“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代下的散養(yǎng)家禽管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

姜 磊

(浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 紹興 312000)

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展使各個(gè)行業(yè)都面臨著轉(zhuǎn)型升級(jí)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理也不例外?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”時(shí)代下的畜牧業(yè)從飼料加工、動(dòng)物飼養(yǎng)、畜牧產(chǎn)品銷(xiāo)售、運(yùn)輸、存儲(chǔ)及質(zhì)量安全監(jiān)控等產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)都發(fā)生了改變。在新型經(jīng)營(yíng)管理模式下，畜牧業(yè)的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益、管理效能得到快速提升[1]。“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來(lái)解決了傳統(tǒng)家禽散養(yǎng)的粗放式管理模式，經(jīng)營(yíng)者與消費(fèi)者建立了透明權(quán)威的信息平臺(tái)，農(nóng)副產(chǎn)品銷(xiāo)售過(guò)剩問(wèn)題得以解決。生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展使畜牧業(yè)的生產(chǎn)及管理更加標(biāo)準(zhǔn)化，有效的提高了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率。

本文主要針對(duì)家禽散養(yǎng)及其自身產(chǎn)品流通問(wèn)題，提出運(yùn)用RFID(射頻識(shí)別)及可視化網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)加以分析解決。系統(tǒng)聯(lián)合相關(guān)自動(dòng)化技術(shù)，極大的提高了經(jīng)營(yíng)者的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)畜牧產(chǎn)品的流通渠道有據(jù)可查，食品安全問(wèn)題得到解決。

1 散養(yǎng)家禽存在的問(wèn)題

不同于飼養(yǎng)場(chǎng)集中飼養(yǎng)的禽類(lèi)，散養(yǎng)家禽活動(dòng)范圍較大，直接從大自然環(huán)境獲取食物，其肉質(zhì)比較有彈性，味道鮮美、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高[2]。這種傳統(tǒng)的養(yǎng)殖雖然簡(jiǎn)單，但經(jīng)營(yíng)者在養(yǎng)殖過(guò)程中也會(huì)承擔(dān)較大風(fēng)險(xiǎn)，人力投入較大、管理簡(jiǎn)單、營(yíng)養(yǎng)調(diào)控、疾病防治等都是散養(yǎng)家禽管理過(guò)程中的難點(diǎn)。散養(yǎng)家禽飼養(yǎng)關(guān)鍵問(wèn)題如下：(1)家禽幼雛存活率較低。散養(yǎng)過(guò)程中由于監(jiān)管不到位幼雛被老鼠、黃鼠狼等動(dòng)物咬死咬傷情況時(shí)有發(fā)生。(2)家禽患病率及病死率較高。養(yǎng)殖者在散養(yǎng)過(guò)程中防范意識(shí)較差，防疫藥量不科學(xué)，時(shí)段性及季節(jié)性的疫病措施不完善引起家禽疫病感染，加之散養(yǎng)家禽攜帶疫病臨床表現(xiàn)不明顯，傳染概率較大。(3)養(yǎng)殖管理人員成本較大。散養(yǎng)過(guò)程中需要配備較多的人力進(jìn)行管理，成本較高。

基于上述問(wèn)題，本課題提出運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng)+”概念來(lái)解決養(yǎng)殖生產(chǎn)過(guò)程中的監(jiān)管問(wèn)題。經(jīng)相關(guān)文獻(xiàn)查閱，目前已有智能管理系統(tǒng)應(yīng)用到集中飼養(yǎng)的環(huán)境中，如ZigBee在雞舍光照監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[3]，Web服務(wù)器的雞舍溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等[4]，都是用無(wú)線通訊技術(shù)來(lái)改善家禽生活環(huán)境。還有相關(guān)文獻(xiàn)提出了養(yǎng)殖一站式服務(wù)，運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決動(dòng)物的養(yǎng)殖健康問(wèn)題[5]。這種基于“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下的管理，可以很好的解決經(jīng)營(yíng)者與消費(fèi)者之間的“互動(dòng)”問(wèn)題，消費(fèi)者可以親身體會(huì)，了解產(chǎn)品的任何信息，從生產(chǎn)到加工、到流通到銷(xiāo)售，整個(gè)環(huán)節(jié)都有據(jù)可查，食品安全得以保證。本課題的研究就是在上述背景下提出運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)解決散養(yǎng)家禽管理過(guò)程中的問(wèn)題。

2 管理系統(tǒng)平臺(tái)構(gòu)成

2.1 管理平臺(tái)基本結(jié)構(gòu)

“互聯(lián)網(wǎng)+”管理系統(tǒng)的重點(diǎn)是運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)據(jù)處理能力、音視頻可視化及信息兼容等特點(diǎn)來(lái)闡述智能管理過(guò)程。如圖1所示為信息處理及可視化構(gòu)建的基本結(jié)構(gòu)圖。

圖1 智能管理系統(tǒng)基本框圖Fig.1 Basic diagram of intelligent management system

本管理系統(tǒng)RFID是實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)”的傳感器，計(jì)算機(jī)是實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)”的組織者，管理者通過(guò)這樣的一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)就可以實(shí)時(shí)的監(jiān)控及管理家禽的養(yǎng)殖過(guò)程。系統(tǒng)的信息采集主要用到RFID技術(shù)，通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境，圖2為RFID工作原理的基本框圖。

圖2 RFID工作過(guò)程原理框圖Fig.2 RFID working process

RFID 特點(diǎn)：①非接觸；②唯一性；③重復(fù)性； ④信息容量大；⑤安全性；⑥抗污染能力和耐久性；

對(duì)食品追溯問(wèn)題來(lái)說(shuō)最重要的一點(diǎn)就是產(chǎn)品的唯一性，其是確保相關(guān)產(chǎn)品安全管理的前提[6]。RFID 電子標(biāo)簽中有存儲(chǔ)芯片，可以記錄家禽養(yǎng)殖過(guò)程中的實(shí)時(shí)信息，主要信息如下：(1)整個(gè)飼養(yǎng)過(guò)程中家禽的數(shù)量及品種信息；(2)從幼雛開(kāi)始，體重情況、進(jìn)食情況；(3)防疫疫苗注射及進(jìn)食情況，生病情況；(4)歷史數(shù)據(jù)保存情況，如某月某天進(jìn)行的防疫；(5)整個(gè)家禽每天的副產(chǎn)品(下的蛋)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)；(6)家禽長(zhǎng)大后成為商品出售時(shí)的時(shí)間、地點(diǎn)。

有效處理好上述信息可以保證在監(jiān)管過(guò)程實(shí)現(xiàn)效率最大化。相關(guān)信息配合上位機(jī)處理可以有效的追溯產(chǎn)品信息，實(shí)現(xiàn)食品信息流通透明化。上述提到的所有信息都可以通過(guò)上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更改，保證實(shí)時(shí)性。因此只要家禽綁有高頻有源的RFID芯片，便可以對(duì)家禽進(jìn)行科學(xué)化的養(yǎng)殖管理，由于RFID識(shí)別范圍可以達(dá)到80～100 m2左右，使散養(yǎng)管理更加輕松。本論文散養(yǎng)活動(dòng)的區(qū)域在400平米左右，由于RFID的識(shí)別范圍的限制，因此想要擴(kuò)展更大的活動(dòng)空間，必須增加2～3套接收器及識(shí)別系統(tǒng)，以保證活動(dòng)區(qū)域無(wú)死角監(jiān)控識(shí)別。

綁帶信息具體變更操作如圖3所示，在此過(guò)程中運(yùn)用到的系統(tǒng)編碼工具為：Jbuilder 10，Delphi7。電子標(biāo)簽與閱讀器之間通過(guò)耦合元件實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的空間(無(wú)接觸)耦合、在耦合通道內(nèi)，根據(jù)時(shí)序關(guān)系，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞、數(shù)據(jù)的交換。由于電子標(biāo)簽的芯片存儲(chǔ)是可以通過(guò)上位機(jī)軟件進(jìn)行重復(fù)填寫(xiě)及格式化的，這樣便減輕了管理者的管理成本。

圖3 RFID芯片信息處理流程Fig.3 Information processing flowchart of RFID chip

運(yùn)用智能管理系統(tǒng)后管理者通過(guò)讀取RFID芯片的數(shù)據(jù)信息，便可以有效調(diào)整飼養(yǎng)模式，提高生產(chǎn)質(zhì)量。對(duì)于購(gòu)買(mǎi)者而言，可以根據(jù)RFID記錄的信息情況，運(yùn)用手機(jī)APP來(lái)挑選優(yōu)質(zhì)的畜牧商品。如相關(guān)文獻(xiàn)提到可以運(yùn)用RFID監(jiān)控追溯肉品生產(chǎn)加工及運(yùn)輸信息[7]。

2.2 管理平臺(tái)下網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)

本系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以是上位機(jī)與手機(jī)共用的獨(dú)立系統(tǒng)，也可以是上位機(jī)與手機(jī)分開(kāi)的兩套監(jiān)控系統(tǒng)，具體實(shí)施方案要根據(jù)管理者的投資及管理而定。本視頻監(jiān)管系統(tǒng)以兩套監(jiān)控系統(tǒng)為例，一套系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理，可以對(duì)飼養(yǎng)管理過(guò)程進(jìn)行時(shí)間、事件查詢管理。另一套是手機(jī)管理，管理者或者消費(fèi)者可以通過(guò)手機(jī)APP進(jìn)行家禽養(yǎng)殖過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控管理。目前市面上遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)比較成熟，視頻圖像的像素可以達(dá)到200w，分辨率為1280×720，可以支持5～8個(gè)用戶同時(shí)觀看，控制監(jiān)控視角范圍也可以達(dá)到350度，支持安卓手機(jī)及蘋(píng)果手機(jī)，還具備手機(jī)電腦的遠(yuǎn)程對(duì)話功能。這是互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代下的一個(gè)顯著的特性，只要有網(wǎng)絡(luò)就能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控及智能管理[8]。

3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)施及量化分析

3.1 “互聯(lián)”技術(shù)設(shè)計(jì)

養(yǎng)殖生產(chǎn)基地的原有智能控制管理系統(tǒng)都是建立在規(guī)?；B(yǎng)殖的基礎(chǔ)上，管理模式方案如圖4所示。此系統(tǒng)的所有信息采集都是通過(guò)單片機(jī)的控制完成的，關(guān)鍵指標(biāo)有溫度控制，通風(fēng)控制及濕度控制。此方案的優(yōu)點(diǎn)在于控制系統(tǒng)不需要投入較大的成本，控制方式簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是可控效果差，系統(tǒng)易受環(huán)境干擾[9]。

圖5所示為現(xiàn)有智能化的管理模式，通過(guò)對(duì)家禽活動(dòng)區(qū)域?qū)嵤┤娴淖詣?dòng)化的監(jiān)控與管理，應(yīng)用具有無(wú)線通訊功能的視覺(jué)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控范圍的無(wú)死角，管理者不但可以通過(guò)工控機(jī)對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控管理，同時(shí)還可以通過(guò)手機(jī)APP進(jìn)行實(shí)時(shí)查看。工控機(jī)管理系統(tǒng)除監(jiān)控功能外還具備歷史數(shù)據(jù)查詢、信息處理等功能。

圖4 原有養(yǎng)殖場(chǎng)管理控制模式Fig.4 Management and control mode for original farm

圖5 現(xiàn)有散養(yǎng)管理控制模式Fig.5 Current free-ranging management mode

現(xiàn)有控制系統(tǒng)與規(guī)?；B(yǎng)殖控制系統(tǒng)相比具有更寬松的外部環(huán)境，養(yǎng)殖產(chǎn)品質(zhì)量得到最大限度的提高?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”時(shí)代讓消費(fèi)者及養(yǎng)殖者更加緊密，遠(yuǎn)程控制技術(shù)的基本原理如圖6所示[10]。

微處理器是遠(yuǎn)程監(jiān)控的“大腦”，傳感器是遠(yuǎn)程監(jiān)控的“五官”，電源及無(wú)線模塊是遠(yuǎn)程監(jiān)控的“四肢”，傳感器反饋的所有信息都會(huì)通過(guò)處理芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，最后通過(guò)串行接口反饋到接收器上，接受到信號(hào)的手機(jī)通過(guò)自身的APP建立互聯(lián)模式，圖7所示為手機(jī)APP管理模式基本構(gòu)架。

圖6 遠(yuǎn)程通訊技術(shù)結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Structure of telecommunication technology

圖7 手機(jī)管理模式基本構(gòu)架Fig.7 Basic structure of cell phone management mode

3.2 實(shí)施過(guò)程

3.2.1 監(jiān)控管理 飼養(yǎng)環(huán)境中以一定數(shù)量的幼雞為飼養(yǎng)對(duì)象，養(yǎng)殖形式為散養(yǎng)。首先在雞頸部捆綁裝有RFID芯片的綁扎帶，在芯片的初始記錄中進(jìn)行號(hào)碼的編排，記錄每一只小雞的現(xiàn)狀，遠(yuǎn)程讀取天線進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄。在小雞成長(zhǎng)階段，飼養(yǎng)者無(wú)需做太多的干預(yù)，只需要監(jiān)控信息變化。在電腦上位機(jī)的監(jiān)控程序中設(shè)置一個(gè)報(bào)警，每天讀取的數(shù)量在少于養(yǎng)殖數(shù)量時(shí)進(jìn)行預(yù)警提示，來(lái)判斷是否具有丟失的情況。由于RFID是無(wú)線識(shí)別技術(shù)，在一定的識(shí)別區(qū)間每一個(gè)帶有芯片的家禽信息均出現(xiàn)在上位機(jī)的監(jiān)視畫(huà)面上，如果上位機(jī)上監(jiān)控的信息數(shù)量少了，基本上能斷定為丟失情況。通過(guò)電腦上位機(jī)家禽的信息的讀取次數(shù)反饋數(shù)據(jù)，來(lái)判斷是否具有死亡的情況。由于家禽活動(dòng)區(qū)域不同，RFID識(shí)別系統(tǒng)也會(huì)有強(qiáng)弱(跟手機(jī)信號(hào)是一個(gè)道理)，在控制系統(tǒng)重新識(shí)別的過(guò)程中就會(huì)在上位機(jī)顯示識(shí)別次數(shù)，所以某一芯片信息出現(xiàn)次數(shù)在幾天內(nèi)一直為0次，極有可能為死掉的情況。同時(shí)可以把這些出現(xiàn)問(wèn)題的信息第一時(shí)間通過(guò)短信的形式發(fā)到養(yǎng)殖者的手機(jī)上。

3.2.2 “互聯(lián)網(wǎng)+”信息應(yīng)用 農(nóng)家樂(lè)現(xiàn)已成為大眾消費(fèi)的一個(gè)傾向性選擇，快樂(lè)農(nóng)場(chǎng)、開(kāi)心牧場(chǎng)、采摘樂(lè)園都是在這樣的需求下孕育產(chǎn)生的，本系統(tǒng)也具有這樣的經(jīng)營(yíng)模式，消費(fèi)者可按興趣購(gòu)買(mǎi)一只特定編號(hào)的幼雞，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理模式進(jìn)行趣味化的養(yǎng)殖，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的附帶經(jīng)營(yíng)模式，一舉兩得。

互聯(lián)技術(shù)的出現(xiàn)使養(yǎng)殖業(yè)有了新的創(chuàng)新與突破。銷(xiāo)售模式上根據(jù)互聯(lián)技術(shù)的應(yīng)用，可以進(jìn)行網(wǎng)上直播銷(xiāo)售，把飼養(yǎng)監(jiān)控視頻的情況展現(xiàn)給大家，或提供手機(jī)APP模塊進(jìn)行養(yǎng)殖現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控畫(huà)面，讓消費(fèi)者與飼養(yǎng)者建立一個(gè)全新的買(mǎi)賣(mài)形式。這種創(chuàng)新經(jīng)營(yíng)模式下可以打消消費(fèi)者的購(gòu)買(mǎi)顧慮，不用擔(dān)心產(chǎn)品的安全問(wèn)題，同時(shí)消費(fèi)價(jià)格也會(huì)得到保障。借助于互聯(lián)網(wǎng)的電商銷(xiāo)售模式，降低了銷(xiāo)售成本，提高了養(yǎng)殖者的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 效益分析

3.3.1 設(shè)備投入成本 互聯(lián)技術(shù)投資經(jīng)費(fèi)主要用于購(gòu)置傳感器、監(jiān)控視頻及上位機(jī)管理軟件上，與傳統(tǒng)養(yǎng)殖管理模式相比前期投入較高。但“互聯(lián)網(wǎng)+”管理模式下具有可持續(xù)發(fā)展性，其可有效降低家禽疫情況帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。

3.3.2 效益量化分析 普通飼養(yǎng)場(chǎng)養(yǎng)殖的肉雞市場(chǎng)價(jià)格按15元/每千克計(jì)算，散養(yǎng)肉雞的市場(chǎng)價(jià)格按50元/每千克計(jì)算?，F(xiàn)以50只雞，養(yǎng)殖60 d為例，傳統(tǒng)飼養(yǎng)的雞增重總量大約為3 kg×50=150 kg，散養(yǎng)雞增重總量大約為1.2 kg×50=60 kg，散養(yǎng)雞產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益大約為60×50=3000元，規(guī)模飼養(yǎng)情況下為15×150=2250元。由于飼料及人工成本互聯(lián)技術(shù)下的管理模式較少，綜上所述，同等條件情況“互聯(lián)網(wǎng)+”管理模式下經(jīng)濟(jì)效益要高于規(guī)模養(yǎng)殖管理模式[11]。

3.3.3 產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)營(yíng)模式 “互聯(lián)網(wǎng)+”管理模式可以輻射出更多的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)收模式，如農(nóng)家體驗(yàn)休閑、線上線下互動(dòng)經(jīng)營(yíng)、農(nóng)家樂(lè)度假休閑等產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目，產(chǎn)業(yè)鏈效益明顯。

4 小 結(jié)

本文運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)通訊及RFID(射頻識(shí)別)技術(shù)聯(lián)合相關(guān)自動(dòng)控制器研究解決散養(yǎng)家禽飼養(yǎng)過(guò)程存在的問(wèn)題，特別是食品信息的智能監(jiān)管方面。通過(guò)分析對(duì)比養(yǎng)殖技術(shù)現(xiàn)狀特點(diǎn)，把飼養(yǎng)過(guò)程的每一個(gè)環(huán)節(jié)都加入到互聯(lián)網(wǎng)體系中，在保證食品安全的前提下實(shí)現(xiàn)智能化的管理。