“治理过目，智慧畜牧”高效养殖系统设计

2022-05-30王永贵康佳伟栗伟冯腾超孙萍韩颜

客联 2022年8期

王永贵康佳伟栗伟冯腾超孙萍韩颜

摘要：开发智能牧场畜牧业系统的想法是由于努力在生态清洁环境条件下获得生物清洁食品。为了解决这些问题，我们使用了现代数字技术，它允许在一个动态变化的环境中进行分析和决策。农业正成为物联网、CPS（网络-物理系统）和CPSS（网络-物理-社会系统）的相关领域。这三种相互关联的技术为智能化技术和精准农业建立基础设施提供了各种机会。物联网采用了主动对象的统一动态环境的概念，能够发现和解释环境的特征，交换和访问信息，或作为更复杂的服务的组件参与。

关键词：智能畜牧

一、智能畜牧系统构架

根据工业4.0的概念，提高农产品质量的基本基础是支持技术和管理流程的自动化管理的智能系统。在人工智能的帮助下，可以分析该领域的各种参数，完善必要的护理活动，监测天气状况，预测产量的数量和质量等。分析的一个基本因素是知识的提取和智能手段的应用。这是可能的，因为有可能进行自动监测，收集足够的数据，并在其上应用适当的机器学习算法，以便采取适当的行动。于是我们开始研发智能畜牧系统：

1.基本系统

繁育系谱：对牲畜的繁殖关系进行系谱汇总，方便观测遗传病并且对良种进行统计，方便后续牲畜的繁育。

牲畜编码：对所有牲畜进行个体编码定位，方便饲养员识别定位找寻，并在编码上对牲畜系谱进行归类整理。

羊群监控：采取实时360°无死角监控，对牲畜活动进行实时监控，对牲畜打斗等现象及时报警反馈，并且会综合多方面因素判定牲畜疾病、流感、發情等情况进行数据整理。

数据汇总：自动收集牲畜每日平均进食量和个体进食量比较绘制统计图表，并将不正常饮食牲畜的编码及时反馈，收集温度、湿度、CO2、光照、氨氮浓度等数据进行储存与分析，并实时反馈。

2.生活系统

环境监测控制：我们将进行定期的检测采样，采样时间为牲畜引入前、进入隔离区后及转入生产区前。直接采集的水源及土壤可放入备好的离心管或无菌自封袋内;其余样品可用棉试纸蘸取;样品从采集到检测时间间隔五小时为宜。同时我们将进行重点的自动严格的监控，将温度、湿度、光照、CO2 浓度、H2S 浓度、氨氮浓度及甲烷定点传感器安装在生产区采集数据参数。

智能清理系统：我们将对牲畜日常活动区域设置坡度并安装水平高压冲水，并安装下水系统，实现每日清理排泄物。我们还会定期地安排专业人士对残留物进行专门清理及消毒。

个体检测系统：我们会定期对牲畜声音、体重、体温进行统计与大数据分析;及时对动物发情、疫病、繁殖汇总。除此之外，我们将采用多角度可变焦摄像头对畜牧场实时监控。3.饲养系统

饲养日、月、年开支表：汇总牲畜饲养日、月、年开支表，并绘出统计表，方便管理者的日常开支计算，成本统计等。

进食量大数据统计：对所饲养的该类牲畜进行大数据统计，提供给饲养员参考，并对饲养牲畜每日进食进行统计汇总表格。

牲畜年龄统计表：汇总所饲养的所有牲畜年龄，汇总表格，方便计划出栏，繁育，买卖。

二、智能畜牧系统的技术壁垒

1.智能系统的基础设施模型

（1）传感器层-由设备（传感器组）、传感器和基于LoRa网络的信息传输网络组件（LoRa网关）组成。。监测牧场状况的装置和监测位于各自牧场上的牛的行为的装置。

（2）本地层-包括一个用于管理传感器和服务器层-MQTT代理之间的通信流的组件。MQTT用于LoRa网关之间的通信协议。MQTT是由Arcom控制系统有限公司（欧洲技术公司）的阿伦·尼珀和IBM的安迪·斯坦福-克拉克开发的。MQTT最适合于需要从互联网上的后端服务器进行监控或控制的小型设备的大型网络。MQTT协议是一个基于基于主题的发布-订阅消息传递模型的协议。发布/订阅模型是一种以数据为中心的通信服务，用于传播数据、共享和发现服务。客户端连接到代理，并订阅或发布有关特定主题的数据。每条消息都被发布到一个地址，称为一个主题。客户端可以订阅多个主题，并接收发布到每个主题的每个消息。MQTT代理处理客户端发布的消息，并将它们转发给相应的订户客户端。MQTT的另一个特点是它的三个级别的服务质量（QoS）来可靠地传递消息：

-QoS 0：“最多一次”，如果消息不能保证到达，可能会丢失;

-QoS 1：“至少一次”，消息保证到达，但可能发生重复;

-QoS 2：“完全到达一次”，消息保证准确到达一次，没有重复或丢失;

（3）服务器层-包括虚拟操作中心（VOC）。它由本地和传感器层控制组件组成。多亏了MQTT协议，它通信可能是双向的，感官层设备可能能够对VOC发送的信息做出反应，通过增加各种个人代理和警卫来提供增加情报的能力。

2.建立一个数据传输网络

传感器网络适用于在开放空间上的建设，可以在警卫[24]的参考体系结构上开发，并为数据处理提供必要的智能。

需要将多种技术解决方案相结合，为智能畜牧业的概念，实现完整的解决方案。由于整个适当的解决方案十分复杂和技术之间的相互依赖性，以及需要克服的限制和障碍，选择适当的解决方案是一个极其复杂和漫长的过程。

经过初步分析后，对技术方案和工作方法的选择选择了几个影响较大的主要问题，如下：

-以最小的技术单元/网关和最大的可靠性覆盖大面积的无线电信道。

-尽量减少外部气象和公使馆对长距离信息传播的影响。

-传输安全性和信息完整性（通信从头到尾的加密）。

-具有多个终端设备/传感器的中心站/网关的操作（每个中心站超过1000台设备）。