机理/数据联合驱动储备粮数字监管智能方法

储备粮监管是关系国家粮食安全的大事。我国已经建成了世界上最大的粮食物联网,尽管仍然存在数据质量不高、利用率不高、信息孤岛现象严重等问题,但依然为开展储备粮数字化监管提供了基础。在研究粮堆多场耦合及生物场理论的基础上,提出了储备粮数字监管的连续性、周期性和协调性原理,进一步给出了利用粮情大数据分析的7项智能策略和粮仓储粮10模态的智能分析方法,并结合2018年参与全国政策性储备粮清仓查库10个省的应用案例,剖析了储备粮数字监管原理以及7项智能策略,以期为加速相关技术科技成果转化和大面积推广应用,同时加速建构高质量储备粮监管技术体系,推进储备粮管理从“人管”向“技管”转变,让数据在储粮决策和管理中发挥应有的作用。     

基于NMR的粮仓多场耦合图形化探测系统研究

粮仓是一个复杂的生态系统,其内部生物、非生物以及环境的耦合关系复杂,且只能对温度等少数参数进行探测,粮仓生态近乎“黑箱”。为了便于研究粮仓复杂的耦合关系、核实其中的基本规律,研究提出了一种基于核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance,NMR）的粮仓多场耦合图形化探测系统。该系统由核磁共振成像分析仪、粮仓模拟装置和数据采集处理系统三部分组成,可同时实现粮堆温度、湿度和水分三参数的真实精准探测,并能通过配套云图生成软件直观、形象地呈现粮堆温度场、湿度场和水分场分布云图。该系统首次将低场核磁共振成像技术应用于粮堆多场耦合作用研究领域,为探明粮仓生态复杂的耦合关系,进一步证实相关理论研究结论提供了一种新的技术手段。该系统的提出有助于深化行业正在致力发展的粮堆多场耦合及生物场理论。     

粮食储藏环境中的多场耦合效应对粮食品质影响的研究进展

粮食安全是储粮的重中之重,在储藏过程中,粮食会受到储粮环境中物理场和生物场的影响,在这些场综合作用下,粮堆的结露和发热霉变、以及储粮害虫和储粮微生物的滋生严重危害粮食品质。多场耦合效应是近年来国内外对储粮生态系统研究的一个新理念,研究粮食储藏环境中的多场耦合效应可以解决目前粮食储藏过程中的智能化程度低、监测手段落后等问题。本文围绕温度场、湿度场和压力场单独作用对粮食品质的影响,储粮昆虫和储粮微生物的取食与繁殖对粮食品质的影响,以及物理场之间的耦合作用、生物场之间的耦合作用、物理场与生物场的耦合作用对粮食品质的影响展开综述,为开发优质粮食工程保质减损储粮技术的智能化监测和预警系统提供参考。     

粮情智能分析基础数据手册的开发（网络首发、推荐阅读）

十八大以来,我国通过粮安工程等项目,推动了储粮技术的数字化和智能化,建成了世界上最大的粮食物联网。但由此产生的大量粮情数据,以温度为主,暂未有效支撑决策和管理。团队在前期研究了粮堆生态多场耦合理论的基础上,进一步凝练出了储备粮数字监管的连续性、周期性及协调性原理,以及AID、ABC、6R、SIN、O、CAE、U等系列智能策略,但这些策略的应用直接面对原始数据,存在效率低、误差大等问题。鉴于此,基于我国不同储粮生态区域典型粮仓、主要粮食品种的储粮原始粮情数据进行了有针对的挖掘,开发了粮情智能分析基础数据手册,以便智能策略的高效正确应用。以夯实粮情智能分析的基础,助推储粮数量和质量数字监管,实现由“人防”向“技防”的转变。     

加强对粮堆温度和湿度的检测控制推行绿色生态储粮

绿色保质保鲜储粮是采用生态控制手段，应用粮食储藏理论，避免化学药剂污染，保持粮食品质新鲜，延缓陈化。确保粮食安全卫生的综合性防治方法。温度和湿度是粮堆储藏安全的两个主要生态因子，准确检测粮堆各部位温度、湿度．实时监控储粮期间仓房内外各项数据，控制粮仓设备运行，才能实现“绿色储粮”、“生态储粮”。     

我国粮食产后领域人工智能技术的应用和展望

运用人工智能(Artificial Intelligence, AI)技术提升粮食产后的管理水平是粮食安全问题的热门话题之一。储粮智能通风、智能粮情监测等机理驱动AI技术推动了储备粮"四合一"技术的应用。粮堆多场耦合理论等新的储粮基础研究为机理驱动AI提供了新方法。数据驱动AI在粮食干燥控制、害虫识别等应用中发展较快。在粮食产业链管理当中,5T管理理念与方法使AI与技术管理高度融合,使成品质量管理与作业过程管理有机结合,为大数据的全链条应用提供了路径。但粮食产后领域仍然存在AI技术应用不平衡,总体水平较低问题。期待在粮情监控预警、收储精准品控、粮食大数据挖掘等方面,加快机理与数据双驱动AI技术的研发;在粮食产业链管理、行业监管服务等方面加快智慧粮食系统的建立。     

平房仓储粮生态多场耦合系统水分迁移传递机理研究综述

为确保国家粮食安全,满足工程重大需求,控制粮食储藏环境,抑制储粮害虫生长,减少储粮过程中粮食损失,实现储粮过程粮食品质一致性,突破当前粮食仓储系统基础理论的研究瓶颈。本文在对平房仓储粮热湿耦合系统水分迁移传递机理研究的国内外研究现状分析的基础上,提出基于多孔介质理论,考虑尺寸效应对于微/纳米多孔结构中导热及流动的影响,从介观和微观尺度下研究其传热传质内在机理和规律,建立宏、微观尺度下粮堆多孔介质多场下的传热传质数学模型,在研究中将粮仓视为整体的生态系统,综合考虑热场、湿度场和气流场,对三者进行耦合分析,从而实现平房仓储粮生态多场耦合系统水分迁移传递的机理探讨,以确保国家粮食安全。最后,给出了具体解决策略和思路。     

多场耦合效应对小麦储藏品质影响的研究

多场耦合理论是近年来粮食储藏领域的热点,研究多场耦合效应对粮食品质的影响,为粮食的智能化管理提供理论依据和实践参考。以生物场和物理场为耦合基础进行研究,以含有不同虫口密度米象(Sitophilus oryzae)的小麦作为生物场,通过粮堆的温度分布云图,运用响应面法和多元回归分析,比较了在不同环境(储藏温度15℃/相对湿度75%、25℃/70%、35℃/65%)中小麦的储藏品质变化,构建了小麦粮堆品质变化的多场耦合模型,分析了影响模型拟合效果的主要因素,提出了小麦品质模型的适用性范围,研究发现干面筋含量、降落值模型在耦合效应下具有较强的拟合度(R²>0.9),而脂肪酸值模型在15℃时拟合效果并不理想,丙二醛含量模型的拟合效果随着储藏时间的延长而降低。在小麦储藏过程中,米象等生物场与其它场强的耦合效应对小麦储藏品质有显著影响,此时粮堆上层小麦的品质相比下层具有更好的稳定性,合理选择参数调整场强大小有利于小麦储藏品质模型的稳定性。     

基于温湿度场云图的稻谷粮堆状态和结露风险分析

以稻谷为研究对象,利用温湿度一体传感器,模拟实际粮仓中容易发生结露区域以开展不同位点的监测,测得从冬季到夏季粮堆不同位点的温度和相对湿度;运用矩阵实验模拟软件(MATLAB)绘制粮堆温度场、湿度场云图,追溯分析了稻谷温湿度场分布及时空变化;基于粮食平衡绝对湿度与露点温度等模型(CAE模型)推算了稻谷粮堆危险点所处的不同...     

基于Fortran程序对储粮通风温度水分和害虫演替的模拟研究

世界各国因储粮害虫对粮食造成的损失非常严重,为了降低粮食在储藏期间的损耗,所以研究储粮通风过程中害虫增长量的变化至为重要。文章基于多孔介质热湿耦合理论,建立了浅圆仓的粮堆内部热湿传递和流动的数学模型以及害虫和熏蒸经验模型,并基于Fortran语言编程,模拟分析了通风状态下粮堆温度、水分含量、储粮害虫增长量以及杀虫剂浓度衰减的变化。结果表明：通风对粮堆内部温度和水分以及害虫生长影响明显。粮堆的水分含量近似对称分布,而受太阳辐射的影响,粮仓不同方向壁面的温度分布并不对称。储粮害虫在粮仓内的数量分布与温度、水分等因素有关,在壁面附近害虫分布较多,且在筒仓中心区域出现分层现象。杀虫剂浓度衰减也受温度的影响,温度高会影响杀虫剂的降解,导致杀虫剂浓度较低     

粮食储藏生态系统的仿真技术应用研究进展

随着信息技术和计算机技术的日益发展和成熟,仿真技术逐步在粮食储藏生态系统研究中得到应用,成为研究系统多因子交互影响的重要工具。结合粮食储藏生态系统的结构和特性,详细介绍了环境生态子系统研究进展、粮堆子系统中非人工干预下的粮堆非生物场的计算机模拟、储粮机械通风的仿真研究、储粮害虫的检测与预控仿真研究和储粮微生物生长模型与预控仿真研究应用现状。利用仿真技术,可以进一步深入研究单场对粮食储藏生态系统作用特性,进而基于多场耦合理论研究形成多参数优化控制的粮食储藏生态调控系统。     

玉米缺氧储藏效果好

结合机械通风降低粮温,然后对粮堆、仓房进行严格密封,利用粮食、粮食微生物和储粮害虫等生物有机体的呼吸作用,使粮堆在短时间内达到缺氧,从而全部杀死害虫,确保储粮安全。     

基于COMSOL的平房仓冷却通风过程中粮堆热湿耦合传递研究

粮仓冷却干燥通风是确保储粮安全的重要技术措施,在此过程中粮堆内部的热湿耦合迁移过程非常复杂。在COMSOL软件中,建立了冷却干燥通风过程中高大平房仓的三维物理模型,通过修改COMSOL内置材料方程、耦合渗流、能量守恒、动量守恒和水分迁移控制方程,以实测的送风空气温度和湿度为入口边界条件,数值模拟了湍流、湿空气传热、湿空气传质、多孔介质传热、多孔介质传质等多个物理场,并考虑了热湿耦合、温度耦合和流动耦合,对高大平房仓粮堆内冷却干燥通风过程中的热湿迁移规律进行了研究。基于实际高大平房仓的验证结果表明,通过修改COMSOL内置方程可以准确模拟预测冷却干燥通风过程中粮堆内热湿耦合传递过程,数值模拟结果可用于指导粮仓冷却干燥通风过程和粮仓通风系统优化。     

粮食检验与储备粮的质量管理策略探讨

随着国家级储备粮规模不断扩大,传统的人工检测与管理模式已经无法适应海量储备粮的质量安全监管需求。为实现智慧型、精细化的现代化监管,本研究分析了粮食检验与储备粮质量管理的关联性,并提出了优化粮食检验与储备粮质量管理的策略,以有效提升储备粮全过程的质量安全监管水平。     

基于GWO-BP神经网络及粮食压缩实验对粮食孔隙率的预测

孔隙率是影响粮堆内热湿传递的关键参数,为探究粮仓中散装粮堆孔隙率的分布规律,通过开展粮食压缩实验来获取不同的粮食种类在不同水分含量和竖向压力条件下的孔隙率。提出了一种基于灰狼算法优化BP(GWO-BP)神经网络的粮食单元体孔隙率预测模型,并将该模型与BP神经网络模型、随机森林模型的孔隙率预测结果进行对比,最后利用粮食单元箱实验对该模型的泛化能力进行验证。结果表明,GWO-BP神经网络模型的孔隙率预测性能最佳,该模型的评价指标R2为0.960 5、RMSE为0.013 7及MAE为0.0131,均在允许的范围内。本研究为粮食孔隙率的确定提供了一种神经网络预测的方法,为深入开展粮堆多场耦合分析提供了重要基础,为安全储粮提供了理论支持。     

基于温湿度场耦合的粮堆离散测点温度场重现分析

以钢板浅圆仓为研究对象,以小麦粮堆为目标粮堆,利用温度传感器阵列监测粮堆不同季节、不同位点的温度,运用粮温拟合算法和Matlab模拟软件,重现了不同季节、不同方位的浅圆仓小麦粮堆温度场变化规律,并基于温度湿度场耦合原理对云图进行了分析。结果表明:夏季,粮堆中存在大体积的"冷芯"可以使粮堆安全度夏;秋冬季,粮堆中有"热-冷"多层次区域变化,易导致第2年春季在粮堆表层发生结露霉变;而在冬季进行机械通风作业可有效消除粮堆在春季易结露的安全隐患。本研究为运用场论分析法预判储粮安全提供了有利依据。     

密闭圆筒仓内储粮自然对流及热湿耦合传递的研究

粮食作为吸湿性多孔介质,具有吸湿和解吸湿特性。一般粮食收获后,大部分时间在密闭非通风状态下自然存储。鉴于粮仓外气候条件的季节和昼夜变化,会使粮堆的温湿度发生周期变化,导致超出存储安全指数。该文将以仓储粮堆内局部热湿耦合传递过程作为研究对象,借助多物理场数值模拟软件(COMSOL)进行数值模拟,研究近似冬夏季工况下粮堆内温湿度的动态变化规律,充分考虑了仓储粮作为吸湿性多孔介质具有复杂的热源、湿源。     

新世纪中国粮食储藏科技发展新脉络的梳理与展望

本世纪以来，中国在粮食储藏领域的科学理论、研究方法、应用技术研发都得到加速发展。在简要回顾上世纪中国粮食储藏科技发展过程的基础上，对本世纪以来粮食科技取得的新发展进行了归纳，从微观、宏观、信息化与人工智能三个维度对粮食科技发展新脉络进行梳理和展望。微观维度的发展是指粮堆生物体的微观机理研究的进展。从粮食基础参数研究起步，介绍了在分子生物学、基因工程学、蛋白组学、代谢组学等生命科学理论和方法支持下，对粮食籽粒、储粮害虫和微生物的微观参数、特征、代谢和品质变化规律、以及真菌毒素防控技术等研究取得的新成果。宏观维度的发展是指在储粮生态理论的基础上，从宏观层面研究粮食储藏中环境生态因子之间的互相影响。介绍了在粮堆生物场和物理场等多场耦合理论支持下取得的新成果。在信息化与人工智能维度的发展方面，介绍了我国粮食领域人工智能（AI）的发展过程，在机理驱动AI和数据驱动AI相结合的“机理+数据”双驱动AI的新理念指导下取得的新成果。通过对发展新脉络的梳理，提出展望：一是在发展战略层面，要通过科技提升粮食流通系统管理能力，包括粮食储备安全的监管技术、全产业链质量控制和追溯、提升粮食产业可持续发展能力等等，仍然要继续开展重大粮食科技难题和“卡脖子”问题的行业攻关。二是在科学理论和技术方法层面，运用好粮食领域“技术平移”优势和交叉学科突破优势，推进理论创新和技术迭代，加快步入中国粮食储藏科技发展的高速路。     

通风储粮中粮堆结露可能性的判断及预防

通风储粮是目前粮食储备工作中经常采用的技术措施，但结露会增加储粮水分而降低通风安全储粮的效果。结露的根本原因是温差过大。根据不同季节粮堆与大气的温度变化规律，通过在气温上升季节和气温下降季节气温、粮温与露点的比较，判断粮堆结露的可能性与结露的类型，做好通风储粮中的预防结露工作，以确保通风储粮的效果。     

多功能储粮安全现场快速检测分析仪的研究（网络首发、推荐阅读）

粮食在仓储过程中会受到生物场和非生物场等诸多方面影响,从而导致易出现发热、霉变、结露以及虫害等现象,迫切需要研发便捷、快速、多功能和高精度的现场检测工具。多功能储粮安全现场快速检测分析仪针对实际储粮管理的需求,在多点高精度检测温度、湿度和CO2浓度的基础上,以模型和算法推算储粮水分、水分活度、绝对湿度、积温、积湿、J/Q值和绝对水势,对推算结果进行图形化表达,辅助判定安全、结露、发热、霉变等储粮状态、选择机械通风作业参数,并进行智能控制。初步应用结果表明,该仪器对粮仓管理能够提供有效技术支撑,具有良好的应用前景。