龔駿毅 王植 方明朗 周翌

(廣西慧云信息技術(shù)有限公司,廣西南寧 530031)

智能生豬林下養(yǎng)殖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

龔駿毅 王植 方明朗 周翌

(廣西慧云信息技術(shù)有限公司,廣西南寧 530031)

立足于“云計(jì)算”、“3G網(wǎng)絡(luò)”、“超高頻RFID電子標(biāo)簽”、“ZigBee近距離無線組網(wǎng)”等物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以林下畜牧養(yǎng)殖過程中的智能化、集約化、標(biāo)準(zhǔn)化為核心優(yōu)化重點(diǎn)，探索和設(shè)計(jì)出一套具有普遍適用和推廣意義的林下智能養(yǎng)殖系統(tǒng)，建立一套完整的智能林下養(yǎng)殖體系，幫助各類肉類生產(chǎn)企業(yè)形成自動化養(yǎng)殖閉環(huán)，保證其向社會提供優(yōu)質(zhì)的放心豬肉，讓養(yǎng)殖行業(yè)徹底實(shí)現(xiàn)食品源頭追蹤，提高供應(yīng)鏈的透明度。

物聯(lián)網(wǎng) 生豬養(yǎng)殖 林下養(yǎng)殖 超高頻RFID

1 引入

隨著我國綜合國力和經(jīng)濟(jì)總量的增強(qiáng)，國民收入不斷增加，在滿足人們對動物蛋白需要的同時(shí)也伴隨著對人類身體健康的危害，使得畜牧業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展必須從資源耗費(fèi)和數(shù)量型向資源節(jié)約、環(huán)境友好與效益品質(zhì)型邁進(jìn)。與此同時(shí)，人們對生活質(zhì)量的要求日益提升，開始改變消費(fèi)觀念，追求傳統(tǒng)的地方特色美味肉食成了時(shí)尚，加上國際國內(nèi)把肉食質(zhì)量和食品安全提到了市場管理的首位。國內(nèi)逐步從以國外種源為主的大規(guī)模集約養(yǎng)殖，轉(zhuǎn)向開發(fā)地方優(yōu)良種源，選擇和培育特色地方優(yōu)質(zhì)生豬品種，建設(shè)生態(tài)養(yǎng)殖基地。以開發(fā)利用我國林地、林果園地空間資源為重點(diǎn)，開展生豬生態(tài)立體養(yǎng)殖、林下養(yǎng)殖，為市場提供肉質(zhì)鮮美、風(fēng)味濃郁、安全的優(yōu)質(zhì)生豬產(chǎn)品。

本文將立足于 “云計(jì)算”、“3G網(wǎng)絡(luò)”、“超高頻RFID電子標(biāo)簽”、“ZigBee近距離無線組網(wǎng)”等物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以林下畜牧養(yǎng)殖過程中的智能化、集約化、標(biāo)準(zhǔn)化為核心優(yōu)化重點(diǎn)，探索和設(shè)計(jì)出一套具有普遍適用和推廣意義的林下智能養(yǎng)殖系統(tǒng)，建立一套完整的智能林下養(yǎng)殖體系，幫助各類肉類生產(chǎn)企業(yè)形成自動化養(yǎng)殖閉環(huán)，保證其向社會提供優(yōu)質(zhì)的放心豬肉，讓養(yǎng)殖行業(yè)徹底實(shí)現(xiàn)食品源頭追蹤，提高供應(yīng)鏈的透明度。

圖1

圖2

2 林下養(yǎng)殖系統(tǒng)

通過超高頻RFID讀寫器記錄并通過Zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)傳送到云計(jì)算數(shù)據(jù)中心分析，林下的(白天林下，晚間以及采食回舍)，養(yǎng)到出欄的生產(chǎn)全程，包括對豬的放牧密度、運(yùn)動量、溫濕度、采食量、日增重、排尿和排糞次數(shù)及數(shù)量以及環(huán)境污染和林木的影響等信息。網(wǎng)絡(luò)將龐大的計(jì)算處理程序自動分拆成無數(shù)個較小的子程序，再交由多部服務(wù)器所組成的龐大系統(tǒng)經(jīng)搜尋、計(jì)算分析之后將處理結(jié)果回傳給用戶，整個過程都實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線傳輸。

具體架構(gòu)如圖1。

通過云服務(wù)平臺完成對整體系統(tǒng)數(shù)據(jù)運(yùn)算、分析、處理，提供對外服務(wù)的接口，結(jié)合基于Zigbee無線通訊的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將RFID電子標(biāo)簽固定于豬耳朵，結(jié)合條碼技術(shù)通過智能手機(jī)管理生豬身份信息;通過固定在采食通道的RFID讀寫器收集生豬采食信息，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)養(yǎng)殖的全周期監(jiān)控;消息隊(duì)列服務(wù)器將Zigbee網(wǎng)絡(luò)傳輸過來的數(shù)據(jù)，加密后以消息隊(duì)列的形式通過運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)上傳云服務(wù)器。通過安裝在智能手機(jī)上的服務(wù)端APP實(shí)現(xiàn)育種繁育管理、遠(yuǎn)程醫(yī)療協(xié)助和遠(yuǎn)程智能監(jiān)控。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能

通過針對林下生豬養(yǎng)殖全過程業(yè)務(wù)周期的生長特色，定制開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化智能精準(zhǔn)喂食;將每頭生豬打上超高頻RFID電子標(biāo)簽，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離身份識別，符合林下養(yǎng)殖的功能需求，建立智能身份認(rèn)證體系;通過Zigbee無線傳輸技術(shù)建立全面覆蓋養(yǎng)殖基地的環(huán)境監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測基地各類環(huán)境信息和有害氣體情況等，結(jié)合平臺聯(lián)動實(shí)現(xiàn)智能環(huán)境監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)更加科學(xué)、規(guī)范和智慧地指導(dǎo)生豬林下養(yǎng)殖，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。(如圖2)。

系統(tǒng)平臺分為以下七個功能模塊：任務(wù)中心、生豬檔案、采食管理、繁育管理、健康中心、轉(zhuǎn)欄管理。實(shí)現(xiàn)內(nèi)部全周期生產(chǎn)過程的安全控制的實(shí)時(shí)監(jiān)控，方便管理人員的全程管理，最終建立智能生豬林下養(yǎng)殖標(biāo)準(zhǔn)體系。

4 系統(tǒng)詳細(xì)功能

4.1 環(huán)境監(jiān)控

通過各種定制開發(fā)的智能終端傳感器監(jiān)控豬舍內(nèi)外各類環(huán)境指標(biāo)(包括豬舍內(nèi)外溫度、濕度、風(fēng)速、光照度、氧氣含量、二氧化碳含量、氨氣等有害氣體)并通過高清攝像機(jī)遠(yuǎn)程觀察豬舍內(nèi)實(shí)施狀況，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況能夠遠(yuǎn)程通過手機(jī)或者WEB訪問來控制豬舍內(nèi)一系列智能終端設(shè)備(降溫、加濕、抽風(fēng)、地暖等等)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化豬舍的信息檢測和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)監(jiān)控，幫助用戶精確掌握豬舍環(huán)境情況。精確的數(shù)據(jù)提示可以為用戶節(jié)省大量人工操作和電力消耗，達(dá)到增產(chǎn)、節(jié)能、減輕工人勞動強(qiáng)度的效果。

4.2 任務(wù)中心

提供功能強(qiáng)大的工作任務(wù)發(fā)布、跟蹤與分析功能。管理者可以在系統(tǒng)中建立工作任務(wù)，確定任務(wù)執(zhí)行人，并向執(zhí)行人提出詳細(xì)的匯報(bào)要求，包括匯報(bào)時(shí)間，現(xiàn)場圖片、地理位置等。任務(wù)一旦創(chuàng)建，系統(tǒng)將同時(shí)通過電腦與手機(jī)將任務(wù)推送給指定人員，并跟蹤人員對任務(wù)的響應(yīng)與匯報(bào)情況。在任務(wù)進(jìn)行過程中，執(zhí)行人員需要及時(shí)匯報(bào)任務(wù)執(zhí)行情況，而管理人員則可以隨時(shí)隨地通過手機(jī)了解任務(wù)進(jìn)展，查看現(xiàn)場圖片，獲取人員位置，并與執(zhí)行人溝通交流。

4.3 生豬檔案

以每頭豬的RFID智能身份標(biāo)簽為單位，建立生豬檔案，顯示牲畜的配種記錄，分娩記錄，每日進(jìn)食量、每日體重、疾病記錄，免疫記錄及系譜圖，管理牲畜的基本信息。

4.4 采食管理

云端管理系統(tǒng)可以根據(jù)每頭豬的識別信息(耳牌號、背膘、胎次、胎齡等)，甚至根據(jù)季節(jié)因素統(tǒng)計(jì)出該類型母豬的采食曲線，進(jìn)行精確供料，避免人工飼喂造成的應(yīng)激以及飼料浪費(fèi)和由于飼喂不準(zhǔn)確造成的母豬體況不均，從而確保每頭母豬得到最準(zhǔn)確的飼喂。系統(tǒng)將定時(shí)自動統(tǒng)計(jì)采食異常的情況，并將采食異常報(bào)告推送到工作人員的電腦終端。工作人員可以清楚了解到所有超過正常時(shí)間范圍還尚未采食的牲畜情況，以及牲畜所屬的養(yǎng)殖場。

4.5 繁育管理

繁育管理是種豬繁殖包括配種到分娩到離奶全過程的管理。包括了數(shù)據(jù)的錄入、查詢以及統(tǒng)計(jì)報(bào)表。每一頭育種牲畜的生殖繁育信息及其后代的醫(yī)療信息都記入數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過云端數(shù)據(jù)中心處理，工作人員可以方便地篩選出繁殖能力最強(qiáng)以及后代疾病較少的育種牲畜，幫助工作人員結(jié)合其他信息數(shù)據(jù)進(jìn)行更準(zhǔn)確地育種牲畜的管理與篩選。

4.6 健康中心

管理生豬的免疫防疫信息和醫(yī)療信息。如果發(fā)現(xiàn)牲畜可能出現(xiàn)疾病狀況，飼養(yǎng)員可以通過手機(jī)對牲畜進(jìn)行拍照，并附上簡單的癥狀描述，將照片與描述文字通過手機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到云端數(shù)據(jù)中心，經(jīng)過數(shù)據(jù)中心處理后，將求助信息推送到養(yǎng)殖公司獸醫(yī)的電腦終端。

養(yǎng)殖公司獸醫(yī)可以及時(shí)收到各地養(yǎng)殖戶提交的求助信息，并根據(jù)照片與描述對牲畜進(jìn)行基本診斷。管理系統(tǒng)同時(shí)配備了知識庫，內(nèi)置牲畜常見疾病的數(shù)據(jù)信息，可以幫助獸醫(yī)更準(zhǔn)確地判斷與診治。

4.7 轉(zhuǎn)欄管理

生豬生長到一定階段，如離奶的小豬要轉(zhuǎn)到育肥場要進(jìn)入轉(zhuǎn)欄操作、育肥場的肥豬送去屠宰場，需要進(jìn)行出欄的操作。轉(zhuǎn)欄管理規(guī)范了轉(zhuǎn)欄的流程，可以計(jì)算出生豬在轉(zhuǎn)欄過程中的損耗。

5 系統(tǒng)特點(diǎn)

(1)全局監(jiān)控與標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)管理深度整合：智能終端設(shè)備成功的核心在于基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)、完備的數(shù)據(jù)采集，而所有數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括繁殖記錄、每日食量、生長周期、疾病防御和豬舍的各類環(huán)境指標(biāo)等等，所有數(shù)據(jù)信息都貫穿于標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)殖管理之中?？梢愿鶕?jù)時(shí)間或者現(xiàn)場條件驅(qū)動預(yù)設(shè)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)引種、配種、妊娠檢查、分娩、斷奶、轉(zhuǎn)舍、生長育肥、上市、免疫保健、飼喂等全過程業(yè)務(wù)周期的精細(xì)化管理，讓工作人員能夠通過手機(jī)就能夠?qū)崟r(shí)地了解目前豬舍環(huán)境指標(biāo)和豬的生長情況，了解到目前需要完成的任務(wù)，運(yùn)用RFID標(biāo)簽貫穿于完整生產(chǎn)鏈，將智能終端設(shè)備收集的歷史數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)管理系統(tǒng)所指導(dǎo)的任務(wù)情況匯總為該生豬的溯源檔案，為物流運(yùn)輸銷售信息進(jìn)一步處理與整合打下基礎(chǔ)，使消費(fèi)者能夠方便地通過平臺進(jìn)行食品安全溯源，最大程度保障豬肉的安全可靠。

(2)采用云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行海量數(shù)據(jù)挖掘與生豬優(yōu)選良種、智能化群養(yǎng)相結(jié)合：系統(tǒng)能夠長期記錄生豬采食量和體重，通過數(shù)據(jù)挖掘歸納出該品種生豬生長模式，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，如種豬選擇或選育、計(jì)算生豬生長發(fā)育曲線。建立生豬資源基因庫，實(shí)現(xiàn)生豬優(yōu)選良種，完善良種繁育體系，實(shí)現(xiàn)選擇理想的種豬。通過總結(jié)的生長發(fā)育曲線和精確地監(jiān)控生豬的每日增重和進(jìn)食量，將豬群按照不同生長周期進(jìn)行分類，使得飼料完全配合生豬的生長周期，既不會因?yàn)轱暳蠣I養(yǎng)物質(zhì)不足而影響豬生長發(fā)育速度，也不會因?yàn)轱暳现袪I養(yǎng)物質(zhì)過多而造成的飼料營養(yǎng)物質(zhì)浪費(fèi)，這大大節(jié)省了飼料成本和減少對環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)智能化群養(yǎng)。

(3)創(chuàng)新采用超高頻RFID智能標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離身份精確識別：根據(jù)低丘臺地森林環(huán)境下養(yǎng)豬和分散養(yǎng)豬的功能需求，采用超高頻(860-928MHZ)RFID技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離讀寫身份識別，建立林下養(yǎng)殖生豬身份認(rèn)證體系。

6 結(jié)語

在系統(tǒng)項(xiàng)目開發(fā)的同時(shí)， 開展了系統(tǒng)的示范應(yīng)用工作。根據(jù)廣西省的實(shí)際情況及項(xiàng)目的總體設(shè)計(jì)，按照兩個層次逐步推廣(即建立示范區(qū)及輻射推廣區(qū))的原則，在南寧市周邊養(yǎng)殖基地展開試點(diǎn)合作建設(shè)，取得了良好的社會效益和社會影響力，入選微軟智慧農(nóng)業(yè)全球?qū)嵱冒咐?，具有一定推廣價(jià)值。系統(tǒng)平臺通過物聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)的融合，對林下養(yǎng)殖生產(chǎn)建立標(biāo)準(zhǔn)化流程體系，克服常規(guī)養(yǎng)殖新手決策的盲目性， 改變飼養(yǎng)員傳統(tǒng)落后的養(yǎng)殖觀念，更加科學(xué)、規(guī)范和智慧地指導(dǎo)林下養(yǎng)殖生產(chǎn)，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。

[1]程宇,張樹敏.信息技術(shù)在養(yǎng)豬業(yè)中的應(yīng)用[J].畜牧與飼料科學(xué),2009(9)：108-110.

[2]基于智能手機(jī)平臺的豬飼料配方系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息,2010(2)：15-18.

[3]包長春，石瑞珍，馬玉泉.基于Zigbee技術(shù)的農(nóng)業(yè)設(shè)施測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2007.

[4]彭志良,趙澤英.生豬養(yǎng)殖管理專家系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[M].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38(12)：262-264.

[5]祝勝林，吳小紅.基于RFID的生豬飼養(yǎng)安全可追溯系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[M].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2008(7)：142-144.

林下養(yǎng)豬自動化信息監(jiān)控系統(tǒng)研究示范。