種鵝個體產(chǎn)蛋性能的監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析§

孫愛東1 尹 令2 房能沛2 施振旦1 向振強(qiáng)3

(1江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食品質(zhì)量安全與檢測研究所，南京，210014；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，廣州，510642； 3.清新金羽豐鵝業(yè)有限公司，廣東清遠(yuǎn)，511875)

長期以來我國養(yǎng)鵝業(yè)的發(fā)展一直遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他家禽(如雞和鴨)業(yè),這主要是受到鵝的行為和生理特性的制約,其中包括生殖活動。相對于其他家禽,鵝的產(chǎn)蛋性能較低[1]：涼山鋼鵝、四川白鵝、川涼鵝3個品種的年平均產(chǎn)蛋數(shù)分別29±2、45±3和50±6[2]；揚(yáng)州鵝入舍母鵝平均產(chǎn)蛋數(shù)為60～70枚[3]；馬崗鵝平均產(chǎn)蛋數(shù)為40枚左右。另一方面由于鵝為群體養(yǎng)殖，一直缺乏高效選擇高產(chǎn)鵝的育種手段，種鵝產(chǎn)蛋性能參差不齊。蔡來長等采用每日4：00將馬崗母鵝捉入產(chǎn)蛋箱，9：00將母鵝放出、撿蛋并進(jìn)行產(chǎn)蛋記錄，發(fā)現(xiàn)個體母鵝最高產(chǎn)蛋達(dá)78個，個體產(chǎn)蛋40個以上的占50%以上；個體母鵝產(chǎn)蛋最少者只有7個，高產(chǎn)與低產(chǎn)者相差為10倍，個體母鵝年產(chǎn)蛋達(dá)不到30個的約占群體20%，說明未選種的馬崗鵝產(chǎn)蛋性能差異較大[4]。傳統(tǒng)的個體產(chǎn)蛋記錄方式，如小群分欄飼養(yǎng)、產(chǎn)蛋箱，方法有效但較耗人力，且每天需驚動母鵝。鵝聽覺靈敏，警覺性較強(qiáng)，不宜頻繁受驚嚇，需要相對安靜的環(huán)境，尤其是產(chǎn)蛋母鵝。對于大群體養(yǎng)殖方式，更加難以甄別種鵝個體的產(chǎn)蛋性能。

無線射頻識別技術(shù)（RadioFrequencyIdentification，RFID），是一種利用無線通信實現(xiàn)非接觸式自動識別技術(shù)，通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別無需人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通訊等技術(shù)相結(jié)合，可實現(xiàn)全球范圍內(nèi)物品跟蹤與信息共享。作為RFID技術(shù)應(yīng)用研究的新興領(lǐng)域，動物、家禽方面的研究主要集中在產(chǎn)品的溯源、飼養(yǎng)管理和疫情防控上[5-7]。

本文針對種鵝繁殖性能較低、個體產(chǎn)蛋性能存在較大差異、在群體養(yǎng)殖中難以區(qū)分個體產(chǎn)蛋情況的問題，將試驗?zāi)根Z佩戴RFID電子標(biāo)簽?zāi)_環(huán)，并自動記錄每只母鵝進(jìn)出產(chǎn)蛋房的情況，應(yīng)用統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，快速確認(rèn)每只種鵝的產(chǎn)蛋性能、甄別高產(chǎn)個體。在生產(chǎn)上及時剔除低產(chǎn)鵝，節(jié)省飼養(yǎng)成本，提高養(yǎng)殖收益。

1 材料與方法

1.1 試驗種鵝

已飼養(yǎng)3年的800只馬崗鵝，其中母鵝685只，公鵝115只。所有母鵝佩戴符合畜牧業(yè)國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11784/11785） 的 RFID電子腳環(huán)。如圖1所示，使用尼龍軋帶將腳環(huán)固定在腿部。

1.2 試驗時間

2009年 9月 1日至2009年11月15日，共11周。

1.3 飼養(yǎng)管理

開放式群養(yǎng)，鵝圈養(yǎng)區(qū)里有產(chǎn)蛋房、運(yùn)動場和水塘活動場，產(chǎn)蛋房內(nèi)鋪上柔軟的墊草。如圖2所示。

1.4 產(chǎn)蛋房通道設(shè)計

圖1 RFID電子腳環(huán)及佩戴腳環(huán)的母鵝

圖2 鵝舍及產(chǎn)蛋房

圖3 產(chǎn)蛋房改造后形成的通道及監(jiān)控系統(tǒng)

圖4 產(chǎn)蛋房通道設(shè)計圖

對鵝棚內(nèi)的產(chǎn)蛋房進(jìn)行改造，如圖3所示。在唯一的出入口處安裝由2個RFID射頻讀寫器和一個過道構(gòu)成的通道式射頻信號區(qū)。產(chǎn)蛋房過道兩邊的柵欄用寬20cm、長190cm的木板支架塑料網(wǎng)架設(shè)而成，形成的過道寬30cm，長190cm。2個射頻讀寫器埋放在過道兩端靠內(nèi)側(cè)約20cm處，2個射頻讀寫器保持一定距離，恰好避免讀寫器間的信號干擾。這2個射頻讀寫器調(diào)試好距離后可形成一個通道式射頻信號區(qū)，并分出產(chǎn)蛋房內(nèi)、過道和產(chǎn)蛋房外3個區(qū)域。使用雙射頻RFID讀卡系統(tǒng)形成的一個通道式射頻信號區(qū)，可有效地確定鵝的進(jìn)出產(chǎn)蛋房的方向和記錄鵝的標(biāo)簽號、進(jìn)出時間等。

如圖4所示，2個RFID射頻讀寫器為天線和讀寫模塊一體機(jī)，讀寫器與下位機(jī)相連。當(dāng)佩戴電子腳環(huán)的種鵝經(jīng)過通道進(jìn)出產(chǎn)蛋房時，讀寫器對每只種鵝進(jìn)行身份標(biāo)識,并由下位機(jī)存儲標(biāo)簽ID號、日期時間及讀卡器編號。上位機(jī)通過TCP/IP接口與下位機(jī)通訊，可以實時或定時從下位機(jī)中回收數(shù)據(jù)并將下位機(jī)的數(shù)據(jù)刪除。在回收數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫。

圖5 種鵝進(jìn)出通道式射頻信號區(qū)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

鵝棚安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)，全天候監(jiān)視整個產(chǎn)蛋房及通道，如圖5所示。每天許多種鵝經(jīng)由過道進(jìn)出產(chǎn)蛋房，有產(chǎn)蛋的、熟悉環(huán)境的、偶然闖入的等，非產(chǎn)蛋的鵝多半會被產(chǎn)蛋或者抱窩的母鵝趕出產(chǎn)蛋房，或者逗留一會兒就離開，相對于正產(chǎn)蛋的或者抱窩的母鵝停留在產(chǎn)蛋房的時間短得多。從視頻監(jiān)控里觀察到種鵝進(jìn)出通道式射頻信號區(qū)的行為有：徑直進(jìn)入或者出去產(chǎn)蛋房、在1號感應(yīng)區(qū)附近逗留未進(jìn)入產(chǎn)蛋房、在過道內(nèi)來回走動、在2號感應(yīng)區(qū)附近逗留未出去產(chǎn)蛋房，等等。如何有效地描述上述種鵝進(jìn)出通道式射頻信號區(qū)的所有行為、停留區(qū)域和記錄種鵝逗留在產(chǎn)蛋房的具體時間？狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖很好地解決了這個問題，它為大規(guī)模和復(fù)雜的系統(tǒng)提供了有效設(shè)計高可靠性系統(tǒng)的形式化的規(guī)格描述方法[8]。根據(jù)上述理論畫出了如圖5所示的種鵝進(jìn)出通道式射頻信號區(qū)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。該對稱狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖使用不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系以及觸發(fā)這些狀態(tài)需要的條件來描述種鵝進(jìn)出過道以及產(chǎn)蛋房的所有可能出現(xiàn)的情況，并標(biāo)明了進(jìn)入何種狀態(tài)時種鵝停留在哪個區(qū)域：產(chǎn)蛋房內(nèi)、過道，還是產(chǎn)蛋房外。

圖5一共存在10個狀態(tài)，下面逐一分析：(1)狀態(tài)a：鵝的最初開始或開產(chǎn)狀態(tài)；(2)狀態(tài)b：鵝從產(chǎn)蛋房外進(jìn)入1號感應(yīng)區(qū)；(3)狀態(tài)c：鵝從產(chǎn)蛋房外進(jìn)入2號感應(yīng)區(qū)；(4)狀態(tài)d：鵝從產(chǎn)蛋房內(nèi)進(jìn)入2號感應(yīng)區(qū)；(5)狀態(tài)e：鵝從產(chǎn)蛋房內(nèi)進(jìn)入1號感應(yīng)區(qū)；(6)狀態(tài)f：鵝在1號感應(yīng)區(qū)附近徘徊；(7)狀態(tài)g：鵝在過道內(nèi)觸碰2號感應(yīng)區(qū)未進(jìn)入產(chǎn)蛋房，往外徘徊；(8)狀態(tài)h：鵝在2號感應(yīng)區(qū)附近徘徊；(9)狀態(tài)i：鵝在過道內(nèi)觸碰1號感應(yīng)區(qū)未出去產(chǎn)蛋房，往內(nèi)徘徊；(10)狀態(tài)j：連續(xù)產(chǎn)蛋周期結(jié)束、抱窩被隔離或被淘汰狀態(tài)。

觸發(fā)上述10個狀態(tài)需要的條件有：(1)條件1：鵝感應(yīng)了1號射頻讀寫器，下位機(jī)記錄和存儲其電子標(biāo)簽號、感應(yīng)時間；(2)條件2：鵝感應(yīng)了2號射頻讀寫器，下位機(jī)記錄和存儲其電子標(biāo)簽號、感應(yīng)時間；(3)條件3：鵝在連續(xù)產(chǎn)蛋周期結(jié)束后較長時間內(nèi)不再進(jìn)入產(chǎn)蛋房、抱窩被人工隔離或被人工淘汰等外力作用。

鵝停留的區(qū)域有：外（產(chǎn)蛋房外）、過（過道）、內(nèi)（產(chǎn)蛋房內(nèi)）。

從圖5可看出，僅有進(jìn)入狀態(tài)d、h前，鵝在產(chǎn)蛋房內(nèi)逗留，逗留時長為與前一狀態(tài)的時間差；而狀態(tài)d、h是連續(xù)感應(yīng)2號射頻讀寫器后進(jìn)入的狀態(tài)，因此連續(xù)感應(yīng)2號射頻讀寫器之間的時間差，為鵝在產(chǎn)蛋房內(nèi)的逗留時長。反之，連續(xù)感應(yīng)1號射頻讀寫器之間的時間差為鵝在產(chǎn)蛋房外的逗留時長；接連感應(yīng)1號、2號或者2號、1號射頻讀寫器之間的時間差為鵝穿過通道的時長。

單從連續(xù)感應(yīng)2次射頻讀寫器的順序號來看，共有連續(xù)2號、連續(xù)1號、1號到2號、2號到1號4種情況，已窮舉再無其他情況。根據(jù)上述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖結(jié)論，這4種情況能毫無歧義地對應(yīng)種鵝的逗留區(qū)域及逗留時長：連續(xù)2號對應(yīng)鵝在產(chǎn)蛋房內(nèi)、兩信號的時間間隔差即為鵝停留在產(chǎn)蛋房內(nèi)的時長；連續(xù)1號對應(yīng)鵝在產(chǎn)蛋房外及逗留時長；1號到2號和2號到1號都對應(yīng)鵝在過道及在過道的逗留時長，區(qū)別是往進(jìn)出方向，1號到2號是往進(jìn)去的方向，而2號到1號是往出的方向。這說明產(chǎn)

蛋房通道設(shè)計是合理有效的，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖完備地演算出了如何確定鵝的進(jìn)出方向、停留區(qū)域及停留時長，為后臺的監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析提供了理論支撐。

1.5 產(chǎn)蛋性能的監(jiān)測與記錄

當(dāng)戴有RFID腳環(huán)的母鵝由過道進(jìn)入或離開產(chǎn)蛋房時，讀寫器和下位機(jī)對每只母鵝進(jìn)行身份識別和進(jìn)出記錄，并傳到后臺監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行分析處理并存儲到數(shù)據(jù)庫，同時依據(jù)雙射頻讀寫器讀取同一只鵝信號的時間次序和上述狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖結(jié)論來區(qū)分種鵝在產(chǎn)蛋房的進(jìn)出狀態(tài)，并以此計算種鵝停留在產(chǎn)蛋房的時間，然后利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的模糊數(shù)學(xué)分析對存儲在數(shù)據(jù)庫的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷某只種鵝是否產(chǎn)蛋，建立種鵝產(chǎn)蛋行為模型和高產(chǎn)種鵝甄別模型，遴選出產(chǎn)蛋率高的鵝只，從而便于優(yōu)質(zhì)種鵝的集中管理、配種和基因優(yōu)化。

2 結(jié)果與分析

2.1 種鵝產(chǎn)蛋與抱窩概率隸屬度函數(shù)

種鵝在產(chǎn)蛋房內(nèi)逗留與否和逗留時長在時域上是一些離散的事件和時間段，是概率型的，適用于模糊數(shù)學(xué)分析。經(jīng)資深飼養(yǎng)員、行業(yè)專家和實際經(jīng)驗數(shù)據(jù)評定，不同產(chǎn)齡的種鵝的產(chǎn)蛋及抱窩概率隸屬度函數(shù)有細(xì)微差別，不同品種的種鵝的產(chǎn)蛋及抱窩概率隸屬度函數(shù)亦存在差別（如馬崗鵝和烏鬃鵝），本文試驗研究的馬崗鵝的產(chǎn)蛋概率隸屬度函數(shù)圖如圖6所示。

圖6 產(chǎn)蛋概率隸屬度函數(shù)圖

圖7 抱窩概率隸屬度函數(shù)圖

表1 種鵝各種待窩時長的產(chǎn)蛋情況統(tǒng)計

種鵝平均產(chǎn)6枚蛋后，有準(zhǔn)備就巢抱窩（孵蛋）的行為傾向，或長時間停留在產(chǎn)蛋房內(nèi)銜草抱窩，或多次進(jìn)入產(chǎn)蛋房里待窩。種鵝的就巢性存在個體性差異，高產(chǎn)鵝就巢性比低產(chǎn)鵝弱，表現(xiàn)為連續(xù)產(chǎn)蛋量多和連續(xù)產(chǎn)蛋周期長，2個連續(xù)產(chǎn)蛋周期的時間間隔短。就巢性會降低產(chǎn)蛋性能，因此在后臺監(jiān)測系統(tǒng)檢測出種鵝具有抱窩傾向時，發(fā)出警報讓飼養(yǎng)員及時給就巢母鵝做醒抱處理，縮短其就巢周期，延長產(chǎn)蛋周期，提高產(chǎn)蛋量。本文試驗研究的馬崗鵝的抱窩概率隸屬度函數(shù)圖如圖7所示。

2.2 種鵝產(chǎn)蛋群體性規(guī)律

在試驗時間內(nèi)，試驗種鵝實際總產(chǎn)蛋量共9231枚，平均每只母鵝產(chǎn)13.48枚蛋。而后臺種鵝產(chǎn)蛋性能監(jiān)測系統(tǒng)挖掘出的總產(chǎn)蛋量為9178枚，誤差率為0.57%。造成誤差的原因有：較少數(shù)母鵝將蛋產(chǎn)在產(chǎn)蛋房外；種鵝被驅(qū)趕急速通過雙射頻通道區(qū)時出現(xiàn)漏讀或錯讀；硬件性能不穩(wěn)定或短暫掉電等非特定硬件故障；較少數(shù)種鵝的電子標(biāo)簽失效；數(shù)據(jù)挖掘算法的精確程度等。后臺產(chǎn)蛋性能監(jiān)測系統(tǒng)對種鵝的各種待窩時長的產(chǎn)蛋情況做了分析和統(tǒng)計，見表1。

從表1可看出，絕大部分待窩時長為0～3分鐘的種鵝是非產(chǎn)蛋的鵝，多半被產(chǎn)蛋或者抱窩的母鵝趕出產(chǎn)蛋房，或者逗留一會兒就離開。有大半數(shù)母鵝在待窩時長15分鐘到90分鐘內(nèi)產(chǎn)蛋。母鵝產(chǎn)蛋的時間大多數(shù)集中在下半夜至9：00。種鵝各種待窩時長的產(chǎn)蛋情況見圖8。

圖8 種鵝各種待窩時長的產(chǎn)蛋情況

圖9 不同產(chǎn)蛋量的鵝總數(shù)分布

馬崗鵝的個體產(chǎn)蛋性能具有差異性。為了便于優(yōu)質(zhì)種鵝的育種，后臺產(chǎn)蛋性能監(jiān)測系統(tǒng)對每只種鵝的產(chǎn)蛋量進(jìn)行了記錄和分析，綜合就巢性、產(chǎn)蛋規(guī)律、連續(xù)產(chǎn)蛋周期次數(shù)及受精率高低等來甄別高產(chǎn)種鵝，并適當(dāng)淘汰產(chǎn)蛋量少的種鵝，留下高產(chǎn)的種鵝，提高生產(chǎn)率。圖9是不同產(chǎn)蛋量的鵝總數(shù)分布，該分布呈近似正態(tài)分布，產(chǎn)蛋量較少和較多的種鵝占少數(shù)，產(chǎn)蛋量一般的種鵝占多數(shù)，從總體上可看出該群種鵝的高產(chǎn)鵝比例和低產(chǎn)鵝比例，為大規(guī)模群體選留種鵝進(jìn)行優(yōu)化育種提供了詳實的數(shù)據(jù)和依據(jù)。

2.3 種鵝產(chǎn)蛋個體性規(guī)律

圖10 標(biāo)簽號06257541的種鵝的產(chǎn)蛋行為情況

圖11 標(biāo)簽號06257228的種鵝的產(chǎn)蛋行為情況

種鵝在產(chǎn)蛋房內(nèi)是否逗留、是否產(chǎn)蛋和逗留時間長短在時域上是一些離散的事件和時間段，也隱含了個體種鵝的產(chǎn)蛋規(guī)律和就巢性規(guī)律。后臺產(chǎn)蛋性能監(jiān)測系統(tǒng)對每只種鵝個體的產(chǎn)蛋規(guī)律進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘。下面分別隨機(jī)抽樣產(chǎn)蛋量一般的（圖10）和高產(chǎn)的（圖11）種鵝進(jìn)行討論。

圖10標(biāo)簽號06257541的種鵝，從9月15日到9月25日進(jìn)入就巢期，被人工進(jìn)行了醒抱處理，就巢期長達(dá)23天，這說明產(chǎn)蛋量不高的就巢期相對長些。之后從10月10日到10月28日這18天，幾乎每隔2～3天進(jìn)窩產(chǎn)蛋。

圖11標(biāo)簽號06257228的種鵝，在此次試驗階段產(chǎn)蛋量較多，共產(chǎn)29枚蛋。該種鵝從9月21日到11月3日，幾乎每隔1天頻繁進(jìn)入產(chǎn)蛋房，隔1～2天產(chǎn)蛋1次。該鵝的就巢期相對較短，此次試驗階段出現(xiàn)的就巢期為15天，這說明產(chǎn)蛋量高的就巢期相對短些，反之亦然。因此，在種鵝選育中，應(yīng)選擇就巢期短、就巢次數(shù)少和產(chǎn)蛋量較高的個體進(jìn)行育種，可降低種鵝群體的平均就巢期，提高群體產(chǎn)蛋量。

3 討論

通過比較各種現(xiàn)有的判斷種鵝產(chǎn)蛋與否及產(chǎn)蛋性能方法的優(yōu)劣，我們提出了利用RFID技術(shù)自動探測種鵝在無應(yīng)激狀態(tài)下自由進(jìn)出產(chǎn)蛋窩的行為數(shù)據(jù)，然后通過數(shù)據(jù)挖掘、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，識別與判斷種鵝個體產(chǎn)蛋行為，設(shè)計并實現(xiàn)了種鵝個體產(chǎn)蛋性能監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)在群體飼養(yǎng)的種鵝中，能夠根據(jù)種鵝進(jìn)出產(chǎn)蛋房的次數(shù)、停留時間、進(jìn)出產(chǎn)蛋房的規(guī)律性數(shù)據(jù)，快速甄別不產(chǎn)蛋或產(chǎn)臟蛋（產(chǎn)蛋房外）的種鵝，及時對低產(chǎn)或休產(chǎn)鵝進(jìn)行淘汰或隔離，從而改革以往耗時費(fèi)力、易產(chǎn)生應(yīng)激和干擾種鵝產(chǎn)蛋的人工監(jiān)測工作。該方法對于優(yōu)化群養(yǎng)種鵝的管理，提高群體養(yǎng)殖生產(chǎn)性能，節(jié)省種鵝飼養(yǎng)成本，具有很好的實踐應(yīng)用價值和意義。利用個體產(chǎn)蛋的自動監(jiān)測記錄方法，精準(zhǔn)確定種鵝的產(chǎn)蛋性能，可以應(yīng)用于種鵝產(chǎn)蛋性能的選育，促進(jìn)提高鵝產(chǎn)蛋性能的育種工作。該工作還可以推廣到其他群養(yǎng)家禽的產(chǎn)蛋性能選育技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用，同時對農(nóng)業(yè)信息化應(yīng)用的發(fā)展具有良好的示范意義。

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