基于LabVIEW平臺的蛋雞棲架分布監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

毛濤濤，滕光輝，李志忠，白士寶

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京 100083）

基于LabVIEW平臺的蛋雞棲架分布監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

毛濤濤，滕光輝※，李志忠，白士寶

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京 100083）

蛋雞棲架系統(tǒng)是一種用于提高蛋雞福利水平的新型立體散養(yǎng)系統(tǒng)，其中系統(tǒng)中棲架設(shè)置的位置、數(shù)量及棲桿尺寸是否符合蛋雞需求，仍需要進一步觀察。研究中發(fā)現(xiàn)，目前還沒有好的實時統(tǒng)計棲桿上蛋雞數(shù)量的方法，而常用的人工統(tǒng)計不僅效率低，而且易造成蛋雞應(yīng)激。為此，該文基于實時采集蛋雞在飼養(yǎng)過程中上棲架的頻次、所處位置等數(shù)據(jù)的需求，利用LabVIEW平臺開發(fā)了一套蛋雞棲架分布實時監(jiān)測系統(tǒng)。針對該系統(tǒng)平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計、系統(tǒng)校準(zhǔn)原理與方法、棲桿分布數(shù)據(jù)采集與分析等問題進行了相關(guān)研究。結(jié)果表明：系統(tǒng)運行穩(wěn)定，系統(tǒng)提供的蛋雞分布數(shù)據(jù)與人工識別現(xiàn)場蛋雞分布的數(shù)據(jù)相比，平均準(zhǔn)確率為99%，可為新型棲架離地立體散養(yǎng)系統(tǒng)設(shè)計中的蛋雞棲架布置形式、棲架優(yōu)化等提供數(shù)據(jù)支持。

動物；福利；監(jiān)測；蛋雞；棲架分布；LabVIEW；監(jiān)測系統(tǒng)

毛濤濤，滕光輝，李志忠，白士寶.基于LabVIEW平臺的蛋雞棲架分布監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2016，32（6）：169-174.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.06.023 http://www.tcsae.org

Mao Taotao,Teng Guanghui,Li Zhizhong,Bai Shibao.Design and implementation of laying hens perch distribution monitoring system based on LabVIEW platform[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE）,2016,32(6):169－174.(in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.06.023 http://www. tcsae.org

0 引言

近年來，隨著集約化程度的提高，蛋雞籠養(yǎng)方面存在的種種福利問題對家禽健康和蛋品質(zhì)的影響已日益突出，歐美等國家和地區(qū)已經(jīng)制定了有關(guān)動物福利的法規(guī)，以實現(xiàn)提高畜禽福利水平、降低畜禽應(yīng)激、促進畜禽健康和改善畜禽產(chǎn)品品質(zhì)的目的。關(guān)心畜禽福利，既可提高畜禽生產(chǎn)水平和健康水平，也可保證食品安全和人類健康[1]。

動物福利是指動物的康樂，是動物機體與環(huán)境維持協(xié)調(diào)的關(guān)系[2]。動物行為一定程度反映動物機體對環(huán)境的適應(yīng)情況，是動物福利評價的重要指標(biāo)[3-5]。根據(jù)動物的行為描述動物福利狀況已成為動物福利評價研究的一個重要方面。棲息行為作為蛋雞行為的一種重要表現(xiàn)，是蛋雞對環(huán)境及機體狀態(tài)適應(yīng)性的一種表現(xiàn)，在研究動物福利的過程中通常將其作為一種輔助判斷方法。

在集約化飼養(yǎng)條件下提供棲架，可以增加垂直方向上的空間利用率，降低地面飼養(yǎng)密度，使蛋雞在水平和垂直方向上自由活動，滿足其飛行本能，增加蛋雞的行為圖譜[6-7]、促進蛋雞健康，提高產(chǎn)蛋量[8]，減少發(fā)病率[9]。通常，蛋雞夜間在棲桿上休息[10-12]，白天蛋雞會在棲架上表現(xiàn)趴臥、修飾[13]或者逃避優(yōu)勢同伴[14-15]等行為。棲架系統(tǒng)目前在荷蘭、瑞士等國家應(yīng)用廣泛，不僅可以提供雞只活動的空間和表達自然行為的環(huán)境，而且較好地滿足了雞的福利[16-17]，被認(rèn)為是籠養(yǎng)的一種很好的替代方式。

棲架設(shè)置的位置、數(shù)量及棲桿尺寸是否符合蛋雞需求，需要進一步觀察蛋雞對棲架的利用情況。行為學(xué)研究通過對不同棲架上的蛋雞進行計數(shù)來計算夜間使用率。一些特殊的棲架行為，比如平衡運動，用來研究棲架的合適度，評價蛋雞的棲架設(shè)計是否合理[18]。在實際研究中，目前還沒有很好的統(tǒng)計棲桿上蛋雞數(shù)量的方法，人工統(tǒng)計不僅效率低，而且易造成蛋雞應(yīng)激。如何實現(xiàn)在對蛋雞無應(yīng)激情況下的棲架分布實時監(jiān)測缺乏相關(guān)的研究?；谌斯さ牡半u棲架行為觀察或棲架分布數(shù)量記錄不僅工作量大，而且不能實現(xiàn)連續(xù)、所有棲桿的同步觀察記錄，同時也會對蛋雞的行為造成影響，間接影響到監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。目前，通過機器視覺技術(shù)研究畜禽行為因具有廉價、不間斷、實時、客觀、非侵入式、不打擾畜禽的優(yōu)點，已成為重要的新興研究領(lǐng)域[3]。但是在棲架系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)中棲桿為實現(xiàn)水平和垂直空間的延伸，滿足棲息行為的棲桿設(shè)置通常無法滿足圖像采集的需要，棲桿布置雖在空間上沒有重疊，但不可避免地造成采集圖像的重疊，難以滿足實際分析的需要。因此，在棲架散養(yǎng)系統(tǒng)中監(jiān)測蛋雞在棲架中的分布情況，利用機器視覺技術(shù)實現(xiàn)存在一定的困難。

本文設(shè)計了基于LabVIEW的蛋雞棲架分布監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對蛋雞在立體棲架上的分布狀況實時采集、監(jiān)測及分布規(guī)律的探索。該系統(tǒng)已在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)上莊試驗站（以下簡稱上莊試驗站）的棲架散養(yǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用，完成了對蛋雞棲架分布數(shù)據(jù)的分析監(jiān)測，系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高，運行穩(wěn)定可靠。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 蛋雞棲架散養(yǎng)系統(tǒng)

研究在上莊試驗站南區(qū)新型棲架離地立體散養(yǎng)系統(tǒng)中進行，棲架系統(tǒng)尺寸為18 m×3 m×3.4 m（長×寬×高），分為9個尺寸相同的棲架單元。試驗以北京市華都峪口禽業(yè)有限責(zé)任公司培育的“北京京紅1號”蛋種雞為測試對象，從20周齡開始在棲架系統(tǒng)中飼養(yǎng)，試驗開展在2015年8月26日至2015年9月26日（70～74周齡），蛋雞完全適應(yīng)棲架系統(tǒng)，可以正常在棲架上進行棲息活動。試驗期間雞舍每天給予16h光照（05:00～21:00），采食槽附近光照強度15lx；舍內(nèi)溫度維持在18～26℃，相對濕度40%～80%；舍內(nèi)二氧化碳濃度（764.8±78.9）μL/L。使用機械通風(fēng)方式，保持雞舍干燥、衛(wèi)生、通風(fēng)，雞舍按常規(guī)程序進行消毒。根據(jù)蛋雞的飼養(yǎng)規(guī)程分別于每日7:00和15:00飼喂2次蛋雞產(chǎn)蛋期配合飼料，采用北京市華都峪口禽業(yè)有限責(zé)任公司自配飼料。

圖1為疊層式棲架養(yǎng)殖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，主要包括棲桿、雞籠支架、采食槽、采食平臺、清糞帶、產(chǎn)蛋箱、集蛋傳送帶等主要構(gòu)件。采食平臺上方配有乳頭飲水器（24個/組），棲架籠外兩側(cè)各配3個料槽，蛋雞可自由采食和飲水。采用鐵質(zhì)棲桿，布置方式為倒三角式，每條邊上布置5根棲桿。本試驗的棲架分布監(jiān)測系統(tǒng)在棲架養(yǎng)殖系統(tǒng)的第4個單元進行搭建，監(jiān)測80只母雞和8只公雞的棲架分布狀況。

圖1 棲架養(yǎng)殖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structural drawing of perchery system

1.2 分布監(jiān)測系統(tǒng)

蛋雞棲架分布監(jiān)測系統(tǒng)由現(xiàn)場采集模塊、系統(tǒng)校準(zhǔn)模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、遠(yuǎn)程查看模塊等組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中現(xiàn)場采集模塊硬件包括傳感器、網(wǎng)絡(luò)相機、變送器、采集卡、電源、現(xiàn)場服務(wù)器等。系統(tǒng)測量原理是依據(jù)稱重傳感器測得每根棲桿上的總質(zhì)量信息，之后根據(jù)蛋雞的個體質(zhì)量進一步求得每根棲桿上蛋雞個數(shù)。數(shù)據(jù)采集流程為：2個稱質(zhì)量傳感器固定在雞籠支架上，和2 m長的棲桿構(gòu)成一個稱質(zhì)量節(jié)點；傳感器的信號經(jīng)變送器傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡后連接到局域網(wǎng)內(nèi)，與服務(wù)器之間完成數(shù)據(jù)通信。

傳感器采用CZL-A型懸臂梁式稱質(zhì)量傳感器，量程20 kg。變送器將稱質(zhì)量傳感器輸出的mV信號變送后輸出的是4～20 mA的電流信號。數(shù)據(jù)采集卡采用阿爾泰科技有限公司的DAM-E3058F，分辨率為16 bit；采樣率為10 Hz；提供8路模擬量輸入通道。

考慮到每只蛋雞的個體質(zhì)量差異以及傳感器數(shù)據(jù)采集過程中的誤差因素，獲取的結(jié)果能否真實反映蛋雞在棲桿上的分布情況需進一步確認(rèn)。因此，設(shè)計了一套與棲桿分布監(jiān)測系統(tǒng)同步的圖像采集程序，用于驗證檢測結(jié)果。由于系統(tǒng)中棲桿安裝較多，各棲桿間存在不同程度的遮擋，且系統(tǒng)頂部距舍內(nèi)屋頂距離較小，而單根棲桿較長，相機安裝在屋頂雖然能直接獲得俯視圖像，但視野不全，因此，選擇將相機安裝在雞籠支架一側(cè)上方橫向支架正中位置如圖1所示，對其中最上面的3根棲桿進行同步圖像的采集與分析；相機采用?？低暱ㄆ骄W(wǎng)絡(luò)相機（型號：DS-2CD2432F-IW），調(diào)整相機位置使其可獲取試驗組內(nèi)編號為6、7、8這3根棲桿分布圖像，實現(xiàn)對采集的棲桿分布數(shù)據(jù)的進一步校準(zhǔn)和驗證。

圖2 蛋雞棲架分布監(jiān)測系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Laying hens perch distribution monitoring system overall structure

2 數(shù)據(jù)采集及分布監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計

分布監(jiān)測系統(tǒng)軟件部分主要是基于LabVIEW的圖形化編程語言進行開發(fā)，LabVIEW編程的核心思想是采用流程圖式的編程方式以及模塊化、結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計理念，具有編程效率高、使用靈活、功能完善、操作與顯示界面友好、易學(xué)易用的特點[19]。利用虛擬儀器技術(shù)進行測控系統(tǒng)開發(fā)，可有效縮短開發(fā)周期、提高測量精度[20]。本系統(tǒng)按功能主要包括校準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集、同步圖像數(shù)據(jù)采集、棲架分布數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理分析模塊，數(shù)據(jù)庫采用MySQL 5.6.12 community server（GPL），數(shù)據(jù)庫連接程序采用LabVIEW database connectivity toolkit編寫。

2.1 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集

為提高分布監(jiān)測系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，試驗前需要對每根棲桿進行稱質(zhì)量校準(zhǔn)。校準(zhǔn)過程至少需要2人，一人負(fù)責(zé)對要校準(zhǔn)的棲桿進行加載，另一人操作現(xiàn)場服務(wù)器上的校準(zhǔn)程序，進行校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的記錄存儲，雙方通過對講機交流關(guān)鍵信息。圖3是校準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集流程圖及采集程序界面，為減少測量過程中的隨機誤差，每個標(biāo)定點對應(yīng)的不同加載位置進行至少10次的數(shù)據(jù)采集。

圖3 系統(tǒng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集流程圖及程序界面Fig.3 Flowchart and interface of calibration system data collection

2.2 棲架分布數(shù)據(jù)與同步圖像采集

完成棲桿稱質(zhì)量校準(zhǔn)后，為進一步確定系統(tǒng)所識別的棲桿分布數(shù)的正確率，本研究開展了棲桿分布數(shù)據(jù)與同步采集的棲桿圖像識別分析試驗。通過預(yù)試驗數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，蛋雞在雞舍開關(guān)燈前后、夜間棲息期間段內(nèi)的棲桿上活動較為頻繁，棲桿分布數(shù)據(jù)變化較大；其他時段棲桿上的蛋雞數(shù)變化較少，如采食期間、產(chǎn)蛋期間活動主要在采食區(qū)以及產(chǎn)蛋區(qū)，夜間則以休息行為為主，棲桿分布數(shù)據(jù)變化較小。為減小系統(tǒng)圖像的存儲壓力又不損失關(guān)鍵分布規(guī)律，本研究中，數(shù)據(jù)采集采用分時變頻策略，即蛋雞活動頻繁期內(nèi)4:00～6:00（5:00為開燈時間）、20:00～22: 00（21:00為關(guān)燈時間）每2 min存儲一次，其他休息期內(nèi)則是每3 min采集一次數(shù)據(jù)。

2.3 棲架分布數(shù)據(jù)采集

完成棲架稱質(zhì)量系統(tǒng)校準(zhǔn)后，對試驗組內(nèi)的蛋雞進行連續(xù)分布監(jiān)測，監(jiān)測棲桿依次編號為1～15，組號為1組，將每根棲桿采集的棲桿編號（perchid）、體質(zhì)量值（body weight）、系統(tǒng)采集的雞只分布數(shù)量（distribution number）、蛋雞平均體質(zhì)量（average weight）、采集時刻的所有棲桿分布總和（total distribution number）及采集時間（date time）保存至數(shù)據(jù)庫供后期查看分析。

2.4 遠(yuǎn)程查看模塊

如下圖4是本系統(tǒng)的遠(yuǎn)程查看模塊Web頁面，可以實現(xiàn)：1）蛋雞在每根棲桿的實時分布數(shù)據(jù)查看及歷分布的查詢及數(shù)據(jù)導(dǎo)出；2）通過視頻查看實時蛋雞活動狀況；3）可進行蛋雞棲架分布規(guī)律的分析查看。

圖4 蛋雞棲架分布監(jiān)測系統(tǒng)遠(yuǎn)程查看Web界面Fig.4 Web interface of laying hens perch distribution monitoring system

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 系統(tǒng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)分析

為避免測量隨機誤差影響，校準(zhǔn)試驗中對每根棲桿的每個校準(zhǔn)點進行超過10次的數(shù)據(jù)采集，1號棲桿的校準(zhǔn)測量值如圖5所示，可以看出，采集值呈平臺狀變化，說明對每一個標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量，系統(tǒng)的采集值不存在系統(tǒng)誤差，因此，分析數(shù)據(jù)時，通過求平均值的方法消除隨機誤差影響。將同一個校準(zhǔn)點的多次測量值取平均值作為校準(zhǔn)的測量值，然后與標(biāo)準(zhǔn)值進行比較，利用最小二乘法進行一次回歸，即：

式中Ws為標(biāo)準(zhǔn)值，kg；Wm為測量值，kg；ρi為回歸函數(shù)的斜率；εi為回歸函數(shù)的截距；i為棲桿號。

圖5 1號棲桿校準(zhǔn)試驗測量數(shù)據(jù)Fig.5 Measured data of calibration test perch id=1

將回歸函數(shù)的斜率ρi和截距εi作為校準(zhǔn)方程應(yīng)用到當(dāng)前棲桿采集值的換算公式中，校準(zhǔn)分析過程的數(shù)據(jù)處理均由LabVIEW編程實現(xiàn)。表1為1號棲桿測量值與校準(zhǔn)值對比分析表，測量值與標(biāo)準(zhǔn)值的最小偏差在0.15～0.40 kg，而校準(zhǔn)值的偏差均小于0.15 kg，整體滿足測量精度要求。經(jīng)過校準(zhǔn)，所有棲桿均滿足分布監(jiān)測數(shù)據(jù)精度要求，將校準(zhǔn)參數(shù)寫入分布監(jiān)測數(shù)據(jù)采集程序中，獲取準(zhǔn)確的分布監(jiān)測數(shù)據(jù)可用于棲架系統(tǒng)的相關(guān)研究分析。3.2 同步圖像識別分析

表1 1號棲桿測量值與校準(zhǔn)值對比Table 1 Comparison between measured value and calibration value perch id=1(kg)

雖然本系統(tǒng)中采用分時變頻思想進行分布數(shù)據(jù)及圖像的同步采集，若將采集的圖像和分布數(shù)據(jù)全部進行人工識別，由于采集的圖像光線不穩(wěn)定，識別勞動強度大；另外，經(jīng)預(yù)試驗數(shù)據(jù)分析可知，在蛋雞非活動頻繁期間，連續(xù)的圖像幾乎都是相同的，如夜間，蛋雞在棲息時，棲架分布狀況幾乎不變，系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)的存在一定的冗余。因此，為提高數(shù)據(jù)分析的效率，進行同步數(shù)據(jù)和圖像的人工識別對比時設(shè)定查看圖像的數(shù)量，如果符合條件的圖像超過設(shè)定數(shù)量，則只查看設(shè)定數(shù)量的圖像。具體識別過程及識別數(shù)據(jù)記錄采用基于LabVIEW平臺開發(fā)的識別程序?qū)崿F(xiàn)，圖6為人工識別圖像分布流程圖及識別程序界面。

圖6 人工識別圖像分布流程圖及識別程序界面Fig.6 Artificial recognition image distribution diagram and recognition program interface based on LabVIEW

表2為2015年8月26日～2015年9月4日的分布數(shù)據(jù)與同步圖像識別分析結(jié)果，可以看出，系統(tǒng)采集的3根棲桿的蛋雞分布數(shù)準(zhǔn)確率均超過90%，分布數(shù)小于6的識別準(zhǔn)確率均大于99%，平均準(zhǔn)確率為99%，因此，分布監(jiān)測系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地采集到蛋雞在棲桿上的實時分布數(shù)量情況。另外，分布數(shù)大于6的數(shù)據(jù)記錄較少，說明棲桿上同時存在6只以上蛋雞情況較少。

表2 識別數(shù)據(jù)分析Table 2 Analysis of identify data

3.3 蛋雞棲架分布規(guī)律

蛋雞的棲息行為是棲架養(yǎng)殖系統(tǒng)所特有的，相比蛋雞的一般行為，棲息行為更能體現(xiàn)蛋雞的福利狀況。由于動物的行為具有晝夜節(jié)律性，白天站立行為表現(xiàn)較多，晚上趴臥行為和棲息行為表現(xiàn)較多，因此，棲架的夜間利用程度顯著高于白天。如果棲架是可以獲得的，蛋雞會花費大量的時間在棲架上棲息。如下圖7（a）可以看出，前一天22:00到第二天4:00之前單根棲桿的分布情況和棲架總分布數(shù)據(jù)保持平穩(wěn)，蛋雞處于棲息狀態(tài)，活動較少；4:00到10:00之間，單根棲桿和所有棲架均呈現(xiàn)數(shù)量不斷下降狀態(tài)，偶爾會出現(xiàn)小的波動，蛋雞處于采食、產(chǎn)蛋狀態(tài)，棲桿上雞的數(shù)量也有變化趨勢，說明蛋雞在非棲息時段也會在棲桿進行活動，從側(cè)面說明棲架養(yǎng)殖系統(tǒng)確實增加了蛋雞的行為圖譜，同時擴展了蛋雞的空間活動范圍，滿足雞表達天性的行為需求，增加蛋雞福利。

試驗中，有80只母雞和8只公雞在一個棲架單元飼養(yǎng)，從圖7（b）中可以看出，每天分布總數(shù)最多的時間出現(xiàn)在夜間，但數(shù)量在40只左右，即棲架分布率為50%，相比于前人研究，本系統(tǒng)中蛋雞對棲架的利用率不是很高，可能是由于本研究與前人研究中所使用的棲桿材質(zhì)及棲桿的布置不同。趙芙蓉等[21]認(rèn)為蛋雞對棲架材質(zhì)和直徑具有選擇性，蛋雞棲架的設(shè)計以木質(zhì)、直徑9 cm為宜。本研究中為達到稱重傳感器安裝方便以及棲桿的統(tǒng)一性，采集鐵質(zhì)棲桿，棲桿截面采用特殊形狀處理。

圖7 棲架分布規(guī)律Fig.7 Perch distribution rule

從圖8可看出，蛋雞在此段時間內(nèi)，蛋雞平均體質(zhì)量為1.8 kg左右；基本保持平穩(wěn)，主要原因是試驗期間蛋雞周齡為70周，體質(zhì)量變化相對較小，符合實際規(guī)律。為進一步確定系統(tǒng)測得的蛋雞平均體重是否準(zhǔn)確，本研究設(shè)計試驗測量蛋雞的平均體質(zhì)量，為避免對蛋雞造成應(yīng)激，試驗僅進行3次，分別在9月19日、9月22日和9月25日3天測量，每次隨機從試驗組中抓20只母雞進行稱量。圖9為實際測量與系統(tǒng)采集值的對比分析，可以看出，測量誤差在0.1 kg以內(nèi)，主要原因可能是隨機抓取的雞只測量并不能完全代表所有試驗組中的蛋雞平均體質(zhì)量，總體來說，系統(tǒng)測量結(jié)果作為蛋雞生長過程平均體質(zhì)量監(jiān)測可以滿足實際生產(chǎn)要求。

圖9 系統(tǒng)計算的蛋雞平均體質(zhì)量與實際測量值對比Fig.9 Comparison between system measurements and manual measurements for laying hens’average weight

4 結(jié)論

本文基于LabVIEW設(shè)計了棲架散養(yǎng)模式下蛋雞棲架實時分布監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)以稱質(zhì)量傳感器采集數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過采集程序?qū)⒎植紨?shù)據(jù)存儲至現(xiàn)場服務(wù)器，實現(xiàn)蛋雞棲架分布實時在線監(jiān)測及棲架分布數(shù)據(jù)分析；同時，分布數(shù)據(jù)可通過Internet實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測。

本系統(tǒng)在蛋雞處于自然狀態(tài)下，自動監(jiān)測蛋雞在棲架散養(yǎng)系統(tǒng)中的棲架分布數(shù)據(jù)，同時系統(tǒng)設(shè)計相應(yīng)的校準(zhǔn)試驗，保證了監(jiān)測結(jié)果的科學(xué)性和精確性。試驗結(jié)果表明，系統(tǒng)運行正常，采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，分布數(shù)據(jù)平均準(zhǔn)確率為99%；蛋雞平均體質(zhì)量誤差在0.1 kg以內(nèi)。為家禽養(yǎng)殖監(jiān)控中的進一步應(yīng)用提供新的方法，保證了物聯(lián)網(wǎng)感知層數(shù)據(jù)的可靠性。下一步研究將考慮對蛋雞個體以及不同群體密度的棲息行為進行研究，同時對棲桿進行進一步的優(yōu)化設(shè)計，充分滿足蛋雞養(yǎng)殖的福利化要求。

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Design and implementation of laying hens perch distribution monitoring system based on LabVIEW platform

Mao Taotao,Teng Guanghui※,Li Zhizhong,Bai Shibao
(College of Water Conservancy and Civil Engineering,China Agricultural University,Beijing 100083,China)

In order to improve the welfare and health level of laying hens,alternative housing systems for egg production are emerging and increasingly adopted by egg producers.Perching systems are among those worthy of consideration for adoption,since they can increase the laying hens′vertical and horizontal activity space,and also allow them to express their natural roosting behavior,which is an important indicator of good welfare.Yet along with the shift to the perching systems comes the need to investigate whether the new design of such system,such as the location,number,or size of the perches, can accommodate the laying hens′behavioral needs when at rest.These needs are often investigated by observing the laying hens′distribution in the perches.However,such information is seriously lacking or hard to acquire automatically,and the manual collection of the data is not only inefficient,but also disturbs the laying hens even though it′s achievable occasionally.To enable continuous monitoring of perch use,time spent at perches and frequency of visits to perches by laying hens,a system for the automatic monitoring of laying hens′perch distribution based on LabVIEW platform was developed,and the main features consist of an on-site data acquisition module,a system calibration module,a data analysis module,and a remote user interface module.The automated monitoring system employs load-cell weighing,video imaging and a data acquisition system.The experiment was carried out in a perch system between August 26,2015 and September 26,2015 at the Shang Zhuang Experimental Station of China Agricultural University.The system was equipped by feeders, manure belt,nest boxes,perches,egg belt and etc.The experiment unit housed a breeding group of 80 hens and 8 cockerels,and 15 perches were equipped inside and numbered from 1 to 15.Every weighing node was formed by 2 weight sensors fixed on the cage stents and a two-meter long perch.The weight calibration equation was obtained at the beginning of the experiment by least square fitting the collection value and the actual weight value and was applied to the data acquisition program.A synchronous image was captured by a network camera when the distribution weight data were collected.The laying hens′distribution values on the 6th,7thand 8thperches for every image were identified manually and then compared with the data calculated by the system to verify the system accuracy.The results showed that the accuracy of the laying hens′average distribution value was higher than 90%,and when the distribution number was less than 6,the accuracy was greater than 99%.There were about 40 hens on the perches at night during the period of the experiment, which indicated the 50%perch utilization.At the age of 70 weeks,the absolute error of the laying hens′average weight between measured manually and calculated by the system was within 0.1 kg.Thus,the simplified system can be applied to monitor the average body weights of laying hens during rearing period.The monitoring system can supply the real-time information of laying hen perch distribution accurately in the perching systems.This paper describes the detailed design and development of the automated monitoring system of laying hens perch distribution.Such a system can provide data support and reference for perching system design of laying hens.

animals;welfare;monitoring;laying hens;LabVIEW;perch distribution;monitoring system

10.11975/j.issn.1002-6819.2016.06.023

S126

A

1002-6819（2016）-06-0169-06

2015-10-26

2016-01-19

“十二五”國家科技支撐計劃資助項目（2014BAD08B05）

毛濤濤（1991－），男，甘肅慶陽人，主要從事設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境控制與信息技術(shù)研究。北京 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，100083。Email:maotaotao@cau.edu.cn

※通信作者：滕光輝（1963－），教授，博士生導(dǎo)師，主要從事設(shè)施環(huán)境監(jiān)測與信息技術(shù)應(yīng)用研究。北京 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，100083。Email:futong@cau.edu.cn

中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會會員：滕光輝（E041100028S）