5G+畜禽养殖可视化管理与诊断平台的开发与应用论文

导读:当前畜禽养殖业逐渐朝着规模化、智能化和特色化的方向发展,提高养殖业的养殖技术和经济效益成为了社会经济发展的焦点问题。为解决畜禽养殖业生产方式落后、基础体系建设薄弱、人工成

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  摘要:当前畜禽养殖业逐渐朝着规模化、智能化和特色化的方向发展,提高养殖业的养殖技术和经济效益成为了社会经济发展的焦点问题。为解决畜禽养殖业生产方式落后、基础体系建设薄弱、人工成本高、畜禽患病率高等问题,通过解决“卡脖子”的信息化关键技术,开发5G+畜禽养殖可视化管理与诊断平台的开发与应用,并在浙江温州国家农业科技园区猪场和鸡舍成功投入实际生产运行。实践证明:该技术可以降低畜禽养殖中技术人员劳作时间,减少了交叉感染的风险,进一步提高了生产效率,为实现畜禽养殖产业现代化可持续发展提供一条可借鉴的途径。

  关键词:5G+畜禽养殖;可视化管理;诊断平台
  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 benefits 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 efficiency,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背景和意义
  民族要复兴,乡村必振兴。目前,我国仍然是一个农业大国,其中畜禽养殖业发展迅速,从原来的散养户模式逐步向集约化养殖发展,畜禽业所占的比重逐年上升。据2020年数据统计,中国畜禽总量在过去30年内增长了三倍左右[1]。
  随着现代经济社会的发展,对畜禽养殖业也提出了新的要求,具体呈现为如下几点:
  (1)落实国家战略的迫切需要。我国国民经济和社会发展第十四个五年规划中明确指出,加强农业基础设施和科技支持体系建设,实现提高农业规模化、产业化、信息化、标准化水平,全面提升农业综合生产能力。2021年中央一号文件指出,大力发展高效、安全、生态的现代农业技术,解决农业领域“卡脖子”的关键技术,为我国养殖业转型升级提供理论与技术支撑,保障国家畜禽安全高效养殖业健康发展,走出一条中国特色的创新驱动乡村振兴发展道路。(2)智慧养殖是畜禽养殖业发展的必然之路。畜禽养殖业作为现代农业生产的一大支柱,前连种植业,后接加工业,在农业生产中扮演着重要的角色。建设智慧畜禽养殖业,把信息技术应用于畜禽生产,是实现畜禽养殖业现代化管理的必由之路。(3)促进地方农业效益的提升。作为创建新时代“两个健康”先行区的温州更加注重发展效益农业、培育农业新产业新业态,支持“互联网+农业”体系的建设,鼓励通过5G技术和物联网技术等先进的信息化手段,持续增加农民收入,实现畜禽养殖产业现代化可持续发展。


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  1.2畜禽养殖中存在的问题
  近年来,虽然畜禽养殖业迅猛发展,但是畜禽养殖过程中依然着不少问题。(1)生产方式落后,具体表现为:饲养环境不达标、信息化水平不够、畜禽科技含量、现代化装备水平相对滞后和技术体系不够完善。(2)基础防疫体系建设还不太完善,存在重大动物疫病的潜在隐患,疫病防控形势严峻。(3)投入大量人力,人工成本高,挤压了畜禽业各环节的盈利空间。(4)畜禽的养殖技术、管理制度不科学,畜禽患病率较高,导致畜禽品质不高。
  1.3总体设计
  面对畜禽养殖业的现状、挑战和机遇,发展健康、绿色、可持续的现代畜禽业已经成为人们共识。随着计算机、无线传感和5G通信技术等高科技的飞速发展,把物联网、可视化等技术运用至畜禽监控系统中是当前发展的新趋势。基于对我国畜禽养殖业的发展现状、趋势和国家方针政策分析,利用5G技术和物联网技术,开发一套可复制、可推广和普遍应用的畜禽可视化平台。该平台可以为智慧化养殖提供可借鉴的实践经验,推进畜禽业规模化发展,带动商品生产能力提升,强化畜禽业基础保障能力建设,提升产业化经营水平,推动畜禽业绿色发展。
  5G+畜禽养殖可视化管理与诊断平台是以浙江温州国家农业科技园区大型猪场和鸡舍为试点,基于5G技术,融合物联网、移动互联、集成技术等新技术,将各种的先进设备和畜禽养殖相结合,通过各种信息传感器、红外感应器等各种装置与技术,实时采集猪、鸡等畜禽舍的温湿度、光照时间、氨气浓度、二氧化碳浓度等相关数据,实现数据可视化;可以通过手机或电脑远程登录控制平台软件,调节和控制风机、取暖灯、湿帘等设备;也可以通过基于物联网技术的5G视频监控系统,实时查看和调取猪、鸡鸭等畜禽进食情况和工作人员的现场消杀等实施记录,实现高清可视化;还可以通过配置激光灯、高清摄像头和照明灯的头戴式无线智慧头盔可视化,分析畜禽个体的健康情况,为疾病的控制提供解决方案,实现远程诊断可视化,打造智慧畜禽养殖园区管理新模式,具有很好的推广示范意义[2]。5G+畜禽养殖可视化管理与诊断平台的总体设计框架,如图1所示。

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图 1 5G+ 畜禽养殖可视化管理与诊断平台总体设计框架
Fig.1 Overall design framework of5G + livestock and poultry breedingvisual management and diagnosis platform
  综上所述,5G+畜禽养殖可视化平台的设计与实现是基于5G技术、物联网技术和移动互联技术等,将各种的先进设备和畜禽养殖实际相结合,实现数据可视化、操作可视化、实现实时可视化和远程诊断可视化。5G+畜禽养殖可视化平台的设计与实现可以大大节省人工,提升工作效率,减少了交叉感染的风险,提高畜禽产量和品质,实现畜禽养殖效益的最大化,促进农业数字经济的发展。
  2系统的性能需求分析
  2.1软件环境
  软件推荐配置:操作系统:Windows7/Windows10,Microsoft Windows10是美国Microsoft(微软)公司所研发的新一代跨平台及设备应用的操作系统[3]。Web服务器:Apache Tomcat7/8;开发语言:HTML、PHP、CSS、JS;数据库服务器:MySQL数据库;运行环境:JRE7以上。
  2.2硬件环境
  电脑主机、LED显示器、移动硬盘、高清网络摄像头、麦克风、万兆校园网、5G网络、服务器等。硬件推荐配置:CPU:Intel酷睿i7-10700F;内存:16GB;硬盘:1TB;显卡:64位真彩色;服务器:中心服务器、流媒体服务器、存储服务器。
  2.3畜禽养殖场设施配置
  5G通讯基站、温湿度传感器、光照强度传感器、有害气体传感器(氨气传感器、二氧化碳、采集传感器、硫化氢传感器等)、Wi-Fi无线通信模块、5G通信模组、监控摄像头模块、LED屏、头戴式无线智慧头盔等设施。
  3设计与实现
  3.1畜禽养殖数据可视化管理子平台的设计与实现
  基于物联网、5G、移动互联等技术,农场主、养殖管理人员和技术人员全面精准采集温度、湿度、光照、二氧化碳、氨气等5种的畜禽生长环境数据汇聚到畜禽养殖数据可视化管理平台,通过PC端和手机端访问养殖舍内相关设备(除湿机、加热器、开窗机、红外灯、风机等)进行远程集中控制和联动控制,实现降低死亡率和疾病发生率[4]。畜禽养殖数据可视化管理平台设计,如图2所示。


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图 2 畜禽养殖数据可视化管理平台设计
Fig.2 Design ofvisual management platform for livestock and poultry breeding data
  因此,实时精准采集畜禽生长环境数据,进行常采用源头减排、过程控制和末端净化调控,增强免疫力,通过数据可视化平台,让农场主、养殖管理人员和技术人员全面精准掌控数据,实现保证适宜温度、湿度、空气流通,达到实时环境监测,实时视频查看,实时跟踪轨迹,进行数据分析研究,轻松化管理模式,环节流程追溯[5]。


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  3.2畜禽养殖智能监控子平台的设计与实现
  基于5G技术,农场主、养殖管理人员和技术人员通过畜禽养殖智能监控平台实时采集和存储的畜禽生长动态视频,其平台设计如图3所示。农场主、养殖管理人员和技术人员可以连续、直接、实时监测或观察动物状态;也可以实现随时查看现场动物的活动状况,减少人工现场巡查次数,提高了管理效率;还可以对养殖场周边环境进行安防监视,使养殖者及时发现和保障畜禽健康生长[6]。


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图 3 畜禽养殖智能监控平台设计
Fig.3 Design of intelligent monitoring platform for livestock and poultry breeding
  通过5G+可视化子平台就能实时、高清、不卡顿、远程掌握畜禽的生长详情,实现能畜禽养殖的无人值守生产,大大地减少劳动力的使用。
  3.3智慧头盔可视化诊断子平台的设计与实现
  基于5G技术的智慧可视化头盔是由头盔本体、SIM卡、5G通信模块板、激光灯、摄像头和照明灯、供电仓、麦克风等部分组成,通过弹性绷带和调节卡件将头盔本体佩戴在头部,在通信模块板、摄像头和激光灯的配合使用,解放双手,使得该可视化头盔实现无线视频通话,使得通话另一端的畜禽兽医远程、准确地实时查看畜禽的病症,指导现场技术人员规范化操作。智慧可视化头盔如图4所示:


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图 4 智慧可视化头盔
Fig.4 Intelligent visualization helmet
  基于5G技术,支持穿戴头戴式安全可视化头盔可在养殖场内进行巡检作业,在巡视过程可被录像、存储、备份,可随时查看监控信息,使管理人员、技术人员和畜禽专家及时了解掌握现场信息,轻松实现对农场、牲畜状态的监控和对农场内设备的控制,为管理策略的调整提供参考;也可以实现远程诊断,养殖企业(户)及时与专家和兽医联络对接,解决动物疫病防控和保健问题[7]。智慧头盔可视化诊断平台如图5所示:


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图 5 智慧头盔可视化诊断平台
Fig.5 Intelligent helmet visual diagnosis platform
  通过智慧头盔可视化远程诊断子平台,技术人员和管理人员可以直接穿戴头戴式安全头盔在养殖场内进行巡检作业,及时发现现场隐患盲区,有效预防和控制疫病的发生,也可以为远程专家起到提供对现场作业远程指导和监督作用,大幅度地提升畜禽养殖的效率、效益及畜禽产品的品质。
  4结论
  以物联网、5G、大数据、移动互联等技术为代表的新一轮信息技术革命推动粗放式传统畜禽养殖向知识型、技术型、现代化的智慧畜禽养殖转变,解决智慧畜禽核心技术“卡脖子”,利用技术优势已成为驱动畜禽业快速发展的重要动力,全面推进智慧畜禽升级发展。
  5G+畜禽养殖可视化管理与诊断平台集成了应用多种传感器、电子识别、视频监控等数字化设备,实现畜禽养殖环境智能监控,强化畜禽疫病的精准诊断、预警、防控,用数字化引领驱动智慧畜禽养殖业现代化,为实现乡村全面振兴提供有力支撑,走上智慧农业可持续发展的道路。
  参考文献
  [1]刘冬.精准畜牧中机器视觉关键技术研究及应用[D].咸阳:西北农林科技大学,2020.
  [2]应巨林,曾铮,曾敏,等.基于5G技术的农作物视频监控平台的研究与应用[J].农业与技术,2020,40(15):52-54.
  [3]何晓.基于3D物联网的猪场可视化管理及远程诊断系统的开发设计与实现[D].合肥:安徽农业大学,2020.
  [4]朱保钏.基于物联网猪舍参数测控及环境适宜度预测模型研究[D].镇江:江苏大学,2020.
  [5]李嘉熙.基于物联网的智能猪舍环境监测与调控系统研究[D].大庆:黑龙江八一农垦大学,2021.
  [6]刘生成.基于物联网的养殖场环境远程监控系统的设计与实现[D].长春:吉林大学,2018.
  [7]连京华,李惠敏,孙凯,等.基于物联网的家禽养殖环境远程监控系统的设计[J].家禽科学,2015(7):7-10.
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来源:SCI论文网

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