基于PDA奶牛管理信息服務(wù)平臺(tái)的研究與實(shí)現(xiàn)

魏曉莉，戚國(guó)強(qiáng)，沈維政，秦續(xù)言

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030）

目前，奶牛生產(chǎn)管理軟件對(duì)于大多數(shù)奶牛場(chǎng)來(lái)說(shuō)還是一個(gè)新事物，或者還僅僅處于嘗試階段[1]。并且?guī)缀跛械墓芾碥浖蛯＜蚁到y(tǒng)基本上都是基于PC機(jī)，不方便帶到牧場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)與管理，而我國(guó)許多農(nóng)村還不富裕，奶農(nóng)難以承受PC機(jī)和筆記本電腦的價(jià)格，所以基于PC平臺(tái)的各種系統(tǒng)在農(nóng)村很難進(jìn)行推廣；其次，由于我國(guó)廣大農(nóng)村嚴(yán)重缺乏高層次奶業(yè)領(lǐng)域?qū)＜液涂萍既藛T，奶農(nóng)文化程度低，且通訊手段不完善，飼養(yǎng)環(huán)境與管理技術(shù)差異性比較大。本研究的目的是設(shè)計(jì)出一種適合于現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)辦公使用的基于PDA便攜式奶牛管理信息服務(wù)平臺(tái)，將奶牛管理信息系統(tǒng)與嵌入式PDA技術(shù)相結(jié)合，充分彌補(bǔ)基于PC機(jī)平臺(tái)下的奶牛管理系統(tǒng)只局限于室內(nèi)和筆記本價(jià)格昂貴攜帶不便的弊端，本系統(tǒng)攜帶方便、價(jià)格低廉、觸摸操作、尤其對(duì)信息采集、檢索備份采用一鍵式服務(wù)模式，滿足我國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣簡(jiǎn)單實(shí)用的要求，有利于解決我國(guó)信息化“最后一公里”問(wèn)題[2]。

1 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮以往基于PDA的各種專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)采用優(yōu)化的C/S（Client/Server）模式開(kāi)發(fā)，即“瘦客戶機(jī)/胖服務(wù)器”模式。在這種模式中，客戶端只提供GUI顯示，以及生成SQL命令；服務(wù)器端把處理邏輯以普通的存儲(chǔ)過(guò)程和觸發(fā)器的形式綁定到服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫(kù)中[3]。從而大大簡(jiǎn)化了客戶端的負(fù)荷，提高了運(yùn)行效率。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

基于PDA的奶牛管理信息服務(wù)平臺(tái)的功能大體可分為四部分：數(shù)據(jù)管理、信息檢索、信息決策、信息咨詢四部分。

數(shù)據(jù)管理部分實(shí)現(xiàn)了基于PDA的奶牛管理信息服務(wù)平臺(tái)所有信息的管理，包括用戶管理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、知識(shí)庫(kù)管理、模型庫(kù)管理、奶農(nóng)咨詢信息管理，并能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)置和系統(tǒng)服務(wù)設(shè)置，保證系統(tǒng)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)通暢。信息檢索、信息決策、信息咨詢?nèi)蠊δ苁潜鞠到y(tǒng)的主要功能，實(shí)現(xiàn)了飼養(yǎng)管理、生產(chǎn)性能管理、育種管理和品種改良等功能。系統(tǒng)總體功能如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.1 System structure design

圖2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)Fig.2 System function chart

2 系統(tǒng)主要模塊的實(shí)現(xiàn)

2.1 SQL Compact遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存取模塊

終端PDA與后臺(tái)服務(wù)器通過(guò)數(shù)據(jù)同步通信來(lái)完成奶牛基本信息存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)提取。本系統(tǒng)用到的數(shù)據(jù)同步通信技術(shù)為合并復(fù)制與RDA遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問(wèn)。

①合并復(fù)制

合并復(fù)制的基本工作機(jī)制是：在服務(wù)器端創(chuàng)建發(fā)布，由SQL Server快照代理為發(fā)布的表格及其他數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象創(chuàng)建快照；客戶端創(chuàng)建訂閱；之后SQL Server合并代理就會(huì)將快照中的內(nèi)容應(yīng)用到客戶端，并在以后自動(dòng)檢測(cè)服務(wù)器端和客戶端的數(shù)據(jù)變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步更新。

②RDA遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問(wèn)

RDA（Remote Data Access）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問(wèn)是在SQL Compact數(shù)據(jù)庫(kù)與SQL Server之間交換數(shù)據(jù)的另一種選擇，這也是本系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的主要方法。RDA編程的核心是SqlCeRemoteDataAccess對(duì)象。和SqlCeReplication對(duì)象類(lèi)似，該對(duì)象也必須連接SQL Compact Server agent之后才能工作[4]。下面給出初始化和設(shè)置SqlCeRemoteDataAcess對(duì)象的示例代碼：

2.2 近交系數(shù)模塊的實(shí)現(xiàn)

有親緣的公、母牛之間進(jìn)行交配，在奶牛育種中會(huì)出現(xiàn)近交退化現(xiàn)象：即生活方式下降、體質(zhì)變?nèi)?、?duì)環(huán)境的適應(yīng)性和抗病力降低、體型偏細(xì)和發(fā)育不良，容易發(fā)生死胎、流產(chǎn)或胎兒畸形，泌乳量下降以及飼料利用率降低等。所以在奶牛育種中應(yīng)避免無(wú)目的近親交配。

近交系數(shù)，表示由近親交配而個(gè)體基因純合程度的數(shù)量指標(biāo)，其定義是個(gè)體的等位基因來(lái)自共同的祖先基因的概率。根據(jù)通徑分析理論，近交系數(shù)表示為Fx，

其計(jì)算公式表示為：

其中，F(xiàn)A為共同祖先A的近交系數(shù)；N為兩個(gè)親本分別到共同祖先A的世代數(shù)之和。

但是此式不適合復(fù)雜系譜的運(yùn)算。于是1949年Emik等提出親緣協(xié)方差法計(jì)算近交系數(shù)簡(jiǎn)化算法[5]：

其中，COVXX為個(gè)體x的自身親緣協(xié)方差。至此，我們可以根據(jù)上述公式來(lái)對(duì)奶牛的近交系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)近交系數(shù)從小到大對(duì)奶牛編號(hào)進(jìn)行排列，為育種選配提供條件。

毫無(wú)疑問(wèn)，好教師是好學(xué)校的堅(jiān)強(qiáng)柱石。馮耀堂老師在番禺沙灣鎮(zhèn)中心小學(xué)任教已經(jīng)17年了，他主導(dǎo)創(chuàng)辦了蒲公英版畫(huà)社，并主動(dòng)擔(dān)任專業(yè)技能扎實(shí)但缺乏教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的新教師賴國(guó)華的師傅，一當(dāng)便是9年。

假設(shè)一頭奶牛的通徑系譜如圖3所示，計(jì)算其近交系數(shù)。

圖3 11個(gè)個(gè)體的牛群通徑系譜Fig.3 Herd latus rectum genealogical record

可以看出，共同祖先21號(hào)的通徑只有11-21-30一條，共同祖先60號(hào)的通徑有三條：

各類(lèi)近交所生女子的近交洗漱分別為親子0.25、全同胞0.25、半同胞0.125，祖孫0.125，叔侄0.125，堂兄妹0.0625，半叔侄0.0625，曾祖孫0.0625。其中21號(hào)為半同胞交配所生的后代，各類(lèi)近交所生子女的近交系數(shù)分別為親子0.25，全同胞0.25， 半同胞0.125，祖孫0.125，叔侄0.125，堂兄妹0.0625，半叔侄0.0625，曾祖孫0.0625，其近交系數(shù)為：0.125。

因此，12號(hào)的近交系數(shù)為：

程序?qū)崨r計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

實(shí)踐證明，把近交系數(shù)控制在12.5%～6.25%之間進(jìn)行合理的選配，選種所取得的效果比較好。因此12號(hào)奶牛符合實(shí)際選配范圍。

2.3 奶牛生產(chǎn)性能管理模塊

奶牛生產(chǎn)性能記錄是奶牛場(chǎng)最重要的管理工具。奶牛性能最主要的目的就是為奶農(nóng)提供每頭母牛詳細(xì)的資料。根據(jù)這些資料制定日常管理計(jì)劃，指導(dǎo)奶牛的飼養(yǎng)、配種、干奶和淘汰，必要時(shí)進(jìn)行獸醫(yī)治療。生產(chǎn)性能記錄對(duì)評(píng)估一個(gè)奶牛

圖4 近交系數(shù)計(jì)算模塊Fig.4 Inbreeding coefficient computation

2.4 遺傳改良模塊的實(shí)現(xiàn)

圖5 生產(chǎn)性能記錄運(yùn)行界面Fig.5 Performance record interface

圖6 奶牛選種選育的處理流程設(shè)計(jì)Fig.6 Flow of breed selection

選出近交系數(shù)最小，預(yù)增奶量最高的部分種公牛，即在乳脂率為0.3，乳蛋白為0.1的條件下根據(jù)如下公式對(duì)選配結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)：

女兒凈增產(chǎn)奶量＝（[奶?；A(chǔ)值]+PTAM+[與配母牛產(chǎn)奶量]）/2-[與配母牛產(chǎn)奶量]

其中，PTAM為公牛產(chǎn)奶量育種值。

由此我們可以根據(jù)女兒凈增產(chǎn)奶量得到最佳個(gè)體選配種公牛，來(lái)進(jìn)行育種的智能選配，防止近交，達(dá)到加快主要性狀改良的遺傳進(jìn)展。

3 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果

系統(tǒng)客戶端現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行界面如下見(jiàn)圖7。

圖7 系統(tǒng)部分界面Fig.7 System partial interface

4 結(jié)論與展望

本文介紹了基于PDA奶牛管理信息服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程，功能開(kāi)發(fā)相對(duì)比較完整，通過(guò)實(shí)現(xiàn)終端PDA與PC機(jī)服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)同步通信，達(dá)到基本奶牛信息管理功能。雖然我們已研發(fā)出了PDA奶牛信息管理設(shè)備，開(kāi)發(fā)了基于PDA多用戶交流平臺(tái)，但系統(tǒng)尚處于產(chǎn)品中試階段，仍然存在一些不夠完善的地方，如在WinCE環(huán)境下系統(tǒng)運(yùn)行不夠穩(wěn)定，當(dāng)數(shù)據(jù)量龐大時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行與傳輸速度比較緩慢等問(wèn)題。當(dāng)然，隨著終端技術(shù)的發(fā)展，這些問(wèn)題在未來(lái)都可以完善。

本研究目前針對(duì)射頻技術(shù)即電子標(biāo)簽遠(yuǎn)程識(shí)別技術(shù)和接入Internet實(shí)現(xiàn)廣域網(wǎng)絡(luò)化正著手研究，但考慮到國(guó)內(nèi)目前技術(shù)水平與價(jià)格等因素都不近理想，實(shí)際應(yīng)用還有待時(shí)機(jī)成熟時(shí)才能對(duì)此功能進(jìn)行擴(kuò)展和改良。

[1]付海涵.奶牛生產(chǎn)管理軟件的研究與開(kāi)發(fā)[D].武漢:華中農(nóng)業(yè)大學(xué),2007.

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[3]鄭宇軍,杜家興.SQL Server+visual C#專業(yè)開(kāi)發(fā)精解[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007.

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[7]閆坤倫,張永根.PDA設(shè)備在奶牛個(gè)體選配中的作用、實(shí)現(xiàn)方法和具體措施[D].哈爾濱:東北農(nóng)業(yè)大學(xué),2008.