本文關(guān)鍵詞：中國畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第31卷 增刊1 農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報 Vol.31 Supp.1

2015年 1 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jan. 2015 237

中國畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展

熊本海1，楊振剛2，楊 亮1，潘曉花1

（1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，動物營養(yǎng)學(xué)國家重點(diǎn)實驗室，北京 100193；

2. 陽信億利源清真肉類有限公司，陽信 251800）

摘 要：以“感知”為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化逐步滲透到各行各業(yè)，包括畜牧業(yè)在內(nèi)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也十分迅猛。該文重點(diǎn)從家畜編碼規(guī)范及標(biāo)識技術(shù)，家畜養(yǎng)殖環(huán)境及體征行為遠(yuǎn)程監(jiān)測，母豬精細(xì)飼喂智能裝備及種畜（種豬、奶牛）養(yǎng)殖過程數(shù)字化監(jiān)管與云計算平臺構(gòu)建等多個方面，綜述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在畜牧業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用環(huán)節(jié)、效果及存在的局限性。綜述表明，在感知標(biāo)識層，關(guān)于家畜標(biāo)識的國際標(biāo)準(zhǔn)主要包括動物管理系列標(biāo)準(zhǔn)ISO/TC 23/SC 19，它負(fù)責(zé)制訂動物管理RFID（radio frequency identification）方面標(biāo)準(zhǔn)，包括ISO 11784/11785和ISO 14223標(biāo)準(zhǔn)，但3個標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)涵的分工不同，而中國的標(biāo)準(zhǔn)包括國家規(guī)范、地方標(biāo)準(zhǔn)及企業(yè)內(nèi)部規(guī)范，具體包括農(nóng)業(yè)部第67號令，上海地方標(biāo)準(zhǔn)（DB31/T341-2005）和新疆地方標(biāo)準(zhǔn)（DB 65/ T3209-2011）2個動物電子標(biāo)識規(guī)范，以及北大荒及億利源企業(yè)的肉牛內(nèi)部編碼規(guī)范。在感知傳輸層，主要基于不同類型的傳感器感知家畜舍環(huán)境參數(shù)（溫濕度、光照強(qiáng)度、氨氣及CO2濃度等）及體征行為（視頻、質(zhì)量，體表溫度等）。在數(shù)據(jù)傳輸層，采用無線公網(wǎng)（2G/3G/4G）網(wǎng)絡(luò)對家畜舍環(huán)境數(shù)據(jù)及個體的行為狀態(tài)數(shù)據(jù)實施遠(yuǎn)程傳輸，而視頻數(shù)據(jù)及大量的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采用有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絀nternet網(wǎng)路數(shù)據(jù)庫；在數(shù)據(jù)應(yīng)用層，典型的應(yīng)用包括通過移動智能手機(jī)終端，依據(jù)對采集數(shù)據(jù)的分析及預(yù)警，對遠(yuǎn)程的環(huán)境控制設(shè)備（風(fēng)機(jī)、燈電暖、水泵等）進(jìn)行智能開啟與關(guān)閉；其次是奶牛繁殖場及種豬養(yǎng)殖場云計算平臺的開發(fā)與數(shù)據(jù)挖掘分析應(yīng)用，以及基于傳感器技術(shù)及機(jī)電控制技術(shù)的母豬電子自動與精確飼喂設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用。最后，該文從微觀到宏觀剖析了中國畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)前在技術(shù)、產(chǎn)品、應(yīng)用、政策及認(rèn)識層面存在的不足，并給出相應(yīng)的技術(shù)與政策建議。綜合認(rèn)為，中國畜牧業(yè)發(fā)展的現(xiàn)代化需要物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也必須在領(lǐng)域的應(yīng)用中尋找正能量，促進(jìn)畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)挖掘；標(biāo)識；監(jiān)測；跟蹤；畜牧業(yè)；物聯(lián)網(wǎng)；電子飼喂站；數(shù)據(jù)應(yīng)用 doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2015. z1.028

中圖分類號：S126 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-6819(2015)- Supp.1-0237-10

熊本海，楊振剛，楊 亮，等. 中國畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2015，31(增刊1)：237－246. Xiong Benhai, Yang Zhengang, Yang Liang, et al. Review on application of Internet of Things technology in animal husbandry in China [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(Supp.1): 237－246. (in Chinese with English abstract)

0 引 言

伴隨信息技術(shù)的高速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)異軍突起，成為新一輪產(chǎn)業(yè)革命的重要發(fā)展方向和世界產(chǎn)業(yè)格局重構(gòu)的重要推動力量[1]。在這樣的大背景下，黨的十八大及時做出了“四化”同步發(fā)展的戰(zhàn)略決策，把加快發(fā)展信息化提升到了前所未有的高度。黨中央、國務(wù)院尤其重視物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，要讓物聯(lián)網(wǎng)更好促進(jìn)生產(chǎn)、走進(jìn)生活、造福百姓[2]。李克強(qiáng)總理指出，要大力發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，在集成電路、物聯(lián)網(wǎng)、新一代移動通信、大數(shù)據(jù)等方面趕上和引領(lǐng)世界產(chǎn)業(yè)發(fā)展[3]。收稿日期：2014-07-04 修訂日期：2014-12-09

基金項目：863計劃課題（2012AA101905）；國家科技支撐課題（2014BAD08B05）；山東省自主創(chuàng)新項目（2013CXC90206） 作者簡介：熊本海，男，湖北紅安人，研究員，博士生導(dǎo)師，研究方向為畜牧信息技術(shù)。北京 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，100193。Email：xiongbenhai@caas.cn

近年來，國務(wù)院出臺了一系列強(qiáng)有力的政策措施，

推動物聯(lián)網(wǎng)有序健康發(fā)展，并取得了顯著成績，包括國家發(fā)改委、科技部、農(nóng)業(yè)部等在內(nèi)的各個部委及省市紛紛啟動物聯(lián)網(wǎng)項目的研究與實施，這些都為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了難得的歷史機(jī)遇和良好的發(fā)展環(huán)境。

畜牧業(yè)是整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中規(guī)�；潭茸罡�，技術(shù)、設(shè)備與資金投入相對集中的領(lǐng)域之一。在一批致力于畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)研究的科研院所、創(chuàng)新型研發(fā)企業(yè)的推動下，中國畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的理論研究與應(yīng)用實踐取得了初步的進(jìn)展：從家畜個體的編碼與標(biāo)識，生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集與傳輸，家畜個體的精細(xì)飼養(yǎng)控制，到畜產(chǎn)品全程質(zhì)量安全溯源等環(huán)節(jié)，制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，獲得了相應(yīng)技術(shù)產(chǎn)品與網(wǎng)絡(luò)控制智能平臺，并且這些技術(shù)在具有一定信息化基礎(chǔ)的生產(chǎn)企業(yè)得到了示范應(yīng)用，初步展示了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐步成為提高生產(chǎn)力的主要要素，正在改變?nèi)藗儗r(nóng)業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用效果的偏

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農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 2015年

面認(rèn)識[4]�？傊竽翗I(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用對畜牧產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級帶來了新的動力。

1 畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)研究進(jìn)展

1.1 家畜編碼標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)識技術(shù)研究

1.1.1 國際上家畜標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)的制定現(xiàn)狀

制定不同家畜的個體或小群體的編碼標(biāo)準(zhǔn)是畜牧業(yè)信息化，尤其是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，是實施基于家畜個體及小群體精細(xì)化飼喂與數(shù)字化管理的前提，更是建立畜產(chǎn)品質(zhì)量全程監(jiān)管的技術(shù)要素。

在國際上，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）發(fā)布有動物管理系列標(biāo)準(zhǔn)即ISO/TC 23/SC 19，它負(fù)責(zé)制訂動物管理RFID（radio frequency identification）方面標(biāo)準(zhǔn)，主要包括ISO 11784, ISO11785和ISO 14223三個標(biāo)準(zhǔn)[5]。ISO 11784 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了動物射頻識別碼為64位編碼結(jié)構(gòu)，且動物射頻識別碼在讀寫器與電子標(biāo)簽之間能夠互相識別。代碼結(jié)構(gòu)為64位，其中的27～64位可由各個國家自行定義。ISO 11785 技術(shù)準(zhǔn)則規(guī)定了應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸方法和閱讀器規(guī)范。工作頻率為134.2 kHz，屬于低頻RFID。ISO 14223高級標(biāo)簽規(guī)定了動物射頻識別的轉(zhuǎn)發(fā)器和高級應(yīng)答機(jī)的空間接口標(biāo)準(zhǔn)，可以讓動物數(shù)據(jù)直接存儲在標(biāo)記上，使得每只動物的數(shù)據(jù)在離線狀態(tài)下也可直接取得，進(jìn)而改善庫存追蹤以及提升全球的進(jìn)出口控制能力。通過使用符合 ISO 14223 標(biāo)準(zhǔn)的讀取設(shè)備，可以自動識別家畜，且讀取設(shè)備具有防碰撞和抗干擾特性，即使家畜數(shù)量極為龐大，識別也沒有問題。ISO 14223標(biāo)準(zhǔn)包含空中接口、編碼和命令結(jié)構(gòu)、應(yīng)用3個部分，它是ISO 11784/11785的擴(kuò)展版本，但標(biāo)準(zhǔn)的實施成本較高。

動物電子標(biāo)識編碼及技術(shù)準(zhǔn)則標(biāo)準(zhǔn)目前主要在北美、西歐等畜牧業(yè)發(fā)達(dá)的國家及地區(qū)應(yīng)用，例如，在美國采用的編碼均為15位編碼[6]，且前3位開頭為“840”代表美國，符合ISO3166規(guī)范[7]。圖1為應(yīng)用于美國家畜標(biāo)識的5種封裝的RFID標(biāo)簽。

注: a、b、c和d分別為不同封裝形式的RFID標(biāo)簽；e.電子標(biāo)簽與肉眼識讀耳牌的復(fù)合標(biāo)簽。 Note：a, b, c and d are RFID electronic tags with different packaged patterns; e: Composite tag that composed of electronic and macroscopic tag .

圖1 美國用家畜5種RFID電子標(biāo)簽

Fig.1 Five kinds of Animal RFID panel ear tags in USA

圖1e耳標(biāo)是一種電子標(biāo)簽與一般肉眼識讀耳牌的復(fù)合標(biāo)簽，去掉上端的電子標(biāo)簽部分就是廣泛

使用的肉眼識讀耳標(biāo)了，這種條碼耳標(biāo)盡管沒有國際標(biāo)準(zhǔn)，但生產(chǎn)企業(yè)有內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，主要由美國安樂福（Allflex）公司生產(chǎn)，并取得美國農(nóng)業(yè)部的許可。由于電子標(biāo)識技術(shù)的應(yīng)用成本較高，目前世界上主要用于自動飼喂的家畜，如奶牛、種豬等經(jīng)濟(jì)價值高的種畜，而大量散養(yǎng)的家畜如肉牛、羊等仍然大量采用肉眼可識讀的條碼耳標(biāo)。

在歐盟，對家畜的標(biāo)識盡管有統(tǒng)一的標(biāo)識規(guī)范，甚至包括了對轉(zhuǎn)基因動物的標(biāo)識[8]，但各成員國是否采用標(biāo)識無硬性規(guī)定。法國作為畜牧業(yè)發(fā)達(dá)的國家，對大家畜的標(biāo)識采用符合國際動物編碼委員會（International Committee for Animal Recording，ICAR）的編碼規(guī)則。例如，對豬只個體編碼采用養(yǎng)殖場的官方編碼加上家畜個體在場內(nèi)按年份賦予的順序號，由于養(yǎng)殖場的官方編碼長度不等，因此構(gòu)成個體的唯一編碼，從13位到17位不等。在荷蘭，因為年飼喂的豬只較少，則采用內(nèi)部統(tǒng)一7位編碼[9]，非常實用、有效。

1.1.2 國內(nèi)家畜標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)的制定現(xiàn)狀

自2006年來，農(nóng)業(yè)部獸醫(yī)局實施了“動物標(biāo)識及疫病可追溯體系建設(shè)”試點(diǎn)工作[10]，同時中國農(nóng)業(yè)部早前發(fā)布的67號令對家畜編碼規(guī)則進(jìn)行了定義[11]：豬、牛、羊編碼采用15位數(shù)字，第1位代表動物的種類：1為豬，2為牛，3為羊，對家禽尚未定義；從第2位到第7位共6位定義為養(yǎng)殖場所在地的縣市行政區(qū)劃代碼，服從GBT2260-1999[12]，最后8位為指定的縣市內(nèi)、相同類別（豬、牛、羊）動物個體的順序號。這種編碼方法有其明顯的局限性：首先，編碼中不含養(yǎng)殖場的編碼，養(yǎng)殖場對所飼養(yǎng)的家畜沒有編碼權(quán)，統(tǒng)一由省級畜牧獸醫(yī)管理部門對同一縣市的家畜個體進(jìn)行事先編碼。這種編碼方法事實上是先有編碼與標(biāo)識載體，，只有養(yǎng)殖場在領(lǐng)取標(biāo)識載體并配帶后，才能登記上個體標(biāo)識號，使得在不同時期內(nèi)同一養(yǎng)殖場領(lǐng)取的耳標(biāo)，編號可能是不連續(xù)的，導(dǎo)致批量錄入豬只信息時操作不便。其次，編碼的規(guī)則決定了編碼自身不含家畜的來源信息，因此只有將所佩戴的家畜編碼信息通過網(wǎng)絡(luò)上傳到中央數(shù)據(jù)庫后，將家畜編碼與畜牧主管部門的耳標(biāo)發(fā)放管理數(shù)據(jù)庫建立關(guān)聯(lián)后，才能確定標(biāo)識的個體來自哪家養(yǎng)殖場（戶），耳標(biāo)的可讀性差，這對養(yǎng)殖責(zé)任主體的溯源帶來不便。

針對農(nóng)業(yè)部推廣條碼耳標(biāo)在編碼上與實際操作上存在的局限性，國內(nèi)幾家高新技術(shù)企業(yè)，如上海生物電子標(biāo)識公司[13]和無錫富華科技責(zé)任有限公司[14]率先開展了家畜電子標(biāo)識的應(yīng)用研究。為解決RFID的成本較高，大量用于家畜標(biāo)識帶來的經(jīng)

增刊1 熊本海等：中國畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展

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濟(jì)壓力較大等實際問題，他們一直攻堅克難，突破RFID生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，終于可自主生產(chǎn)RFID芯片與標(biāo)簽，而且標(biāo)簽成本明顯降低，僅為過去進(jìn)口產(chǎn)品的1/3左右。目前，兩家企業(yè)均獲得了ICAR的認(rèn)證和由ICAR賦予的企業(yè)編碼。他們生產(chǎn)的標(biāo)簽編碼的前6位在國際上是唯一的，生產(chǎn)的RFID標(biāo)簽及其閱讀器大量遠(yuǎn)銷東歐、西歐及東南亞國家，打破了進(jìn)口標(biāo)簽價格居高不下的格局。圖2為富華科技公司生產(chǎn)的標(biāo)簽及手持式閱讀器。

注：a、b和c為不同角度的動物電子標(biāo)簽；d:手持式閱讀器；來自無錫富華公司。

Note: a, b and c are different angles of animal electronic tag; d: Handheld readers; From Wuxi FOFIA company.

圖2 動物電子標(biāo)簽及其閱讀器產(chǎn)品注 Fig.2 Electrical tags and readers for animal

隨著RFID標(biāo)識技術(shù)的逐漸成熟，市場內(nèi)在需求的不斷涌動，有些省市適時制定了相關(guān)的RFID技術(shù)規(guī)范。例如，上海市早在2005年就發(fā)布了《動物電子標(biāo)識通用技術(shù)規(guī)范》[15]。該地方標(biāo)準(zhǔn)中采納了RFID相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合ISO11784中的國家或區(qū)域編碼，提出了符合地方的編碼體系。新疆自治區(qū)于2011年也發(fā)布了《動物電子標(biāo)識（射頻識別RFID）通用技術(shù)規(guī)范》（DB 65/T3209-2011）[16]

。該標(biāo)準(zhǔn)主要就低頻(134.2±6.71 KHz) RFID標(biāo)識的物理特性與環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行了規(guī)定，尤其是將中國的行政區(qū)劃代碼和動物的64位二進(jìn)制編碼相結(jié)合進(jìn)行了實例化。

在企業(yè)內(nèi)部標(biāo)識的解決方案方面，國內(nèi)北大荒牛業(yè)有限公司及陽信億利源清真肉類有限公司在構(gòu)建企業(yè)肉牛及牛肉產(chǎn)品的安全溯源體系中，以農(nóng)業(yè)部67號令為基礎(chǔ)，提出了標(biāo)識肉�；铙w的企業(yè)編碼規(guī)則，即對67號令的15位編碼中的后8位進(jìn)行了重新定義，后8位的前2位為養(yǎng)殖企業(yè)編碼，緊鄰的2位為4位年份的后2位，最后4位為年內(nèi)出生或者購入的肉牛順序編號[17]。對肉牛個體編碼規(guī)則的修改，使養(yǎng)殖企業(yè)對動物個體具有自行編碼權(quán)，無需去申請，對責(zé)任主體的追究便利，實際使

用效果較好。在中國臺灣省，開發(fā)家畜電子耳標(biāo)的企業(yè)是臺灣豐田生技資訊股份有限公司 [18]，其依照 RFID的ISO標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)產(chǎn)品，規(guī)定的15位編碼首先符合ISO11784規(guī)范，但RFID標(biāo)簽封裝的規(guī)格與式樣因標(biāo)識豬舍及豬個體的不同而有明顯的區(qū)別（圖3，圖4），識讀器為手柄式閱讀器，主要用于生豬的全程生產(chǎn)及質(zhì)量溯源體系的構(gòu)建。

圖3 用于豬舍RFID標(biāo)簽 Fig.3

RFID tags used for pig’s shed

圖4 用于豬只RFID標(biāo)簽

Fig.4 RFID tags used for individual pigs

1.2 家畜養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與傳輸

上節(jié)綜述了國內(nèi)外家畜個體的編碼與標(biāo)識技術(shù)，它們是構(gòu)建畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。有了標(biāo)識，才能采集標(biāo)識對象的數(shù)據(jù)，并需要在合理的時空條件下，將采集的數(shù)據(jù)有效的傳輸?shù)街付ǖ拇尜A介質(zhì)或數(shù)據(jù)庫中。畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建不僅需要采集家畜個體的行為數(shù)據(jù)，更需要采集養(yǎng)殖的環(huán)境數(shù)據(jù)，由此構(gòu)成了畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的2大類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 1.2.1 家畜個體的數(shù)據(jù)采集與傳輸方案

典型的有農(nóng)業(yè)部采用的家畜個體數(shù)據(jù)采集方案。該方案通過在指定生產(chǎn)的識讀器中嵌入數(shù)據(jù)采集的模塊及通訊SIM卡，實現(xiàn)了家畜個體耳標(biāo)的識別、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊惑w化。在識讀器識別家畜耳標(biāo)后，手工錄入必要的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)將緩存于識讀器中，或者通過無線GPRS通訊技術(shù)上傳至

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農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 2015年

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器中分類保存。指定的識讀器分別由北京平冶東方科技發(fā)展有限公司和福建新大陸科技集團(tuán)公司生產(chǎn)，前者基于Windows Mobile平臺開發(fā)，后者采用Linux系統(tǒng)開發(fā)（圖5）。

a. 基于Windows Mobileb. 基于Linux系統(tǒng)

c. 二維耳標(biāo) 平臺的閱讀器 的閱讀器 c. Two-dimensional

a. Reader based on b. Reader based on ear tag

Windows Mobile platform Linux system

圖5 指定的2種閱讀器及其識別的二維耳標(biāo)

Fig.5 Specified two kinds readers and related bar code tags

圖5所示均為智能識讀器，具有對耳標(biāo)的識別、數(shù)據(jù)采集、貯存與數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ�。�?dāng)有GPRS無線信號時，采集的數(shù)據(jù)可直接上傳到農(nóng)業(yè)部動物疫病溯源數(shù)據(jù)庫中。否則，將采集的數(shù)據(jù)暫存于IC卡中，有GPRS信號時，再完成數(shù)據(jù)的上傳。這種數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)某踔院芎�，但�?yīng)用效果不佳，主要表現(xiàn)為嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的啟動與身份驗證時間長，在有些偏遠(yuǎn)的養(yǎng)殖區(qū)域傳輸速率慢，信號盲區(qū)多，即使采用具有3G/4G的無線公用網(wǎng)絡(luò)，如此頻繁地采集與傳輸數(shù)據(jù)，也會遇到速率瓶頸問題和通訊資費(fèi)較高的問題。當(dāng)然，隨著國家公網(wǎng)覆蓋范圍的不斷擴(kuò)大，通訊資費(fèi)的不斷下降，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的有效優(yōu)化，上述通信速率及資源問題會逐步得到緩解甚至不成問題。

1.2.2 家畜養(yǎng)殖環(huán)境數(shù)據(jù)采集與傳輸方案

家畜的養(yǎng)殖環(huán)境（溫濕度、關(guān)照強(qiáng)度、空氣質(zhì)量等）及體征行為是連續(xù)變化的。為營造養(yǎng)殖動物的舒適環(huán)境，滿足動物的福利、動物的生理及生產(chǎn)需求，需要動態(tài)監(jiān)測養(yǎng)殖區(qū)域（圈、欄）的環(huán)境參數(shù)，為畜禽的精準(zhǔn)化飼喂和環(huán)境動態(tài)控制提供參數(shù)。為此，國內(nèi)外有關(guān)單位在傳統(tǒng)的環(huán)境控制的基礎(chǔ)上，將傳感器技術(shù)與移動通訊技術(shù)融合起來，獲得了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的環(huán)境數(shù)據(jù)采集與控制方案。

在科研方面，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所聯(lián)合無錫富華科技責(zé)任有限公司，研究開發(fā)了家畜養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)，主要利用環(huán)境感知傳感器，如溫濕度傳感器、光照度傳感器，CO2傳感器等，對連續(xù)變化的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測，監(jiān)測的數(shù)據(jù)首先通過2G或3G SIM卡傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務(wù)器中貯存，借助手機(jī)客戶端APK文件，可在線查看

連續(xù)變化的環(huán)境參數(shù)變化曲線，并依據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)及預(yù)設(shè)的環(huán)境參數(shù)閾值，提醒用戶調(diào)控相應(yīng)的控制設(shè)備，如水簾、電暖、風(fēng)機(jī)的開啟與關(guān)閉等。圖6顯示了手機(jī)客戶端的處理結(jié)果。特別地，對現(xiàn)場設(shè)備實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，需要事先對現(xiàn)場設(shè)備的控制開關(guān)進(jìn)行集成，并追加可接受信息的通信端口。

a. 大氣溫度監(jiān)測記錄

b. 大氣濕度監(jiān)測記錄c. 設(shè)備遠(yuǎn)程控制操作

曲線圖

曲線圖 界面

a. Curve chart for b. Curve chart for air c. Interface for equipment

air temperature

humidity remote control

圖6 基于移動手機(jī)家畜場環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測與設(shè)備控制

Fig.6 Remote monitoring and equipment control of livestock

farm environment on mobile intelligent phone

在企業(yè)內(nèi)部解決方案方面，作為中國最大的家畜養(yǎng)殖企業(yè)——溫氏集團(tuán)，率先開展了企業(yè)畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用研究，構(gòu)建了畜牧養(yǎng)殖生產(chǎn)的監(jiān)控中心、家畜養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、家畜體征與行為監(jiān)測傳感網(wǎng)系統(tǒng)等[19]。該系統(tǒng)主要采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及視頻編碼壓縮技術(shù)，將企業(yè)所屬各地養(yǎng)殖戶及加工廠的重要位點(diǎn)部署視頻實時監(jiān)控，自動感知與收集主要位點(diǎn)的傳感器檢測數(shù)據(jù)，如溫度、濕度、空氣質(zhì)量、水質(zhì)、冷庫溫度等，并在指揮中心的大屏幕上集中顯示（圖7），管理者通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)，或查看歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計報表及視頻等，可獲得相應(yīng)養(yǎng)殖戶或工廠的各項實時數(shù)據(jù)，快速地提供與當(dāng)前關(guān)注問題有關(guān)的重要信息，由此進(jìn)行可視化的日常管理、巡查及應(yīng)急指揮。該企業(yè)將大數(shù)據(jù)理念應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，建立了不同類型數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，尋求數(shù)據(jù)或信息之間的規(guī)律。

前已述及，家畜環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的核心不僅僅是實時獲得環(huán)境監(jiān)測的狀態(tài)數(shù)據(jù)，更重要的通過對數(shù)據(jù)的分析，獲得對環(huán)境控制設(shè)備的遠(yuǎn)程操作依據(jù)，從而形成物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的閉環(huán)。

1.3 家畜物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析與精準(zhǔn)飼喂控制

實施家畜的精細(xì)飼喂，必須是以家畜個體為單元，因此需要按個體采集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)具有差異性的個性化飼喂，這一要求在母豬的飼喂與控制上取得了成功。此外，在家畜群體的數(shù)據(jù)采集與分析方面，種畜的生產(chǎn)過程數(shù)字化管理與數(shù)據(jù)集成分析拓展

增刊1 熊本海等：中國畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展

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了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用空間。

a. 信息服務(wù)平臺

b. 生產(chǎn)狀態(tài)綜合監(jiān)控中心 a. Information service platform

b. Comprehensive monitoring

center for production

c. 數(shù)據(jù)處理平臺

c. Data processing platform

d.安全養(yǎng)殖監(jiān)控與流向跟蹤系統(tǒng)

d. Monitor system of safety cultivation and product traceability system

圖7 溫氏集團(tuán)數(shù)據(jù)采集與分析中心

Fig.7 Data collection and analysis center of Wenshi IoT

1.3.1 智能母豬電子飼喂站

母豬生產(chǎn)力水平代表了一個國家養(yǎng)豬業(yè)的科技含量，不僅影響商品豬飼養(yǎng)的成效，而且影響一個地區(qū)甚至一個國家的價格指數(shù)[20-21]。近些年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外在電子母豬飼喂站（electronic sow feeding，ESF）的升級換代上取得了突破性進(jìn)展，其目的是通過智能化的數(shù)字控制，滿足母豬不同個體的生理變化及營養(yǎng)需求的動態(tài)變化，具有“私人定制”的特點(diǎn)，最終提高母豬的生產(chǎn)力水平。ESF系統(tǒng)具有典型的物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)特征，包含感知、數(shù)據(jù)采集與傳輸及飼喂控制的3個層面，因此可稱為母豬精準(zhǔn)飼喂物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

在國內(nèi)，從事母豬ESF研究的企業(yè)主要有河南河順自動化設(shè)備公司、河南南商農(nóng)牧科技責(zé)任公司等。他們在設(shè)備的研究與制造方面，實現(xiàn)了由先期的模仿階段到目前的自主創(chuàng)新研制的轉(zhuǎn)變，為中國母豬飼養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的國產(chǎn)化做出了貢獻(xiàn)。最新一代的ESF即第5代妊娠母豬及哺乳母豬智能飼喂系統(tǒng)，主要由河南南商農(nóng)牧科技責(zé)任公司與中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所聯(lián)合研制[22]，已經(jīng)申報及獲得發(fā)明專利及實用新型專利近10項，計算機(jī)軟件登記3項。

圖8為最新研制的妊娠母豬電子飼喂站，該飼喂站進(jìn)入門采用傳感器與電動門及中央控制器協(xié)同工作的方式，提高了豬只有序進(jìn)入飼喂器的效率；根據(jù)感知的豬只信息，通過上位計算機(jī)顯示其歷史檔案，決定飼喂的頻率與數(shù)量，實施具有閾值

設(shè)定下的自動飼喂，實現(xiàn)了基于感知、數(shù)據(jù)分析及飼喂控制的閉環(huán)控制，基本達(dá)到了無人控制下按母豬個體體況的精細(xì)化飼喂。

圖8 妊娠母豬電子飼喂站

Fig.8 Electronic sow feeding for pregnant sow

圖9為哺乳母豬自動飼喂器，該飼喂站也通過采集母豬個體的體況數(shù)據(jù)（包括質(zhì)量、哺乳胎次及撫養(yǎng)的仔豬頭數(shù)），依據(jù)日糧養(yǎng)分需要量模型計算不同哺乳天數(shù)的采食量，并以此作為采食量的設(shè)定閾值，通過中央控制器或移動智能終端控制飼喂次數(shù)、投放時間點(diǎn)及每次飼喂量，實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的精細(xì)飼喂。如果中央控制器中嵌入SIM卡，將手機(jī)端APK文件與SIM卡關(guān)聯(lián)，那么通過手機(jī)端可以實時查看每頭母豬的實際采食數(shù)據(jù)，并對每頭母豬的飼喂程序進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實現(xiàn)了 “手機(jī)養(yǎng)豬”（圖10）。

圖9 哺乳母豬飼喂器

Fig.9 Sucking sow feeder phone

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  本文關(guān)鍵詞：中國畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。