的數(shù)據(jù)包格式參考GB/ T 28181，并增加photographType 拍照類型、carnumberType 車牌號類型、lightType補(bǔ)光燈類型等3個命令的數(shù)據(jù)包定義。針對自定義命令，對命令名稱、命令定義和控制命令進(jìn)行了具體規(guī)定。

（2）自動扦樣機(jī)應(yīng)采用MQTT通信協(xié)議，作為client客戶端，通信質(zhì)量等級采用QoS1，支持自定義配置Topic地址、認(rèn)證用戶名、密碼，參數(shù)格式為JSON。自動扦樣機(jī)應(yīng)支持與自動檢化驗系統(tǒng)集成通信。自動扦樣機(jī)應(yīng)支持啟動扦樣接口，該接口由扦樣設(shè)備提供，由出入庫系統(tǒng)下發(fā)指令控制扦樣設(shè)備的啟動。下發(fā)參數(shù)主要規(guī)定“車輛編號”這一字段的名稱、數(shù)據(jù)類型、取值等要求，響應(yīng)參數(shù)主要規(guī)定“響應(yīng)狀態(tài)”“響應(yīng)信息”“車輛編號”等字段的名稱、數(shù)據(jù)類型、取值等要求。

（3）自動檢化驗系統(tǒng)應(yīng)采用MQTT通信協(xié)議，作為client客戶端，通信質(zhì)量等級采用QoS1，支持自定義配置Topic地址、認(rèn)證用戶名、密碼，參數(shù)格式為JSON。自動檢化驗系統(tǒng)應(yīng)支持與自動扦樣機(jī)相互集成通信。自動檢化驗系統(tǒng)應(yīng)支持狀態(tài)查詢接口和檢化驗結(jié)果上報接口。狀態(tài)查詢接口由檢化驗系統(tǒng)提供，由出入庫系統(tǒng)下發(fā)指令查詢檢化驗系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)。下發(fā)參數(shù)主要規(guī)定“車輛編號”這一字段的名稱、數(shù)據(jù)類型、取值等要求，響應(yīng)參數(shù)主要規(guī)定“響應(yīng)狀態(tài)”“車輛編號”等字段的名稱、數(shù)據(jù)類型、取值等要求。檢化驗結(jié)果上報接口由出入庫系統(tǒng)提供，由自動檢化驗系統(tǒng)主動上報檢化驗結(jié)果。規(guī)定“監(jiān)測平臺編號”“車輛編號”“檢驗時間”、檢測結(jié)果數(shù)組（“糧食大品種編號”“檢驗結(jié)果對象”“檢驗項目”“檢驗值”）等字段的名稱、數(shù)據(jù)類型、取值等要求。

（4）地磅：支持連續(xù)通訊和指令通訊兩種方式。連續(xù)通訊方式為地磅直接發(fā)送數(shù)據(jù)至上位機(jī)，無需上位機(jī)指令。指令通訊采用MODBUS總線方式。地磅數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)格式可設(shè)置為：8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無（奇偶）校驗位。連續(xù)通訊方式下，所傳送數(shù)據(jù)為地磅儀表顯示的當(dāng)前重量（毛重）數(shù)據(jù)（超載時重量值為999999）。每幀數(shù)據(jù)由12組數(shù)據(jù)組成，通過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定數(shù)據(jù)的格式并給出示例。MODBUS指令方式下，規(guī)定了主機(jī)讀儀表的數(shù)據(jù)格式和儀表反饋數(shù)據(jù)格式，然后分別規(guī)定讀毛重、讀皮重和讀凈重等的指令和返回值的要求。

（5）LED顯示屏：LED檢驗屏和LED檢斤屏采用MODBUS協(xié)議通信。所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包由頭域、信息域及尾域組成。通過參數(shù)設(shè)置命令C10 0H設(shè)置顯示屏參數(shù)，包括顯示屏的橫向點數(shù)、縱向點數(shù)、顏色模式等，通過數(shù)據(jù)下載命令DA00H下載數(shù)據(jù)，包括節(jié)目數(shù)、播放時間、播放模式等節(jié)目數(shù)據(jù)和字體、字號、顏色、顯示特效等區(qū)域數(shù)據(jù)。

通過對各配套設(shè)備的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式進(jìn)行規(guī)范化，規(guī)定其統(tǒng)一要求，實現(xiàn)了協(xié)議層和數(shù)據(jù)層的互聯(lián)互通，可有效支撐糧食智能出入庫業(yè)務(wù)開展。

5 結(jié) 語

配套設(shè)備作為糧食智能出入庫系統(tǒng)落地應(yīng)用的必要組成，其互聯(lián)互通對于系統(tǒng)的運行具有重要意義。對讀卡器、識別設(shè)備、扦樣機(jī)、檢化驗機(jī)、地磅、顯示屏等配套設(shè)備規(guī)定統(tǒng)一的通信接口、通訊協(xié)議和數(shù)據(jù)格式等技術(shù)要求，可以有效保障登記、扦樣、檢驗、檢斤、裝卸車和結(jié)算等出入庫環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的采集、傳輸和處理，從而提高智能化糧庫出入庫管理工作效率和管理水平。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，糧食智能出入庫系統(tǒng)未來會接入更多的智能化設(shè)備，建議糧食倉儲企業(yè)充分利用標(biāo)準(zhǔn)化手段，保障各類設(shè)備互聯(lián)互通，有效支撐糧食智能出入庫系統(tǒng)順利運行。

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