基于物联网技术的家庭农场监控管理系统研究

楼彬 陈晨 王记彩 沈焱鑫

摘   要：目前，我国的食品质量安全问题层出不穷，屠宰场违法销售病死牲畜肉、注水肉，危及人体健康，导致消费者对食品质量安全的可信度越来越低，城市居民对农村生活和原始农产品的向往也越来越强烈。为保障原始农产品的质量，吃上放心肉，文章建立了一个能够对农村的家庭农场实行精细化管理模型，有利于管理员更加轻松、直观地管理家庭农场，掌握家禽的动态，实现家庭农场管理的智能化和信息化。

关键词：物联网技术;家庭农场;监控管理系统

俗语说，民以食为天，在我国经济实力不断提高的背景下，人们对美好生活提出了更高的要求，特别是在饮食上更加注重健康与安全。近年来，一些不法分子，使用非法手段谋取利益，例如三聚氰胺毒奶粉、山东毒生姜、江苏假羊肉、河北“红心咸鸭蛋”、湖南镉大米等事件，都是严重危害人们生命安全的重大案例，几乎每年都有类似的事件发生，且屡禁不止，这就造成了消费者对食品的质量安全可信度越来越低，政府、质量监督部门缺乏一套信息化的质量管理和质量溯源系统对其有效控制，从而引起大家对食品安全问题这个话题的持续关注和重视[1]。为此，国家在近些年颁布了一系列政策，希望运用现代化信息技术对农业生产、管理等方面进行整合优化，强化体制创新，实现在线化和数据化的智能农业发展。

鸡、鸭等家禽肉是比较常见的家常菜原料，但是市场上时有注水家禽肉、病死家禽肉的流通贩售，几乎每年都有类似事件曝光。逐渐让人们失去了对鸡、鸭等家禽肉品质的信任。城市居民对农村生活和原始农产品的向往也越来越强烈，那么如何保障原始农产品的质量，吃上放心肉。基于此，本课题致力于建立一个能够对农村的家庭养殖场实行精细化管理的模型，从而让养殖场的生长环境信息和家禽的生理信息如体温、运动量等能够被自动检测，这一切都由无线传感网络来完成，无需管理员在现场，便能轻松直观地管理家庭养殖场，掌握家禽的动态。系统的数据库能够对采集到的各项数据进行分析处理，并保存数据，如果有不良情况发生，能够迅速做出警示，从而及时采取处理措施。这样极大地减小了损失，管理也变得更加轻松便捷，实现了家庭养殖场的智能化和信息化，转变过去对农村养殖家禽所产生“脏、乱、臭、差”的传统认识。

1    国内外研究现状

湖南省永州市宁远县根据当地农业发展状况，以农户家庭为单位，结合物联网技术，运用智能化手段实现“手机养猪”，通过手机终端实施养猪生产各个环节信息的24 h远程监控，该模式给当地农民带来了可观的收入。2014年6月，市政府与温氏集团签订“战略合作框架协议”，积极推广“公司+现代家庭农场”模式，为农民提供一条可持续、稳定的发展途径。

2015年，李克强总理作政府报告时，首次提出将物联网、大数据等技术与传统类型产业相结合，引起了广泛关注。以物联网技术为支撑，家庭农场主们可以通过开放的数据平台，及时了解最新市场行情，打破传统的“先产后卖”格局。

国外对于家庭农场的管理研究较早，对于美国，99%的农场为家庭农场，它们的产量占美国农业总产量的89%，所以，西方国家对于家庭农场的管理系统较为有效、規范，在提高生产效率、实现现代化进程中发挥了重大的作用[2]。

2006年，S.Dogliottietal指出家庭农场可发展成为更有效率的经济单元体，结合农场的自身条件及经营发展战略相适应，通过科学化的管理手段，可以最大限度地提高其在农业生产经营中的效率，实现经济利润最大化。

2014年，Dacian Ciolos认为家庭农场需要具备较高的劳动生产能力和管理水平，使家庭农场在市场中处于优势地位，有助于农村地区的社会、经济以及环境的可持续发展。不仅提升了家庭凝聚力，还能给家庭带来可观的收入，为农民提供了一条可持续、稳定的就业途径[3]。

2    监控管理系统开发总体思路

以农户家庭为单位，结合大数据、云计算以及物联网技术，搭建一个云数据处理中心。利用物联网技术，围绕家禽养殖生产和管理环节，通过智能传感器在线采集养殖场各项信息如养殖环境信息（二氧化碳、氨气、硫化氢、空气温湿度等）、养殖信息（养殖时间，放养时间等），实现分布式家庭家禽养殖的智能化管理。通过手机、Pda、计算机等信息终端，实时掌握养殖环境信息，及时获取异常报警信息。此外，还可以通过调用网络摄像头，通过视频来观测家庭养殖场的实时情况。

现以家庭养殖土鸡为例，对本系统的实施详加说明。

土鸡的生长阶段主要分为两个时期：育雏期（0～6周）和育肥期（7～18周）。目前，农户养殖土鸡的形式主要为：从市场上购买1周以后的雏鸡，然后在室内养殖到7周，7周以后进行野外放养。当前，农民自养土鸡在市场上大受欢迎，但农民自养土鸡的经济效益却相对较差，存在此现象的原因主要归结为：（1）土鸡养殖的病死率以及偷盗率相对较高，增加了土鸡养殖的成本。（2）农民销售土鸡的渠道有限，土鸡养成后无法及时销售。（3）土鸡养殖多为散户，没有品牌可言且附加值极低，导致农民赚取利润的空间非常有限。（4）土鸡销售市场混乱，各种以次充好、虚假销售等现象破坏了土鸡销售市场，使得销售者对土鸡不信任，拉低了土鸡的销售价格和销量。

通过本系统的实施可以有效改善上述问题，现将本系统的功能作简要阐述，主要有以下几点。

2.1  有效降低病死率

在育雏室和鸡棚安装智能传感器，收集环境的实时信息（主要为温度、湿度、CO2质量浓度等），并使用GPRS网络发送给上位机，上位机再记录和处理各项信息，将土鸡养殖各个环节的数据信息化。

当收集到土鸡的基本信息之后，信息被上位机保存在数据库之中，土鸡的各种数据指标能够通过特定的算法计算得到，将标准数据与计算得到的指标相比较，如果有比较大的差异，可及时通知农户采取措施进行处理。

2.2  降低偷盗率、提升信任度

完成手机与PC互联网终端追溯效果，利用二维码或者射频识别等信息化技术对家禽养殖、加工至销售的细节进行细致的跟踪，实现了“从农场到舌尖”全过程可追溯特色。消费者通过简单的扫描就可获取该农产品的历史数据，对土鸡的生长情况进行了解，如品种、生长时间、放养时间、免疫信息等，这使得土鸡的生长过程透明化，鸡肉生产的整个过程都能够追溯得到，有利于加强食品安全，也增强了消费者对其的信任度。

2.3  实时监控，实现数据共享

系统展示基本信息时使用的是可视化界面，对消费者而言查询想了解的信息是非常方便的，可以通过查询土鸡的生长信息，对土鸡是否安全健康做出准确判断，对采集到的数据进行分析，及时发出预警并提供方案，为农户提供合理的監控信息，帮助农户进行有效的产作决策。

此外，该系统还能把生产者、监管部门以及消费者连接起来，实现数据共享。家庭农场主通过手机Pda、计算机等信息端，了解最新市场行情，打破传统“先产后卖”的制约格局，减少销售过程的不确定性，帮助农户从过去的“生产什么卖什么、生产多少卖多少”传统思路转变成“需要什么产什么、需要多少产多少”。

3    结语

以物联网技术为依托，结合集成感知传感技术，实现对家庭农场的智能化管理，既简化了劳动力，又极大地提高了生产效率及产出水平。实现农场主、消费者、政府监控部分之间的数据共享，及时有效地反馈追溯信息数据，做到信息透明，促进了家庭农场经营模式中产品互信机制的完善。

[参考文献]

[1]吴梦晨.“互联网+农业”视阈下家庭农场发展路径探讨[J].沈阳工程学院学报（社会科学版），2016（4）：494-497.

[2]彭丹梅.美国多样化的家庭农场[J].世界农业，2017（8）：202-205.

[3]于家海.山东省家庭农场发展分析[D].泰安：山东农业大学，2017.

Research of family farm monitoring and management

system based on Internet of Things technology

Lou Bin1， Chen Chen1， Wang Jicai1， Shen Yanxin2

（1. Jiaxing Nanyang Polytechnic Institute， Jiaxing 314031， China; 2.Wuxi Ruikong IoT Technology Co.， Ltd.， Wuxi 214000， China）

Abstract：At present， Chinas food quality and safety issues are endless， and slaughterhouses illegally sell sick and dead animal meat and water-injected meat， endangering human health， leading to lower and lower credibility of consumers food quality and safety. Therefore， urban residents live on rural life and originality， the yearning for agricultural products is becoming more and more intense. In order to guarantee the quality of the original agricultural products， we can eat the meat. This paper has established a refined management model for rural family farms， which helps administrators to manage family farms more easily and intuitively， master the dynamics of poultry， and realize the intelligent and informationalization of family farm management.

Key words：Internet of Things technology; family farm; monitoring and management system