种鹅个体产蛋性能的监测和数据分析§

孙爱东1 尹 令2 房能沛2 施振旦1 向振强3

(1江苏省农业科学院食品质量安全与检测研究所，南京，210014；2.华南农业大学信息学院，广州，510642； 3.清新金羽丰鹅业有限公司，广东清远，511875)

长期以来我国养鹅业的发展一直远远落后于其他家禽(如鸡和鸭)业,这主要是受到鹅的行为和生理特性的制约,其中包括生殖活动。相对于其他家禽,鹅的产蛋性能较低[1]：凉山钢鹅、四川白鹅、川凉鹅3个品种的年平均产蛋数分别29±2、45±3和50±6[2]；扬州鹅入舍母鹅平均产蛋数为60～70枚[3]；马岗鹅平均产蛋数为40枚左右。另一方面由于鹅为群体养殖，一直缺乏高效选择高产鹅的育种手段，种鹅产蛋性能参差不齐。蔡来长等采用每日4：00将马岗母鹅捉入产蛋箱，9：00将母鹅放出、捡蛋并进行产蛋记录，发现个体母鹅最高产蛋达78个，个体产蛋40个以上的占50%以上；个体母鹅产蛋最少者只有7个，高产与低产者相差为10倍，个体母鹅年产蛋达不到30个的约占群体20%，说明未选种的马岗鹅产蛋性能差异较大[4]。传统的个体产蛋记录方式，如小群分栏饲养、产蛋箱，方法有效但较耗人力，且每天需惊动母鹅。鹅听觉灵敏，警觉性较强，不宜频繁受惊吓，需要相对安静的环境，尤其是产蛋母鹅。对于大群体养殖方式，更加难以甄别种鹅个体的产蛋性能。

无线射频识别技术（RadioFrequencyIdentification，RFID），是一种利用无线通信实现非接触式自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术与互联网、通讯等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。作为RFID技术应用研究的新兴领域，动物、家禽方面的研究主要集中在产品的溯源、饲养管理和疫情防控上[5-7]。

本文针对种鹅繁殖性能较低、个体产蛋性能存在较大差异、在群体养殖中难以区分个体产蛋情况的问题，将试验母鹅佩戴RFID电子标签脚环，并自动记录每只母鹅进出产蛋房的情况，应用统计分析、数据挖掘等技术对数据进行分析，快速确认每只种鹅的产蛋性能、甄别高产个体。在生产上及时剔除低产鹅，节省饲养成本，提高养殖收益。

1 材料与方法

1.1 试验种鹅

已饲养3年的800只马岗鹅，其中母鹅685只，公鹅115只。所有母鹅佩戴符合畜牧业国际标准（ISO11784/11785） 的 RFID电子脚环。如图1所示，使用尼龙轧带将脚环固定在腿部。

1.2 试验时间

2009年 9月 1日至2009年11月15日，共11周。

1.3 饲养管理

开放式群养，鹅圈养区里有产蛋房、运动场和水塘活动场，产蛋房内铺上柔软的垫草。如图2所示。

1.4 产蛋房通道设计

图1 RFID电子脚环及佩戴脚环的母鹅

图2 鹅舍及产蛋房

图3 产蛋房改造后形成的通道及监控系统

图4 产蛋房通道设计图

对鹅棚内的产蛋房进行改造，如图3所示。在唯一的出入口处安装由2个RFID射频读写器和一个过道构成的通道式射频信号区。产蛋房过道两边的栅栏用宽20cm、长190cm的木板支架塑料网架设而成，形成的过道宽30cm，长190cm。2个射频读写器埋放在过道两端靠内侧约20cm处，2个射频读写器保持一定距离，恰好避免读写器间的信号干扰。这2个射频读写器调试好距离后可形成一个通道式射频信号区，并分出产蛋房内、过道和产蛋房外3个区域。使用双射频RFID读卡系统形成的一个通道式射频信号区，可有效地确定鹅的进出产蛋房的方向和记录鹅的标签号、进出时间等。

如图4所示，2个RFID射频读写器为天线和读写模块一体机，读写器与下位机相连。当佩戴电子脚环的种鹅经过通道进出产蛋房时，读写器对每只种鹅进行身份标识,并由下位机存储标签ID号、日期时间及读卡器编号。上位机通过TCP/IP接口与下位机通讯，可以实时或定时从下位机中回收数据并将下位机的数据删除。在回收数据后将数据存储到数据库。

图5 种鹅进出通道式射频信号区的状态转移图

鹅棚安装视频监控系统，全天候监视整个产蛋房及通道，如图5所示。每天许多种鹅经由过道进出产蛋房，有产蛋的、熟悉环境的、偶然闯入的等，非产蛋的鹅多半会被产蛋或者抱窝的母鹅赶出产蛋房，或者逗留一会儿就离开，相对于正产蛋的或者抱窝的母鹅停留在产蛋房的时间短得多。从视频监控里观察到种鹅进出通道式射频信号区的行为有：径直进入或者出去产蛋房、在1号感应区附近逗留未进入产蛋房、在过道内来回走动、在2号感应区附近逗留未出去产蛋房，等等。如何有效地描述上述种鹅进出通道式射频信号区的所有行为、停留区域和记录种鹅逗留在产蛋房的具体时间？状态转移图很好地解决了这个问题，它为大规模和复杂的系统提供了有效设计高可靠性系统的形式化的规格描述方法[8]。根据上述理论画出了如图5所示的种鹅进出通道式射频信号区的状态转移图。该对称状态转移图使用不同状态之间的转换关系以及触发这些状态需要的条件来描述种鹅进出过道以及产蛋房的所有可能出现的情况，并标明了进入何种状态时种鹅停留在哪个区域：产蛋房内、过道，还是产蛋房外。

图5一共存在10个状态，下面逐一分析：(1)状态a：鹅的最初开始或开产状态；(2)状态b：鹅从产蛋房外进入1号感应区；(3)状态c：鹅从产蛋房外进入2号感应区；(4)状态d：鹅从产蛋房内进入2号感应区；(5)状态e：鹅从产蛋房内进入1号感应区；(6)状态f：鹅在1号感应区附近徘徊；(7)状态g：鹅在过道内触碰2号感应区未进入产蛋房，往外徘徊；(8)状态h：鹅在2号感应区附近徘徊；(9)状态i：鹅在过道内触碰1号感应区未出去产蛋房，往内徘徊；(10)状态j：连续产蛋周期结束、抱窝被隔离或被淘汰状态。

触发上述10个状态需要的条件有：(1)条件1：鹅感应了1号射频读写器，下位机记录和存储其电子标签号、感应时间；(2)条件2：鹅感应了2号射频读写器，下位机记录和存储其电子标签号、感应时间；(3)条件3：鹅在连续产蛋周期结束后较长时间内不再进入产蛋房、抱窝被人工隔离或被人工淘汰等外力作用。

鹅停留的区域有：外（产蛋房外）、过（过道）、内（产蛋房内）。

从图5可看出，仅有进入状态d、h前，鹅在产蛋房内逗留，逗留时长为与前一状态的时间差；而状态d、h是连续感应2号射频读写器后进入的状态，因此连续感应2号射频读写器之间的时间差，为鹅在产蛋房内的逗留时长。反之，连续感应1号射频读写器之间的时间差为鹅在产蛋房外的逗留时长；接连感应1号、2号或者2号、1号射频读写器之间的时间差为鹅穿过通道的时长。

单从连续感应2次射频读写器的顺序号来看，共有连续2号、连续1号、1号到2号、2号到1号4种情况，已穷举再无其他情况。根据上述状态转移图结论，这4种情况能毫无歧义地对应种鹅的逗留区域及逗留时长：连续2号对应鹅在产蛋房内、两信号的时间间隔差即为鹅停留在产蛋房内的时长；连续1号对应鹅在产蛋房外及逗留时长；1号到2号和2号到1号都对应鹅在过道及在过道的逗留时长，区别是往进出方向，1号到2号是往进去的方向，而2号到1号是往出的方向。这说明产

蛋房通道设计是合理有效的，状态转移图完备地演算出了如何确定鹅的进出方向、停留区域及停留时长，为后台的监控系统数据分析提供了理论支撑。

1.5 产蛋性能的监测与记录

当戴有RFID脚环的母鹅由过道进入或离开产蛋房时，读写器和下位机对每只母鹅进行身份识别和进出记录，并传到后台监控系统进行分析处理并存储到数据库，同时依据双射频读写器读取同一只鹅信号的时间次序和上述状态转移图结论来区分种鹅在产蛋房的进出状态，并以此计算种鹅停留在产蛋房的时间，然后利用数据挖掘技术中的模糊数学分析对存储在数据库的大量数据进行分析，判断某只种鹅是否产蛋，建立种鹅产蛋行为模型和高产种鹅甄别模型，遴选出产蛋率高的鹅只，从而便于优质种鹅的集中管理、配种和基因优化。

2 结果与分析

2.1 种鹅产蛋与抱窝概率隶属度函数

种鹅在产蛋房内逗留与否和逗留时长在时域上是一些离散的事件和时间段，是概率型的，适用于模糊数学分析。经资深饲养员、行业专家和实际经验数据评定，不同产龄的种鹅的产蛋及抱窝概率隶属度函数有细微差别，不同品种的种鹅的产蛋及抱窝概率隶属度函数亦存在差别（如马岗鹅和乌鬃鹅），本文试验研究的马岗鹅的产蛋概率隶属度函数图如图6所示。

图6 产蛋概率隶属度函数图

图7 抱窝概率隶属度函数图

表1 种鹅各种待窝时长的产蛋情况统计

种鹅平均产6枚蛋后，有准备就巢抱窝（孵蛋）的行为倾向，或长时间停留在产蛋房内衔草抱窝，或多次进入产蛋房里待窝。种鹅的就巢性存在个体性差异，高产鹅就巢性比低产鹅弱，表现为连续产蛋量多和连续产蛋周期长，2个连续产蛋周期的时间间隔短。就巢性会降低产蛋性能，因此在后台监测系统检测出种鹅具有抱窝倾向时，发出警报让饲养员及时给就巢母鹅做醒抱处理，缩短其就巢周期，延长产蛋周期，提高产蛋量。本文试验研究的马岗鹅的抱窝概率隶属度函数图如图7所示。

2.2 种鹅产蛋群体性规律

在试验时间内，试验种鹅实际总产蛋量共9231枚，平均每只母鹅产13.48枚蛋。而后台种鹅产蛋性能监测系统挖掘出的总产蛋量为9178枚，误差率为0.57%。造成误差的原因有：较少数母鹅将蛋产在产蛋房外；种鹅被驱赶急速通过双射频通道区时出现漏读或错读；硬件性能不稳定或短暂掉电等非特定硬件故障；较少数种鹅的电子标签失效；数据挖掘算法的精确程度等。后台产蛋性能监测系统对种鹅的各种待窝时长的产蛋情况做了分析和统计，见表1。

从表1可看出，绝大部分待窝时长为0～3分钟的种鹅是非产蛋的鹅，多半被产蛋或者抱窝的母鹅赶出产蛋房，或者逗留一会儿就离开。有大半数母鹅在待窝时长15分钟到90分钟内产蛋。母鹅产蛋的时间大多数集中在下半夜至9：00。种鹅各种待窝时长的产蛋情况见图8。

图8 种鹅各种待窝时长的产蛋情况

图9 不同产蛋量的鹅总数分布

马岗鹅的个体产蛋性能具有差异性。为了便于优质种鹅的育种，后台产蛋性能监测系统对每只种鹅的产蛋量进行了记录和分析，综合就巢性、产蛋规律、连续产蛋周期次数及受精率高低等来甄别高产种鹅，并适当淘汰产蛋量少的种鹅，留下高产的种鹅，提高生产率。图9是不同产蛋量的鹅总数分布，该分布呈近似正态分布，产蛋量较少和较多的种鹅占少数，产蛋量一般的种鹅占多数，从总体上可看出该群种鹅的高产鹅比例和低产鹅比例，为大规模群体选留种鹅进行优化育种提供了详实的数据和依据。

2.3 种鹅产蛋个体性规律

图10 标签号06257541的种鹅的产蛋行为情况

图11 标签号06257228的种鹅的产蛋行为情况

种鹅在产蛋房内是否逗留、是否产蛋和逗留时间长短在时域上是一些离散的事件和时间段，也隐含了个体种鹅的产蛋规律和就巢性规律。后台产蛋性能监测系统对每只种鹅个体的产蛋规律进行了数据分析和数据挖掘。下面分别随机抽样产蛋量一般的（图10）和高产的（图11）种鹅进行讨论。

图10标签号06257541的种鹅，从9月15日到9月25日进入就巢期，被人工进行了醒抱处理，就巢期长达23天，这说明产蛋量不高的就巢期相对长些。之后从10月10日到10月28日这18天，几乎每隔2～3天进窝产蛋。

图11标签号06257228的种鹅，在此次试验阶段产蛋量较多，共产29枚蛋。该种鹅从9月21日到11月3日，几乎每隔1天频繁进入产蛋房，隔1～2天产蛋1次。该鹅的就巢期相对较短，此次试验阶段出现的就巢期为15天，这说明产蛋量高的就巢期相对短些，反之亦然。因此，在种鹅选育中，应选择就巢期短、就巢次数少和产蛋量较高的个体进行育种，可降低种鹅群体的平均就巢期，提高群体产蛋量。

3 讨论

通过比较各种现有的判断种鹅产蛋与否及产蛋性能方法的优劣，我们提出了利用RFID技术自动探测种鹅在无应激状态下自由进出产蛋窝的行为数据，然后通过数据挖掘、计算机网络技术，识别与判断种鹅个体产蛋行为，设计并实现了种鹅个体产蛋性能监测系统。该系统在群体饲养的种鹅中，能够根据种鹅进出产蛋房的次数、停留时间、进出产蛋房的规律性数据，快速甄别不产蛋或产脏蛋（产蛋房外）的种鹅，及时对低产或休产鹅进行淘汰或隔离，从而改革以往耗时费力、易产生应激和干扰种鹅产蛋的人工监测工作。该方法对于优化群养种鹅的管理，提高群体养殖生产性能，节省种鹅饲养成本，具有很好的实践应用价值和意义。利用个体产蛋的自动监测记录方法，精准确定种鹅的产蛋性能，可以应用于种鹅产蛋性能的选育，促进提高鹅产蛋性能的育种工作。该工作还可以推广到其他群养家禽的产蛋性能选育技术研发和应用，同时对农业信息化应用的发展具有良好的示范意义。

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