中国畜牧业物联网技术应用研究进展

分类：论文范文 发表时间：2020-04-10 09:06

　　摘 要：以“感知”为基础的物联网技术迅速发展及产业化逐步渗透到各行各业，包括畜牧业在内的农业物联网 的发展也十分迅猛。该文重点从家畜编码规范及标识技术，家畜养殖环境及体征行为远程监测，母猪精细饲喂智 能装备及种畜（种猪、奶牛）养殖过程数字化监管与云计算平台构建等多个方面，综述物联网技术在畜牧业领域 的应用环节、效果及存在的局限性。综述表明，在感知标识层，关于家畜标识的国际标准主要包括动物管理系列 标准 ISO/TC 23/SC 19，它负责制订动物管理 RFID（radio frequency identification）方面标准，包括 ISO 11784/11785 和 ISO 14223 标准，但 3 个标准内涵的分工不同，而中国的标准包括国家规范、地方标准及企业内部规范，具体 包括农业部第 67 号令，上海地方标准（DB31/T341-2005）和新疆地方标准（DB 65/ T3209-2011）2 个动物电子 标识规范，以及北大荒及亿利源企业的肉牛内部编码规范。在感知传输层，主要基于不同类型的传感器感知家畜 舍环境参数（温湿度、光照强度、氨气及 CO2 浓度等）及体征行为（视频、质量，体表温度等）。在数据传输层， 采用无线公网（2G/3G/4G）网络对家畜舍环境数据及个体的行为状态数据实施远程传输，而视频数据及大量的生 产过程数据采用有线网络传输到 Internet 网路数据库；在数据应用层，典型的应用包括通过移动智能手机终端， 依据对采集数据的分析及预警，对远程的环境控制设备（风机、灯电暖、水泵等）进行智能开启与关闭；其次是 奶牛繁殖场及种猪养殖场云计算平台的开发与数据挖掘分析应用，以及基于传感器技术及机电控制技术的母猪电 子自动与精确饲喂设备的开发与应用。最后，该文从微观到宏观剖析了中国畜牧业物联网当前在技术、产品、应 用、政策及认识层面存在的不足，并给出相应的技术与政策建议。综合认为，中国畜牧业发展的现代化需要物联 网技术的支撑，物联网技术也必须在领域的应用中寻找正能量，促进畜牧业物联网产业的发展。

　　关键词：数据挖掘；标识；监测；跟踪；畜牧业；物联网；电子饲喂站；数据应用

　　0 引 言

　　伴随信息技术的高速发展，物联网技术和产业 异军突起，成为新一轮产业革命的重要发展方向和 世界产业格局重构的重要推动力量[1]。在这样的大 背景下，党的十八大及时做出了“四化”同步发展 的战略决策，把加快发展信息化提升到了前所未有 的高度。党中央、国务院尤其重视物联网发展。习 近平总书记强调，要让物联网更好促进生产、走进 生活、造福百姓[2]。李克强总理指出，要大力发展 战略性新兴产业，在集成电路、物联网、新一代移 动通信、大数据等方面赶上和引领世界产业发展[3]。

　　1 畜牧业物联网研究进展

　　1.1 家畜编码标准与标识技术研究

　　1.1.1 国际上家畜标识标准的制定现状 制定不同家畜的个体或小群体的编码标准是 畜牧业信息化，尤其是物联网技术应用的基础，是 实施基于家畜个体及小群体精细化饲喂与数字化 管理的前提，更是建立畜产品质量全程监管的技术 要素。

　　1.1.2 国内家畜标识标准的制定现状 自 2006 年来，农业部兽医局实施了“动物标 识及疫病可追溯体系建设”试点工作[10]，同时中国 农业部早前发布的 67 号令对家畜编码规则进行了 定义[11]：猪、牛、羊编码采用 15 位数字，第 1 位 代表动物的种类：1 为猪，2 为牛，3 为羊，对家禽 尚未定义；从第 2 位到第 7 位共 6 位定义为养殖场 所在地的县市行政区划代码，服从 GBT2260-1999[12]，最后 8 位为指定的县市内、相 同类别（猪、牛、羊）动物个体的顺序号。这种编 码方法有其明显的局限性：首先，编码中不含养殖 场的编码，养殖场对所饲养的家畜没有编码权，统 一由省级畜牧兽医管理部门对同一县市的家畜个 体进行事先编码。这种编码方法事实上是先有编码 与标识载体，只有养殖场在领取标识载体并配带 后，才能登记上个体标识号，使得在不同时期内同 一养殖场领取的耳标，编号可能是不连续的，导致 批量录入猪只信息时操作不便。其次，编码的规则 决定了编码自身不含家畜的来源信息，因此只有将 所佩戴的家畜编码信息通过网络上传到中央数据 库后，将家畜编码与畜牧主管部门的耳标发放管理 数据库建立关联后，才能确定标识的个体来自哪家 养殖场（户），耳标的可读性差，这对养殖责任主 体的溯源带来不便。

　　1.2 家畜养殖物联网数据采集与传输

　　上节综述了国内外家畜个体的编码与标识技 术，它们是构建畜牧业物联网的基础。有了标识， 才能采集标识对象的数据，并需要在合理的时空条 件下，将采集的数据有效的传输到指定的存贮介质 或数据库中。畜牧业物联网系统的构建不仅需要采 集家畜个体的行为数据，更需要采集养殖的环境数 据，由此构成了畜牧业物联网的 2 大类基础数据。

　　2 畜牧业物联网技术研究存在的问题与展望

　　2.1 畜牧业物联网技术研究存在的问题存在的 问题

　　尽管中国畜牧业物联网技术的研究顺应养殖 模式的转型与政府监管的要求，从软、硬件的开发 到解决方案的实施，形成了一批产品，获得了一批 自主知识产权，得到了不同程度的应用，但从物联 网系统的技术环节本身而言，中国畜牧业物联网技 术的应用与产品的开发还处于初级研究阶段，主要 体现在如下几方面： 1）基础的技术标准与规范亟待修订。就家畜个 体的编码标准或规则而言，农业部的 67 号令未与 国际标准接轨，需要尽快重新修订。就地方标准 （DB31/T341-2005，DB65/T3209-2011）而言，尽 管考虑了与国际标准的接轨及 RFID 技术的应用， 但在编码上还存在局限性。因此，应从编码的前瞻 性、国际性、唯一性、可读性及可扩展性等方面， 做好中国家畜个体编码的顶层设计。其次，家禽编 码规范一直未出台，但不能停滞不前。考虑到家禽 养殖数量巨大、饲养周期短等特点，按个体编码与 标识可操作性差，建议将养殖场代码与生产批次结 合起来进行编码，由此推动家禽的标识与产品的溯 源。在家畜生产过程数据采集的标准上，目前还是 各行其是，处于无约束状态，不同系统采集的基础 数据的内涵、单位及数据类型不完全一致，数据的 整合难度大，数据的重复建设频繁，人力资源浪费 严重。因此，亟待从不同家畜的繁殖、育种、饲养 与健康管理等技术层面及管理层面，规范采集的数 据标准、数据采集方法及派生数据的计算模型等，为实现物联网数据的交换与共享解决最基本的数 据标准问题。 2）关键技术与产品缺乏。首先，专业的感知生 命信息的传感器或识别产品类型少，能选用的产品 价格高，大范围的应用对于家畜养殖企业确有困 难。其次，采用公用的 3G 或 4G 通信技术缺乏优 惠政策，畜牧行业用不起，难以持续维系。第三， 畜牧业生产的知识模型及应用控制阈值等相关的 研究远远不够。国内各地经济发展不平衡，养殖模 式不同，投入产出比不同，不能选用相同的控制阈 值，即便是同一类型的畜种，控制阈值也是有变化 的，需要领域专家、管理者与物联网技术信息专家 协同制定，才能使物联网系统的智能控制更加精 细化。

　　2.2 展望

　　中国是畜牧产业大国，但不是强国。畜牧业产 值占大农业产值的比例一直徘徊不前，按农业部 “十二五”发展规划，尽管到 2015 年所占比例将 达到 36%[30]，但还是远低于畜牧业发达的国家水平 的 60%以上[31]。这也表明中国畜牧业具有很大的发 展空间。 物联网技术的应用，能够大大减少劳动力，例 如，智能 ESF 的应用不仅大量节省劳动力，还节省 饲料用量减少浪费，达到节本增效的效果。其次， 根据对采集数据的分析，能及时发现群体中的个体 问题，通过精细化管理，将人为管理失策造成的损 失最小化，进而提升效益。据测算[4]，如果中国 50% 以上繁殖母猪采用 ESF，将妊娠母猪从围栏饲养模 式中解放出来，并配合使用哺乳母猪的自动饲喂技 术，可综合提高母猪的繁殖率水平，即使减少能繁 母猪的饲喂，仍能保证当前饲喂水平下出栏商品猪 的数量。仅此一项就可在稳定猪肉的供给量的前提 下，缓解对土地、环境、劳动力及饲料资源的需求 压力，维护 CPI 稳定的效果。 其次，物联网技术在畜牧业生产全过程的全覆 盖应用，包括养殖环境参数数据自动采集与智能控 制，繁育过程的数字化记录与智能化分析，各种投 入品用量的精准计算与有效投放，畜产品生产的全 程跟踪与溯源，将大大提高对各个环节的监控能 力，提高动物的福利水平，提高饲料转化效率及畜 产品品质，提高对畜产品质量安全的监管能力，保 障畜产品的有效供给与质量安全，缓解中国畜产品 生产长期面临的“保数量、保安全”的巨大压力， 同样意义重大与深远。

　　3 结 论

　　中国畜牧业物联网技术的研究与产品的研发 取得了进展，但仍处在初级研发阶段： 1）在物联网标识层，制定有家畜的国家标识 规范，部分省市的电子标识规范及一些企业编码规 则，为家畜的生产管理及畜产品溯源系统的构建奠 定了必要的基础，但家畜的编码未与国际接轨，家 禽的编码无国家标准，需要加快更新与制定。 2）在物联网数据采集与传输层，探索了无线 移动互联与网络数据库的集成应用，尤其构建了基 于传感器技术与移动通讯技术融合的环境监测及 视频数据物联网解决方案。

　　[参考文献]

　　[1]武文错工信部总经济师周子学：去年物联网规模超6千亿[EB/OL].2014-04-01[2014-10-20].

　　[2]人民邮电报物联网发展要从“质”上突破[EB/OL]2014-06-11[2014-10-21].

　　[3]农业部新闻办公室农业部举办全国农业物联网成果观摩交流活动，提出要让农业物联网成为改变农业农民农村的新力量[EB/OL].2014-06-12[2014-10-19].

　　【4】熊本海，罗清尧，杨亮，家畜精细饲养物联网关键技术的研究[J]，中国农业科技导报，2011，13（5）：19-25.

　　XiongBenhai，Luo Qingyao，Yang Liang.Studies on key thing internet tchnology for precise livestock feeding[J].Journal of Agricultural Science and Technology，201113（5）：19-25.（in Chinese with English abstract）

　　【5】张有光.ISO/EC RFID技术标准概述[EB/OL].2007-11-092014-10-20].http://www.360doc.com/content/11/0505/17/19187 114594227.shtml.USDA.Animal identification number（AIN）deviceswith"840"PREFIX[EB/OL].2014-02-07[2014-10-22].http://www.allflexusa.com/our-products/cattle/category/el ectronic-tags.[4]5][6

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