李敏，韋健，曾志康，莫小香，申垚陽(yáng)，鐘翠，覃冠霖

（廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技信息研究所，廣西 南寧 530007）

廣西是我國(guó)農(nóng)業(yè)大省，2018年廣西農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到4909.24億元，在國(guó)民生產(chǎn)總值中占比較大[1~3]，其中畜禽牧業(yè)發(fā)展步伐迅猛，2017年牛肉產(chǎn)量達(dá)到11.71萬(wàn)t[4]，牛肉占肉類(lèi)比重提高到3.6%；2018年牧業(yè)產(chǎn)值占農(nóng)林牧漁業(yè)產(chǎn)值的21.84%，較1978年提高了8.04個(gè)百分點(diǎn)[1]。

隨著5G新一代無(wú)線傳輸?shù)纳逃?，智能移?dòng)設(shè)備技術(shù)的成熟運(yùn)用，設(shè)計(jì)基于移動(dòng)智能終端的管理APP成為現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)的新技術(shù)[5]。研究表明，近幾年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的APP得到廣泛的應(yīng)用[6，7]。新常態(tài)下，廣西畜牧養(yǎng)殖需要新的技術(shù)支持。原生APP在不同的應(yīng)用系統(tǒng)需要獨(dú)立的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，且開(kāi)發(fā)和維護(hù)成本高、開(kāi)發(fā)速度慢。Web APP可以通過(guò)HTML、CSS或者Java Script進(jìn)行開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)成本低、速度快，并且維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單。因此，設(shè)計(jì)基于C#的牛場(chǎng)管理Web APP，可以對(duì)牛群進(jìn)行實(shí)時(shí)管理，還可為飼養(yǎng)人員提供及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，便于及時(shí)采取相應(yīng)的解決措施，如調(diào)整飼養(yǎng)方案，實(shí)現(xiàn)精飼料的精確飼喂，提高牛只生產(chǎn)能力等，實(shí)現(xiàn)牛場(chǎng)管理信息化。APP的應(yīng)用為廣西牛場(chǎng)精細(xì)化養(yǎng)殖提供了一種信息化解決方案，對(duì)提高牛場(chǎng)的現(xiàn)代化管理水平具有重要意義。

1 肉牛養(yǎng)殖信息追溯管理與解決方案

1.1 肉牛養(yǎng)殖全過(guò)程信息追溯與管理分析

廣西牛場(chǎng)養(yǎng)殖已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；芾?，特別是在大型牛場(chǎng)逐漸增多的環(huán)境下，牛場(chǎng)養(yǎng)殖全過(guò)程的信息追溯管理尤為重要。但廣西牛場(chǎng)養(yǎng)殖在信息管理應(yīng)用方面偏弱，信息技術(shù)應(yīng)用水平有限。牛場(chǎng)養(yǎng)殖信息追溯與管理根據(jù)用途可分為養(yǎng)殖場(chǎng)信息、牛群信息、用戶(hù)信息3個(gè)中心模塊，在整個(gè)追溯管理的過(guò)程中，牛群信息模塊是核心，主要實(shí)現(xiàn)牛群管理、育種管理、繁殖管理、疾病防控、育肥管理五大管理模塊的數(shù)據(jù)錄入和統(tǒng)計(jì)分析功能。APP作為牛場(chǎng)養(yǎng)殖信息管理工具，主要用于管理和分析肉牛生長(zhǎng)發(fā)育的整個(gè)過(guò)程，具體內(nèi)容包括育種信息記錄、繁殖信息記錄、飼料喂養(yǎng)信息記錄、防疫信息記錄、疫病檢索分析以及成牛出欄信息記錄等。通過(guò)建立肉牛養(yǎng)殖檔案、疾病檔案實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖全過(guò)程的溯源，并且為飼養(yǎng)人員提供及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

1.2 肉牛養(yǎng)殖全過(guò)程信息追溯與管理解決方案

根據(jù)APP功能設(shè)定牛群信息模塊，主要對(duì)牛群、育種、繁殖、疾病防控、育肥幾個(gè)階段進(jìn)行管理與分析。通過(guò)考察、分析廣西武宣農(nóng)業(yè)科技園區(qū)夏南牛養(yǎng)殖基地實(shí)際情況，最終確定采用二維碼耳標(biāo)與RFID射頻技術(shù)相結(jié)合的溯源模式。在養(yǎng)殖過(guò)程中，不同發(fā)育時(shí)期的牛只需要進(jìn)行更換牛欄，因此通過(guò)在牛欄安裝RFID標(biāo)簽閱讀器，采集出入牛只電子耳標(biāo)標(biāo)簽信息，閱讀器讀取信息解碼傳送到APP服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過(guò)無(wú)線通信存儲(chǔ)到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，并在APP上呈現(xiàn)；在飼養(yǎng)管理過(guò)程中，為方便飼養(yǎng)員對(duì)飼養(yǎng)牛只信息進(jìn)行記錄管理，在耳標(biāo)增加二維碼信息，通過(guò)手機(jī)掃碼進(jìn)行對(duì)應(yīng)牛只的信息記錄，并通過(guò)手機(jī)APP傳送到服務(wù)器分析。牛群信息追溯管理解決方案（圖1）。

2 基于C#的Web APP設(shè)計(jì)

2.1 APP總體框架

牛場(chǎng)管理Web APP采用Visual Studio2017開(kāi)發(fā)工具，用 Microsoft SQL Server2008數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，運(yùn)用面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)C#語(yǔ)言。APP總體框架如圖2所示。

2.2 功能模塊設(shè)計(jì)

2.2.1 主要功能模塊

（1）牛群管理模塊功能主要涉及牛只牛舍管理、轉(zhuǎn)舍離場(chǎng)登記。采用RFID射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)牛群管理。在牛舍門(mén)安裝RFID閱讀器，牛群轉(zhuǎn)舍、離舍時(shí)，牛耳上電子標(biāo)簽的射頻模塊通過(guò)天線以特定的頻率信號(hào)發(fā)送到RFID閱讀器，閱讀器接收電子標(biāo)簽解碼數(shù)據(jù)并交互傳送到服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)牛耳電子標(biāo)簽和牛舍門(mén)上閱讀器的通信；為了方便飼養(yǎng)員在管理過(guò)程中能夠快速記錄牛只信息，APP上設(shè)計(jì)了二維碼標(biāo)簽，飼養(yǎng)員可以通過(guò)手機(jī)APP掃描牛耳標(biāo)二維碼進(jìn)行信息記錄，實(shí)現(xiàn)牛只飼養(yǎng)信息化管理。

圖1 基于二維碼和RFID的牛信息管理解決方案Fig.1 Information management solutions of cattle based on QR code and RFID

圖2 牛場(chǎng)信息管理APP總體框架Fig.2 General framework of cattle farm information management APP

（2） 育種管理模塊主要涉及配種記錄、凍精管理、體型鑒定和體況評(píng)分功能。育種整個(gè)養(yǎng)殖過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，需要精細(xì)化的數(shù)據(jù)管理，通過(guò)手機(jī)APP記錄數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，不僅實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全可追溯，還可以實(shí)現(xiàn)育種目標(biāo)、親本選配、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、選種決策、育種資源管理、系代追溯、育種進(jìn)度管理等工作，大大簡(jiǎn)化了育種過(guò)程，節(jié)約人力物力資源，全面提高牛場(chǎng)育種的信息化管理水平。

（3）疾病防控模塊主要登記牛只疾病發(fā)病信息登記與免疫信息。飼養(yǎng)員在養(yǎng)殖管理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)牛只病例情況，可以使用手機(jī)APP掃碼對(duì)病牛進(jìn)行詳細(xì)的記錄，如發(fā)病日期、疾病類(lèi)型、疾病名稱(chēng)、疾病概述、嚴(yán)重程度、發(fā)現(xiàn)方式、獸醫(yī)、處方備注等，并根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)對(duì)病牛做應(yīng)急處理；飼養(yǎng)人員還可以在APP的病情檢索模塊上搜索疾病疫病信息，根據(jù)搜索結(jié)果與病牛實(shí)際情況，采取相應(yīng)的救治措施。免疫信息的記錄為研究人員提供了很好的疾病防控樣例，并為牛場(chǎng)管理層制定疾病防控措施提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

（4）統(tǒng)計(jì)分析模塊主要對(duì)牛群數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，具體內(nèi)容為牛群概況和存欄分布。牛群概況展示牛群結(jié)構(gòu)信息，即不同牛只類(lèi)型占牛場(chǎng)牛只總數(shù)百分比情況。通過(guò)牛只類(lèi)型百分比數(shù)據(jù)分析肉牛的育肥情況，為科學(xué)制定養(yǎng)殖決策與方案提供依據(jù)。存欄分布分析牛舍存欄信息，即不同牛舍牛只存欄量占牛場(chǎng)牛只總數(shù)百分比。通過(guò)分析存欄分布信息，可以了解養(yǎng)殖場(chǎng)各階段牛只的數(shù)量及比重，更好地掌握養(yǎng)殖場(chǎng)總體發(fā)展情況。

2.2.2 APP界面設(shè)計(jì) 根據(jù)APP用戶(hù)群體特征，以簡(jiǎn)潔、清晰為原則，操作方便、減少選擇錯(cuò)誤率、功能標(biāo)識(shí)方便理解與使用為宗旨，設(shè)計(jì)系統(tǒng)模塊界面（圖 3）。

圖3 系統(tǒng)模塊界面Fig.3 System module interface

2.3 主要功能模塊實(shí)現(xiàn)流程

2.3.1 牛只數(shù)據(jù)存儲(chǔ)流程 牛只相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)超高頻RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)交互，RFID閱讀器將相應(yīng)牛只信息寫(xiě)入牛耳標(biāo)簽，通常包括溯源編碼、牛只編號(hào)和牛只類(lèi)型等信息。牛只編號(hào)作為牛只唯一標(biāo)識(shí)碼，由固定位數(shù)的數(shù)字組成，與溯源編碼相對(duì)應(yīng)印制在標(biāo)簽上。飼養(yǎng)員可通過(guò)APP讀取牛只信息實(shí)現(xiàn)在線管理。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)流程如下：首先用傳統(tǒng)的UHF Reader Connect函數(shù)初始化信道頻率與端口連接RFID閱讀器，然后用UHF Read Data By EPC函數(shù)修改數(shù)據(jù)信息或存入數(shù)據(jù)，最后將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中（圖4）。

圖4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)流程Fig.4 Data storage process

2.3.2 牛只數(shù)據(jù)讀取流程 在牛只管理界面可通過(guò)以下2種方式查看牛只信息，（1） 通過(guò)搜索牛只編號(hào)獲取牛號(hào)，然后點(diǎn)擊相應(yīng)牛號(hào)查看牛只信息；（2）通過(guò)手機(jī)APP掃描牛耳標(biāo)獲取牛號(hào)，然后點(diǎn)擊相應(yīng)牛號(hào)查看牛只信息。具體數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)流程如下：首先讀寫(xiě)器的讀寫(xiě)模塊對(duì)牛耳標(biāo)數(shù)據(jù)讀取節(jié)點(diǎn)初始化，判斷是何種方式讀取數(shù)據(jù)；然后根據(jù)讀取方式獲取標(biāo)簽信息，并將獲取數(shù)據(jù)發(fā)送至APP客戶(hù)端（圖5）。

圖5 牛只數(shù)據(jù)讀取流程Fig.5 Cattle data reading process

3 APP應(yīng)用測(cè)試分析

3.1 牛群管理模塊測(cè)試

牛群管理模塊測(cè)試能夠快速響應(yīng)，牛只在進(jìn)行轉(zhuǎn)舍、離舍時(shí)，牛耳標(biāo)簽和RFID閱讀器之間能夠快速、準(zhǔn)確通信，牛欄上的RFID閱讀器能夠準(zhǔn)確接收牛耳標(biāo)簽頻率并完成解碼，相應(yīng)數(shù)據(jù)存取響應(yīng)時(shí)間合理；牛只管理和牛舍管理測(cè)試在單個(gè)或批量登記都能正確實(shí)現(xiàn)。功能模塊使用方便、簡(jiǎn)單，測(cè)試人員容易掌握。

3.2 育種管理和繁殖管理模塊測(cè)試

育種和繁殖是牛生長(zhǎng)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，在此過(guò)程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)較為復(fù)雜龐大，且信息對(duì)于決策分析極其重要。模塊測(cè)試能夠?qū)⑾鄳?yīng)的屬性信息進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，彈窗選擇、手動(dòng)輸入等功能均能實(shí)現(xiàn)。

3.3 統(tǒng)計(jì)分析模塊測(cè)試

在廣西武宣農(nóng)業(yè)科技園區(qū)對(duì)APP的主要功能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)示范與測(cè)試。以存欄分布和育肥分析作為測(cè)試對(duì)象舉例說(shuō)明，通過(guò)統(tǒng)計(jì)牛舍信息、對(duì)應(yīng)牛舍牛只數(shù)量等數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化，便于管理者查看各階段牛只存欄數(shù)量，及時(shí)對(duì)養(yǎng)殖過(guò)程進(jìn)行合理科學(xué)的調(diào)整，確保養(yǎng)殖場(chǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展。并對(duì)牛只的肥育情況進(jìn)行記錄，通過(guò)折線圖分析牛只體重等生長(zhǎng)情況，管理者可以通過(guò)分析結(jié)果及時(shí)調(diào)整牛只育肥方案（圖6）。

圖6 APP統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果Fig.6 Statistical analysis results

4 結(jié)論

牛場(chǎng)管理Web APP采用C#設(shè)計(jì)并結(jié)合二維碼和RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)牛場(chǎng)養(yǎng)殖信息化管理，根據(jù)養(yǎng)殖場(chǎng)牛只和存欄等數(shù)據(jù)可視化，為養(yǎng)殖戶(hù)提供管理決策方案，根據(jù)疾病記錄信息及時(shí)進(jìn)行疾病防控，并在廣西武宣農(nóng)業(yè)科技園區(qū)夏南牛養(yǎng)殖基地進(jìn)行了驗(yàn)證，極大地滿足了牛場(chǎng)的實(shí)際需求，提高了牛場(chǎng)的管理水平。Web APP性能穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便，具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。下一步將在牛只養(yǎng)殖信息管理基礎(chǔ)上，從更深層次對(duì)牛只生長(zhǎng)發(fā)育等進(jìn)行研究，例如結(jié)合養(yǎng)殖場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析溫濕度對(duì)氨氮含量的影響，從氨氮數(shù)據(jù)中挖掘?qū)εＶ簧L(zhǎng)發(fā)育的潛在影響，并完善APP統(tǒng)計(jì)分析功能，為養(yǎng)殖人員提供更科學(xué)合理的決策。