畜禽健康養(yǎng)殖中環(huán)境監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)研究論文
目前，我國畜產(chǎn)品生產(chǎn)仍存在較嚴(yán)重的質(zhì)量及安全隱患，肉、蛋、奶等畜產(chǎn)品在不同程度上存在抗生素及藥物殘留超標(biāo)等問題，已成為制約畜牧業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的“瓶頸”，不僅導(dǎo)致養(yǎng)殖業(yè)的養(yǎng)殖效益下降，造成巨大的經(jīng)濟損失，還威脅人們的身體健康，釀成嚴(yán)重后果。在這種情況下，推行畜禽健康養(yǎng)殖，保證動物養(yǎng)殖過程的健康、安全，生產(chǎn)無污染、無公害的畜產(chǎn)品已成為當(dāng)務(wù)之急，而適宜的環(huán)境是發(fā)揮品種及飼料優(yōu)勢的基礎(chǔ)性條件。因此，實時監(jiān)測畜禽養(yǎng)殖環(huán)境，建立合理的預(yù)警機制對于促進(jìn)畜禽健康生長具有積極意義。
1 畜禽健康養(yǎng)殖中信息化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀
隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，目前國外有很多養(yǎng)殖企業(yè)已基本上實現(xiàn)了現(xiàn)代化生產(chǎn)管理，先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)已廣泛用于飼料配方、棚舍消毒和營養(yǎng)平衡等領(lǐng)域，規(guī)模效益較為突出。因此，我國養(yǎng)殖業(yè)要獲得可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖的信息化與智能化已成為大勢所趨。目前，國內(nèi)已有多種養(yǎng)殖平臺在養(yǎng)殖實踐中發(fā)揮著重要作用，有的`養(yǎng)殖平臺擁有多種功能，有的養(yǎng)殖場應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)（主要有無線射頻識別、智能控制等技術(shù)）實現(xiàn)了對豬舍實況的可視化監(jiān)視、對豬只信息的數(shù)字化表達(dá)和對豬舍環(huán)境的智能化調(diào)控。但需要注意的是，目前廣泛采用的禽舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)仍采用人工讀卡或有線傳輸?shù)葌鹘y(tǒng)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，不僅易出現(xiàn)大量監(jiān)測盲區(qū)，還存在精確度低、實時性差、維修難度高和可靠性差等問題，亟需改進(jìn)。
2 養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)研究
以生豬養(yǎng)殖為例，豬屬于應(yīng)激性生物，豬舍溫、濕度不利于豬生長時均有可能引發(fā)各種疾病，此外光照強度、粉塵及有害氣體濃度等均會影響生豬生長，其中溫度、濕度和光照強度是最為主要的豬舍環(huán)境因子，以上述因素作為監(jiān)測對象研究環(huán)境實時監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)具有一定代表性。
2.1 數(shù)據(jù)采集及相應(yīng)處理
豬舍環(huán)境數(shù)據(jù)采集需考慮傳感器節(jié)點分布、采集節(jié)點實效、節(jié)點采集的原始數(shù)據(jù)與工程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)融合等問題。采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集環(huán)境數(shù)據(jù)可保證所采集數(shù)據(jù)的實時性和精確度，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可遍布養(yǎng)殖場內(nèi)，形成自組織網(wǎng)絡(luò)。環(huán)境數(shù)據(jù)經(jīng)無線傳感器節(jié)點采集后傳送至匯聚節(jié)點，之后再通過串口通訊方式與網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通訊，此時通訊組件（特指位于服務(wù)器的通訊組件）發(fā)出讀取數(shù)據(jù)請求，然后經(jīng)由網(wǎng)關(guān)傳送環(huán)境數(shù)據(jù)至服務(wù)器，經(jīng)相應(yīng)處理后保存于數(shù)據(jù)庫。具體步驟如下：①工程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。由網(wǎng)關(guān)傳送至服務(wù)器的數(shù)據(jù)并不是工程數(shù)據(jù)，須使用轉(zhuǎn)換公式轉(zhuǎn)換為環(huán)境數(shù)據(jù)之后才具有實際意義。②數(shù)據(jù)預(yù)處理。③開展數(shù)據(jù)融合。
2.2 對豬舍內(nèi)小環(huán)境開展實時監(jiān)測
單個豬舍是客戶端的監(jiān)測對象，因此需對節(jié)點環(huán)境值（位于監(jiān)測豬舍之內(nèi)）實施數(shù)據(jù)融合，可采用加權(quán)平均法獲得豬舍內(nèi)小環(huán)境的環(huán)境值。
2.3 環(huán)境預(yù)警
為及時發(fā)現(xiàn)不適宜環(huán)境，進(jìn)行合理的推理判斷并給出預(yù)警信息，需要進(jìn)行環(huán)境預(yù)警。而要建立科學(xué)、合理的預(yù)警機制須考慮的問題較多，重點包括以下幾個方面：其一，必須對豬個體的類型及其生長階段進(jìn)行區(qū)分，并明確其對環(huán)境的具體需求；其二，當(dāng)豬個體處于不適宜環(huán)境中時必須考慮其生長過程中可能會出現(xiàn)的不良癥狀以及如何確定推理規(guī)則，并使環(huán)境因子值與語言變量值相對應(yīng)。
環(huán)境預(yù)警包含的內(nèi)容主要有豬只個體是否適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境、在不適環(huán)境下生長豬只有可能疾病及其癥狀以及針對上述問題采用的解決措施等。豬只的適宜環(huán)境值通常存在個體差異，當(dāng)環(huán)境不適時（主要指環(huán)境因子偏高、過高或過低時）均有可能發(fā)生豬病。因此，設(shè)計合理的正向模糊推理預(yù)警模塊（實現(xiàn)個體與環(huán)境信息緊密結(jié)合）十分必要。此外，要實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)，需由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、通訊組件、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測及預(yù)警平臺等三大模塊組成系統(tǒng)，并連接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN），通過實時監(jiān)測功能模塊和數(shù)據(jù)管理功能模塊實現(xiàn)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)功能。
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