物联网技术在种鸡生产中的应用

物联网（Inter⁃net of things，IOT）是物物相连的智能互联网，被视为继计算机、通信网络之后的信息产业第三次浪潮。近年来，随着嵌入式智能化设备、传感器技术和计算机等相关技术的高速发展，物联网已经在智能工业、智能农业、智能电网、智能物流、智能交通和智能医疗等领域开始了广泛研究和应用。农业物联网的出现在一定程度上加快了家禽业生产的集约化、自动化、智能化和信息化发展。在欧美发达国家，农业物联网已成为畜牧养殖的重要组成部分，猪、牛、鸡等畜禽养殖实现了全程监控和实时监测。本文简要介绍物联网技术及其在家禽生产中的应用。

1.物联网技术概述

1.1物联网的概念物联网是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，其中包含两个主要理念：其一，物联网是基于互联网衍生出的一种网络架构，其核心和基础仍然是互联网；其二，物联网的用户端可延伸和扩展至任何物品与物品之间，而无需人的干预。

1.2物联网的构成物联网是一种非常复杂、形式多样的系统架构，一般由感知层、网络层和应用层三个层次组成，其核心技术主要在于感知层，由传感器、拾音器、RFID标签和读卡器、摄像头、加速度计等感知终端设备构成。网络层的功能架构为信息交互，由互联网、广电网、网络管理系统和云计算平台等组成，是整个物联网的中枢。应用层是物联网和用户之间互动交流的接口，主要包括各类应用，将感知层获取的信息进行处理、分析，实现智能化和自动化识别、监控和管理等物联网的智能应用。

1.3物联网的主要技术物联网主要技术包括射频识别技术、传感技术、网络通信技术、大数据处理和云计算等信息处理技术。射频识别技术是物联网的重要实现技术之一，一般由RFID电子标签、读写器和信息处理系统组成，其基本原理是将已编码的条形码附着于目标物，并使用专用的扫描读写器将信息传送到扫描读写器，然后通过无线电波技术，将读写器识别到的物品有效信息传送到系统信息处理模块；传感技术以传感器及传感信息网络为基础。传感器是指能感知被测指标，并按照一定规律转换成可用信号的设备，而传感器网络则可以使用各类集成化的微型传感器协作实现对监测对象的实时监测；网络通信技术是物联网技术发展的技术蓝本，可为物联网技术的进步和创新提供信息技术通道；大数据处理和云计算是实现物联网的核心，可提供高效的数据服务功能，并为深度挖掘数据价值提供技术支撑。

2. 物联网技术在种鸡生产中的应用随着养禽业规模化和集约化的不断发展，信息化管理日益重要，禽舍监控成为决定养禽业生产水平高低的重要因素。2014~2016年，黄山德青源种禽有限公司与中国农业大学团队合作，在安徽省休宁县德青源种禽场进行示范应用。

2.1种鸡舍物联网感知层种鸡物联网由感知层、网络层和应用层三个层次组成，感知层由环境传感器、水表、电表、麦克风、摄像头、称重传感器等感知终端设备构成，用于感知禽舍中生物生长的环境、生产性能等数据。为此，选取具有可靠性、耐久性、鲁棒性及经济性原则的传感器。传感器的布置基于禽舍实际布局情况进行设定。通过阿尔泰DAM-E3048数据采集卡对所有环境传感器信息进行数据的集中采集和预处理，将数据通过交换机，经由以太网传输至中心机房再处理分析。感知参数：温度、湿度、光照、二氧化碳、粉尘、风速、气压、水电、称重、视频、音频；部分传感器信息见表1。

为保证设备正常运行，设备要求：准确、可靠、抗腐蚀、防粉尘、防潮湿等；并且半年对设备进行质检，保证数据真实、可靠

2.2种鸡物联网网络层

本研究将分布式架构引入蛋种鸡养殖领域，使数据中心实现对多个养殖区数据的统一管理，基于流式计算的数据处理框架，成本低，通用性强。主要功能有：第一，养殖现场数据的分布式存储技术，实现对多源异构数据的统一管理，蛋种鸡场的养殖生产数据存储到数据库中，如环境数据、生产过程数据等，将非结构化的数据存储到分布式文件系统中，如动物行为的图像、声音数据等，保证了数据的一体化管理。利用分布式文件系统和多副本的数据库集群确保了数据的高可靠性，最大程度地避免因磁盘损坏导致数据丢失；第二，分布式流式计算技术，部署自主式研发的分布式流式计算框架，完成对生产大数据的处理分析；第三，异步传输，系统需要对多源异地的养殖区进行统一地数据管理，因此在多节点并发执行的环境下，分布式资源分发技术尤为重要，接收端得保证对多个发送端的识别和接收，发送端需完成对增量数据的监测。物联网系统对数据的管理主要包含两个阶段，蛋种鸡养殖场区的现场数据和远端数据中心，每个养殖场区作为数据源，采集到的环境数据、生产过程数据以及现场音频、图像数据异步发送到数据中心，数据中心实时接收并进行处理，主要分为五步（见图1）。

第一步：养殖场区现场实时数据上传，人工录入数据上传。第二步：编写监控程序部署在鸡场本地服务器端，用于监控数据库和文件系统变化，并更改的数据异步发送到Kafka集群。第三步：数据中心部署Bundler集群从Kafka集群订阅数据，并打包成Bundle，生成Task提交到Data-Canal。第四步：Data-Canal集群对流式蛋种鸡养殖生产大数据进行实时处理，如实时预警、经济效益分析等。第五步：系统部署Web服务器Nginx以及相应的应用服务器，终端用户可通过浏览器或app访问Web服务器使用本系统的数据门户。

2.3种鸡物联网应用层及效果

物联网系统平台集成主要功能有：①实时数据采集与监测服务。该服务实现对鸡场环境、音视频、水电消耗等实时数据的采集，采集的实时流式数据进入Data-Canal中，完成对数据的实时处理和分析等。②生产信息管理服务。该服务主要针对规模化鸡场难于管理和操作、日常管理工作量大等问题。通过生产过程信息化更加方便了鸡场的管理，提高工作效率，节省管理成本。③决策分析服务。该服务主要依托于系统中存储的蛋鸡养殖生产数据，采用Data-Canal流式计算框架技术，实现对数据的分析和处理功能，包括经济效益分析、环境预警等。④实时预警。本系统中预警主要涉及四个方面：环境预警、生产性能预警、生产成本预警、生长性能预警。⑤系统管理。该模块功能包括日志管理、用户管理和角色管理。日志管理会记录所有用户的操作记录，确保信息的可溯源性。用户管理完成对系统用户的添加、删除和修改，并为每个用户指定相应角色。角色管理完成对不同系统角色赋予不同的管理权限，如超级管理员、管理员、饲养员等。种鸡物联网应用效果以死淘率分析为例（见图2）。

蛋种鸡死淘率受很多因素影响，该系统提供一项服务可以实时监测每栋舍的累计死淘率，同时对比标准的累计死淘率曲线以便巡查图2横轴为日龄，纵轴为死淘率。日死淘率=（当天死亡+当天淘汰）/定群数，定群数与饲养员填写转群计划中的数值一致。通过可视化的方式方便养殖人员快速查询死淘率在整个生产周期内的变化情况，时间粒度细化到每一天，相比与月报表，季度报表来说是一种更精细化地管理数据方式。此外，由图2可知，该养殖场的FD01鸡舍中AB系和CD系累计死淘率都远远低于标准累计死淘率，间接反映饲养管理和舍内环境的舒适情况。

3. 物联网技术在家禽生产中应用面临的问题及展望

物联网技术在畜禽养殖领域的研究已经很多年了，但是尚未实现大范围的应用推广，技术上还存在着瓶颈，产品质量有待提高等。具体为：

①物联网的前期建设成本过高。资金投入是困扰畜牧业物联网发展的首要问题。一套物联网设备因其核心传感器的不同、布局规模不同，价格从一万元到十几万元不等。农业是个微利行业，这造成了农户及农业企业没有动力进行这方面的技术改造。

②从业人员的信息化专业知识不足。物联网技术具有较高的技术含量，对操作人员专业技能要求较高。往往从事畜禽行业的人员大多学历不高，并且对计算机和网络基础知识的把握不够，缺乏基本操作知识和技能。先进的物联网设备对维护人员也有很高的要求，要能正确运转一套先进设备，还需要聘请专业技术人员，增加开支。

③物联网技术不成熟，设备可靠性有待提高。目前，国内市场上大部分传感器可靠性、稳定性、精准度等性能指标不能满足畜禽养殖应用需求，在高湿度、高粉尘情况下如何准确地获取环境信息，保持传感器稳定地运转是一个极大的挑战。同类传感器设备，国外进口产品1~2年才需要进行维护，而国内产品3~6个月即需要维护，性能差距较大。此外，大多物联网产品缺乏实用性，没能从生产实际出发解决养殖问题，纯粹为了搭建物联网平台，而并没有很好地和现有饲养模式结合，造福于生产。

此外，物联网技术在种鸡生产应用过程中也存在着诸多技术难点和需要改进的地方：基于分时变频索引的环境信息、音频指纹信息和图像信息的种鸡养殖关联数据库构建。大量的数据信息并非有效数据，相反冗余数据会对中心服务器的存储和传输提出巨大挑战，如何筛选有效的环境数据信息、提取音频特征信息、精炼图像特征信息，将有用的、可靠的数据有效提出并展示给用户是很有挑战性。同时，基于动物福利与健康养殖理念，根据种鸡环境生物学特点和设施养殖需要，关联同畜禽生产密切相关的数据信息，切实聚焦到生产者所关注的问题上来。构建养殖环境多参数智能协调控制模型，实现养殖环境多参数解耦控制，降低能耗，提高资源利用效率。单一环境评价指标并不能较好地服务于生产，而多环境参数耦合控制，评价种鸡生长环境能综合的反映生产环境情况，基于畜禽舍嵌入式智能网络节点及信息自动读取技术，实现了基于嵌入式操作系统的畜禽生产过程信息无纸化录入、存储和无线传输技术，而未来的研究将聚焦于数据的深度挖掘，并非停留在简单的数据采集和数据展示上，将有限的数据挖掘出更多有效的信息，形成知识库和决策库。

未来的“畜禽养殖+物联网”有望实现精细化养殖，一只鸡、一头猪都将拥有自己的身份，并且可以通过网络平台随时随地了解它们的地理位置、生长状况等一切信息，实现所有农牧产品的物联网是全球信息化发展的新阶段。物联网技术的发展，将是实现传统农业向现代农业转变的助推器和加速器，也将为培育物联网农业应用相关新兴技术和服务产业发展提供无限商机。

来源：中国家禽