國以民為本，民以食為天，對有著14億人口的中國來說，糧食安全，一直都是關(guān)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(xù)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，紛紛將糧食緊握手中，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(huán)境影響，糧食安全問題越發(fā)引起人們的注意。

＃聽他們自己說

在糧食儲存過程中，蟲害、霉變和管理漏洞問題讓我國糧食安全面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。每年糧食產(chǎn)后損失的數(shù)量在3500萬噸，相當(dāng)于吉林省一年的糧食產(chǎn)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(xué)的科研團隊決定從最根源上減少蟲害和霉變的發(fā)生。

他們是控制科學(xué)與工程專業(yè)、物流工程專業(yè)的博士生和研究生，歷經(jīng)整整六年，研發(fā)了我國首套糧堆害蟲自動檢測設(shè)備及智能管理系統(tǒng)，建立了國內(nèi)首個儲糧害蟲圖像、紅外光電序列數(shù)據(jù)集及糧溫糧濕CT圖庫。

這個肩負著“儲糧安全智能監(jiān)控引領(lǐng)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(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)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，為減少糧食浪費筑起最為堅實的后盾。

北京郵電大學(xué)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？一起來看看他們怎么說吧！

＃用尖端科技守護糧食安全

讓害蟲、霉變無處遁形

據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織和國家糧食局數(shù)據(jù)顯示,中國每年生產(chǎn)的糧食中有35%被浪費，其中，在糧食生產(chǎn)、流通、加工、消費等環(huán)節(jié)造成的浪費高達700億斤，接近我國糧食總產(chǎn)量的6%。

在儲糧蟲害和霉變的檢測上，大多糧庫都使用測溫電纜，根據(jù)溫度變化進行人工采樣檢查，然而這種傳統(tǒng)檢測方式并不精準(zhǔn)，往往人們發(fā)現(xiàn)問題時，蟲害已大量爆發(fā)，糧食也隨之被吃空。為了減少蟲害，糧倉的保管人員只能借助長時間通風(fēng)降溫或大量使用有毒化學(xué)熏蒸藥劑的方式，不但造成環(huán)境污染，對工作人員的人身安全，也存在著種種風(fēng)險。

“糧盾”項目負責(zé)人李江濤博士，從本科的畢業(yè)設(shè)計開始，就接觸儲糧的相關(guān)科研項目。廣泛閱讀文獻、論文，參與課題調(diào)研，對糧食行業(yè)接觸得越深，團隊越發(fā)感受到點滴糧食的珍貴。

能否從儲糧的蟲害和霉變問題著手，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、不斷迭代直至研發(fā)出完備的產(chǎn)品，“糧盾”團隊花了將近6、7年時間。在“糧盾”團隊的成員眼里，這是一種實驗室研究方向的傳承，學(xué)弟學(xué)妹們在學(xué)長、學(xué)姐的研究基礎(chǔ)上接棒，不斷完善優(yōu)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(fā)。

▲系統(tǒng)調(diào)試成功后的合影

項目核心技術(shù)“糧盾云”結(jié)合軟件和硬件開發(fā)，軟件算法研發(fā)階段依靠華為云ModelArts等深度學(xué)習(xí)工具，完成算法框架的搭建，借助華為云ModelArts平臺算力算法數(shù)字模型導(dǎo)出，結(jié)合端側(cè)設(shè)備華為云HiLens開發(fā)板，形成目前覆蓋云邊端協(xié)同數(shù)據(jù)采集和處理能力的系統(tǒng)。在感知端，收集糧庫安裝配備的測溫電纜糧堆溫度數(shù)據(jù)，以及團隊國內(nèi)首創(chuàng)的四款蟲情采集設(shè)備，通過數(shù)傳終端、邊緣計算，匯聚到云端，完成數(shù)據(jù)匯總和智能分析，實現(xiàn)蟲害霉變的早期預(yù)測、預(yù)警。最后，將信號發(fā)送到執(zhí)行端，也就是糧庫配備的機械通風(fēng)降溫系統(tǒng)，以及環(huán)流熏蒸殺蟲系統(tǒng)，形成閉環(huán)，實現(xiàn)儲糧安全監(jiān)控的目的。

對儲糧安全進行智能監(jiān)控，感知糧食儲存狀態(tài)，這是傳統(tǒng)的監(jiān)測方式所做不到的。

糧堆中最大的儲糧害蟲，也只有約3毫米長，哪怕高清攝像頭，也難以識別圖像。一個糧倉有三個籃球場那么大，而糧堆又深達6、7米，在當(dāng)中找蟲子檢查霉變情況，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(shè)備，就能直觀地觀察到害蟲滋生的狀況，“糧盾云”數(shù)據(jù)集囊括了我國16種主要儲糧害蟲，識別出糧堆內(nèi)部的每種害蟲的種類和數(shù)量，算法準(zhǔn)確率超過95%。

“糧盾”系統(tǒng)結(jié)合害蟲監(jiān)測設(shè)備獲得的數(shù)據(jù)、糧堆的溫度、濕度，以及糧食的品質(zhì)參數(shù)，構(gòu)建出蟲情評估模型和預(yù)警數(shù)學(xué)模型，可自動判斷蟲害危險等級，并提前一周預(yù)警蟲害風(fēng)險。要建立儲糧害蟲數(shù)據(jù)庫，與害蟲接觸無可避免。然而，對昆蟲，團隊里有些成員有著莫名的恐懼。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(xué)們要把害蟲從培養(yǎng)罐里拿出來，再放入“糧盾”設(shè)備，以此采集圖像數(shù)據(jù)和完成相應(yīng)標(biāo)注。

回想起第一次拍害蟲圖像，李江濤后怕到：“我晚上做噩夢，夢見身上帶著蟲子回來。后來慢慢習(xí)慣了這些小東西，就好了?！钡囊痪洹傲?xí)慣了”背后，凝聚著他們一次次為克服恐懼而付出的勇氣。

“糧盾”項目將尖端AI技術(shù)與民生問題相結(jié)合，為傳統(tǒng)行業(yè)未來發(fā)展指引了方向。手握前沿科學(xué)技術(shù)，卻愿意沉下心來，不斷接力，在傳統(tǒng)而古老的行業(yè)里踏實耕耘，團隊要面對的艱苦可想而知，但正因如此“糧盾”團隊才散發(fā)著獨特的魅力。

研制出第一代測量糧堆內(nèi)部害蟲的探管后，“糧盾”團隊便將其拿到糧庫里試驗，只有真正走進糧倉實踐，他們才能發(fā)現(xiàn)在實驗室中覺察不到的問題。

▲糧堆內(nèi)蟲情監(jiān)測設(shè)備

探管插進糧堆一段時間后，很多雜質(zhì)會通過側(cè)壁掉進探管里，堆積時間長了，探管里的害蟲、雜質(zhì)就很難清理。針對這個問題，歷經(jīng)幾個月的迭代，“糧盾”團隊首創(chuàng)出第一款糧內(nèi)害蟲檢測裝置自動清理系統(tǒng)，不用取出探管，就能將其內(nèi)部的雜質(zhì)自動清理，不但省時省力，還大大節(jié)約了人力成本。

＃華為提供強有力支持

每個糧庫減損600噸

華為一直致力于人才的培養(yǎng)，北郵作為通信領(lǐng)域“雙一流”高校，與華為校企聯(lián)合成立了華為學(xué)院，共同在科學(xué)研究上為社會提供更多的發(fā)展方向，同時華為也為師生提供更多的幫助與優(yōu)惠政策。

從糧溫糧濕CT圖到預(yù)警早期發(fā)熱，再到蟲情評估及預(yù)警數(shù)學(xué)模型，團隊將華為技術(shù)應(yīng)用在機器學(xué)習(xí)中。在信息井噴的時代，數(shù)據(jù)既是寶貴的財富同時也造成大量的存儲壓力，項目研究過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)作為私有財產(chǎn)，需要嚴(yán)格控制其私密性和安全性。團隊將百億級、千億級的數(shù)據(jù)托管到華為云的OBS系統(tǒng)里面，再基于ModelArts平臺完成模擬訓(xùn)練及算法的更新迭代，使系統(tǒng)的運作效率得到顯著提升。在項目研發(fā)過程中，華為派出技術(shù)人員和管理人員親力親為輔助項目落地，確保數(shù)據(jù)托管的私密性，讓團隊放心的進行技術(shù)研究。

面對數(shù)據(jù)私密性的挑戰(zhàn)，華為給了“糧盾”團隊一顆定心丸。正如團隊蔡闊學(xué)弟所說：“我們數(shù)據(jù)是百億級、千億級的，華為給了我們非常大的存儲空間，讓我們可以放心地將龐大的數(shù)據(jù)存儲、托管到華為的AI平臺。再者，華為的技術(shù)老師不但給我們發(fā)來詳盡的技術(shù)文檔，還非常耐心地講解，讓我們放心地把技術(shù)和服務(wù)托管到華為云AI平臺，給我們的數(shù)據(jù)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里，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(yè)內(nèi)部進行商業(yè)調(diào)研，了解整個糧食行業(yè)的軟硬件需求及整套系統(tǒng)的商業(yè)模式。

在“糧盾”系統(tǒng)研發(fā)過程中，身處糧食行業(yè)多年的指導(dǎo)老師，在行業(yè)需求上更進一步地給團隊指明了產(chǎn)品的痛點和技術(shù)迭代的方向。在市場規(guī)劃上，更有頂級專家顧問從糧食行業(yè)的渠道、運作模式和市場資源渠道等方面給同學(xué)們提供新的思路和啟發(fā)。北京郵電大學(xué)的特聘專家——曼尼托巴大學(xué)的副校長和國家糧食和物資儲備局科學(xué)研究院的專家們，在糧食行業(yè)需求的認識上，給予“糧盾”項目深度指導(dǎo)。來自各方的力量幫助項目組成員對行業(yè)需求和痛點有了更為清晰的了解。

目前，“糧盾”系統(tǒng)已在國內(nèi)13個省市的示范糧庫進行了示范應(yīng)用，獲得糧庫主任的一致認可，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。示范庫使用“糧盾”系統(tǒng)后，每年每個糧庫糧食減損量可達600噸，減少有毒化學(xué)藥劑使用15%以上，節(jié)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(tǒng)，與現(xiàn)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(jīng)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(xué)研究院開展緊密合作，將“糧盾”融入其建設(shè)的“糧情早知道”平臺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(jiān)控，并合作優(yōu)化多項糧堆安全評判標(biāo)準(zhǔn)，制定新的測蟲行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。通過應(yīng)用推廣，使糧盾成為我國糧庫監(jiān)管標(biāo)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、有人愛鉆牛角尖、有人在技術(shù)上不斷追求完美的、有人做事非常冷靜，在相互磨合中，他們一步步將項目帶上更大的舞臺，交出了一張張閃亮的成績單。

在學(xué)術(shù)領(lǐng)域，“糧盾”項目團隊共申請和獲得專利9篇，發(fā)表了高水平論文8篇。

他們還帶著“糧盾”項目多次參與各種學(xué)科競賽，在第六屆中國國際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中，他們更是一路闖進總決賽，與全球頂尖名校學(xué)生同臺競技，奪得了創(chuàng)意組高教主賽道銀獎。

“糧盾”團隊的腳步并未就此停下，未來計劃借助華為云平臺的AI市場，端云協(xié)同多模態(tài)AI開發(fā)應(yīng)用平臺Hilens等開展全方位的服務(wù)。

大學(xué)生是推動社會飛速發(fā)展的主力，為培養(yǎng)更多數(shù)字時代的優(yōu)秀人才，華為聯(lián)手教育部，在有關(guān)高校建設(shè)“智能基座”產(chǎn)教融合協(xié)同育人基地，現(xiàn)已在北京大學(xué)、清華大學(xué)、上海復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等72所高校，把鯤鵬、昇騰系列課程融入計算機專業(yè)、軟件工程專業(yè)、人工智能專業(yè)、電子信息專業(yè)進行首批試點。

為此，華為還聯(lián)合出版社、各高校學(xué)科帶頭人，面向高校師生及開發(fā)者陸續(xù)推出鯤鵬、昇騰系列學(xué)習(xí)教材和教輔資料。未來，“智能基座”項目將全面推廣，覆蓋更多高校，真正實現(xiàn)產(chǎn)、學(xué)、研的全面協(xié)同。

相信在華為的加持下，優(yōu)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?shù)秸嬲尨蠹页陨巷?，這個過程是多么艱難，需要投入多少人力物力財力。袁隆平爺爺這么大年紀(jì)，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(xù)在糧食行業(yè)深耕，從糧食儲藏和運輸?shù)沫h(huán)節(jié)，幫助中國提升糧食安全的保障能力，為糧食行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型貢獻一份力量，為我國的節(jié)糧減損建設(shè)無形的良田！”

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