肉牛产业链智能感知技术研究与应用系统设计

赵树林,盖凌云,孙晓婷,张展瑜

(1. 青岛农业大学网络信息管理处,山东青岛 266109; 2. 青岛农业大学科技处;3.青岛农业大学理学与信息科学学院)

目前,我国肉牛产业链链条还不够健全,产业化水平较低。农村从事体力劳动者减少、人力成本上升的现状促使肉牛养殖向集约化方向转型发展。杨国胜等[1]指出,我国家庭农场和个体户肉牛养殖仍具有一定规模,养殖方式、养殖观念较为落后,这在一定程度上阻碍了我国的肉牛产业发展;禄琳等[2]指出,产业链数字化管理是提升产品竞争力的有效技术手段;李晓琳[3]指出,物联网是农产品产业链中不可忽视的一环;彭华等[4]指出,养殖企业对信息化及产业标准的认知不够,应加大科技投入,促进产业智能化;郑海英等[5]指出,产业链关键技术研究及其应用可以加快现代农业产业发展,提高肉牛产业国内外市场竞争力;安德海等[6]指出,产业链关键技术研究可以不断扩展产业链条,加快产业化进程。上述分析表明,我国肉牛产业链仍然存在养殖模式落后和信息技术应用不足等问题。本文通过分析肉牛产业链构成及其各环节的生产状况,利用智能感知技术促进肉牛养殖规范化,对进一步推动现代化肉牛产业发展具有一定意义。

1 关键环节

肉牛产业链关键环节包括品种选择、受精繁育、饲养管理、屠宰加工、物流仓储、市场交易等[7]。肉牛品种选择是指根据品种遗传特性、环境适应能力、市场反应以及其他防疫检测信息选择合适品种进行当地养殖的过程。受精繁育包括精液解冻、人工输精和妊娠诊断等技术环节。饲养管理是指肉牛饲养过程的综合管理,包括牛舍选择与建设、饲料配比设置、育肥管理、出栏管理和日常管理。屠宰加工包括活牛称重、胴体称重、胴体管理、分割定级等环节。物流仓储包括牛肉装箱入库、存储以及冷链物流等环节。市场交易是指消费者、养殖户、供应商之间的交易。

2 智能感知关键技术

受精繁育智能感知是指对受精繁育场所的环境参数进行智能监测,环境参数指标包括氧气浓度、二氧化碳浓度、氨气浓度、硫化氢浓度、湿度、呼吸声音等。此外,通过对受精繁育场所进行视频监测,并对监测数据进行处理、识别和分析,自动判别母牛是否处于发情旺期、是否适宜配种,从而实现实时监测母牛生理指标,并准确判定母牛是否处于发情期的目的。

饲养数字化管理包括肉牛饲料的精细化管理和肉牛生长过程感知。肉牛生长过程感知可实现肉牛母本、父本、繁育时间、牛舍图像、饲养环境、饲料用量、防疫、免疫、用药等相关信息的实时采集[8],它利用射频干扰检测(RFID)技术,为每一头肉牛分配一个全球唯一的标识码,从肉牛出生开始详细记录每一头牛的生长情况。

牛舍环境智能感知,即在牛舍安装智能传感器并实时采集空气温湿度、光照强度、二氧化碳浓度、氨气浓度、硫化氢浓度等参数指标,以及牛舍视频图像信息。养殖人员通过采集的牛舍环境相关信息进行数据分析,对相应设备进行控制,完成开窗换气、调整光照、喷淋等操作,实现牛舍设施的自动管理[9]。具体环境采集参数及指标如表1所示。

表1 牛舍环境智能化监测指标参数

加工屠宰和仓储物流智能感知将对每一头牛、每一块牛肉进行全程跟踪处理,实现操作的精准化、规范化和透明化。感知设备自动识别牛身上的标签[10],并进行算法称重,提取视频图片,自动传输数据到后台网关进行数据分析[11]。

3 数字化模型构建

肉牛的繁育及养殖过程与饲养环境、饲料、疾病等外部因素息息相关。肉牛与各外部因素之间的基本关系如图1所示。

图1 肉牛生长与外部因素之间的关系

就整个肉牛产业链而言,肉牛的品质、价格与自身生理指标、养殖过程管理、外部环境因素等3个方面存在紧密联系。本文调研并设计肉牛生理指标模型参数,建立反映肉牛生长形态变化的肉牛生理指标模型参数库,结合过程参数和环境参数,构造肉牛产业链数字化模型,并根据模型建立肉牛产业链数据库。肉牛产业链数字化模型和构建流程如图2和图3所示。

图2 牛肉产业链数字化模型

图3 肉牛产业链数字化模型构建流程

4 智能感知应用平台

根据肉牛产业链数字化模型开发肉牛产业链智能感知应用平台。平台将实现牛舍环境感知、受精繁育、饲养管理、疫病防治、屠宰管理、仓储管理、市场销售、质量追溯等各个环节的数字化管理[12],具体功能如图4所示。

图4 肉牛产业链智能感知应用平台功能模型

平台通过物联网和智能化设备进行数据采集、处理以及融合,实现肉牛养殖的精细化管理。管理员可通过终端实现养殖户信息、养殖信息、受孕数据、出生数据、死亡数据、病害数据、免疫数据、治疗数据、电子档案、系谱、耳标号等信息的管理和查看。

牛舍环境信息管理模块实现了牛舍温湿度、光照、通风等环境参数的实时远程监测以及自动调控[13]。

平台屠宰管理模块实现了活体、胴体、肉块的数字化管理与数据的自动分析。利用RFID以及二维码等技术实现牛肉出场身份信息的数字化管理,标签码信息包含肉牛进场时生理信息、检疫信息、肉牛进场批号等,在后续屠宰分割、检验、宰后检疫、无害化处理和出场入市等环节都将作为牛肉信息追溯的基础数据使用。

5 结论

通过分析肉牛品种培育、繁殖、饲养、屠宰、分割、销售等肉牛产业链各个环节的特点,集成智能感知设备并研发肉牛产业链智能感知平台。平台实现肉牛产业链关键环节智能感知和全过程数字化管理。平台将为牛肉产品质量安全追溯提供数据支撑,对规范肉牛养殖产业有很好的作用。同时,平台的使用对建立优质肉牛产业模式、先进养殖技术推广以及肉牛整体养殖水平的提高具有积极推动作用。下一步将探索肉牛生长环境与肉牛生长的关系,利用大数据分析技术研究影响高档牛肉品质的关键因素模型,研究各种影响因子对牛肉品质的影响,并根据肉牛生长曲线构建肉牛生长与环境关系模型。