本文關鍵詞：規(guī)模化蛋雞場現(xiàn)代化生產管理系統(tǒng)的建立與應用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

博文正文

規(guī)�；半u場現(xiàn)代化生產管理系統(tǒng)的建立與應用

   2013-06-25 20:57 星期二

1、引  言

    隨著計算機技術和自動控制技術與傳統(tǒng)家禽養(yǎng)殖業(yè)的結合，對養(yǎng)雞生產管理的應用進行系統(tǒng)綜合研究己成為可能。國外家禽業(yè)計算機應用始于20世紀60年代，用于一般統(tǒng)計分析和飼料配方計算。20世紀70年代通過數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)庫開發(fā)用于家禽遺傳育種；日本杉木等研究蛋雞模擬模型，由產蛋曲線變化來診斷疾病。20世紀80年代轉向知識處理，美國采用計算機分析腦電圖(EGG)來測定小雞維生素B6缺乏癥；日本對養(yǎng)雞場獸醫(yī)衛(wèi)生檢驗與對策進行計算機管理rl-3]；美國Timmons-MB等(1989)開發(fā)了家禽管理專家系統(tǒng)，將家禽生物學模型和雞舍環(huán)境控制模型結合到專家系統(tǒng)，在控制雞舍溫度、計算通風和加熱成本時，能確定不同的飼料、燃料、電和肉雞價格及室外溫度的條件下，獲得最大經濟效益所需的雞舍溫度rls]；Thorne-DH等(1989)研制了蛋雞高濕度日糧飼喂自動化系統(tǒng)rl9]；Burnett-GA等(1989)報道了自動控制自然通風系統(tǒng)(ACNV)的性能及其在一個蛋雞場的應用2。J。20世紀90年代后發(fā)達國家蛋雞生產趨于工廠化，美國百萬羽規(guī)�；半u企業(yè)已占全美2.2億硐蛋雞飼養(yǎng)量的50%以上。主要通過傳感器與計算機作為雞舍的自動化控制系統(tǒng)，進行以雞舍為單元的科學管理，F(xiàn)ilmer-D等(19 91)利用FI}()CKMAN系統(tǒng)來控制集約化雞舍的溫度、相對濕度、氨水平和通風等環(huán)境條件r2l]；Sergeant-D等(1998)報道了家禽的監(jiān)視系統(tǒng)。

    國內家禽業(yè)計算機應用比國外晚15年。20世紀80年代中期，北京率先進行生產統(tǒng)計的研究；隨后我們開展“一個機械化蛋雞場生產管理輔助系統(tǒng)”的研制；其它一些養(yǎng)雞場亦有部分研究，系統(tǒng)研制雖然較多，但大多分散，集成度低。大體上經歷了從DOS到Windows緩慢的發(fā)展過程，多采用我國頗有群眾基礎的FoxPro編制，飼料配方系統(tǒng)研制亦較多；當國內許劍琴等(1992)r4]、劉軍等(1995)『5n推出雞病診斷專家系統(tǒng)時，我們己將“八五”主持承擔的農業(yè)部重點攻關項目“雞常見疾病診斷專家系統(tǒng)”(Expert System about Chicken's CommonDiseases，ESCCD)『6_，針對ESCCD研究中，存在傳統(tǒng)專家系統(tǒng)較難解決的問題：①雞群發(fā)病種類多，發(fā)病機理各異，癥狀復雜多變，受地域、季節(jié)和環(huán)境等外部因索影響較大。用產生式規(guī)則完整描述如此復雜系統(tǒng)，勢必因規(guī)則組合爆炸導致系統(tǒng)無法實現(xiàn)。ESCCD在建立模糊規(guī)則時進行簡化：將部分病癥的典型癥狀合并為“癥候群”進行描述，該方法可減少規(guī)則數(shù)，提高診斷命中率，但因規(guī)則域未能完整覆蓋疾病診斷問題空間或彼此產生交疊，可能導致不合理診斷結果，在一定程度上降低了系統(tǒng)的適應性。②驗證病歷使用聯(lián)機檢索的診斷報告，多數(shù)出自獸醫(yī)專業(yè)刊物。獸醫(yī)專家根據(jù)報告，對規(guī)則前件（前提）加權后輸入ESCCD中，達到80%完全符合率�；鶎邮褂谜咭蚺R床水平較低或受實驗條件限制，對臨癥信息，特別是關鍵信息加權不夠準確，會降低診斷正確率。③ESCCD缺乏自學習功能，獲取專家知識是建立ESCCD的“瓶頸”，為獲得較完整的雞病診斷規(guī)則和收集病例，開發(fā)者與獸醫(yī)專家進行長達兩年的合作，而系統(tǒng)更新或添加知識完全由開發(fā)者手工進行，用戶不能自行加入新規(guī)則，靈活性較差。我們利用神經網絡技術7—8.22，從知識表示、學習算法等入手，提高了診斷符合率，并加入最新的多媒體技術，界面更加友好直觀。免疫接種備忘子系統(tǒng)用來對免疫信息進行管理和決策，國內外尚不多見。在自動控制技術方面，國內滕光輝等(1995)根椐不同生長階段的雞群對其生長環(huán)境的不同要求，設計了密閉式雞舍環(huán)境的自動控制系統(tǒng)及監(jiān)控軟件，采用單片機技術，實現(xiàn)密閉式雞舍以雞齡為基準的溫度、光照度等環(huán)境控制，富通新能源生產銷售的飼料顆粒機秸稈顆粒機是養(yǎng)殖戶們生產顆粒飼料不錯的選擇。

    我們針對國內蛋雞生產水平與勞動生產力低下的實情，借鑒發(fā)達國家養(yǎng)雞業(yè)每個生產環(huán)節(jié)都采用先進的科學技術和集約化管理機制的成功經驗。本研究在已有成果『10—131推廣基礎上，將科學計算、繪圖處理、人工智能和自動化監(jiān)控技術集成一體，采用傳感器、遙控攝像、計算機網絡和多媒體技術組成自動化監(jiān)控系統(tǒng)。軟件包括專家系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫等『14～1/]，實現(xiàn)一個高度集成的系統(tǒng)，己在北京、上海和南京等規(guī)�；B(yǎng)雞場應用。

2  系統(tǒng)結構與組成

2.1  結構

    蛋雞規(guī)�；B(yǎng)殖場生產管理網絡系統(tǒng)（簡稱“蛋雞系統(tǒng)”）構建如圖l所示。

2.2系統(tǒng)組成

2.2.1  管理系統(tǒng)

    由生產計劃子系統(tǒng)、生產統(tǒng)計子系統(tǒng)、飼料庫存管理子系統(tǒng)、優(yōu)化飼料配方子系統(tǒng)和免疫接種備忘子系統(tǒng)等與數(shù)據(jù)庫相配套的若干應用軟件組成管理系統(tǒng)。

2.2.2  實用的專家系統(tǒng)

    1) ESCCD數(shù)學模型耦合研究。對己收集的該領域專家的雞病臨床和病理剖檢的理論和經驗知識，反復提煉臨床實踐中專家診治禽病的推理思維過程，定量分析雞疾病指標，逐漸形成一套診斷雞病的邏輯推理方法，并與領域專家座談、討論，進而歸納墼理出雞病的診斷知識，經病歷驗證，完全符合率達80%。在此基礎上，針對ESCCD臨床實際應用的不足，采用比例訓練BP算法，對輸入數(shù)據(jù)降維處理，解決了收斂速度和特征提取的難點。針對雞群發(fā)病諸癥狀指標分布具有數(shù)學意義上稀疏的、缺乏完整概念集的實例空間，訓練模式對應的稀疏矩陣的向量分布無平滑變化等特征，提出對訓練模式進行樣本重組的改進方法『17]，其特點是訓練速度快、特征抽取能力強。實驗結果表明，診斷符合率由80%提高到94．1%，訓練次數(shù)從7 900次（常規(guī)BP算法）減少到800次。由此證明知識表示有效實用（圖2）。

    2)簪考芳鷺勃乳診斷常見雞疾病的實用化多媒體系統(tǒng)。在原有ESCCD基礎上，研制一個高效的基于模糊推理機制和推理結果進行有效說明的解釋機制。對已有文字、聲音、圖形和圖像等多種媒體綜合加工處理，通過計算機即刻獲得有關臟器病理剖檢圖譜和不同時期病雞臨床癥狀動畫圖片的新信息，讓用戶在輸入臨床癥狀、病理剖檢等有關指標時，能夠與實際病雞的臨診情況進行比較，輸入較吻合的信息，提高系統(tǒng)診斷雞病的能力。

2.2.3  自動化監(jiān)控系統(tǒng)

    1)分布式智能數(shù)據(jù)采集與控制網絡的建立：采用模制的智能測控端，各測控端通過RS-485網絡連接監(jiān)控計算機。

    2)移動監(jiān)視、監(jiān)聽：現(xiàn)場圖像、聲音的全方位采集和觀察，用視頻分割器與長延時錄像機組成音視頻信號的儲存。控制計算機將前端攝像信號經壓縮調制后通過電話線實現(xiàn)圖像遠程傳輸（圖3）。

3  系統(tǒng)實現(xiàn)的技術關鍵

3.1  數(shù)據(jù)集成技術

    規(guī)�；B(yǎng)雞場生產管理系統(tǒng)的集成，為自動化控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、人工智能、多媒體和網絡應用等技術提供一個支撐環(huán)境。系統(tǒng)分布于蛋雞場生產管理全過程，承擔信息的收集、顯示、存儲、傳送等功能。通過在數(shù)據(jù)級別上綜合和集成，將各子系統(tǒng)緊密連接，統(tǒng)一在應用框架下按生產需要連接、配置和整合，使管理者能通過計算機實時監(jiān)控生產現(xiàn)場，與雞場信息系統(tǒng)聯(lián)網運行，構成網絡化、管理控制一體化的雞場生產管理系統(tǒng)，及時了解企業(yè)經營、管理情況，為企業(yè)決策提供依據(jù)。

3.2利用神經網絡技術改進雞病專家系統(tǒng)

雞病專家系統(tǒng)現(xiàn)有200多個癥狀輸入指標和30個診斷輸出指標，這是一個多維空間問題。針對人工神經網絡標準BP算法收斂性和泛化能力較差的缺陷，提出模式樣本重組的比例訓練BP算法，對輸入模式降維處理，以有效抽取網絡特征，提高了全局收斂能力。

3.3  自動監(jiān)控系統(tǒng)

    采用兩層網絡結構。上層數(shù)據(jù)網絡為局域網，連接部門微機和監(jiān)控計算機，提供信息資源共享環(huán)境，運行雞場生產管理系統(tǒng)。底層控制網絡為分布式智能數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，依照RS-485現(xiàn)場總線協(xié)議，將若干智能測控端與上位機連接成網絡測控系統(tǒng)，測控端以雞舍為單元，監(jiān)測控制環(huán)境指標和設備狀況，上位機實時監(jiān)測測控端，，處理測控數(shù)據(jù)，設定控制算法和參數(shù)。

    系統(tǒng)采用ActiveX組件開發(fā)實時數(shù)據(jù)采集任務模塊，組件具有不依賴特定開發(fā)工具、重用性好、運行效率高和便于管理等優(yōu)點；通過定制組件完成采集任務，完整封裝了通信、采集、數(shù)據(jù)庫管理等功能，數(shù)據(jù)庫訪問權限授予C()M組件，保證數(shù)據(jù)庫安全性、避免數(shù)據(jù)庫資源浪費，將通信協(xié)議細節(jié)同應用隔離。

3.4移動監(jiān)控管理系統(tǒng)的核心

    YH-YJX移動監(jiān)控管理系統(tǒng)設計成4個獨立分體結構（控制系統(tǒng)、移動攝像、組合電纜和移動導軌），其核心之一是移動攝像系統(tǒng)，即采用汽車底盤結構，將驅動系統(tǒng)直按安裝在底盤上，可作為獨立的部件方便拆卸；其核心之二是解決移動系統(tǒng)長距離電纜的同步移動，設計懸掛式結構，經過動力力矩、阻力、摩擦力計算，各項指標均達到設計要求。

4  系統(tǒng)應用

    系統(tǒng)己在北京、上海和南京等規(guī)�；B(yǎng)雞場應用。用戶報告顯示：①上海市新楊家禽育種中心稱蛋雞系統(tǒng)是目前規(guī)�；曫B(yǎng)管理的好幫手，系統(tǒng)使用改善了種雞生產環(huán)境質量和防疫條件，種雞成活率提高3%，產蛋率提年可創(chuàng)利183. 37萬元。②南京市象山蛋雞場稱1999年全群產蛋率提高8%，死亡率下降5%，飼料成本每公斤節(jié)省0. 05元，每年新增產值143. 92萬元。⑧北京華都峪口禽業(yè)有限責任公司稱在該系統(tǒng)全面優(yōu)化作用下，公司增收節(jié)支效果顯著，公司年飼養(yǎng)3萬套祖代雞，30萬套父母代雞，系統(tǒng)實施后產蛋率提高5%，新增產值360余萬元；飼料年生產量4萬t，每t飼料成本降低30元，節(jié)支120萬元；飼料銷售量增加5 000 t，增加產值650萬元；死淘率降低4%，減少損失100萬元，間接增加產值400萬元，共新增利稅230萬元，提高了企業(yè)的競爭能力。

5 結語

    蛋雞秀務簸藉立是我國信息管理系統(tǒng)、專家系統(tǒng)和自動化監(jiān)控系統(tǒng)在規(guī)模化養(yǎng)雞場生產應用中的一個嘗試：

    1)建成適合于“規(guī)�；半u場自動化監(jiān)控系統(tǒng)”的試驗基地，與國外同期比較，德國Big Dutchman公司(1999)研制的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)的功能包括溫度、濕度、氨氣濃度的環(huán)境參數(shù)采集，飲水量以及采食量數(shù)據(jù)的自動采集，雞舍溫度、通風、喂料的自動控制等。而我們所研究的內容，除飲水量和耗料量數(shù)據(jù)采集因國內養(yǎng)雞場當前飼養(yǎng)的實情，尚未實現(xiàn)外，其他功能均己實現(xiàn)；在此基礎上，還利用專題組已有移動攝像監(jiān)視專利，實現(xiàn)監(jiān)測，以及遠程監(jiān)視圖像傳輸和設備故障報警等功能，更加貼近生產實際。

    2)建成“規(guī)模化蛋雞場生產管理網絡信息系統(tǒng)”的中試線，除包括生產統(tǒng)計、生產計劃、飼料庫存管理和優(yōu)化飼料配方應用軟件外，還根據(jù)養(yǎng)雞生產的需求，創(chuàng)建免疫接種備忘系統(tǒng)，它可對免疫信息進行管理，提供雞法氏囊和新城疫首免日齡預測向導，根據(jù)母源抗體水平，推薦最佳首免日齡，達到更好的免疫效果。建立抗體測定檔案庫，探討免疫前后抗體滴度的變化趨勢，根據(jù)既定的免疫程序制訂免疫日歷，起到備忘錄作用，更好地安排生產，達到衛(wèi)生保健目的。

    3)建立“多媒體雞病專家泵統(tǒng)”生產線雛型，在已有ESCCD基礎上，我們用神經網絡技術進行改進，提高雞病診斷符合率。與國外同期研究相比，Roush-WB等(1996)利用人工神經網絡只對雞腹水癥1種疾病進行診斷弘J。而我們采用該方法提出模式樣本重組的比例訓練BP算法，對30種常見雞傳染病、營養(yǎng)代謝和寄生蟲病進行了優(yōu)化。與此同時又加入多媒體技術，讓用戶任意查詢9大類83個雞病的病原、癥狀、診斷、治療和防治等信息，以及對診斷過程進行推理解釋等，為用戶配上一套百萬字的雞病診斷及養(yǎng)雞咨詢電子書，使改進后的ESCCD臨癥更加實用。

    蛋雞系統(tǒng)己在上海和南京兩場示范，同時又輻射北京和長江中下游如皋、東臺和無錫等大型蛋雞企業(yè)。通過上述應用，顯示規(guī)�；半u場對信息管理以及自動化生產具有廣泛的需求，目前國內尚無類似并達到該項目之系統(tǒng)集成度的替代品。國家科技部己將“蛋雞規(guī)模化養(yǎng)殖場生產管理自動化系統(tǒng)”列入“十五”國家科技成果重點推廣計劃項目指南，系統(tǒng)的示范推廣具有廣闊的前景，可提高大型養(yǎng)殖場的自動化控制程度，改善基層養(yǎng)殖場疾病診斷能力低下的現(xiàn)狀，提高經濟效益，使建立我國家禽生盧企業(yè)信息管理體系成為可能。

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