姜 磊

(浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 紹興 312000)

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展使各個行業(yè)都面臨著轉(zhuǎn)型升級，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理也不例外。“互聯(lián)網(wǎng)+”時代下的畜牧業(yè)從飼料加工、動物飼養(yǎng)、畜牧產(chǎn)品銷售、運(yùn)輸、存儲及質(zhì)量安全監(jiān)控等產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)都發(fā)生了改變。在新型經(jīng)營管理模式下，畜牧業(yè)的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益、管理效能得到快速提升[1]?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”時代的到來解決了傳統(tǒng)家禽散養(yǎng)的粗放式管理模式，經(jīng)營者與消費(fèi)者建立了透明權(quán)威的信息平臺，農(nóng)副產(chǎn)品銷售過剩問題得以解決。生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展使畜牧業(yè)的生產(chǎn)及管理更加標(biāo)準(zhǔn)化，有效的提高了整個產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率。

本文主要針對家禽散養(yǎng)及其自身產(chǎn)品流通問題，提出運(yùn)用RFID(射頻識別)及可視化網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)加以分析解決。系統(tǒng)聯(lián)合相關(guān)自動化技術(shù)，極大的提高了經(jīng)營者的經(jīng)濟(jì)效益，同時畜牧產(chǎn)品的流通渠道有據(jù)可查，食品安全問題得到解決。

1 散養(yǎng)家禽存在的問題

不同于飼養(yǎng)場集中飼養(yǎng)的禽類，散養(yǎng)家禽活動范圍較大，直接從大自然環(huán)境獲取食物，其肉質(zhì)比較有彈性，味道鮮美、營養(yǎng)價值較高[2]。這種傳統(tǒng)的養(yǎng)殖雖然簡單，但經(jīng)營者在養(yǎng)殖過程中也會承擔(dān)較大風(fēng)險，人力投入較大、管理簡單、營養(yǎng)調(diào)控、疾病防治等都是散養(yǎng)家禽管理過程中的難點。散養(yǎng)家禽飼養(yǎng)關(guān)鍵問題如下：(1)家禽幼雛存活率較低。散養(yǎng)過程中由于監(jiān)管不到位幼雛被老鼠、黃鼠狼等動物咬死咬傷情況時有發(fā)生。(2)家禽患病率及病死率較高。養(yǎng)殖者在散養(yǎng)過程中防范意識較差，防疫藥量不科學(xué)，時段性及季節(jié)性的疫病措施不完善引起家禽疫病感染，加之散養(yǎng)家禽攜帶疫病臨床表現(xiàn)不明顯，傳染概率較大。(3)養(yǎng)殖管理人員成本較大。散養(yǎng)過程中需要配備較多的人力進(jìn)行管理，成本較高。

基于上述問題，本課題提出運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng)+”概念來解決養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中的監(jiān)管問題。經(jīng)相關(guān)文獻(xiàn)查閱，目前已有智能管理系統(tǒng)應(yīng)用到集中飼養(yǎng)的環(huán)境中，如ZigBee在雞舍光照監(jiān)測中的應(yīng)用[3]，Web服務(wù)器的雞舍溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等[4]，都是用無線通訊技術(shù)來改善家禽生活環(huán)境。還有相關(guān)文獻(xiàn)提出了養(yǎng)殖一站式服務(wù)，運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決動物的養(yǎng)殖健康問題[5]。這種基于“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下的管理，可以很好的解決經(jīng)營者與消費(fèi)者之間的“互動”問題，消費(fèi)者可以親身體會，了解產(chǎn)品的任何信息，從生產(chǎn)到加工、到流通到銷售，整個環(huán)節(jié)都有據(jù)可查，食品安全得以保證。本課題的研究就是在上述背景下提出運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來解決散養(yǎng)家禽管理過程中的問題。

2 管理系統(tǒng)平臺構(gòu)成

2.1 管理平臺基本結(jié)構(gòu)

“互聯(lián)網(wǎng)+”管理系統(tǒng)的重點是運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)據(jù)處理能力、音視頻可視化及信息兼容等特點來闡述智能管理過程。如圖1所示為信息處理及可視化構(gòu)建的基本結(jié)構(gòu)圖。

圖1 智能管理系統(tǒng)基本框圖Fig.1 Basic diagram of intelligent management system

本管理系統(tǒng)RFID是實現(xiàn)“互聯(lián)”的傳感器，計算機(jī)是實現(xiàn)“互聯(lián)”的組織者，管理者通過這樣的一個閉環(huán)控制系統(tǒng)就可以實時的監(jiān)控及管理家禽的養(yǎng)殖過程。系統(tǒng)的信息采集主要用到RFID技術(shù)，通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境，圖2為RFID工作原理的基本框圖。

圖2 RFID工作過程原理框圖Fig.2 RFID working process

RFID 特點：①非接觸；②唯一性；③重復(fù)性； ④信息容量大；⑤安全性；⑥抗污染能力和耐久性；

對食品追溯問題來說最重要的一點就是產(chǎn)品的唯一性，其是確保相關(guān)產(chǎn)品安全管理的前提[6]。RFID 電子標(biāo)簽中有存儲芯片，可以記錄家禽養(yǎng)殖過程中的實時信息，主要信息如下：(1)整個飼養(yǎng)過程中家禽的數(shù)量及品種信息；(2)從幼雛開始，體重情況、進(jìn)食情況；(3)防疫疫苗注射及進(jìn)食情況，生病情況；(4)歷史數(shù)據(jù)保存情況，如某月某天進(jìn)行的防疫；(5)整個家禽每天的副產(chǎn)品(下的蛋)數(shù)據(jù)統(tǒng)計；(6)家禽長大后成為商品出售時的時間、地點。

有效處理好上述信息可以保證在監(jiān)管過程實現(xiàn)效率最大化。相關(guān)信息配合上位機(jī)處理可以有效的追溯產(chǎn)品信息，實現(xiàn)食品信息流通透明化。上述提到的所有信息都可以通過上位機(jī)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更改，保證實時性。因此只要家禽綁有高頻有源的RFID芯片，便可以對家禽進(jìn)行科學(xué)化的養(yǎng)殖管理，由于RFID識別范圍可以達(dá)到80～100 m2左右，使散養(yǎng)管理更加輕松。本論文散養(yǎng)活動的區(qū)域在400平米左右，由于RFID的識別范圍的限制，因此想要擴(kuò)展更大的活動空間，必須增加2～3套接收器及識別系統(tǒng)，以保證活動區(qū)域無死角監(jiān)控識別。

綁帶信息具體變更操作如圖3所示，在此過程中運(yùn)用到的系統(tǒng)編碼工具為：Jbuilder 10，Delphi7。電子標(biāo)簽與閱讀器之間通過耦合元件實現(xiàn)射頻信號的空間(無接觸)耦合、在耦合通道內(nèi)，根據(jù)時序關(guān)系，實現(xiàn)能量的傳遞、數(shù)據(jù)的交換。由于電子標(biāo)簽的芯片存儲是可以通過上位機(jī)軟件進(jìn)行重復(fù)填寫及格式化的，這樣便減輕了管理者的管理成本。

圖3 RFID芯片信息處理流程Fig.3 Information processing flowchart of RFID chip

運(yùn)用智能管理系統(tǒng)后管理者通過讀取RFID芯片的數(shù)據(jù)信息，便可以有效調(diào)整飼養(yǎng)模式，提高生產(chǎn)質(zhì)量。對于購買者而言，可以根據(jù)RFID記錄的信息情況，運(yùn)用手機(jī)APP來挑選優(yōu)質(zhì)的畜牧商品。如相關(guān)文獻(xiàn)提到可以運(yùn)用RFID監(jiān)控追溯肉品生產(chǎn)加工及運(yùn)輸信息[7]。

2.2 管理平臺下網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)

本系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以是上位機(jī)與手機(jī)共用的獨(dú)立系統(tǒng)，也可以是上位機(jī)與手機(jī)分開的兩套監(jiān)控系統(tǒng)，具體實施方案要根據(jù)管理者的投資及管理而定。本視頻監(jiān)管系統(tǒng)以兩套監(jiān)控系統(tǒng)為例，一套系統(tǒng)是計算機(jī)監(jiān)控管理，可以對飼養(yǎng)管理過程進(jìn)行時間、事件查詢管理。另一套是手機(jī)管理，管理者或者消費(fèi)者可以通過手機(jī)APP進(jìn)行家禽養(yǎng)殖過程實時監(jiān)控管理。目前市面上遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)比較成熟，視頻圖像的像素可以達(dá)到200w，分辨率為1280×720，可以支持5～8個用戶同時觀看，控制監(jiān)控視角范圍也可以達(dá)到350度，支持安卓手機(jī)及蘋果手機(jī)，還具備手機(jī)電腦的遠(yuǎn)程對話功能。這是互聯(lián)網(wǎng)+時代下的一個顯著的特性，只要有網(wǎng)絡(luò)就能實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控及智能管理[8]。

3 系統(tǒng)的設(shè)計實施及量化分析

3.1 “互聯(lián)”技術(shù)設(shè)計

養(yǎng)殖生產(chǎn)基地的原有智能控制管理系統(tǒng)都是建立在規(guī)?；B(yǎng)殖的基礎(chǔ)上，管理模式方案如圖4所示。此系統(tǒng)的所有信息采集都是通過單片機(jī)的控制完成的，關(guān)鍵指標(biāo)有溫度控制，通風(fēng)控制及濕度控制。此方案的優(yōu)點在于控制系統(tǒng)不需要投入較大的成本，控制方式簡單；缺點是可控效果差，系統(tǒng)易受環(huán)境干擾[9]。

圖5所示為現(xiàn)有智能化的管理模式，通過對家禽活動區(qū)域?qū)嵤┤娴淖詣踊谋O(jiān)控與管理，應(yīng)用具有無線通訊功能的視覺監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)控范圍的無死角，管理者不但可以通過工控機(jī)對養(yǎng)殖環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控管理，同時還可以通過手機(jī)APP進(jìn)行實時查看。工控機(jī)管理系統(tǒng)除監(jiān)控功能外還具備歷史數(shù)據(jù)查詢、信息處理等功能。

圖4 原有養(yǎng)殖場管理控制模式Fig.4 Management and control mode for original farm

圖5 現(xiàn)有散養(yǎng)管理控制模式Fig.5 Current free-ranging management mode

現(xiàn)有控制系統(tǒng)與規(guī)模化養(yǎng)殖控制系統(tǒng)相比具有更寬松的外部環(huán)境，養(yǎng)殖產(chǎn)品質(zhì)量得到最大限度的提高。“互聯(lián)網(wǎng)+”時代讓消費(fèi)者及養(yǎng)殖者更加緊密，遠(yuǎn)程控制技術(shù)的基本原理如圖6所示[10]。

微處理器是遠(yuǎn)程監(jiān)控的“大腦”，傳感器是遠(yuǎn)程監(jiān)控的“五官”，電源及無線模塊是遠(yuǎn)程監(jiān)控的“四肢”，傳感器反饋的所有信息都會通過處理芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，最后通過串行接口反饋到接收器上，接受到信號的手機(jī)通過自身的APP建立互聯(lián)模式，圖7所示為手機(jī)APP管理模式基本構(gòu)架。

圖6 遠(yuǎn)程通訊技術(shù)結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Structure of telecommunication technology

圖7 手機(jī)管理模式基本構(gòu)架Fig.7 Basic structure of cell phone management mode

3.2 實施過程

3.2.1 監(jiān)控管理 飼養(yǎng)環(huán)境中以一定數(shù)量的幼雞為飼養(yǎng)對象，養(yǎng)殖形式為散養(yǎng)。首先在雞頸部捆綁裝有RFID芯片的綁扎帶，在芯片的初始記錄中進(jìn)行號碼的編排，記錄每一只小雞的現(xiàn)狀，遠(yuǎn)程讀取天線進(jìn)行實時記錄。在小雞成長階段，飼養(yǎng)者無需做太多的干預(yù)，只需要監(jiān)控信息變化。在電腦上位機(jī)的監(jiān)控程序中設(shè)置一個報警，每天讀取的數(shù)量在少于養(yǎng)殖數(shù)量時進(jìn)行預(yù)警提示，來判斷是否具有丟失的情況。由于RFID是無線識別技術(shù)，在一定的識別區(qū)間每一個帶有芯片的家禽信息均出現(xiàn)在上位機(jī)的監(jiān)視畫面上，如果上位機(jī)上監(jiān)控的信息數(shù)量少了，基本上能斷定為丟失情況。通過電腦上位機(jī)家禽的信息的讀取次數(shù)反饋數(shù)據(jù)，來判斷是否具有死亡的情況。由于家禽活動區(qū)域不同，RFID識別系統(tǒng)也會有強(qiáng)弱(跟手機(jī)信號是一個道理)，在控制系統(tǒng)重新識別的過程中就會在上位機(jī)顯示識別次數(shù)，所以某一芯片信息出現(xiàn)次數(shù)在幾天內(nèi)一直為0次，極有可能為死掉的情況。同時可以把這些出現(xiàn)問題的信息第一時間通過短信的形式發(fā)到養(yǎng)殖者的手機(jī)上。

3.2.2 “互聯(lián)網(wǎng)+”信息應(yīng)用 農(nóng)家樂現(xiàn)已成為大眾消費(fèi)的一個傾向性選擇，快樂農(nóng)場、開心牧場、采摘樂園都是在這樣的需求下孕育產(chǎn)生的，本系統(tǒng)也具有這樣的經(jīng)營模式，消費(fèi)者可按興趣購買一只特定編號的幼雞，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控管理模式進(jìn)行趣味化的養(yǎng)殖，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的附帶經(jīng)營模式，一舉兩得。

互聯(lián)技術(shù)的出現(xiàn)使養(yǎng)殖業(yè)有了新的創(chuàng)新與突破。銷售模式上根據(jù)互聯(lián)技術(shù)的應(yīng)用，可以進(jìn)行網(wǎng)上直播銷售，把飼養(yǎng)監(jiān)控視頻的情況展現(xiàn)給大家，或提供手機(jī)APP模塊進(jìn)行養(yǎng)殖現(xiàn)場的監(jiān)控畫面，讓消費(fèi)者與飼養(yǎng)者建立一個全新的買賣形式。這種創(chuàng)新經(jīng)營模式下可以打消消費(fèi)者的購買顧慮，不用擔(dān)心產(chǎn)品的安全問題，同時消費(fèi)價格也會得到保障。借助于互聯(lián)網(wǎng)的電商銷售模式，降低了銷售成本，提高了養(yǎng)殖者的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 效益分析

3.3.1 設(shè)備投入成本 互聯(lián)技術(shù)投資經(jīng)費(fèi)主要用于購置傳感器、監(jiān)控視頻及上位機(jī)管理軟件上，與傳統(tǒng)養(yǎng)殖管理模式相比前期投入較高。但“互聯(lián)網(wǎng)+”管理模式下具有可持續(xù)發(fā)展性，其可有效降低家禽疫情況帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

3.3.2 效益量化分析 普通飼養(yǎng)場養(yǎng)殖的肉雞市場價格按15元/每千克計算，散養(yǎng)肉雞的市場價格按50元/每千克計算?，F(xiàn)以50只雞，養(yǎng)殖60 d為例，傳統(tǒng)飼養(yǎng)的雞增重總量大約為3 kg×50=150 kg，散養(yǎng)雞增重總量大約為1.2 kg×50=60 kg，散養(yǎng)雞產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益大約為60×50=3000元，規(guī)模飼養(yǎng)情況下為15×150=2250元。由于飼料及人工成本互聯(lián)技術(shù)下的管理模式較少，綜上所述，同等條件情況“互聯(lián)網(wǎng)+”管理模式下經(jīng)濟(jì)效益要高于規(guī)模養(yǎng)殖管理模式[11]。

3.3.3 產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)營模式 “互聯(lián)網(wǎng)+”管理模式可以輻射出更多的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)收模式，如農(nóng)家體驗休閑、線上線下互動經(jīng)營、農(nóng)家樂度假休閑等產(chǎn)業(yè)項目，產(chǎn)業(yè)鏈效益明顯。

4 小 結(jié)

本文運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)通訊及RFID(射頻識別)技術(shù)聯(lián)合相關(guān)自動控制器研究解決散養(yǎng)家禽飼養(yǎng)過程存在的問題，特別是食品信息的智能監(jiān)管方面。通過分析對比養(yǎng)殖技術(shù)現(xiàn)狀特點，把飼養(yǎng)過程的每一個環(huán)節(jié)都加入到互聯(lián)網(wǎng)體系中，在保證食品安全的前提下實現(xiàn)智能化的管理。