本文關(guān)鍵詞：中國(guó)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(bào) Vol.31 Supp.1

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

中國(guó)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(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；

2. 陽(yáng)信億利源清真肉類(lèi)有限公司，陽(yáng)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(shí)技術(shù)，家畜養(yǎng)殖環(huán)境及體征行為遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，母豬精細(xì)飼喂智能裝備及種畜（種豬、奶牛）養(yǎng)殖過(guò)程數(shù)字化監(jiān)管與云計(jì)算平臺(tái)構(gòu)建等多個(gè)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(shí)層，關(guān)于家畜標(biāo)識(shí)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)主要包括動(dòng)物管理系列標(biāo)準(zhǔn)ISO/TC 23/SC 19，它負(fù)責(zé)制訂動(dòng)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)涵的分工不同，而中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)包括國(guó)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(hào)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(gè)動(dòng)物電子標(biāo)識(shí)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(lèi)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(wú)線公網(wǎng)（2G/3G/4G）網(wǎng)絡(luò)對(duì)家畜舍環(huán)境數(shù)據(jù)及個(gè)體的行為狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)施遠(yuǎn)程傳輸，而視頻數(shù)據(jù)及大量的生產(chǎn)過(guò)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(kù)；在數(shù)據(jù)應(yīng)用層，典型的應(yīng)用包括通過(guò)移動(dòng)智能手機(jī)終端，依據(jù)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析及預(yù)警，對(duì)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(kāi)啟與關(guān)閉；其次是奶牛繁殖場(chǎng)及種豬養(yǎng)殖場(chǎng)云計(jì)算平臺(tái)的開(kāi)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(dòng)與精確飼喂設(shè)備的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。最后，該文從微觀到宏觀剖析了中國(guó)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(shí)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(guó)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(shí)；監(jiān)測(cè)；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(lèi)號(hào)：S126 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-6819(2015)- Supp.1-0237-10

熊本海，楊振剛，楊 亮，等. 中國(guó)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(bào)，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(dòng)力量[1]。在這樣的大背景下，黨的十八大及時(shí)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(guó)務(wù)院尤其重視物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。習(xí)近平總書(shū)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(dòng)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(xiàng)目：863計(jì)劃課題（2012AA101905）；國(guó)家科技支撐課題（2014BAD08B05）；山東省自主創(chuàng)新項(xiàng)目（2013CXC90206） 作者簡(jiǎn)介：熊本海，男，湖北紅安人，研究員，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樾竽列畔⒓夹g(shù)。北京 中國(guó)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(lái)，國(guó)務(wù)院出臺(tái)了一系列強(qiáng)有力的政策措施，

推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)有序健康發(fā)展，并取得了顯著成績(jī)，包括國(guó)家發(fā)改委、科技部、農(nóng)業(yè)部等在內(nèi)的各個(gè)部委及省市紛紛啟動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的研究與實(shí)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(gè)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(duì)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(dòng)下，中國(guó)畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的理論研究與應(yīng)用實(shí)踐取得了初步的進(jìn)展：從家畜個(gè)體的編碼與標(biāo)識(shí)，生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)采集與傳輸，家畜個(gè)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(tái)，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?duì)農(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(bào) 2015年

面認(rèn)識(shí)[4]�？傊�，畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用對(duì)畜牧產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)帶來(lái)了新的動(dòng)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(shí)技術(shù)研究

1.1.1 國(guó)際上家畜標(biāo)識(shí)標(biāo)準(zhǔn)的制定現(xiàn)狀

制定不同家畜的個(gè)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(shí)施基于家畜個(gè)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(guó)際上，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）發(fā)布有動(dòng)物管理系列標(biāo)準(zhǔn)即ISO/TC 23/SC 19，它負(fù)責(zé)制訂動(dòng)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)[5]。ISO 11784 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了動(dòng)物射頻識(shí)別碼為64位編碼結(jié)構(gòu)，且動(dòng)物射頻識(shí)別碼在讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽之間能夠互相識(shí)別。代碼結(jié)構(gòu)為64位，其中的27～64位可由各個(gè)國(guó)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(jí)標(biāo)簽規(guī)定了動(dòng)物射頻識(shí)別的轉(zhuǎn)發(fā)器和高級(jí)應(yīng)答機(jī)的空間接口標(biāo)準(zhǔn)，可以讓動(dòng)物數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)在標(biāo)記上，使得每只動(dòng)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(kù)存追蹤以及提升全球的進(jìn)出口控制能力。通過(guò)使用符合 ISO 14223 標(biāo)準(zhǔn)的讀取設(shè)備，可以自動(dòng)識(shí)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(shí)別也沒(méi)有問(wèn)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(gè)部分，它是ISO 11784/11785的擴(kuò)展版本，但標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施成本較高。

動(dòng)物電子標(biāo)識(shí)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(guó)家及地區(qū)應(yīng)用，例如，在美國(guó)采用的編碼均為15位編碼[6]，且前3位開(kāi)頭為“840”代表美國(guó)，符合ISO3166規(guī)范[7]。圖1為應(yīng)用于美國(guó)家畜標(biāo)識(shí)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(shí)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(guó)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(shí)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(shí)讀耳標(biāo)了，這種條碼耳標(biāo)盡管沒(méi)有國(guó)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(guó)安樂(lè)福（Allflex）公司生產(chǎn)，并取得美國(guó)農(nóng)業(yè)部的許可。由于電子標(biāo)識(shí)技術(shù)的應(yīng)用成本較高，目前世界上主要用于自動(dòng)飼喂的家畜，如奶牛、種豬等經(jīng)濟(jì)價(jià)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(shí)讀的條碼耳標(biāo)。

在歐盟，對(duì)家畜的標(biāo)識(shí)盡管有統(tǒng)一的標(biāo)識(shí)規(guī)范，甚至包括了對(duì)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的標(biāo)識(shí)[8]，但各成員國(guó)是否采用標(biāo)識(shí)無(wú)硬性規(guī)定。法國(guó)作為畜牧業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，對(duì)大家畜的標(biāo)識(shí)采用符合國(guó)際動(dòng)物編碼委員會(huì)（International Committee for Animal Recording，ICAR）的編碼規(guī)則。例如，對(duì)豬只個(gè)體編碼采用養(yǎng)殖場(chǎng)的官方編碼加上家畜個(gè)體在場(chǎng)內(nèi)按年份賦予的順序號(hào)，由于養(yǎng)殖場(chǎng)的官方編碼長(zhǎng)度不等，因此構(gòu)成個(gè)體的唯一編碼，從13位到17位不等。在荷蘭，因?yàn)槟觑曃沟呢i只較少，則采用內(nèi)部統(tǒng)一7位編碼[9]，非常實(shí)用、有效。

1.1.2 國(guó)內(nèi)家畜標(biāo)識(shí)標(biāo)準(zhǔn)的制定現(xiàn)狀

自2006年來(lái)，農(nóng)業(yè)部獸醫(yī)局實(shí)施了“動(dòng)物標(biāo)識(shí)及疫病可追溯體系建設(shè)”試點(diǎn)工作[10]，同時(shí)中國(guó)農(nóng)業(yè)部早前發(fā)布的67號(hào)令對(duì)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(dòng)物的種類(lèi)：1為豬，2為牛，3為羊，對(duì)家禽尚未定義；從第2位到第7位共6位定義為養(yǎng)殖場(chǎng)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(lèi)別（豬、牛、羊）動(dòng)物個(gè)體的順序號(hào)。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(chǎng)的編碼，養(yǎng)殖場(chǎng)對(duì)所飼養(yǎng)的家畜沒(méi)有編碼權(quán)，統(tǒng)一由省級(jí)畜牧獸醫(yī)管理部門(mén)對(duì)同一縣市的家畜個(gè)體進(jìn)行事先編碼。這種編碼方法事實(shí)上是先有編碼與標(biāo)識(shí)載體，，只有養(yǎng)殖場(chǎng)在領(lǐng)取標(biāo)識(shí)載體并配帶后，才能登記上個(gè)體標(biāo)識(shí)號(hào)，使得在不同時(shí)期內(nèi)同一養(yǎng)殖場(chǎng)領(lǐng)取的耳標(biāo)，編號(hào)可能是不連續(xù)的，導(dǎo)致批量錄入豬只信息時(shí)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(lái)源信息，因此只有將所佩戴的家畜編碼信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳到中央數(shù)據(jù)庫(kù)后，將家畜編碼與畜牧主管部門(mén)的耳標(biāo)發(fā)放管理數(shù)據(jù)庫(kù)建立關(guān)聯(lián)后，才能確定標(biāo)識(shí)的個(gè)體來(lái)自哪家養(yǎng)殖場(chǎng)（戶(hù)），耳標(biāo)的可讀性差，這對(duì)養(yǎng)殖責(zé)任主體的溯源帶來(lái)不便。

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

增刊1 熊本海等：中國(guó)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(shí)際問(wèn)題，他們一直攻堅(jiān)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(guò)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(guó)際上是唯一的，生產(chǎn)的RFID標(biāo)簽及其閱讀器大量遠(yuǎn)銷(xiāo)東歐、西歐及東南亞國(guó)家，打破了進(jìn)口標(biāo)簽價(jià)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(dòng)物電子標(biāo)簽；d:手持式閱讀器；來(lái)自無(wú)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(dòng)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(shí)技術(shù)的逐漸成熟，市場(chǎng)內(nèi)在需求的不斷涌動(dòng)，有些省市適時(shí)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(dòng)物電子標(biāo)識(shí)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合ISO11784中的國(guó)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(dòng)物電子標(biāo)識(shí)（射頻識(shí)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(shí)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(guó)的行政區(qū)劃代碼和動(dòng)物的64位二進(jìn)制編碼相結(jié)合進(jìn)行了實(shí)例化。

在企業(yè)內(nèi)部標(biāo)識(shí)的解決方案方面，國(guó)內(nèi)北大荒牛業(yè)有限公司及陽(yáng)信億利源清真肉類(lèi)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(hào)令為基礎(chǔ)，提出了標(biāo)識(shí)肉�；铙w的企業(yè)編碼規(guī)則，即對(duì)67號(hào)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(gòu)入的肉牛順序編號(hào)[17]。對(duì)肉牛個(gè)體編碼規(guī)則的修改，使養(yǎng)殖企業(yè)對(duì)動(dòng)物個(gè)體具有自行編碼權(quán)，無(wú)需去申請(qǐng)，對(duì)責(zé)任主體的追究便利，實(shí)際使

用效果較好。在中國(guó)臺(tái)灣省，開(kāi)發(fā)家畜電子耳標(biāo)的企業(yè)是臺(tái)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(shí)豬舍及豬個(gè)體的不同而有明顯的區(qū)別（圖3，圖4），識(shí)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(guó)內(nèi)外家畜個(gè)體的編碼與標(biāo)識(shí)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(shí)，才能采集標(biāo)識(shí)對(duì)象的數(shù)據(jù)，并需要在合理的時(shí)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(kù)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(gè)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(lèi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 1.2.1 家畜個(gè)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(gè)體數(shù)據(jù)采集方案。該方案通過(guò)在指定生產(chǎn)的識(shí)讀器中嵌入數(shù)據(jù)采集的模塊及通訊SIM卡，實(shí)現(xiàn)了家畜個(gè)體耳標(biāo)的識(shí)別、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊惑w化。在識(shí)讀器識(shí)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(shí)讀器中，或者通過(guò)無(wú)線GPRS通訊技術(shù)上傳至

240

農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2015年

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器中分類(lèi)保存。指定的識(shí)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(tái)開(kāi)發(fā)，后者采用Linux系統(tǒng)開(kāi)發(fā)（圖5）。

a. 基于Windows Mobileb. 基于Linux系統(tǒng)

c. 二維耳標(biāo) 平臺(tái)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(shí)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(shí)讀器，具有對(duì)耳標(biāo)的識(shí)別、數(shù)據(jù)采集、貯存與數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ�。�?dāng)有GPRS無(wú)線信號(hào)時(shí)，采集的數(shù)據(jù)可直接上傳到農(nóng)業(yè)部動(dòng)物疫病溯源數(shù)據(jù)庫(kù)中。否則，將采集的數(shù)據(jù)暫存于IC卡中，有GPRS信號(hào)時(shí)，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(dòng)與身份驗(yàn)證時(shí)間長(zhǎng)，在有些偏遠(yuǎn)的養(yǎng)殖區(qū)域傳輸速率慢，信號(hào)盲區(qū)多，即使采用具有3G/4G的無(wú)線公用網(wǎng)絡(luò)，如此頻繁地采集與傳輸數(shù)據(jù)，也會(huì)遇到速率瓶頸問(wèn)題和通訊資費(fèi)較高的問(wèn)題。當(dāng)然，隨著國(guó)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(wèn)題會(huì)逐步得到緩解甚至不成問(wèn)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(yíng)造養(yǎng)殖動(dòng)物的舒適環(huán)境，滿(mǎn)足動(dòng)物的福利、動(dòng)物的生理及生產(chǎn)需求，需要?jiǎng)討B(tài)監(jiān)測(cè)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(dòng)態(tài)控制提供參數(shù)。為此，國(guó)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(dòng)通訊技術(shù)融合起來(lái)，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(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所聯(lián)合無(wú)錫富華科技責(zé)任有限公司，研究開(kāi)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(duì)連續(xù)變化的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)首先通過(guò)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(hù)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(cè)的數(shù)據(jù)及預(yù)設(shè)的環(huán)境參數(shù)閾值，提醒用戶(hù)調(diào)控相應(yīng)的控制設(shè)備，如水簾、電暖、風(fēng)機(jī)的開(kāi)啟與關(guān)閉等。圖6顯示了手機(jī)客戶(hù)端的處理結(jié)果。特別地，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，需要事先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制開(kāi)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(cè)記錄

b. 大氣濕度監(jiān)測(cè)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(dòng)手機(jī)家畜場(chǎng)環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)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(guó)最大的家畜養(yǎng)殖企業(yè)——溫氏集團(tuán)，率先開(kāi)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(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、家畜體征與行為監(jiān)測(cè)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(hù)及加工廠的重要位點(diǎn)部署視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控，自動(dòng)感知與收集主要位點(diǎn)的傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)，如溫度、濕度、空氣質(zhì)量、水質(zhì)、冷庫(kù)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(guò)點(diǎn)擊鼠標(biāo)，或查看歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表及視頻等，可獲得相應(yīng)養(yǎng)殖戶(hù)或工廠的各項(xiàng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，快速地提供與當(dāng)前關(guān)注問(wèn)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(lèi)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(cè)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的核心不僅僅是實(shí)時(shí)獲得環(huán)境監(jiān)測(cè)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，更重要的通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，獲得對(duì)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(shí)施家畜的精細(xì)飼喂，必須是以家畜個(gè)體為單元，因此需要按個(gè)體采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)具有差異性的個(gè)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(guò)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(guó)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(tái)

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(tái)

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(gè)國(guó)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(gè)地區(qū)甚至一個(gè)國(guó)家的價(jià)格指數(shù)[20-21]。近些年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外在電子母豬飼喂站（electronic sow feeding，ESF）的升級(jí)換代上取得了突破性進(jìn)展，其目的是通過(guò)智能化的數(shù)字控制，滿(mǎn)足母豬不同個(gè)體的生理變化及營(yíng)養(yǎng)需求的動(dòng)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(gè)層面，因此可稱(chēng)為母豬精準(zhǔn)飼喂物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

在國(guó)內(nèi)，從事母豬ESF研究的企業(yè)主要有河南河順自動(dòng)化設(shè)備公司、河南南商農(nóng)牧科技責(zé)任公司等。他們?cè)谠O(shè)備的研究與制造方面，實(shí)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(guó)母豬飼養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的國(guó)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(guó)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(bào)及獲得發(fā)明專(zhuān)利及實(shí)用新型專(zhuān)利近10項(xiàng)，計(jì)算機(jī)軟件登記3項(xiàng)。

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(mén)采用傳感器與電動(dòng)門(mén)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(guò)上位計(jì)算機(jī)顯示其歷史檔案，決定飼喂的頻率與數(shù)量，實(shí)施具有閾值

設(shè)定下的自動(dòng)飼喂，實(shí)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(wú)人控制下按母豬個(gè)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(dòng)飼喂器，該飼喂站也通過(guò)采集母豬個(gè)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(jì)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(guò)中央控制器或移動(dòng)智能終端控制飼喂次數(shù)、投放時(shí)間點(diǎn)及每次飼喂量，實(shí)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(guò)手機(jī)端可以實(shí)時(shí)查看每頭母豬的實(shí)際采食數(shù)據(jù)，并對(duì)每頭母豬的飼喂程序進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)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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