龔駿毅 王植 方明朗 周翌

(廣西慧云信息技術(shù)有限公司,廣西南寧 530031)

智能生豬林下養(yǎng)殖系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

龔駿毅 王植 方明朗 周翌

(廣西慧云信息技術(shù)有限公司,廣西南寧 530031)

立足于“云計算”、“3G網(wǎng)絡(luò)”、“超高頻RFID電子標簽”、“ZigBee近距離無線組網(wǎng)”等物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以林下畜牧養(yǎng)殖過程中的智能化、集約化、標準化為核心優(yōu)化重點，探索和設(shè)計出一套具有普遍適用和推廣意義的林下智能養(yǎng)殖系統(tǒng)，建立一套完整的智能林下養(yǎng)殖體系，幫助各類肉類生產(chǎn)企業(yè)形成自動化養(yǎng)殖閉環(huán)，保證其向社會提供優(yōu)質(zhì)的放心豬肉，讓養(yǎng)殖行業(yè)徹底實現(xiàn)食品源頭追蹤，提高供應鏈的透明度。

物聯(lián)網(wǎng) 生豬養(yǎng)殖 林下養(yǎng)殖 超高頻RFID

1 引入

隨著我國綜合國力和經(jīng)濟總量的增強，國民收入不斷增加，在滿足人們對動物蛋白需要的同時也伴隨著對人類身體健康的危害，使得畜牧業(yè)的進一步發(fā)展必須從資源耗費和數(shù)量型向資源節(jié)約、環(huán)境友好與效益品質(zhì)型邁進。與此同時，人們對生活質(zhì)量的要求日益提升，開始改變消費觀念，追求傳統(tǒng)的地方特色美味肉食成了時尚，加上國際國內(nèi)把肉食質(zhì)量和食品安全提到了市場管理的首位。國內(nèi)逐步從以國外種源為主的大規(guī)模集約養(yǎng)殖，轉(zhuǎn)向開發(fā)地方優(yōu)良種源，選擇和培育特色地方優(yōu)質(zhì)生豬品種，建設(shè)生態(tài)養(yǎng)殖基地。以開發(fā)利用我國林地、林果園地空間資源為重點，開展生豬生態(tài)立體養(yǎng)殖、林下養(yǎng)殖，為市場提供肉質(zhì)鮮美、風味濃郁、安全的優(yōu)質(zhì)生豬產(chǎn)品。

本文將立足于 “云計算”、“3G網(wǎng)絡(luò)”、“超高頻RFID電子標簽”、“ZigBee近距離無線組網(wǎng)”等物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以林下畜牧養(yǎng)殖過程中的智能化、集約化、標準化為核心優(yōu)化重點，探索和設(shè)計出一套具有普遍適用和推廣意義的林下智能養(yǎng)殖系統(tǒng)，建立一套完整的智能林下養(yǎng)殖體系，幫助各類肉類生產(chǎn)企業(yè)形成自動化養(yǎng)殖閉環(huán)，保證其向社會提供優(yōu)質(zhì)的放心豬肉，讓養(yǎng)殖行業(yè)徹底實現(xiàn)食品源頭追蹤，提高供應鏈的透明度。

圖1

圖2

2 林下養(yǎng)殖系統(tǒng)

通過超高頻RFID讀寫器記錄并通過Zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)傳送到云計算數(shù)據(jù)中心分析，林下的(白天林下，晚間以及采食回舍)，養(yǎng)到出欄的生產(chǎn)全程，包括對豬的放牧密度、運動量、溫濕度、采食量、日增重、排尿和排糞次數(shù)及數(shù)量以及環(huán)境污染和林木的影響等信息。網(wǎng)絡(luò)將龐大的計算處理程序自動分拆成無數(shù)個較小的子程序，再交由多部服務(wù)器所組成的龐大系統(tǒng)經(jīng)搜尋、計算分析之后將處理結(jié)果回傳給用戶，整個過程都實現(xiàn)遠程無線傳輸。

具體架構(gòu)如圖1。

通過云服務(wù)平臺完成對整體系統(tǒng)數(shù)據(jù)運算、分析、處理，提供對外服務(wù)的接口，結(jié)合基于Zigbee無線通訊的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將RFID電子標簽固定于豬耳朵，結(jié)合條碼技術(shù)通過智能手機管理生豬身份信息;通過固定在采食通道的RFID讀寫器收集生豬采食信息，實現(xiàn)精準養(yǎng)殖的全周期監(jiān)控;消息隊列服務(wù)器將Zigbee網(wǎng)絡(luò)傳輸過來的數(shù)據(jù)，加密后以消息隊列的形式通過運營商網(wǎng)絡(luò)上傳云服務(wù)器。通過安裝在智能手機上的服務(wù)端APP實現(xiàn)育種繁育管理、遠程醫(yī)療協(xié)助和遠程智能監(jiān)控。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能

通過針對林下生豬養(yǎng)殖全過程業(yè)務(wù)周期的生長特色，定制開發(fā)的標準化智能精準喂食;將每頭生豬打上超高頻RFID電子標簽，能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離身份識別，符合林下養(yǎng)殖的功能需求，建立智能身份認證體系;通過Zigbee無線傳輸技術(shù)建立全面覆蓋養(yǎng)殖基地的環(huán)境監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)，實時監(jiān)測基地各類環(huán)境信息和有害氣體情況等，結(jié)合平臺聯(lián)動實現(xiàn)智能環(huán)境監(jiān)控，實現(xiàn)更加科學、規(guī)范和智慧地指導生豬林下養(yǎng)殖，進一步提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。(如圖2)。

系統(tǒng)平臺分為以下七個功能模塊：任務(wù)中心、生豬檔案、采食管理、繁育管理、健康中心、轉(zhuǎn)欄管理。實現(xiàn)內(nèi)部全周期生產(chǎn)過程的安全控制的實時監(jiān)控，方便管理人員的全程管理，最終建立智能生豬林下養(yǎng)殖標準體系。

4 系統(tǒng)詳細功能

4.1 環(huán)境監(jiān)控

通過各種定制開發(fā)的智能終端傳感器監(jiān)控豬舍內(nèi)外各類環(huán)境指標(包括豬舍內(nèi)外溫度、濕度、風速、光照度、氧氣含量、二氧化碳含量、氨氣等有害氣體)并通過高清攝像機遠程觀察豬舍內(nèi)實施狀況，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況能夠遠程通過手機或者WEB訪問來控制豬舍內(nèi)一系列智能終端設(shè)備(降溫、加濕、抽風、地暖等等)，實現(xiàn)現(xiàn)代化豬舍的信息檢測和標準化生產(chǎn)監(jiān)控，幫助用戶精確掌握豬舍環(huán)境情況。精確的數(shù)據(jù)提示可以為用戶節(jié)省大量人工操作和電力消耗，達到增產(chǎn)、節(jié)能、減輕工人勞動強度的效果。

4.2 任務(wù)中心

提供功能強大的工作任務(wù)發(fā)布、跟蹤與分析功能。管理者可以在系統(tǒng)中建立工作任務(wù)，確定任務(wù)執(zhí)行人，并向執(zhí)行人提出詳細的匯報要求，包括匯報時間，現(xiàn)場圖片、地理位置等。任務(wù)一旦創(chuàng)建，系統(tǒng)將同時通過電腦與手機將任務(wù)推送給指定人員，并跟蹤人員對任務(wù)的響應與匯報情況。在任務(wù)進行過程中，執(zhí)行人員需要及時匯報任務(wù)執(zhí)行情況，而管理人員則可以隨時隨地通過手機了解任務(wù)進展，查看現(xiàn)場圖片，獲取人員位置，并與執(zhí)行人溝通交流。

4.3 生豬檔案

以每頭豬的RFID智能身份標簽為單位，建立生豬檔案，顯示牲畜的配種記錄，分娩記錄，每日進食量、每日體重、疾病記錄，免疫記錄及系譜圖，管理牲畜的基本信息。

4.4 采食管理

云端管理系統(tǒng)可以根據(jù)每頭豬的識別信息(耳牌號、背膘、胎次、胎齡等)，甚至根據(jù)季節(jié)因素統(tǒng)計出該類型母豬的采食曲線，進行精確供料，避免人工飼喂造成的應激以及飼料浪費和由于飼喂不準確造成的母豬體況不均，從而確保每頭母豬得到最準確的飼喂。系統(tǒng)將定時自動統(tǒng)計采食異常的情況，并將采食異常報告推送到工作人員的電腦終端。工作人員可以清楚了解到所有超過正常時間范圍還尚未采食的牲畜情況，以及牲畜所屬的養(yǎng)殖場。

4.5 繁育管理

繁育管理是種豬繁殖包括配種到分娩到離奶全過程的管理。包括了數(shù)據(jù)的錄入、查詢以及統(tǒng)計報表。每一頭育種牲畜的生殖繁育信息及其后代的醫(yī)療信息都記入數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過云端數(shù)據(jù)中心處理，工作人員可以方便地篩選出繁殖能力最強以及后代疾病較少的育種牲畜，幫助工作人員結(jié)合其他信息數(shù)據(jù)進行更準確地育種牲畜的管理與篩選。

4.6 健康中心

管理生豬的免疫防疫信息和醫(yī)療信息。如果發(fā)現(xiàn)牲畜可能出現(xiàn)疾病狀況，飼養(yǎng)員可以通過手機對牲畜進行拍照，并附上簡單的癥狀描述，將照片與描述文字通過手機網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到云端數(shù)據(jù)中心，經(jīng)過數(shù)據(jù)中心處理后，將求助信息推送到養(yǎng)殖公司獸醫(yī)的電腦終端。

養(yǎng)殖公司獸醫(yī)可以及時收到各地養(yǎng)殖戶提交的求助信息，并根據(jù)照片與描述對牲畜進行基本診斷。管理系統(tǒng)同時配備了知識庫，內(nèi)置牲畜常見疾病的數(shù)據(jù)信息，可以幫助獸醫(yī)更準確地判斷與診治。

4.7 轉(zhuǎn)欄管理

生豬生長到一定階段，如離奶的小豬要轉(zhuǎn)到育肥場要進入轉(zhuǎn)欄操作、育肥場的肥豬送去屠宰場，需要進行出欄的操作。轉(zhuǎn)欄管理規(guī)范了轉(zhuǎn)欄的流程，可以計算出生豬在轉(zhuǎn)欄過程中的損耗。

5 系統(tǒng)特點

(1)全局監(jiān)控與標準化生產(chǎn)管理深度整合：智能終端設(shè)備成功的核心在于基于物聯(lián)網(wǎng)的精準、完備的數(shù)據(jù)采集，而所有數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括繁殖記錄、每日食量、生長周期、疾病防御和豬舍的各類環(huán)境指標等等，所有數(shù)據(jù)信息都貫穿于標準化養(yǎng)殖管理之中?？梢愿鶕?jù)時間或者現(xiàn)場條件驅(qū)動預設(shè)任務(wù)，實現(xiàn)引種、配種、妊娠檢查、分娩、斷奶、轉(zhuǎn)舍、生長育肥、上市、免疫保健、飼喂等全過程業(yè)務(wù)周期的精細化管理，讓工作人員能夠通過手機就能夠?qū)崟r地了解目前豬舍環(huán)境指標和豬的生長情況，了解到目前需要完成的任務(wù)，運用RFID標簽貫穿于完整生產(chǎn)鏈，將智能終端設(shè)備收集的歷史數(shù)據(jù)、標準化生產(chǎn)管理系統(tǒng)所指導的任務(wù)情況匯總為該生豬的溯源檔案，為物流運輸銷售信息進一步處理與整合打下基礎(chǔ)，使消費者能夠方便地通過平臺進行食品安全溯源，最大程度保障豬肉的安全可靠。

(2)采用云計算技術(shù)進行海量數(shù)據(jù)挖掘與生豬優(yōu)選良種、智能化群養(yǎng)相結(jié)合：系統(tǒng)能夠長期記錄生豬采食量和體重，通過數(shù)據(jù)挖掘歸納出該品種生豬生長模式，結(jié)合生產(chǎn)實際，如種豬選擇或選育、計算生豬生長發(fā)育曲線。建立生豬資源基因庫，實現(xiàn)生豬優(yōu)選良種，完善良種繁育體系，實現(xiàn)選擇理想的種豬。通過總結(jié)的生長發(fā)育曲線和精確地監(jiān)控生豬的每日增重和進食量，將豬群按照不同生長周期進行分類，使得飼料完全配合生豬的生長周期，既不會因為飼料營養(yǎng)物質(zhì)不足而影響豬生長發(fā)育速度，也不會因為飼料中營養(yǎng)物質(zhì)過多而造成的飼料營養(yǎng)物質(zhì)浪費，這大大節(jié)省了飼料成本和減少對環(huán)境的污染，實現(xiàn)智能化群養(yǎng)。

(3)創(chuàng)新采用超高頻RFID智能標簽實現(xiàn)遠距離身份精確識別：根據(jù)低丘臺地森林環(huán)境下養(yǎng)豬和分散養(yǎng)豬的功能需求，采用超高頻(860-928MHZ)RFID技術(shù)，實現(xiàn)超遠距離讀寫身份識別，建立林下養(yǎng)殖生豬身份認證體系。

6 結(jié)語

在系統(tǒng)項目開發(fā)的同時， 開展了系統(tǒng)的示范應用工作。根據(jù)廣西省的實際情況及項目的總體設(shè)計，按照兩個層次逐步推廣(即建立示范區(qū)及輻射推廣區(qū))的原則，在南寧市周邊養(yǎng)殖基地展開試點合作建設(shè)，取得了良好的社會效益和社會影響力，入選微軟智慧農(nóng)業(yè)全球?qū)嵱冒咐哂幸欢ㄍ茝V價值。系統(tǒng)平臺通過物聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)的融合，對林下養(yǎng)殖生產(chǎn)建立標準化流程體系，克服常規(guī)養(yǎng)殖新手決策的盲目性， 改變飼養(yǎng)員傳統(tǒng)落后的養(yǎng)殖觀念，更加科學、規(guī)范和智慧地指導林下養(yǎng)殖生產(chǎn)，進一步提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。

[1]程宇,張樹敏.信息技術(shù)在養(yǎng)豬業(yè)中的應用[J].畜牧與飼料科學,2009(9)：108-110.

[2]基于智能手機平臺的豬飼料配方系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息,2010(2)：15-18.

[3]包長春，石瑞珍，馬玉泉.基于Zigbee技術(shù)的農(nóng)業(yè)設(shè)施測控系統(tǒng)的設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2007.

[4]彭志良,趙澤英.生豬養(yǎng)殖管理專家系統(tǒng)的開發(fā)與應用[M].貴州農(nóng)業(yè)科學,2010,38(12)：262-264.

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林下養(yǎng)豬自動化信息監(jiān)控系統(tǒng)研究示范。