國以民為本，民以食為天，對有着14億人口的中國來說，糧食安全，一直都是關系國計民生的頭等大事。2010年以來，我國人均糧食占有量持續高于世界平均水平，然而，中國也是世界糧食進口第一大國。新冠疫情全球蔓延，紛紛将糧食緊握手中，糧食危機被認為是“危機中的危機”。同時，糧食受氣候、溫度、濕度等自然環境影響，糧食安全問題越發引起人們的注意。

＃聽他們自己說

在糧食儲存過程中，蟲害、黴變和管理漏洞問題讓我國糧食安全面臨着嚴峻的挑戰。每年糧食産後損失的數量在3500萬噸，相當于吉林省一年的糧食産量。這份“餐桌外的浪費”，能不能借助信息化、智能化手段來改善？北京郵電大學的科研團隊決定從最根源上減少蟲害和黴變的發生。他們是控制科學與工程專業、物流工程專業的博士生和研究生，曆經整整六年，研發了我國首套糧堆害蟲自動檢測設備及智能管理系統，建立了國内首個儲糧害蟲圖像、紅外光電序列數據集及糧溫糧濕CT圖庫。這個肩負着“儲糧安全智能監控引領者”使命的模型，有個硬核的名字叫“糧盾”，該項目進入了第六屆中國國際“互聯網 ”大學生創新創業大賽的決賽，并取得全國總決賽銀獎的成績，他們正用尖端的科技，為減少糧食浪費築起最為堅實的後盾。北京郵電大學的科研團隊是如何借助信息化、智能化手段來改善糧食儲存問題的？一起來看看他們怎麼說吧！

＃用尖端科技守護糧食安全

讓害蟲、黴變無處遁形

據聯合國糧農組織和國家糧食局數據顯示,中國每年生産的糧食中有35%被浪費，其中，在糧食生産、流通、加工、消費等環節造成的浪費高達700億斤，接近我國糧食總産量的6%。在儲糧蟲害和黴變的檢測上，大多糧庫都使用測溫電纜，根據溫度變化進行人工采樣檢查，然而這種傳統檢測方式并不精準，往往人們發現問題時，蟲害已大量爆發，糧食也随之被吃空。為了減少蟲害，糧倉的保管人員隻能借助長時間通風降溫或大量使用有毒化學熏蒸藥劑的方式，不但造成環境污染，對工作人員的人身安全，也存在着種種風險。“糧盾”項目負責人李江濤博士，從本科的畢業設計開始，就接觸儲糧的相關科研項目。廣泛閱讀文獻、論文，參與課題調研，對糧食行業接觸得越深，團隊越發感受到點滴糧食的珍貴能否從儲糧的蟲害和黴變問題着手，嘗試通過智能化手段減少糧食損失？從想法的萌芽到拓寬研究思路、不斷叠代直至研發出完備的産品，“糧盾”團隊花了将近6、7年時間。在“糧盾”團隊的成員眼裡，這是一種實驗室研究方向的傳承，學弟學妹們在學長、學姐的研究基礎上接棒，不斷完善優化。除了博士生、碩士生，項目還帶動了60多位本科生參與項目子課題或子模塊的研發。

系統調試成功後的合影

項目核心技術“糧盾雲”結合軟件和硬件開發，軟件算法研發階段依靠華為雲ModelArts等深度學習工具，完成算法框架的搭建，借助華為雲ModelArts平台算力算法數字模型導出，結合端側設備華為雲HiLens開發闆，形成目前覆蓋雲邊端協同數據采集和處理能力的系統。在感知端，收集糧庫安裝配備的測溫電纜糧堆溫度數據，以及團隊國内首創的四款蟲情采集設備，通過數傳終端、邊緣計算，彙聚到雲端，完成數據彙總和智能分析，實現蟲害黴變的早期預測、預警。最後，将信号發送到執行端，也就是糧庫配備的機械通風降溫系統，以及環流熏蒸殺蟲系統，形成閉環，實現儲糧安全監控的目的。對儲糧安全進行智能監控，感知糧食儲存狀态，這是傳統的監測方式所做不到的。糧堆中最大的儲糧害蟲，也隻有約3毫米長，哪怕高清攝像頭，也難以識别圖像。一個糧倉有三個籃球場那麼大，而糧堆又深達6、7米，在當中找蟲子檢查黴變情況，無異于大海撈針，加上南北方儲糧糧倉倉型不同，比如東莞的糧庫用的就是筒倉，糧堆高20多米，要檢測到糧倉底部的蟲子，單純依靠人工，無疑難上加難。而通過“糧盾”設備，就能直觀地觀察到害蟲滋生的狀況，“糧盾雲”數據集囊括了我國16種主要儲糧害蟲，識别出糧堆内部的每種害蟲的種類和數量，算法準确率超過95%。“糧盾”系統結合害蟲監測設備獲得的數據、糧堆的溫度、濕度，以及糧食的品質參數，構建出蟲情評估模型和預警數學模型，可自動判斷蟲害危險等級，并提前一周預警蟲害風險。要建立儲糧害蟲數據庫，與害蟲接觸無可避免。然而，對昆蟲，團隊裡有些成員有着莫名的恐懼。為了完成項目，他們必須克服這道心理障礙。在取害蟲樣本時，同學們要把害蟲從培養罐裡拿出來，再放入“糧盾”設備，以此采集圖像數據和完成相應标注。回想起第一次拍害蟲圖像，李江濤後怕到：“我晚上做噩夢，夢見身上帶着蟲子回來。後來慢慢習慣了這些小東西，就好了。”淡淡的一句“習慣了”背後，凝聚着他們一次次為克服恐懼而付出的勇氣。“糧盾”項目将尖端AI技術與民生問題相結合，為傳統行業未來發展指引了方向。手握前沿科學技術，卻願意沉下心來，不斷接力，在傳統而古老的行業裡踏實耕耘，團隊要面對的艱苦可想而知，但正因如此“糧盾”團隊才散發着獨特的魅力。研制出第一代測量糧堆内部害蟲的探管後，“糧盾”團隊便将其拿到糧庫裡試驗，隻有真正走進糧倉實踐，他們才能發現在實驗室中覺察不到的問題。

糧堆内蟲情監測設備

探管插進糧堆一段時間後，很多雜質會通過側壁掉進探管裡，堆積時間長了，探管裡的害蟲、雜質就很難清理。針對這個問題，曆經幾個月的叠代，“糧盾”團隊首創出第一款糧内害蟲檢測裝置自動清理系統，不用取出探管，就能将其内部的雜質自動清理，不但省時省力，還大大節約了人力成本。

＃華為提供強有力支持

每個糧庫減損600噸

華為一直緻力于人才的培養，北郵作為通信領域“雙一流”高校，與華為校企聯合成立了華為學院，共同在科學研究上為社會提供更多的發展方向，同時華為也為師生提供更多的幫助與優惠政策。從糧溫糧濕CT圖到預警早期發熱，再到蟲情評估及預警數學模型，團隊将華為技術應用在機器學習中。在信息井噴的時代，數據既是寶貴的财富同時也造成大量的存儲壓力，項目研究過程中産生的數據集花費整個實驗室十幾個人3年的時間整理，既耗時又耗人力，同時數據作為私有财産，需要嚴格控制其私密性和安全性。團隊将百億級、千億級的數據托管到華為雲的OBS系統裡面，再基于ModelArts平台完成模拟訓練及算法的更新叠代，使系統的運作效率得到顯著提升。在項目研發過程中，華為派出技術人員和管理人員親力親為輔助項目落地，确保數據托管的私密性，讓團隊放心的進行技術研究。面對數據私密性的挑戰，華為給了“糧盾”團隊一顆定心丸。正如團隊蔡闊學弟所說：“我們數據是百億級、千億級的，華為給了我們非常大的存儲空間，讓我們可以放心地将龐大的數據存儲、托管到華為的AI平台。再者，華為的技術老師不但給我們發來詳盡的技術文檔，還非常耐心地講解，讓我們放心地把技術和服務托管到華為雲AI平台，給我們的數據私密性帶來重要保障。”

團隊工作中

“糧盾”團隊成員在兩三個月時間裡，奔赴全國各地走訪了安徽國儲庫、重慶銅梁庫、河北清苑庫、北京順義庫、東莞庫等糧庫，對行業内部進行商業調研，了解整個糧食行業的軟硬件需求及整套系統的商業模式。在“糧盾”系統研發過程中，身處糧食行業多年的指導老師，在行業需求上更進一步地給團隊指明了産品的痛點和技術叠代的方向。在市場規劃上，更有頂級專家顧問從糧食行業的渠道、運作模式和市場資源渠道等方面給同學們提供新的思路和啟發。北京郵電大學的特聘專家——曼尼托巴大學的副校長和國家糧食和物資儲備局科學研究院的專家們，在糧食行業需求的認識上，給予“糧盾”項目深度指導。來自各方的力量幫助項目組成員對行業需求和痛點有了更為清晰的了解。

目前，“糧盾”系統已在國内13個省市的示範糧庫進行了示範應用，獲得糧庫主任的一緻認可，并受到前任國家糧食和物資儲備局副局長吳子丹教授的高度好評。示範庫使用“糧盾”系統後，每年每個糧庫糧食減損量可達600噸，減少有毒化學藥劑使用15%以上，節省人力成本2250人時。如果全國1.3萬個糧庫都用上“糧盾”系統，與現在的人工篩蟲方式相比，“糧盾”每年可減損780萬噸糧食和50%的儲糧損耗、人力成本，直接經濟效益可達795億元。“糧盾”團隊還和國家糧食與物資儲備局科學研究院開展緊密合作，将“糧盾”融入其建設的“糧情早知道”平台0的4個核心模塊，為至少100個國儲庫進行儲糧安全的一體化監控，并合作優化多項糧堆安全評判标準，制定新的測蟲行業标準。通過應用推廣，使糧盾成為我國糧庫監管标配。

＃未來可期，少年強則國強

“糧盾”團隊的成員，性格迥異，有人比較急躁、有人愛鑽牛角尖、有人在技術上不斷追求完美的、有人做事非常冷靜，在相互磨合中，他們一步步将項目帶上更大的舞台，交出了一張張閃亮的成績單。在學術領域，“糧盾”項目團隊共申請和獲得專利9篇，發表了高水平論文8篇。他們還帶着“糧盾”項目多次參與各種學科競賽，在第六屆中國國際“互聯網 ”大學生創新創業大賽中，他們更是一路闖進總決賽，與全球頂尖名校學生同台競技，奪得了創意組高教主賽道銀獎。“糧盾”團隊的腳步并未就此停下，未來計劃借助華為雲平台的AI市場，端雲協同多模态AI開發應用平台Hilens等開展全方位的服務。大學生是推動社會飛速發展的主力，為培養更多數字時代的優秀人才，華為聯手教育部，在有關高校建設“智能基座”産教融合協同育人基地，現已在北京大學、清華大學、上海複旦大學、上海交通大學、西安交通大學、哈爾濱工業大學等72所高校，把鲲鵬、昇騰系列課程融入計算機專業、軟件工程專業、人工智能專業、電子信息專業進行首批試點。為此，華為還聯合出版社、各高校學科帶頭人，面向高校師生及開發者陸續推出鲲鵬、昇騰系列學習教材和教輔資料。未來，“智能基座”項目将全面推廣，覆蓋更多高校，真正實現産、學、研的全面協同。相信在華為的加持下，優秀的尖端人才，在面對社會問題時，更能像“糧盾”一樣，一如既往地堅守初心。“我們親眼見到糧食從儲備、運輸到真正讓大家吃上飯，這個過程是多麼艱難，需要投入多少人力物力财力。袁隆平爺爺這麼大年紀，仍為‘一粒糧食可以拯救一個國家’的使命而努力工作，未來，我們同樣會繼續在糧食行業深耕，從糧食儲藏和運輸的環節，幫助中國提升糧食安全的保障能力，為糧食行業的智能化轉型貢獻一份力量，為我國的節糧減損建設無形的良田！”

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