基于阿里云智能图像分析的爱莫斯智慧养殖平台设计研究

张冰洁，郑安秋，韩 鑫，苏毅强，于丽娅，胡登龙

（青岛黄海学院，山东 青岛 266400）

目前，基于社会发展、国家政策推进和产业转型的需要，大规模、现代化和智能化养殖已成为未来的新趋势。爱莫斯智慧养殖平台致力于支持中小养殖场的转型，利用物联网技术研究设计，帮助养殖户实现现代化、智能化农场的转型，降低劳动力成本和投入成本。本平台由大量数据训练而成，帮助农民发现问题并提出解决方案，有效解决农民经验不足和农场突发问题，减轻农民负担，增加产量。且实施个性化定制，根据不同需求的客户提供多样化服务，实现人工智能全方位自动预测。爱莫斯智慧平台研究设计以提高生产效率、生产水平和产品质量为最终目标，构建满足优良品种、智能化饲料配送、智能化设备标准化和科学管理的养殖平台，以实现防疫系列化和产品加工销售为目标展开叙述。

1 技术原理

1.1 采用NB-IoT 通讯技术

NB-IoT 成为万物互联网络的一个重要分支。NBIoT 构建于蜂窝网络，只消耗大约180 kHz 的带宽，可直接部署于GSM 网络、UMTS 网络或LTE 网络，以降低部署成本、实现平滑升级。NB-IoT 是IoT 领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网（LPWAN）。NB-IoT 支持待机时间长和对网络连接要求较高设备的高效连接。其他组网方式通常要部署1个网关，需要考虑位置、周围信号影响等，考虑因素较多。

结合以上特点，本平台充分利用NB-IoT 技术，通过数据采集后可直接上传到云端，不需要通过网关，简化了现场部署。

1.2 基于插件化思维的扩展模组技术

本平台基于插件化思维，即在不影响原有平台的条件下完成新功能的添加，新增加的功能模块，根据不同用户或不同场景的需求可高效扩展新功能。插件化有利于降低模块间的耦合度，有利于各模块和项目的维护更新。以基于物联网技术的智慧养殖设备为基础，利用插件化思维的扩展模组技术，可以适应各种不同的养殖平台，并且根据用户的不同需求，及时调整平台应用，为每个用户定制一套适合自身的智慧养殖平台。

2 平台功能分析设计

本平台设计时考虑采用物联网技术，采集养殖场空气温湿度、光照强度等环境数据，通过远程的方式，控制温湿度、通风、光照、喂食、喂水和除粪等，实现养殖的智能生产与科学管理，提高服务效率和客户满意度。可以对养殖场状态数据进行实时分析预警，当出现异常情况及时发出警报，工作人员通过微信小程序做到及时处理，减小损失[1]。

平台的实现是通过以下几个步骤完成的。首先是终端应用层，终端应用层主要是面向用户，供用户对养殖场进行监控、管理和操控等操作。包含定制大屏，电脑端操作界面和移动端APP 应用。接下来由应用层为用户提供整个平台及终端设备运维管理的应用接口，包含Web 服务、APP 服务、报表统计服务和数据检索服务等[2]。然后将数据传递到平台层，这部分是支撑整个平台架构的核心，平台层以公共信息系统为媒介，可对外提供多项共享服务，从而打通部门间壁垒，消除信息孤岛，最大程度发挥共享资源优势，使数据和信息资源、计算资源得到最优化的调配，提升使用效率。接着由接入层采用IDC-DataBus 技术，实现数据的采集、交换、清洗、对比和共享。随之进入网络层，网络层的任务是将各种采集的数据以固定的通讯协议NB-IoT/2G/3G/4G/5G 等发送至平台层。最后传输到设备层，设备层包含智能养殖场报警终端和可扩展的功能模块，如摄像头、传感器和WSN 等，通过以上模块可实时采集家畜的各种异常状态及养殖场内的环境等状态信息。平台架构图如图1 所示。

图1 总体架构图

3 平台实现

3.1 技术选型

本平台采用前后端分离的方案完成：前端服务使用Nginx 做Web 服务，访问效率高，并发量高，响应速度快，重新启动速度快，在项目进行部署时，不会出现需要等待等情况。前端页面采用Vue.js 开发，模块化的思想，将每个模块中相似的部分抽离出来，极大地提高了开发效率和代码的可扩展性以及代码的复用性，同时也降低了代码和模块的耦合性。后端服务使用Tomcat 做响应服务，Tomcat 稳定、高效和容易配置。后端代码使用JAVA 开发，JAVA 技术成熟，使用的Springboot 框架很成熟，而且属于轻量级的框架，扩展性高，启动快，平常电脑3 s 即可完成项目的启动，打包成项目（包含Tomcat 服务）也仅需20 MB 的大小。数据库使用MySQL，简单易用，开源免费，易于部署安装，性能也很高。

3.2 图像分析模块设计

本平台在智能图像分析方面，使用到了阿里云的智能动物系列统计计数图像检测与识别，首先从前端获取采集到的牲畜数据，通过NB-IoT 通讯技术进行数据采集后，直接上传到云端，上传到阿里云的oss 对象存储，将数据存储在云端上。然后调用智能图像分析模块，对牲畜进行识别，以及个数的累加。

以下是与阿里云进行数据交互的代码实现。

4 平台运用

平台可以实现“一畜一档案”制，记录牲畜所在的进食量、预产期及健康状况，使用户更加了解牲畜的现状。档案中记录着每头牲畜的性别、年龄，每日进食量、母畜的生育率、交配时间、母畜的预产期和每只母畜所生产的幼崽的存活率。可在平台中精确地查到每头牲畜的信息。如果出现了病害等危险，可以精确找到病原体，及时定位，并隔离检查。如若母畜的生育率和幼崽存活率过低，会控制该母畜不能进行交配、生产。及时有效保护了牲畜的安全增加幼崽存活率，使养殖场高效运转[3]。

5 结束语

爱莫斯智慧养殖平台具有部署方便，使用便捷、准确和高效等特点，从产业体系来看，基本形成完整的物联网产业链和供应链，已形成包括芯片、元器件、设备、软件、系统集成、运营和应用服务在内的较为完整的应用平台，各关键环节的发展也取得进展。平台化和服务化的发展模式逐渐明朗，有望成为中国物联网产业发展的一大亮点，平台响应号召积极研发改进，于传统养殖方面增加人工智能大数据等技术，软硬结合，实现多方面智能化改造。