张掖市肉牛繁育信息化管理系统开发与应用

王 磊，马 斌，杨 博，田春花，杨嵩奇，刘雪娇，魏谢木

（1.张掖市家畜繁育改良工作站，甘肃张掖 734000；2.张掖市畜牧兽医局，甘肃张掖 734000；3.深圳市云辉牧联科技有限公司，广东深圳 518000）

随着我国现代信息技术的蓬勃发展，一场以云计算、大数据、移动应用等技术为核心的“新IT”浪潮风起云涌，信息化同各行业的融合发展已成为趋势[1]。张掖市牛产业经过40多年的发展，产业体系逐步完善，养殖规模和产业水平快提升，服务体系不断健全，具备了信息化、高质量发展的基本条件。2019年，张掖市出台了《张掖市牛产业发展规划（2019—2023年）》等政策性文件，提出了牛产业“一平台两中心”（大数据信息管理平台，活牛交易中心和牛肉交易中心）为框架的建设内容，应用大数据、云平台、物联网等技术实现牛产业全产业链各环节精准有效对接和深度融合。基于以上背景，为积极应对“互联网+”和大数据时代对牛产业的机遇和挑战，通过建设张掖市肉牛繁育信息化管理系统大数据平台，一方面对张掖肉牛育种工作提供技术支持，另一方面，为张掖市牛产业“一平台两中心”建设探路铺石。

1 开发思路与目标内容

1.1 总体思路

传统肉牛育种工作中，存在生长性能测定劳动量大、测定数据误差大、牛只保定应激大、数据汇总分析难度大等方面的问题和困难，一定程度上影响了肉牛育种的工作效率和效果。为研究解决这些问题，促进肉牛育种工作精准化，减轻育种现场工作强度，最大限度降低肉牛保定应激，本研究充分利用现代化、智能化技术和设施装备，以期实现育种牛只实时定位盘点、体重体尺数据自动测定采集、育种数据汇总分析等目的，切实提高育种性能测定效率和数据准确性。

1.2 建设目标

本着实用、便捷、可追溯原则，对张掖肉牛育种群牛只建立电子档案，通过必要的硬件、软件等智能化设备，无需人工干预，实现牛只体重体尺数据自动采集，对牛只进行活体盘点，对采集的各类育种数据进行大数据分析，构建市级、养殖场级、牛级三级视图，通过图形化的界面，实时展现项目实施的成果。

1.3 建设地点

项目建设地点分布在张掖市甘州区、临泽县、高台县3个养牛大县的13个张掖肉牛育种场。

1.4 建设内容

项目建设内容包括软件和硬件2部分：软件部分包括张掖肉牛繁育信息化展示中心、张掖肉牛信息化管理云平台、手机APP 3个软件；硬件部分包括肉牛电子耳标、耳标钳、RFID手持终端、一体式盘点基站、车载式盘点基站、肉牛生长指标自动采集系统、监控及展示系统7类硬件设施设备。

2 系统功能结构

2.1 总体架构

平台总体架构采用物联网多层架构，底层为传感层，包括电子耳标、视频监控探头、温湿度传感器、重量传感器等物联网传感器；中层为传输层，包括WIFI、4G/5G等数据传输通道；上层为应用层，包括管理云平台和APP。

2.2 系统功能

2.2.1 肉牛生长指标自动采集系统

包括肉牛体重自动测定系统和肉牛体尺自动测量系统2部分。采用集成化数据采集板卡，实现系统设备连接管理、牛号自动识别与数据采集控制。肉牛自动称重系统，配备通道式体重自动测量装备，通过电子秤、电子耳标、传感器自动采集肉牛体重。肉牛体尺自动测量采用深度传感器相机和RGB相机集成数据采集系统，利用多模图像融合和三维点云计算技术，自动采集肉牛顶部上方和4个角点深度图像与RGB图像，构建肉牛体尺三维测量模型，计算体尺参数包括体高、体长、十字部高、体斜长、胸围、腹围等指标，可实现运动状态下肉牛体尺数据的非接触智能采集。

2.2.2 肉牛活体盘点

通过电子耳标、盘点基站、RFID手持终端等物联网硬件设备，实现牛只的准确定位，应用手持终端或固定设施实时查询育种牛只的准确位置，定时监控牛只转群或离场信息，实现育种牛只身份核查和群体数量自动盘点，自动推送离场报警信息。盘点基站分为一体式盘点基站（安装在水槽）和车载式盘点基站（安装在撒料车），盘点基站具有四端口超高频RFID固定式智能读写器，支持EPC C1G2、ISO18000-6B/C等主流UHF RFID空中接口协议，内置WiFi、蓝牙无线通信接口，提供USB HOST接口，可直接连接键盘、鼠标、U盘、USB4G上网卡等设备，预装盘点软件，对接信息化管理系统，数据实时上传基础母牛管理平台。RFID手持终端预装APP业务软件，通信接口为Type-C接口（通信+充电），可支持充电底座，Andriod8.1以上版本及国内通用操作系统，采用电容式玻璃触摸屏，支持多点触控，支持手套或湿手操作，支持ISO 802.11b/g/n 通信标准、无缝漫游、2.4G/5G双频、Bluetooth 4.0。

2.2.3 张掖市肉牛繁育信息化管理云平台

软件功能包括牛只进场登记、建立牛只档案、体况登记、系谱信息管理、繁殖记录管理、繁育预警、生长性能测定数据分析、繁殖数据分析、牛场生产管理、系统安全控制等方面。牛只档案板块可对牛场上传的牛只基本信息、系谱信息、生产指标、繁殖进程、转群查询、体况分析等汇总生成肉牛繁育电子档案卡，根据品种登记数据，构建完整的个体系谱，进行群体系谱追溯，满足工作人员数据汇总查询、下载和导出等功能需要。繁殖记录板块可对产犊、配种、妊检、流产和采精记录进行集中管理，可实现配种、孕检等繁育预警，同时APP也能同步进行登记操作，数据与后台同步。牛场生产管理部分，除生产提醒、繁殖管理外，可满足饲喂管理、疫病健康与分析、投入品管理、固定资产管理、在线视频监控等需求。系统安全控制方面，可实现不同用户群分级权限管理，满足角色创建、权限赋予、角色权限变更等。

2.2.4 张掖市肉牛繁育信息化管理展示中心

展示中心主要从市级、县级、牧场、牛级等层级，通过BI数据报表，呈现各级的图形化数据分析结果，直观反映当前监管的整体趋势和问题，为各项决策提供依据和参考。市级展示界面可显示张掖市行政区划图，对登记的养牛场数量、存栏等数据进展展示；养殖场视频监控界面可对牧场存栏情况、地图位置、牧场实景照片轮播进行展示，可实时切换查看各养殖场圈舍视频，其他定制开发展示界面根据业务需求可调整增加。

3 实际应用效果

该系统建成后，随即在张掖肉牛育种工作中投入使用，从使用效果来看，总体比较理想，基本达到最初的技术需求。主要优点有：电子耳标识别比较灵敏，掉标率较低；肉牛生长指标自动采集系统中，体重自动测定系统可实现全自动操作，体重测定准确性好，体尺自动测量系统总体来看误差在可接受范围，系统反映速度可以；盘点基站基本可满足需求，安装在水槽的一体式盘点基站可实现每日盘点，车载式盘点基站可实现数日盘点；软件系统的功能设置比较全面，可满足不同用户群的需求；展示中心界面可呈现图形化视觉效果，可直观查看统计结果。

存在的不足：手持终端设备无线通讯距离不理想，可能受到彩钢牛舍影响，信号衰减；车载式盘点基站由于撒料车饲喂时，部分牛只未在饲槽区域，无法实现每日全群盘点，效果没有一体式好；体尺自动测量系统体斜长、体高误差相对较大，还需加大实测数据，持续优化算法，改进完善。

4 结论

张掖市肉牛繁育信息化管理系统，总体效果达到了设计需求，可满足当前张掖肉牛育种工作需求，大大减轻了肉牛性能测定劳动量，降低了牛只保定引起的应激，较好的减小了人工测量误差，进一步提高育种工作的效率和质量，为建立高效智能化育种数据采集系统，打造肉牛育种技术支撑平台提供了有益探索。特别是肉牛体尺自动测量系统，目前在国内应属首次在生产中应用，尽管数据准确性还有待提高，但随着测定量的不断加大，数据库的不断充实，算法的不断优化，准确性将会得到进一步提升。