龐龍

（網(wǎng)銀在線（北京）科技有限公司 北京市 101111）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)融入到人們的生活中方方面面，如物流、安防、醫(yī)療、家居以及交通，智能物聯(lián)網(wǎng)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能技術(shù)，將二者結(jié)合應(yīng)用到人們的生產(chǎn)生活中，逐步代替重復(fù)的人類勞動(dòng)，提高生產(chǎn)效率，降低人力成本，大大提高了人們工作生活的信息化程度及智能化水平。

我國(guó)作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)是我們的第一產(chǎn)業(yè)，也是人們生產(chǎn)生活的基礎(chǔ)，然而，我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平相對(duì)于西方發(fā)達(dá)國(guó)家還很落后，我國(guó)的農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。

目前傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)對(duì)于現(xiàn)化代的經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)已越來(lái)越不適應(yīng)，隨著現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展和成熟，智慧農(nóng)業(yè)成為了突破目前農(nóng)業(yè)弊端的新型農(nóng)業(yè)發(fā)展模式[1]。伴隨著我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用，也是實(shí)現(xiàn)我國(guó)農(nóng)業(yè)趕上并超過(guò)世界先進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平的一個(gè)重要的發(fā)展方向。

1 智能物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

智能物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)通常分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三個(gè)層次。

感知層在智能物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中的主要作用是信息采集，這一層最常見的就是各種傳感器和攝像頭，用于替代或者延展人類的感官完成對(duì)物理世界的感知。

網(wǎng)絡(luò)層主要實(shí)現(xiàn)信息的傳遞、路由和控制，主要包含通信技術(shù)和通訊協(xié)議，通信技術(shù)分為有線通信技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)，有線通信技術(shù)包括以太網(wǎng)、RS-232、RS-485、M-Bus、PLC 等，有線通信穩(wěn)定性強(qiáng)，可靠性高，但是受限于媒介，而無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展比有線通信技術(shù)稍微廣泛些，主要分為蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)（2/3/4G）、短距離無(wú)線通信技術(shù)（藍(lán)牙、Wi-Fi、ZigBee、Zwave）以及專門針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)娜f(wàn)物互聯(lián)的LPWA（低功耗廣域網(wǎng)）技術(shù)，解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不能應(yīng)對(duì)特殊物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景的通信問(wèn)題，LPWA 技術(shù)中包含SigFox、LoRa 和NB-IOT。常見的通訊協(xié)議包括MQTT、AMQP、XMPP、REST 以及CoAP 等。

應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)與用戶的對(duì)接，將用戶需求與物聯(lián)網(wǎng)感知、處理和傳遞后的信息項(xiàng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能化應(yīng)用[2]。利用邊緣計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、云服務(wù)以及大數(shù)據(jù)技術(shù)，基于某些應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算以及反饋控制，從而達(dá)到人、物、環(huán)境之間的協(xié)同，常見的智能物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)圖1 所示。

1.1 人工智能技術(shù)

人工智能技術(shù)是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，致力于生產(chǎn)出能與人類智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機(jī)器，該領(lǐng)域的研究包括語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別、機(jī)器人、自然語(yǔ)言處理、智能搜索和專家系統(tǒng)等。通過(guò)人工智能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人的意識(shí)、思維的信息過(guò)程的模擬，能像人那樣思考，甚至超過(guò)人的智能。

人工智能的發(fā)展幾經(jīng)沉浮，其再次快速發(fā)展得益于深度學(xué)習(xí)在2012年，Hinton 課題組為了證明深度學(xué)習(xí)的潛力，首次參加ImageNet 圖像識(shí)別比賽，其通過(guò)構(gòu)建的CNN 網(wǎng)絡(luò)AlexNet 一舉奪得冠軍，且碾壓第二名（SVM方法）的分類性能。也正是由于該比賽，CNN 吸引到了眾多研究者的注意。

圖1：智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)圖

人工智能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，對(duì)于社會(huì)的發(fā)展具有重要作用，也是人類科學(xué)技術(shù)不斷向前發(fā)展的有效象征[3,4]。

1.2 信息采集技術(shù)

信息采集技術(shù)工作原理跟人類類似，是通過(guò)聽覺(jué)、嗅覺(jué)、視覺(jué)等方式將信息采集上來(lái)。在嗅覺(jué)方面應(yīng)用了傳感器來(lái)接收外部的溫度、濕度、二氧化碳、氨氣等等數(shù)據(jù)，在視覺(jué)方面主要應(yīng)用攝像頭，攝像頭從應(yīng)用場(chǎng)景上可以分為普通攝像頭，雙目攝像頭以及紅外攝像頭，分別應(yīng)用到不同的環(huán)境和場(chǎng)景中，聽覺(jué)方面主要應(yīng)用監(jiān)聽器、麥克風(fēng)等設(shè)備收集外部的聲音數(shù)據(jù)。

1.3 云服務(wù)技術(shù)

云服務(wù)是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫说姆?wù)器上，并對(duì)采集上來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和加工，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、事件報(bào)警、故障檢測(cè)以及根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)出來(lái)的業(yè)務(wù)邏輯。

1.4 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，通過(guò)提供內(nèi)置工具和功能，為設(shè)備提供安全、穩(wěn)定的通信能力，幫助開發(fā)者低成本、快速的實(shí)現(xiàn)設(shè)備端與服務(wù)端的對(duì)接，方便管理設(shè)備上報(bào)數(shù)據(jù)與服務(wù)端下發(fā)控制，同時(shí)還能夠基于規(guī)則引擎進(jìn)行數(shù)據(jù)過(guò)濾與轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算和智能分析，能夠減少大量的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)成本，加快應(yīng)用場(chǎng)景落地并簡(jiǎn)化部署流程。

1.5 邊緣計(jì)算技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展的過(guò)程會(huì)遇到海量的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析等功能眾多挑戰(zhàn)，從而帶來(lái)帶寬占用量大、服務(wù)響應(yīng)慢、數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)高等問(wèn)題，單純靠云端計(jì)算已然無(wú)法完全解決問(wèn)題，邊緣計(jì)算可以有效緩解以及解決這些挑戰(zhàn)和問(wèn)題，同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算可以將AI 算法、數(shù)據(jù)處理、應(yīng)用程序等功能的實(shí)現(xiàn)，由云端中心下放到網(wǎng)絡(luò)邊緣的節(jié)點(diǎn)上，從而實(shí)現(xiàn)可以在網(wǎng)絡(luò)邊緣端實(shí)現(xiàn)低時(shí)延、高帶寬、高可靠、海量連接、異構(gòu)匯聚和本地安全隱私保護(hù)等特殊業(yè)務(wù)要求的應(yīng)用場(chǎng)景。

圖2：智能養(yǎng)豬網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

1.6 大數(shù)據(jù)技術(shù)

目前大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，為人工智能、物聯(lián)網(wǎng)提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)能力支持，主要核心技術(shù)包括采集解析技術(shù)、存儲(chǔ)管理技術(shù)以及并行計(jì)算技術(shù)，同時(shí)技術(shù)生態(tài)非常開放，如hadoop、hive、hbase、spark 等大數(shù)據(jù)軟件能夠幫助用戶快速實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的分析和挖掘，通過(guò)對(duì)海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而挖掘出非常有價(jià)值的信息。

2 基于智能物聯(lián)網(wǎng)的養(yǎng)殖應(yīng)用分析

如圖2 所示。

2.1 智慧養(yǎng)豬

智能巡檢系統(tǒng)，通過(guò)智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（巡檢車、AI 攝像頭、邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)、傳感器）實(shí)現(xiàn)對(duì)活體的運(yùn)動(dòng)追蹤、行為播報(bào)、數(shù)據(jù)采集等功能，參見圖2，利用自動(dòng)巡檢功能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的控制和監(jiān)察，通過(guò)24 小時(shí)巡檢監(jiān)控及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，避免豬場(chǎng)造成生產(chǎn)損失，同時(shí)在云服務(wù)端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新狀態(tài)，并且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，建立智能數(shù)據(jù)儲(chǔ)備庫(kù)，實(shí)現(xiàn)減少人力成本，實(shí)現(xiàn)高效養(yǎng)殖。

精準(zhǔn)飼喂系統(tǒng)通過(guò)根據(jù)豬只日齡、體況生成飼喂曲線實(shí)現(xiàn)自動(dòng)飼喂，同時(shí)自配規(guī)則，實(shí)現(xiàn)定時(shí)定量飼喂，同時(shí)通過(guò)制定科學(xué)飼喂套餐，實(shí)現(xiàn)干濕料混合狀態(tài)，滿足豬只營(yíng)養(yǎng)需求，并利用AI 攝像頭可以檢測(cè)到余食狀態(tài)，根據(jù)剩余飼喂情況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，動(dòng)態(tài)調(diào)控下料量，并通過(guò)利用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析飼喂數(shù)據(jù)反映豬只的健康狀況。

疫情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用聲音識(shí)別技術(shù)對(duì)豬群聲音（咳嗽、哮喘）進(jìn)行處理分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常豬群，監(jiān)控豬只異常狀態(tài)，并結(jié)合歷史疾病監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，挖掘疾病分布及規(guī)律，分析疾病原因，為疫病防控提供有效的數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)通過(guò)AI 攝像頭監(jiān)測(cè)豬只排泄物，利用圖像識(shí)別技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理異常豬只，有效掌握豬只身體健康狀況。

2.2 智慧養(yǎng)牛

利用智能項(xiàng)圈、智能監(jiān)測(cè)站、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)、視覺(jué)識(shí)別等技術(shù)，進(jìn)行牛只繁育性能測(cè)定、視覺(jué)估重，以及蹄病和藥浴監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)牛只進(jìn)行精準(zhǔn)降溫、疾病預(yù)警，以及運(yùn)動(dòng)行為和軌跡的分析，及時(shí)做到發(fā)情監(jiān)測(cè)和疾病預(yù)警，降低養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)，提高生產(chǎn)效益。

智能項(xiàng)圈通過(guò)多種傳感器分析牛只姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)步數(shù)等信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)牛只發(fā)情等異常的精確判斷。

智能監(jiān)測(cè)站利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，借助AI 攝像頭和邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)牛臉牛背識(shí)別，智能識(shí)別牛只面部特征及背部花紋，快速精準(zhǔn)識(shí)別牛只身份，然后將AI 攝像頭采集的牛只圖像信息與AI 估重算法結(jié)合估測(cè)，同時(shí)采集牛只行走狀態(tài)圖像數(shù)據(jù)，對(duì)牛只進(jìn)行智能步態(tài)評(píng)分，最后通過(guò)數(shù)字化處理和數(shù)據(jù)分析計(jì)算，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)牛只體重變化、體況變化、肢蹄健康狀況、藥浴情況，為牧場(chǎng)生產(chǎn)管理決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)在牛舍內(nèi)全方位部署24h 智能監(jiān)測(cè)設(shè)備，監(jiān)測(cè)圈舍內(nèi)全部牛只及環(huán)境狀況，向飼養(yǎng)員發(fā)送異常預(yù)警及任務(wù)指令，智能化驅(qū)動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，對(duì)牛只爬跨、臥地不起等發(fā)情或疾病行為進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并鎖定異常牛只，發(fā)送給相應(yīng)的飼養(yǎng)員。同時(shí)利用AI 攝像頭自動(dòng)識(shí)別進(jìn)場(chǎng)車輛及人員，記錄作業(yè)時(shí)間和頻次，提高牧場(chǎng)管理效益，結(jié)合智能分析食槽內(nèi)余食量，對(duì)空槽等異常現(xiàn)象及時(shí)預(yù)警，降低人員巡檢成本。

智能噴淋利用AI 攝像頭和邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)，提取牛只圖像信息，判斷各欄位是否有牛正在進(jìn)行采食，準(zhǔn)確識(shí)別牛只并進(jìn)行一對(duì)一精準(zhǔn)噴淋，并聯(lián)動(dòng)THI 指數(shù)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)傳輸與處理數(shù)據(jù)，自動(dòng)啟動(dòng)噴淋系統(tǒng)，并根據(jù)溫濕度指數(shù)的不同調(diào)整噴淋頻率以降低奶牛在高溫情況下產(chǎn)生的熱應(yīng)激可能。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于智能物聯(lián)網(wǎng)的智慧養(yǎng)殖場(chǎng)景構(gòu)建已經(jīng)成為當(dāng)前中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要的方向，在構(gòu)建智慧養(yǎng)殖場(chǎng)景時(shí)，包括物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)、邊緣計(jì)算技術(shù)以及5G 通信技術(shù)都應(yīng)該得到充分的探索和應(yīng)用，而對(duì)于當(dāng)前的智慧養(yǎng)殖場(chǎng)景的構(gòu)建而言，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則發(fā)揮著主要作用，也可以說(shuō)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是智慧養(yǎng)殖的基石，相關(guān)技術(shù)人員需要了解智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧養(yǎng)殖場(chǎng)景中的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)，并采取各項(xiàng)措施進(jìn)行推進(jìn)，促使智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠更好的支持和豐富智慧養(yǎng)殖功能，更好的推動(dòng)數(shù)字化農(nóng)業(yè)的建設(shè)。