科创中国

行业领域

高新技术改造传统产业,新一代信息技术产业,高性能、智能化仪器仪表

需求背景

提高粮情检测系统的可信度、可靠度，让粮堆的检测数据更为准确和丰富，粮食储备环境更加安全，能耗更低。主要包括以下几个方面

（1）提高粮食储存安全性和管理效率：通过集成多模态的检测技术（例如 O2，PH3，CO2，CO以及水分检测），可以更全面、准确地监测粮情，提前发现可能的问题（例如霉变、虫害），从而及时采取措施避免粮食损失，提高粮食储存安全性。此外，通过这些技术，可以提高粮情管理的效率和科学性，降低管理成本。

（2）提高传感器的稳定性和准确性：通过添加自整定功能，可以有效减少环境因素和长期使用导致的传感器数据漂移，从而提高数据的准确性。同时，这也能够避免由于数据不稳定或设备故障导致的控制系统误动作，提高系统的稳定性。

（3）优化底层测控装置，提高能源效率和数据质量：通过在传感器装置上集成微处理器，实现数据融合和智能决策，可以避免过多冗余数据对检测系统的影响，减少数据传输丢失的风险。同时，这也可以使鼓风和通风设备的运行更加科学和精细，从而提高能源效率。

（4）提高虫害检测和控制的效率和安全性：通过优化虫害检测装置和熏蒸控制方法，可以提高害虫防治的效率，降低对作业人员的安全风险。

（5）提高数据传输的稳定性和灵活性：通过改善数据传输方式，可以提高系统的鲁棒性和灵活性，减少因电缆拆卸和重装带来的资源浪费，以及由于电磁干扰和雷击等因素对数据传输性能的影响。

需解决的主要技术难题

当前在智能粮情检测系统检测装置升级方面，主要存在以下困难：

（1）传感器检测单一

当前系统主要依赖于温度和湿度检测，且精度和响应速度慢。对于粮食储存等霉变和预警处理存在困难。缺乏集成氧气（O2）和磷化氢（PH3）集成等混合的、多模态的解决方案。缺乏基于粮食霉变CO2和CO高精度痕量检测传感技术。缺乏水分检测系统装置。

（2）传感器装置自整定功能缺失

现有的传感器装置主要源于市面采购设备，仅具备数据采集、滤波和传输功能，无法应对由于环境因素和长期使用导致的漂移问题（如温度漂移、时间漂移、非线性、响应时间），从而造成粮情参数评估准确性缺失。再者，一旦存在数据存在过多野值，甚至设备发生故障（如温度传感器误报高温），势必会引起控制系统的误动作。

（3）底层测控装置过于简单

现有粮仓鼓风与通风设备的输入量多依据经验设定，缺乏客观性，且易造成能耗较高。此外，传感器数据主要通过总线传输至上位机，但大量繁杂冗余的底层数据并不利于检测系统做出正确判别和决，也存在数据传输丢失隐患。因此，如何将匹配微处理器于传感器装置，使其具备数据融合和智能决策功能是亟需解决的问题。

    (4)虫害检测装置机理欠优化

传统害虫防治方法常采用设备进行害虫防治，利用害虫孔洞趋向性对其进行诱捕，但其除虫率难以保证。现有驱虫方法多为环流熏蒸，即通过地垄将磷化氢气体均匀充斥粮库，能有效阻止虫害。然而，磷化氢气体具有剧毒，对于作业人员具有很大的危险性。因此，如何研制合适的虫害检测装置，合理控制熏蒸时长是亟需解决的问题。

 (5)数据传输稳定性待提高

目前监控中心和粮仓之间需要搭设通信电缆，大量粮食入库时，需拆卸并重装通信电缆，造成人力物力资源浪费，且长时间暴露在室外的通信电缆易受电磁干扰和雷击影响其通信性能，系统鲁棒性和灵活性较低。

期望实现的主要技术目标

需要达到的性能、指标

（1）多维度高精度检测传感器等研制。包括集成氧气（O2）和磷化氢（PH3）集成等混合的、多模态传感检测装置，基于粮食霉变CO2和CO高精度痕量检测传感装置，海量温湿度传感检测装置。传感器平均无故障工作时间大于3000小时。

（2）传感器装置智能化改造。通过加装微处理器模块，并结合信息处理和控制算法使其具备自动补偿、自校准、自诊断、数据处理、智能决策功能，实现粮堆参数的分析和系统装备的精准控制。

（3）虫害检测装置研发。结合物理、生物和化学手段，通过多源信息融合的建模方法，完成虫害数量和空间区域的定量化表征，兼顾环流熏蒸有效性和安全性。

（4）无线传感网络构架搭建。通过选择稳定可靠无线通讯协议和无线射频模块，基于通信和互联网技术实现粮堆参数的无线传输。系统延迟小于300毫秒，范围5km。

需求解析

解析单位：“科创中国”华中科技大学智能制造专业科技服务团（华中科技大学） 解析时间：2023-08-24

王正伦

华中科技大学科协

主任

综合评价

该技术需求背景介绍和需要解决的主要技术难题分析比较清晰，研发内容和期望实现的技术目标明确。 开展的项目研究对行业技术提升具有重要的现实意义，项目研究成功对推动行业的技术进步具有重要的意义。 企业综合实力较好、研发实力较强、发展前景好。技术需求真实，市场潜力大。

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