糧食干燥和儲(chǔ)藏系統(tǒng)理論與方法的研究*——吉林大學(xué)糧食儲(chǔ)運(yùn)研究發(fā)展回顧

吳文福 韓 峰 張亞秋 劉 哲 徐 巖 陳 凱

(吉林大學(xué)生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 130025)

1 糧食儲(chǔ)運(yùn)科技系統(tǒng)發(fā)展的四個(gè)階段

上世紀(jì)80年代，系統(tǒng)思想及系統(tǒng)工程在中國(guó)各行各業(yè)得到普遍的關(guān)注[1,2]。1987年原吉林工業(yè)大學(xué)在長(zhǎng)春舉辦了首屆農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程學(xué)術(shù)會(huì)議FICASE，會(huì)議盛況空前，收到來自澳大利亞、巴西、中國(guó)、丹麥、意大利、日本、荷蘭、英、美、蘇聯(lián)等10個(gè)國(guó)家的121篇論文，成為中國(guó)系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程傳播和發(fā)展的里程碑事件[3]。我國(guó)糧食儲(chǔ)運(yùn)科技系統(tǒng)思想[4～9]的緣起受到系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程發(fā)展的深度影響發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，現(xiàn)在處于第四階段。

第一階段(從20世紀(jì)40年代至70年代)：生態(tài)理念的初探階段。我國(guó)倉庫昆蟲與螨類著名專家李隆術(shù)先生在20世紀(jì)40年代開始報(bào)道倉蟲生態(tài)研究結(jié)果，提出了糧堆生態(tài)系統(tǒng)的理念，“糧堆是一個(gè)由多種生物和非生物有機(jī)結(jié)合，相互聯(lián)系，具有一定功能的封閉型生態(tài)系統(tǒng)，必須全面研究系統(tǒng)內(nèi)矛盾的各個(gè)方面及其聯(lián)系，包括糧堆內(nèi)生物群落(蟲、螨、霉等)的一般結(jié)構(gòu)、數(shù)量特征和分類；它們與其它因子的相互關(guān)系；系統(tǒng)的物質(zhì)轉(zhuǎn)換和能量流動(dòng)規(guī)律等。通過綜合分析、協(xié)調(diào)管理才能控制糧堆向有利的方向發(fā)展”。

第二階段(從20世紀(jì)80年代至90年代)：生態(tài)理念的形成階段。靳祖訓(xùn)、路茜玉、蔣中柱等一批學(xué)者都對(duì)生態(tài)儲(chǔ)糧系統(tǒng)展開深入思考和研究。1990年代末，靳祖訓(xùn)明確提出：“糧食儲(chǔ)藏科學(xué)技術(shù)必須以經(jīng)濟(jì)倫理——科技倫理——可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略為指導(dǎo)”；儲(chǔ)糧生態(tài)系統(tǒng)理論是“生態(tài)儲(chǔ)糧”“綠色儲(chǔ)糧”的基礎(chǔ)，最大限度地保護(hù)和利用人類食物資源、保護(hù)人類生存環(huán)境、提高人類生存質(zhì)量。

第三階段(21世紀(jì)前10年)：生態(tài)理念的應(yīng)用實(shí)踐階段。以吳子丹帶領(lǐng)的糧食科技團(tuán)隊(duì)，在生態(tài)儲(chǔ)糧理論的支持下，集成創(chuàng)新了糧情檢測(cè)、機(jī)械通風(fēng)、環(huán)流熏蒸和谷物冷卻“四合一”儲(chǔ)糧新技術(shù)體系，系統(tǒng)解決了我國(guó)糧食儲(chǔ)備特有的倉型大、糧堆高、儲(chǔ)期長(zhǎng)的技術(shù)難題，使我國(guó)儲(chǔ)備糧庫的技術(shù)裝備水平實(shí)現(xiàn)了向現(xiàn)代化的整體跨越?！八暮弦弧奔夹g(shù)2010年獲得國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。同期還開展了農(nóng)戶科學(xué)儲(chǔ)糧專項(xiàng)工程。

第四階段(2010年至今)：生態(tài)理念深化與信息技術(shù)和生物技術(shù)結(jié)合階段。

與糧食行業(yè)科技發(fā)展的4個(gè)階段相比較，吉林大學(xué)(含原吉林工業(yè)大學(xué))在1980年代同時(shí)起步，在第一和第二階段發(fā)展相對(duì)緩慢，但有鮮明特色；在第三和第四階段深度參與糧食行業(yè)的科技創(chuàng)新，在理論創(chuàng)建、基礎(chǔ)研究、技術(shù)創(chuàng)新、工程應(yīng)用和國(guó)際交流等方面都做出了重要貢獻(xiàn)。本文把吉林大學(xué)的發(fā)展歷程設(shè)定為三階段，現(xiàn)回顧如下。

2 吉林大學(xué)糧食儲(chǔ)運(yùn)科技的發(fā)展歷程

2.1 摸索階段

二十世紀(jì)80年代至90年代，從農(nóng)機(jī)專業(yè)和學(xué)科的特點(diǎn)出發(fā)，李慧珍、趙學(xué)篤等以糧食及農(nóng)產(chǎn)品干燥物性、工藝和系統(tǒng)為方向展開了基礎(chǔ)研究，是系統(tǒng)理論和方法研究摸索階段。1981年李慧珍以訪問學(xué)者在美國(guó)學(xué)習(xí)回國(guó)后，利用世界銀行貸款，在國(guó)內(nèi)較早建立了糧食干燥實(shí)驗(yàn)室[9]。利用薄層干燥試驗(yàn)系統(tǒng)，研究了甜菜籽[10](蘭玉彬)、人參[11,12](盧賢繼，等)、玉米[13](王登峰，等)的干燥特性以及固體介質(zhì)玉米干燥工藝[14](王永彬，等)。王登峰等進(jìn)行了玉米固定床干燥的計(jì)算機(jī)模擬和試驗(yàn)研究以及RTH-700型熱風(fēng)筒式橫流玉米干燥機(jī)的計(jì)算機(jī)模擬和試驗(yàn)研究[15,16]。李俊明在國(guó)內(nèi)最早研究了玉米干燥過程的模糊控制[17]。趙學(xué)篤等實(shí)驗(yàn)研究了玉米籽粒力學(xué)性能[18]。張書慧研究了種子烘干試驗(yàn)臺(tái)及其測(cè)試系統(tǒng)[19]。鄭先哲研究了稻谷干燥的食味特性[20,21]。

2.2 起步階段

21世紀(jì)前10年，依托農(nóng)業(yè)電氣化與自動(dòng)專業(yè)碩士點(diǎn)和博士點(diǎn)，吳文福等以糧食干燥測(cè)控技術(shù)和裝備為主要研究方向，是系統(tǒng)理論和方法研究的起步階段。

2003年，吳文福首次將水勢(shì)的概念和理論應(yīng)用于糧食干燥的系統(tǒng)特性研究[22]，試圖以系統(tǒng)耦合因子彌補(bǔ)單因子研究的不足，提出了基于絕對(duì)水勢(shì)的濕熱調(diào)控理念；尹麗妍研究了壓力、溫度、水分和濕度等作用下的真空干燥機(jī)理和模型[23]；徐澤敏建立了水稻保質(zhì)干燥的水勢(shì)模型[24]。劉雪強(qiáng)研究了玉米干燥過程中顆粒內(nèi)部應(yīng)力模型與預(yù)測(cè)方法[25]，應(yīng)用遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、多元統(tǒng)計(jì)、主成份分析等方法研究了糧食干燥系統(tǒng)的復(fù)雜性[26～29]，提出了糧食干燥系統(tǒng)控制理念和策略，采用相似理論建立了干燥過程中谷物水分和谷物溫度的預(yù)測(cè)模型[30]。

以集中突破糧食水分在線檢測(cè)為主線，借助模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，張亞秋、羅蘭、王春燕、曲東良等研究糧食收購智能定等系統(tǒng)[31～34]，形成了一定的技術(shù)積累。張?jiān)拼T和李君興分別進(jìn)行了新型節(jié)能熱風(fēng)爐和節(jié)能環(huán)保煤氣發(fā)生爐的試驗(yàn)和設(shè)計(jì)[35,36]。朱航研究了玉米干燥實(shí)時(shí)智能控制方法，建立了干燥工藝參數(shù)推理專家系統(tǒng)[37]。潘智和尹慧敏分別展開3波段和7波段糧食近紅外檢測(cè)儀的研究，用DPS軟件分別建立多元線性回歸和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定量分析模型，能夠完成數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析、結(jié)果輸出顯示等功能[38,39]。

2.3 深化階段

2010年以后，吉林大學(xué)成為糧食儲(chǔ)運(yùn)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室成員單位，吳子丹、吳文福等以發(fā)展生態(tài)儲(chǔ)糧理論和智能測(cè)控監(jiān)管技術(shù)為研究方向，深入展開了糧食干燥和儲(chǔ)藏系統(tǒng)的理論創(chuàng)建、基礎(chǔ)研究、技術(shù)創(chuàng)新、工程應(yīng)用和國(guó)際交流，是系統(tǒng)理論和方法深化階段。

2.3.1 理論創(chuàng)建 理論創(chuàng)新使得行業(yè)的發(fā)展不斷從經(jīng)驗(yàn)和理念，走向科學(xué)。吳子丹等原創(chuàng)了儲(chǔ)藏糧堆多場(chǎng)耦合及生物場(chǎng)理論[40]，發(fā)展了糧食儲(chǔ)藏生態(tài)理論，為解決糧食倉儲(chǔ)生物風(fēng)險(xiǎn)的工程化計(jì)算和控制難題探索了新路徑，相關(guān)成果發(fā)表在NATURE子刊上，如圖1。吳文福提出了儲(chǔ)備糧數(shù)字監(jiān)管的連續(xù)性、周期性、協(xié)調(diào)性等3個(gè)原理[41]，為儲(chǔ)備糧規(guī)?；悄鼙O(jiān)管策略的研究提供了基礎(chǔ)；探索了智慧糧事理學(xué)架構(gòu)，以事件研究為中心，原創(chuàng)了糧食籽粒由田間到餐桌的圍收儲(chǔ)期5T管理方法[42,43]，首次揭示了糧食收儲(chǔ)過程中的“隱性損失”，為優(yōu)質(zhì)糧食工程品牌建設(shè)和減損提質(zhì)提供了策略。

圖1 糧堆多場(chǎng)耦合理論與方法

2.3.2 基礎(chǔ)研究 主要從行業(yè)所急需基本概念、試驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)積累入手。提出了微元、伴生微元和微環(huán)境的糧堆微觀耦合結(jié)構(gòu)[44]，為糧食干燥儲(chǔ)藏試驗(yàn)方法改進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。通過糧食濕熱平衡理論與模型融合了溫度和相對(duì)濕度對(duì)糧食儲(chǔ)藏的影響，以吉林省和東北地區(qū)為例，探索了糧食儲(chǔ)藏亞生態(tài)區(qū)域劃分[45]，形成我國(guó)現(xiàn)行7大儲(chǔ)糧生態(tài)區(qū)域劃分的補(bǔ)充，如圖2。

圖2 糧食儲(chǔ)藏亞生態(tài)區(qū)域劃分探索

設(shè)計(jì)和實(shí)倉試驗(yàn)了1 m3正方和2 m3長(zhǎng)方儲(chǔ)糧單元模擬倉，取得了糧堆多場(chǎng)耦合及生物場(chǎng)演替的多參數(shù)分布數(shù)據(jù)[46～47]，為糧堆多場(chǎng)耦合及生物場(chǎng)理論和模型的建立奠定了基礎(chǔ)。尹君等[46][48]運(yùn)用多場(chǎng)耦合理論對(duì)淺圓倉的糧情云圖進(jìn)行了分析及短期預(yù)測(cè)；運(yùn)用多場(chǎng)耦合理論分析糧堆局部結(jié)露發(fā)生的機(jī)理[48～50]。王小萌等通過構(gòu)建溫、濕度場(chǎng)云圖，研究糧堆霉變和溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)的時(shí)空耦合關(guān)系[51]。

吳文福等改進(jìn)設(shè)計(jì)了多參數(shù)可調(diào)糧食薄層干燥試驗(yàn)系統(tǒng)[52,53]，不僅可以實(shí)現(xiàn)變參數(shù)干燥工藝的精細(xì)測(cè)定與優(yōu)化，還可以逼真模擬實(shí)際干燥機(jī)干燥過程，從此評(píng)價(jià)干燥作業(yè)質(zhì)量、低成本優(yōu)化糧食干燥作業(yè)工藝參數(shù)，是糧食干燥試驗(yàn)理念和方法的進(jìn)步。該試驗(yàn)系統(tǒng)已在20多家涉糧高校和研究單位的教學(xué)和科研中使用，以此建立了糧食干燥工藝參數(shù)以及品質(zhì)參數(shù)參考數(shù)據(jù)手冊(cè)，可以用作糧食精細(xì)干燥作業(yè)的參考支撐。研制的多參數(shù)可調(diào)連續(xù)干燥實(shí)物模擬系統(tǒng)，可以應(yīng)用糧食干燥工藝模擬試驗(yàn)和智能控制策略的驗(yàn)證研究。

通過改進(jìn)糧食深床干燥試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集方法，研究玉米低溫深床干燥特性及數(shù)學(xué)模型，吳文福、張歡等首次同步測(cè)取了深床干燥各層水分、溫度和相對(duì)濕度的直接數(shù)據(jù)，揭示了深床干燥過程除解吸外尚存在吸附現(xiàn)象，對(duì)研究節(jié)能干燥方法有重要啟示[54]。

建立了4種不同尺寸結(jié)構(gòu)的農(nóng)戶儲(chǔ)糧糧倉實(shí)物模型，進(jìn)行了完整儲(chǔ)糧周期的儲(chǔ)糧試驗(yàn)，測(cè)定了溫度、濕度、水分、脂肪酸值、真菌毒素等多項(xiàng)指標(biāo)，進(jìn)一步優(yōu)化了玉米自然通風(fēng)干燥儲(chǔ)藏?cái)?shù)學(xué)模型，為開發(fā)農(nóng)戶科學(xué)儲(chǔ)糧倉提供了依據(jù)，在農(nóng)戶科學(xué)儲(chǔ)糧專項(xiàng)工程中得到應(yīng)用[54]。

2.3.3 技術(shù)創(chuàng)新

2.3.3.1 糧食干燥水分在線檢測(cè) 付海東、李微、孫耀強(qiáng)、張國(guó)龍、息裕博等分別研究了壓力式、微波式、電阻式、電容式、射頻等在線糧食水分檢測(cè)方法及傳感器[55～60]。李洪莉研究基于容重的玉米水分在線檢測(cè)裝置[61]。劉哲研究了電阻式單籽粒糧食水分在線檢測(cè)儀[62]。吳新怡研究應(yīng)變式單籽粒糧食水分和硬度在線檢測(cè)儀，取得了較好的測(cè)量結(jié)果[63,64]。王銳基于機(jī)器視覺技術(shù)測(cè)定糧食含水率[65]。孫永海利用聲波測(cè)定玉米含水率[66]。趙波、高鴻飛、張麗麗研究了基于總重檢測(cè)的糧食循環(huán)干燥水分在線自動(dòng)測(cè)控方法，使得循環(huán)干燥水分測(cè)控精度和穩(wěn)定性顯著提高[67～69]，實(shí)現(xiàn)了全程“真0.5%”測(cè)控，試驗(yàn)原理如圖3所示。李洪莉?qū)⒂衩兹葜嘏c水分之間的關(guān)系應(yīng)用于水分檢測(cè)，開發(fā)一套基于容重的玉米水分在線檢測(cè)裝置[70,71]。劉哲等開發(fā)了電阻式水分儀[72,73]。

2.3.3.2 糧食干燥模型、模擬及控制 尹麗妍借助水勢(shì)的多因子耦合特性，研究了壓力、溫度、水分和濕度等作用下的真空干燥機(jī)理和模型[74～76]；徐澤敏建立了水稻保質(zhì)干燥的水勢(shì)模型[77]；楊春暉完成糧食干燥絕對(duì)水勢(shì)微分方程數(shù)學(xué)求解[78]。宋佳數(shù)值模擬了谷物深床干燥過程[79]。

a)

韓峰、張立輝、張亞秋等進(jìn)行了玉米干燥過程數(shù)字模擬的研究[80～82]。張虎、王天一、周繼龍等研究了糧食干燥過程水分檢測(cè)與自動(dòng)控制系統(tǒng)[83～85]。劉哲進(jìn)行了基于質(zhì)流法的谷物連續(xù)干燥模型和系統(tǒng)的研究[86]。吳玉柱、劉哲、金毅、陳俊軼研究了耦合因子的糧食干燥品質(zhì)特性和預(yù)測(cè)控制特性，優(yōu)選出了等效積溫和絕對(duì)水勢(shì)等具有預(yù)測(cè)能力的耦合因子作為控制參數(shù)，建立了等效積溫品質(zhì)控制工具化圖表，結(jié)合傳統(tǒng)PID以深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，提出了智能EAT窗口連續(xù)干燥測(cè)控方法，是典型機(jī)理和數(shù)據(jù)雙驅(qū)動(dòng)的測(cè)控算法，使連續(xù)干燥過程控制的精度和穩(wěn)定性得到顯著提高[86～94]。

2.3.3.3 糧食干燥節(jié)能技術(shù)及系統(tǒng) 董宏宇研究了適于谷物干燥的紅外輻射陶瓷材料及紅外干燥機(jī)理[96,97]。聯(lián)合國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)備局科學(xué)研究院研究了遠(yuǎn)紅外對(duì)流組合谷物干燥工藝及系統(tǒng)[98,99]。王桂英研究了以電力為能源冷凝增熱節(jié)能干燥工藝[100,103]，經(jīng)50 t/B循環(huán)式干燥機(jī)試驗(yàn)鑒定，降低電耗50%。郝歡進(jìn)一步將冷凝增熱工藝與半導(dǎo)體熱泵技術(shù)結(jié)合，節(jié)能效果得到提升。李帥等研究了離子體預(yù)處理干燥，取得一定的節(jié)能效果[104,105]。這些工作為新時(shí)期的綠色環(huán)保干燥裝備的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

圖5 遠(yuǎn)紅外對(duì)流組合干燥機(jī)

2.3.3.4 糧食數(shù)量和質(zhì)量檢測(cè) 王剛、王銳研制了基于機(jī)器視覺的玉米千粒重快速檢測(cè)方法及儀器[106,107]。趙敏研究玉米品質(zhì)的圖像處理檢測(cè)方法[108]。崔何磊研究了糧食干燥機(jī)倉內(nèi)糧食數(shù)量監(jiān)測(cè)的計(jì)算方法[109]。尹慧敏開發(fā)了一套糧食近紅外檢測(cè)儀，用DPS軟件分別建立多元線性回歸和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定量分析模型，能夠完成數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析、結(jié)果輸出顯示等功能[110]。吳文福等研究發(fā)現(xiàn)脂肪酸含量在干燥系統(tǒng)的所有耦合因子中與糧食絕對(duì)水勢(shì)和的耦合關(guān)系最大[111]，該結(jié)論對(duì)分析和預(yù)測(cè)干燥工藝對(duì)玉米籽粒中不飽和脂肪酸含量提供了新思路。孫永海提出了基于顏色傳感器的玉米游離脂肪酸含量檢測(cè)方法，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)[112]。魏雪松對(duì)來自全國(guó)的24個(gè)優(yōu)質(zhì)粳稻品種，通過對(duì)比試驗(yàn)測(cè)定了食味、熱力學(xué)、流變學(xué)、質(zhì)構(gòu)、糊化等特性，崩解值、消減值、糊化溫度、硬度、彈性、咀嚼性等，在一定程度上能反映地域的差異性[112]。王國(guó)靖探索了變參數(shù)米飯蒸煮工藝，并進(jìn)行品質(zhì)測(cè)定與評(píng)價(jià)[114]。

李秀華提出了基于激光測(cè)距技術(shù)的糧食數(shù)量無損檢測(cè)方法，并設(shè)計(jì)開發(fā)了一套多線程數(shù)據(jù)采集及處理軟件系統(tǒng)[115]。宋立明研究了基于SFS技術(shù)和激光三維坐標(biāo)儀的兩種糧食數(shù)量識(shí)別方法，實(shí)現(xiàn)了糧食數(shù)量的非接觸智能檢測(cè)，能夠大大降低監(jiān)管和稽核的費(fèi)用[116]。

2.3.3.5 糧倉糧情監(jiān)測(cè)與機(jī)械通風(fēng)作業(yè) 吳文福、陳思羽建立谷物平衡水分與相對(duì)濕度在不同溫度下的關(guān)系模型，本質(zhì)是一種糧食機(jī)械通風(fēng)方程(CAE)簡(jiǎn)明形式，實(shí)現(xiàn)了糧堆內(nèi)溫度、濕度和水分的互相求解，以此提出了基于溫濕監(jiān)測(cè)的糧倉內(nèi)部點(diǎn)糧食水分檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了糧情溫濕水一體監(jiān)測(cè)的第一種方案——模型法方案[117,118]。萬曙峰、牛立坤、陳中旭研究了糧情溫濕水一體監(jiān)測(cè)的第二種方案——多參數(shù)同步監(jiān)測(cè)方案，采用糧堆內(nèi)糧情信號(hào)差分感知結(jié)構(gòu)，提高了傳感器的穩(wěn)定性和檢測(cè)精度，實(shí)現(xiàn)了糧倉溫濕水一體化監(jiān)測(cè)[119～122]。

基于微環(huán)境絕對(duì)水勢(shì)理念和多參數(shù)糧情監(jiān)測(cè)，首次繪制了適合于糧倉機(jī)械通風(fēng)作業(yè)的“微環(huán)境絕對(duì)水勢(shì)圖”，劃分出降溫、降水以及調(diào)質(zhì)等窗口[123～125]，可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)動(dòng)態(tài)窗口調(diào)控，以圖形化方式進(jìn)行降溫、降水以及調(diào)質(zhì)通風(fēng)作業(yè)，進(jìn)一步提出了基于絕對(duì)水勢(shì)圖的糧倉遠(yuǎn)程智能通風(fēng)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案[127,128]，如圖6所示。

a)

2.3.3.6 儲(chǔ)備糧數(shù)字監(jiān)管與大數(shù)據(jù)分析 秦驍基于糧食儲(chǔ)藏濕熱傳遞理論以及儲(chǔ)備糧實(shí)物數(shù)字監(jiān)管原理，提出了儲(chǔ)糧數(shù)字監(jiān)管的AD6R3IABC[129～132]。蘭天憶基于糧情大數(shù)據(jù)的東北地區(qū)儲(chǔ)糧品質(zhì)建立了模型和數(shù)據(jù)手冊(cè)，主要為儲(chǔ)糧監(jiān)管方法涉及的參數(shù)提供具有指導(dǎo)意義的參數(shù)表[133]。

崔宏偉等提出了基于溫度場(chǎng)云圖RGB顏色特征的儲(chǔ)糧監(jiān)管方法[134,135]。該方法不僅能夠?qū)崿F(xiàn)儲(chǔ)糧數(shù)量監(jiān)管，同時(shí)能夠檢測(cè)出糧倉局部異常溫升。朱浩天、崔宏偉等通過分析糧溫統(tǒng)計(jì)特征，提出了一種基于歷史糧溫統(tǒng)計(jì)特征的糧倉庫存狀態(tài)(主要包括空倉、新糧、通風(fēng)3種狀態(tài))檢測(cè)方法，檢測(cè)結(jié)果表明該庫存狀態(tài)檢測(cè)方法可以滿足糧庫檢查的工作需求[136,137]。崔宏偉等提出了基于糧溫時(shí)空相關(guān)性的糧倉儲(chǔ)量監(jiān)管方法[138]。王啟陽利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)等方法研究了基于糧情數(shù)據(jù)的糧食品質(zhì)測(cè)報(bào)[139,140]。針對(duì)數(shù)字化糧庫清倉查庫，沈文豪研究了適合于現(xiàn)場(chǎng)復(fù)檢的，便攜式儲(chǔ)糧生物危害檢測(cè)儀，具有云圖、動(dòng)態(tài)窗口分析功能[141]。張忠杰等開發(fā)了糧情云圖動(dòng)態(tài)分析與預(yù)測(cè)預(yù)警軟件[142]，在2018～2019年全國(guó)清倉查庫中20省應(yīng)用，以此為基礎(chǔ)建立儲(chǔ)備糧數(shù)字監(jiān)管策略應(yīng)用參考數(shù)據(jù)工具手冊(cè)。

2.3.3.7 機(jī)器人技術(shù) 針對(duì)目前糧倉管理中的糧面平整、施藥、翻倒等作業(yè)主要靠人工完成，存在成本高、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、工作環(huán)境差等缺點(diǎn)，且因糧面松軟，現(xiàn)有糧面行走機(jī)構(gòu)存在易下陷、易傾覆和行駛不便的問題，靳航嘉等[143]結(jié)合水陸兩棲車輛的螺旋驅(qū)動(dòng)方式，設(shè)計(jì)了可在松軟糧面上行走的螺旋驅(qū)動(dòng)式糧面行走機(jī)構(gòu)，通過糧面行駛試驗(yàn)證明了該機(jī)構(gòu)的糧面通行能力較好，可以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退和自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向，大幅提升了糧面行走機(jī)構(gòu)的糧面行走性能?；谇笆龌A(chǔ)，設(shè)計(jì)了糧倉內(nèi)信息探測(cè)仿生螺旋機(jī)器人[144]以及糧倉糧面作業(yè)的機(jī)械行走機(jī)構(gòu)[145]。

圖7 螺旋驅(qū)動(dòng)式糧面行走機(jī)構(gòu)三維模型

2.3.4 工程應(yīng)用 開發(fā)的橫流組合式糧食連續(xù)干燥機(jī)等3項(xiàng)產(chǎn)品多次列入國(guó)家農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品補(bǔ)貼目錄；開發(fā)的糧食干燥智能測(cè)控方法為一批行業(yè)內(nèi)企業(yè)應(yīng)用；支撐開發(fā)的“糧情動(dòng)態(tài)分析軟件系統(tǒng)”中應(yīng)用，該成果在國(guó)務(wù)院組織的2018～2019年“全國(guó)政策性糧食庫存大清查”中，累計(jì)在20個(gè)省進(jìn)行了應(yīng)用測(cè)試，準(zhǔn)確率達(dá)到85%以上；提出5T管理方法和標(biāo)準(zhǔn)在吉林省優(yōu)質(zhì)糧食工程及“吉林大米”品牌建設(shè)中得到推廣應(yīng)用。

2.3.5 國(guó)際交流 2012年吉林大學(xué)成為糧食儲(chǔ)運(yùn)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室成員單位。2019年成為中加生態(tài)儲(chǔ)糧研究中心成員單位。以吉林大學(xué)農(nóng)業(yè)工程一級(jí)學(xué)科和農(nóng)業(yè)電氣化與自動(dòng)化二級(jí)學(xué)科為學(xué)術(shù)平臺(tái)，以先進(jìn)制造、智能化、信息化、系統(tǒng)工程等為手段，發(fā)展糧食儲(chǔ)藏、干燥等新理論、新技術(shù)和新裝備，深度服務(wù)于生產(chǎn)和市場(chǎng)。2017年舉辦了“糧食儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)基礎(chǔ)”國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì)，2019年舉辦了首屆“智慧糧食國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì)”、第九屆中加儲(chǔ)糧研究中心暨糧食儲(chǔ)運(yùn)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)研討會(huì)。

3 結(jié)語

3.1 系統(tǒng)思想和信息化發(fā)展進(jìn)程對(duì)吉林大學(xué)糧食儲(chǔ)運(yùn)團(tuán)隊(duì)的科技創(chuàng)新產(chǎn)生了深度影響，沿著糧食儲(chǔ)藏系統(tǒng)理論和技術(shù)的研究方向，歷經(jīng)3個(gè)發(fā)展階段，在理論創(chuàng)建、基礎(chǔ)研究、技術(shù)創(chuàng)新、工程應(yīng)用和國(guó)際交流方面都取得有影響的成果。

3.2 原創(chuàng)的糧堆多場(chǎng)耦合及生物場(chǎng)理論和模型、提出儲(chǔ)備糧實(shí)物數(shù)字監(jiān)管原理，發(fā)展了糧食儲(chǔ)藏生態(tài)理論，為解決糧食倉儲(chǔ)生物風(fēng)險(xiǎn)的工程化計(jì)算和控制的難題探索了新路徑，相關(guān)理論成果發(fā)表在NATURE子刊。

3.3 提出的基于耦合因子的糧食干燥圖形化測(cè)控方法，實(shí)現(xiàn)了大滯后過程的機(jī)理和數(shù)據(jù)雙驅(qū)動(dòng)，為我國(guó)糧食干燥裝備的智能化升級(jí)換代打下了良好基礎(chǔ)。

3.4 提出5T管理方法和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)解決好我國(guó)糧食安全由“吃得飽”向“吃得好”轉(zhuǎn)變，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。