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            5G+畜禽養殖可視化管理與診斷平臺的開發與應用論文

            發布時間:2022-05-07 10:59:53 文章來源:SCI論文網 我要評論














            SCI論文(www.0546wclm.com):

              摘要:當前畜禽養殖業逐漸朝著規?;?、智能化和特色化的方向發展,提高養殖業的養殖技術和經濟效益成為了社會經濟發展的焦點問題。為解決畜禽養殖業生產方式落后、基礎體系建設薄弱、人工成本高、畜禽患病率高等問題,通過解決“卡脖子”的信息化關鍵技術,開發5G+畜禽養殖可視化管理與診斷平臺的開發與應用,并在浙江溫州國家農業科技園區豬場和雞舍成功投入實際生產運行。實踐證明:該技術可以降低畜禽養殖中技術人員勞作時間,減少了交叉感染的風險,進一步提高了生產效率,為實現畜禽養殖產業現代化可持續發展提供一條可借鑒的途徑。
             
              關鍵詞:5G+畜禽養殖;可視化管理;診斷平臺
             
              Development and Application of 5G+Livestock and Poultry Breeding Visual Management and Diagnosis Platform
             
              YING Julin
             
              (Wenzhou Vocational College of Science and Technology,Wenzhou Zhejiang 325006)
             
              【Abstract】:At present,the livestock and poultry breeding industry is gradually developing in the direction of scale,intelligence and characteristics,improving the breeding technology and economic bene?ts of the breeding industry has become the focus of social and economic development.In order to solve the problems of backward production mode,weak infrastructure construction,high labor cost and high prevalence of livestock and poultry,by solving the key information technology of"Neck Sticking",develop the development and application of 5G+livestock and poultry breeding visual management and diagnosis platform,and successfully put into actual production operation in the pig farm and chicken house in Wenzhou National Agricultural Science and Technology Park in Zhejiang Province.Practice has proved that:This technology can reduce the working time of technicians in livestock and poultry breeding,reduces the risk of cross infection,further improve the production e?ciency,it provides a reference way for realizing the modernization and sustainable development of livestock and poultry breeding industry.
             
              【Key words】:5G+livestock and poultry breeding;visual management;diagnostic platform
             
              1引言
             
              1.1背景和意義
             
              民族要復興,鄉村必振興。目前,我國仍然是一個農業大國,其中畜禽養殖業發展迅速,從原來的散養戶模式逐步向集約化養殖發展,畜禽業所占的比重逐年上升。據2020年數據統計,中國畜禽總量在過去30年內增長了三倍左右[1]。
             
              隨著現代經濟社會的發展,對畜禽養殖業也提出了新的要求,具體呈現為如下幾點:
             
             ?。?)落實國家戰略的迫切需要。我國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃中明確指出,加強農業基礎設施和科技支持體系建設,實現提高農業規?;?、產業化、信息化、標準化水平,全面提升農業綜合生產能力。2021年中央一號文件指出,大力發展高效、安全、生態的現代農業技術,解決農業領域“卡脖子”的關鍵技術,為我國養殖業轉型升級提供理論與技術支撐,保障國家畜禽安全高效養殖業健康發展,走出一條中國特色的創新驅動鄉村振興發展道路。(2)智慧養殖是畜禽養殖業發展的必然之路。畜禽養殖業作為現代農業生產的一大支柱,前連種植業,后接加工業,在農業生產中扮演著重要的角色。建設智慧畜禽養殖業,把信息技術應用于畜禽生產,是實現畜禽養殖業現代化管理的必由之路。(3)促進地方農業效益的提升。作為創建新時代“兩個健康”先行區的溫州更加注重發展效益農業、培育農業新產業新業態,支持“互聯網+農業”體系的建設,鼓勵通過5G技術和物聯網技術等先進的信息化手段,持續增加農民收入,實現畜禽養殖產業現代化可持續發展。

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              1.2畜禽養殖中存在的問題
             
              近年來,雖然畜禽養殖業迅猛發展,但是畜禽養殖過程中依然著不少問題。(1)生產方式落后,具體表現為:飼養環境不達標、信息化水平不夠、畜禽科技含量、現代化裝備水平相對滯后和技術體系不夠完善。(2)基礎防疫體系建設還不太完善,存在重大動物疫病的潛在隱患,疫病防控形勢嚴峻。(3)投入大量人力,人工成本高,擠壓了畜禽業各環節的盈利空間。(4)畜禽的養殖技術、管理制度不科學,畜禽患病率較高,導致畜禽品質不高。
             
              1.3總體設計
             
              面對畜禽養殖業的現狀、挑戰和機遇,發展健康、綠色、可持續的現代畜禽業已經成為人們共識。隨著計算機、無線傳感和5G通信技術等高科技的飛速發展,把物聯網、可視化等技術運用至畜禽監控系統中是當前發展的新趨勢?;趯ξ覈笄蒺B殖業的發展現狀、趨勢和國家方針政策分析,利用5G技術和物聯網技術,開發一套可復制、可推廣和普遍應用的畜禽可視化平臺。該平臺可以為智慧化養殖提供可借鑒的實踐經驗,推進畜禽業規?;l展,帶動商品生產能力提升,強化畜禽業基礎保障能力建設,提升產業化經營水平,推動畜禽業綠色發展。
             
              5G+畜禽養殖可視化管理與診斷平臺是以浙江溫州國家農業科技園區大型豬場和雞舍為試點,基于5G技術,融合物聯網、移動互聯、集成技術等新技術,將各種的先進設備和畜禽養殖相結合,通過各種信息傳感器、紅外感應器等各種裝置與技術,實時采集豬、雞等畜禽舍的溫濕度、光照時間、氨氣濃度、二氧化碳濃度等相關數據,實現數據可視化;可以通過手機或電腦遠程登錄控制平臺軟件,調節和控制風機、取暖燈、濕簾等設備;也可以通過基于物聯網技術的5G視頻監控系統,實時查看和調取豬、雞鴨等畜禽進食情況和工作人員的現場消殺等實施記錄,實現高清可視化;還可以通過配置激光燈、高清攝像頭和照明燈的頭戴式無線智慧頭盔可視化,分析畜禽個體的健康情況,為疾病的控制提供解決方案,實現遠程診斷可視化,打造智慧畜禽養殖園區管理新模式,具有很好的推廣示范意義[2]。5G+畜禽養殖可視化管理與診斷平臺的總體設計框架,如圖1所示。
             
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            圖 1 5G+ 畜禽養殖可視化管理與診斷平臺總體設計框架  
            Fig.1 Overall design framework of5G + livestock and poultry breedingvisual management and diagnosis platform
             
              綜上所述,5G+畜禽養殖可視化平臺的設計與實現是基于5G技術、物聯網技術和移動互聯技術等,將各種的先進設備和畜禽養殖實際相結合,實現數據可視化、操作可視化、實現實時可視化和遠程診斷可視化。5G+畜禽養殖可視化平臺的設計與實現可以大大節省人工,提升工作效率,減少了交叉感染的風險,提高畜禽產量和品質,實現畜禽養殖效益的最大化,促進農業數字經濟的發展。
             
              2系統的性能需求分析
             
              2.1軟件環境
             
              軟件推薦配置:操作系統:Windows7/Windows10,Microsoft Windows10是美國Microsoft(微軟)公司所研發的新一代跨平臺及設備應用的操作系統[3]。Web服務器:Apache Tomcat7/8;開發語言:HTML、PHP、CSS、JS;數據庫服務器:MySQL數據庫;運行環境:JRE7以上。
             
              2.2硬件環境
             
              電腦主機、LED顯示器、移動硬盤、高清網絡攝像頭、麥克風、萬兆校園網、5G網絡、服務器等。硬件推薦配置:CPU:Intel酷睿i7-10700F;內存:16GB;硬盤:1TB;顯卡:64位真彩色;服務器:中心服務器、流媒體服務器、存儲服務器。
             
              2.3畜禽養殖場設施配置
             
              5G通訊基站、溫濕度傳感器、光照強度傳感器、有害氣體傳感器(氨氣傳感器、二氧化碳、采集傳感器、硫化氫傳感器等)、Wi-Fi無線通信模塊、5G通信模組、監控攝像頭模塊、LED屏、頭戴式無線智慧頭盔等設施。
             
              3設計與實現
             
              3.1畜禽養殖數據可視化管理子平臺的設計與實現
             
              基于物聯網、5G、移動互聯等技術,農場主、養殖管理人員和技術人員全面精準采集溫度、濕度、光照、二氧化碳、氨氣等5種的畜禽生長環境數據匯聚到畜禽養殖數據可視化管理平臺,通過PC端和手機端訪問養殖舍內相關設備(除濕機、加熱器、開窗機、紅外燈、風機等)進行遠程集中控制和聯動控制,實現降低死亡率和疾病發生率[4]。畜禽養殖數據可視化管理平臺設計,如圖2所示。

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            圖 2 畜禽養殖數據可視化管理平臺設計
            Fig.2 Design ofvisual management platform for livestock and poultry breeding data
             
             
              因此,實時精準采集畜禽生長環境數據,進行常采用源頭減排、過程控制和末端凈化調控,增強免疫力,通過數據可視化平臺,讓農場主、養殖管理人員和技術人員全面精準掌控數據,實現保證適宜溫度、濕度、空氣流通,達到實時環境監測,實時視頻查看,實時跟蹤軌跡,進行數據分析研究,輕松化管理模式,環節流程追溯[5]。

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              3.2畜禽養殖智能監控子平臺的設計與實現
             
              基于5G技術,農場主、養殖管理人員和技術人員通過畜禽養殖智能監控平臺實時采集和存儲的畜禽生長動態視頻,其平臺設計如圖3所示。農場主、養殖管理人員和技術人員可以連續、直接、實時監測或觀察動物狀態;也可以實現隨時查看現場動物的活動狀況,減少人工現場巡查次數,提高了管理效率;還可以對養殖場周邊環境進行安防監視,使養殖者及時發現和保障畜禽健康生長[6]。

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            圖 3 畜禽養殖智能監控平臺設計
            Fig.3 Design of intelligent monitoring platform for livestock and poultry breeding
             
             
              通過5G+可視化子平臺就能實時、高清、不卡頓、遠程掌握畜禽的生長詳情,實現能畜禽養殖的無人值守生產,大大地減少勞動力的使用。
             
              3.3智慧頭盔可視化診斷子平臺的設計與實現
             
              基于5G技術的智慧可視化頭盔是由頭盔本體、SIM卡、5G通信模塊板、激光燈、攝像頭和照明燈、供電倉、麥克風等部分組成,通過彈性繃帶和調節卡件將頭盔本體佩戴在頭部,在通信模塊板、攝像頭和激光燈的配合使用,解放雙手,使得該可視化頭盔實現無線視頻通話,使得通話另一端的畜禽獸醫遠程、準確地實時查看畜禽的病癥,指導現場技術人員規范化操作。智慧可視化頭盔如圖4所示:

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            圖 4 智慧可視化頭盔
            Fig.4 Intelligent visualization helmet
             
              基于5G技術,支持穿戴頭戴式安全可視化頭盔可在養殖場內進行巡檢作業,在巡視過程可被錄像、存儲、備份,可隨時查看監控信息,使管理人員、技術人員和畜禽專家及時了解掌握現場信息,輕松實現對農場、牲畜狀態的監控和對農場內設備的控制,為管理策略的調整提供參考;也可以實現遠程診斷,養殖企業(戶)及時與專家和獸醫聯絡對接,解決動物疫病防控和保健問題[7]。智慧頭盔可視化診斷平臺如圖5所示:

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            圖 5 智慧頭盔可視化診斷平臺
            Fig.5 Intelligent helmet visual diagnosis platform
             
             
              通過智慧頭盔可視化遠程診斷子平臺,技術人員和管理人員可以直接穿戴頭戴式安全頭盔在養殖場內進行巡檢作業,及時發現現場隱患盲區,有效預防和控制疫病的發生,也可以為遠程專家起到提供對現場作業遠程指導和監督作用,大幅度地提升畜禽養殖的效率、效益及畜禽產品的品質。
             
              4結論
             
              以物聯網、5G、大數據、移動互聯等技術為代表的新一輪信息技術革命推動粗放式傳統畜禽養殖向知識型、技術型、現代化的智慧畜禽養殖轉變,解決智慧畜禽核心技術“卡脖子”,利用技術優勢已成為驅動畜禽業快速發展的重要動力,全面推進智慧畜禽升級發展。
             
              5G+畜禽養殖可視化管理與診斷平臺集成了應用多種傳感器、電子識別、視頻監控等數字化設備,實現畜禽養殖環境智能監控,強化畜禽疫病的精準診斷、預警、防控,用數字化引領驅動智慧畜禽養殖業現代化,為實現鄉村全面振興提供有力支撐,走上智慧農業可持續發展的道路。
             
              參考文獻
             
              [1]劉冬.精準畜牧中機器視覺關鍵技術研究及應用[D].咸陽:西北農林科技大學,2020.
             
              [2]應巨林,曾錚,曾敏,等.基于5G技術的農作物視頻監控平臺的研究與應用[J].農業與技術,2020,40(15):52-54.
             
              [3]何曉.基于3D物聯網的豬場可視化管理及遠程診斷系統的開發設計與實現[D].合肥:安徽農業大學,2020.
             
              [4]朱保釧.基于物聯網豬舍參數測控及環境適宜度預測模型研究[D].鎮江:江蘇大學,2020.
             
              [5]李嘉熙.基于物聯網的智能豬舍環境監測與調控系統研究[D].大慶:黑龍江八一農墾大學,2021.
             
              [6]劉生成.基于物聯網的養殖場環境遠程監控系統的設計與實現[D].長春:吉林大學,2018.
             
              [7]連京華,李惠敏,孫凱,等.基于物聯網的家禽養殖環境遠程監控系統的設計[J].家禽科學,2015(7):7-10.
             
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