張冰潔，鄭安秋，韓 鑫，蘇毅強(qiáng)，于麗婭，胡登龍

（青島黃海學(xué)院，山東 青島 266400）

目前，基于社會(huì)發(fā)展、國家政策推進(jìn)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的需要，大規(guī)模、現(xiàn)代化和智能化養(yǎng)殖已成為未來的新趨勢。愛莫斯智慧養(yǎng)殖平臺(tái)致力于支持中小養(yǎng)殖場的轉(zhuǎn)型，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究設(shè)計(jì)，幫助養(yǎng)殖戶實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、智能化農(nóng)場的轉(zhuǎn)型，降低勞動(dòng)力成本和投入成本。本平臺(tái)由大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練而成，幫助農(nóng)民發(fā)現(xiàn)問題并提出解決方案，有效解決農(nóng)民經(jīng)驗(yàn)不足和農(nóng)場突發(fā)問題，減輕農(nóng)民負(fù)擔(dān)，增加產(chǎn)量。且實(shí)施個(gè)性化定制，根據(jù)不同需求的客戶提供多樣化服務(wù)，實(shí)現(xiàn)人工智能全方位自動(dòng)預(yù)測。愛莫斯智慧平臺(tái)研究設(shè)計(jì)以提高生產(chǎn)效率、生產(chǎn)水平和產(chǎn)品質(zhì)量為最終目標(biāo)，構(gòu)建滿足優(yōu)良品種、智能化飼料配送、智能化設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和科學(xué)管理的養(yǎng)殖平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)防疫系列化和產(chǎn)品加工銷售為目標(biāo)展開敘述。

1 技術(shù)原理

1.1 采用NB-IoT 通訊技術(shù)

NB-IoT 成為萬物互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要分支。NBIoT 構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，只消耗大約180 kHz 的帶寬，可直接部署于GSM 網(wǎng)絡(luò)、UMTS 網(wǎng)絡(luò)或LTE 網(wǎng)絡(luò)，以降低部署成本、實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)。NB-IoT 是IoT 領(lǐng)域一個(gè)新興的技術(shù)，支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，也被叫作低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）。NB-IoT 支持待機(jī)時(shí)間長和對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接要求較高設(shè)備的高效連接。其他組網(wǎng)方式通常要部署1個(gè)網(wǎng)關(guān)，需要考慮位置、周圍信號(hào)影響等，考慮因素較多。

結(jié)合以上特點(diǎn)，本平臺(tái)充分利用NB-IoT 技術(shù)，通過數(shù)據(jù)采集后可直接上傳到云端，不需要通過網(wǎng)關(guān)，簡化了現(xiàn)場部署。

1.2 基于插件化思維的擴(kuò)展模組技術(shù)

本平臺(tái)基于插件化思維，即在不影響原有平臺(tái)的條件下完成新功能的添加，新增加的功能模塊，根據(jù)不同用戶或不同場景的需求可高效擴(kuò)展新功能。插件化有利于降低模塊間的耦合度，有利于各模塊和項(xiàng)目的維護(hù)更新。以基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧養(yǎng)殖設(shè)備為基礎(chǔ)，利用插件化思維的擴(kuò)展模組技術(shù)，可以適應(yīng)各種不同的養(yǎng)殖平臺(tái)，并且根據(jù)用戶的不同需求，及時(shí)調(diào)整平臺(tái)應(yīng)用，為每個(gè)用戶定制一套適合自身的智慧養(yǎng)殖平臺(tái)。

2 平臺(tái)功能分析設(shè)計(jì)

本平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)考慮采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采集養(yǎng)殖場空氣溫濕度、光照強(qiáng)度等環(huán)境數(shù)據(jù)，通過遠(yuǎn)程的方式，控制溫濕度、通風(fēng)、光照、喂食、喂水和除糞等，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖的智能生產(chǎn)與科學(xué)管理，提高服務(wù)效率和客戶滿意度。可以對(duì)養(yǎng)殖場狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析預(yù)警，當(dāng)出現(xiàn)異常情況及時(shí)發(fā)出警報(bào)，工作人員通過微信小程序做到及時(shí)處理，減小損失[1]。

平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)是通過以下幾個(gè)步驟完成的。首先是終端應(yīng)用層，終端應(yīng)用層主要是面向用戶，供用戶對(duì)養(yǎng)殖場進(jìn)行監(jiān)控、管理和操控等操作。包含定制大屏，電腦端操作界面和移動(dòng)端APP 應(yīng)用。接下來由應(yīng)用層為用戶提供整個(gè)平臺(tái)及終端設(shè)備運(yùn)維管理的應(yīng)用接口，包含Web 服務(wù)、APP 服務(wù)、報(bào)表統(tǒng)計(jì)服務(wù)和數(shù)據(jù)檢索服務(wù)等[2]。然后將數(shù)據(jù)傳遞到平臺(tái)層，這部分是支撐整個(gè)平臺(tái)架構(gòu)的核心，平臺(tái)層以公共信息系統(tǒng)為媒介，可對(duì)外提供多項(xiàng)共享服務(wù)，從而打通部門間壁壘，消除信息孤島，最大程度發(fā)揮共享資源優(yōu)勢，使數(shù)據(jù)和信息資源、計(jì)算資源得到最優(yōu)化的調(diào)配，提升使用效率。接著由接入層采用IDC-DataBus 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、交換、清洗、對(duì)比和共享。隨之進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)是將各種采集的數(shù)據(jù)以固定的通訊協(xié)議NB-IoT/2G/3G/4G/5G 等發(fā)送至平臺(tái)層。最后傳輸?shù)皆O(shè)備層，設(shè)備層包含智能養(yǎng)殖場報(bào)警終端和可擴(kuò)展的功能模塊，如攝像頭、傳感器和WSN 等，通過以上模塊可實(shí)時(shí)采集家畜的各種異常狀態(tài)及養(yǎng)殖場內(nèi)的環(huán)境等狀態(tài)信息。平臺(tái)架構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 總體架構(gòu)圖

3 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

3.1 技術(shù)選型

本平臺(tái)采用前后端分離的方案完成：前端服務(wù)使用Nginx 做Web 服務(wù)，訪問效率高，并發(fā)量高，響應(yīng)速度快，重新啟動(dòng)速度快，在項(xiàng)目進(jìn)行部署時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)需要等待等情況。前端頁面采用Vue.js 開發(fā)，模塊化的思想，將每個(gè)模塊中相似的部分抽離出來，極大地提高了開發(fā)效率和代碼的可擴(kuò)展性以及代碼的復(fù)用性，同時(shí)也降低了代碼和模塊的耦合性。后端服務(wù)使用Tomcat 做響應(yīng)服務(wù)，Tomcat 穩(wěn)定、高效和容易配置。后端代碼使用JAVA 開發(fā)，JAVA 技術(shù)成熟，使用的Springboot 框架很成熟，而且屬于輕量級(jí)的框架，擴(kuò)展性高，啟動(dòng)快，平常電腦3 s 即可完成項(xiàng)目的啟動(dòng)，打包成項(xiàng)目（包含Tomcat 服務(wù)）也僅需20 MB 的大小。數(shù)據(jù)庫使用MySQL，簡單易用，開源免費(fèi)，易于部署安裝，性能也很高。

3.2 圖像分析模塊設(shè)計(jì)

本平臺(tái)在智能圖像分析方面，使用到了阿里云的智能動(dòng)物系列統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)圖像檢測與識(shí)別，首先從前端獲取采集到的牲畜數(shù)據(jù)，通過NB-IoT 通訊技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后，直接上傳到云端，上傳到阿里云的oss 對(duì)象存儲(chǔ)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端上。然后調(diào)用智能圖像分析模塊，對(duì)牲畜進(jìn)行識(shí)別，以及個(gè)數(shù)的累加。

以下是與阿里云進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的代碼實(shí)現(xiàn)。

4 平臺(tái)運(yùn)用

平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)“一畜一檔案”制，記錄牲畜所在的進(jìn)食量、預(yù)產(chǎn)期及健康狀況，使用戶更加了解牲畜的現(xiàn)狀。檔案中記錄著每頭牲畜的性別、年齡，每日進(jìn)食量、母畜的生育率、交配時(shí)間、母畜的預(yù)產(chǎn)期和每只母畜所生產(chǎn)的幼崽的存活率?？稍谄脚_(tái)中精確地查到每頭牲畜的信息。如果出現(xiàn)了病害等危險(xiǎn)，可以精確找到病原體，及時(shí)定位，并隔離檢查。如若母畜的生育率和幼崽存活率過低，會(huì)控制該母畜不能進(jìn)行交配、生產(chǎn)。及時(shí)有效保護(hù)了牲畜的安全增加幼崽存活率，使養(yǎng)殖場高效運(yùn)轉(zhuǎn)[3]。

5 結(jié)束語

愛莫斯智慧養(yǎng)殖平臺(tái)具有部署方便，使用便捷、準(zhǔn)確和高效等特點(diǎn)，從產(chǎn)業(yè)體系來看，基本形成完整的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈和供應(yīng)鏈，已形成包括芯片、元器件、設(shè)備、軟件、系統(tǒng)集成、運(yùn)營和應(yīng)用服務(wù)在內(nèi)的較為完整的應(yīng)用平臺(tái)，各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的發(fā)展也取得進(jìn)展。平臺(tái)化和服務(wù)化的發(fā)展模式逐漸明朗，有望成為中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大亮點(diǎn)，平臺(tái)響應(yīng)號(hào)召積極研發(fā)改進(jìn)，于傳統(tǒng)養(yǎng)殖方面增加人工智能大數(shù)據(jù)等技術(shù)，軟硬結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多方面智能化改造。