龐龍

（網(wǎng)銀在線（北京）科技有限公司 北京市 101111）

隨著科學技術的發(fā)展，智能物聯(lián)網(wǎng)技術已經(jīng)融入到人們的生活中方方面面，如物流、安防、醫(yī)療、家居以及交通，智能物聯(lián)網(wǎng)基于物聯(lián)網(wǎng)技術和人工智能技術，將二者結合應用到人們的生產(chǎn)生活中，逐步代替重復的人類勞動，提高生產(chǎn)效率，降低人力成本，大大提高了人們工作生活的信息化程度及智能化水平。

我國作為一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)是我們的第一產(chǎn)業(yè)，也是人們生產(chǎn)生活的基礎，然而，我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平相對于西方發(fā)達國家還很落后，我國的農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀已經(jīng)遠遠跟不上現(xiàn)代化經(jīng)濟的發(fā)展趨勢。

目前傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)對于現(xiàn)化代的經(jīng)濟發(fā)展趨勢已越來越不適應，隨著現(xiàn)代化技術的發(fā)展和成熟，智慧農(nóng)業(yè)成為了突破目前農(nóng)業(yè)弊端的新型農(nóng)業(yè)發(fā)展模式[1]。伴隨著我國互聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術也得到了廣泛的應用，也是實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)趕上并超過世界先進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平的一個重要的發(fā)展方向。

1 智能物聯(lián)網(wǎng)架構與關鍵技術

智能物聯(lián)網(wǎng)架構通常分為感知層、網(wǎng)絡層和應用層三個層次。

感知層在智能物聯(lián)網(wǎng)架構中的主要作用是信息采集，這一層最常見的就是各種傳感器和攝像頭，用于替代或者延展人類的感官完成對物理世界的感知。

網(wǎng)絡層主要實現(xiàn)信息的傳遞、路由和控制，主要包含通信技術和通訊協(xié)議，通信技術分為有線通信技術和無線通信技術，有線通信技術包括以太網(wǎng)、RS-232、RS-485、M-Bus、PLC 等，有線通信穩(wěn)定性強，可靠性高，但是受限于媒介，而無線通信技術的發(fā)展比有線通信技術稍微廣泛些，主要分為蜂窩移動通信技術（2/3/4G）、短距離無線通信技術（藍牙、Wi-Fi、ZigBee、Zwave）以及專門針對物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)娜f物互聯(lián)的LPWA（低功耗廣域網(wǎng)）技術，解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡不能應對特殊物聯(lián)網(wǎng)場景的通信問題，LPWA 技術中包含SigFox、LoRa 和NB-IOT。常見的通訊協(xié)議包括MQTT、AMQP、XMPP、REST 以及CoAP 等。

應用層實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)與用戶的對接，將用戶需求與物聯(lián)網(wǎng)感知、處理和傳遞后的信息項結合，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能化應用[2]。利用邊緣計算、物聯(lián)網(wǎng)平臺、云服務以及大數(shù)據(jù)技術，基于某些應用場景對物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進行分析、計算以及反饋控制，從而達到人、物、環(huán)境之間的協(xié)同，常見的智能物聯(lián)網(wǎng)應用架構圖1 所示。

1.1 人工智能技術

人工智能技術是計算機科學的一個分支，致力于生產(chǎn)出能與人類智能相似的方式做出反應的智能機器，該領域的研究包括語音識別、圖像識別、機器人、自然語言處理、智能搜索和專家系統(tǒng)等。通過人工智能可以實現(xiàn)對人的意識、思維的信息過程的模擬，能像人那樣思考，甚至超過人的智能。

人工智能的發(fā)展幾經(jīng)沉浮，其再次快速發(fā)展得益于深度學習在2012年，Hinton 課題組為了證明深度學習的潛力，首次參加ImageNet 圖像識別比賽，其通過構建的CNN 網(wǎng)絡AlexNet 一舉奪得冠軍，且碾壓第二名（SVM方法）的分類性能。也正是由于該比賽，CNN 吸引到了眾多研究者的注意。

圖1：智能物聯(lián)網(wǎng)技術架構圖

人工智能技術的應用領域不斷擴大，對于社會的發(fā)展具有重要作用，也是人類科學技術不斷向前發(fā)展的有效象征[3,4]。

1.2 信息采集技術

信息采集技術工作原理跟人類類似，是通過聽覺、嗅覺、視覺等方式將信息采集上來。在嗅覺方面應用了傳感器來接收外部的溫度、濕度、二氧化碳、氨氣等等數(shù)據(jù)，在視覺方面主要應用攝像頭，攝像頭從應用場景上可以分為普通攝像頭，雙目攝像頭以及紅外攝像頭，分別應用到不同的環(huán)境和場景中，聽覺方面主要應用監(jiān)聽器、麥克風等設備收集外部的聲音數(shù)據(jù)。

1.3 云服務技術

云服務是通過物聯(lián)網(wǎng)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫说姆掌魃?，并對采集上來的?shù)據(jù)進行計算和加工，從而實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)控、事件報警、故障檢測以及根據(jù)實際應用場景設計出來的業(yè)務邏輯。

1.4 物聯(lián)網(wǎng)平臺

物聯(lián)網(wǎng)平臺是物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，通過提供內(nèi)置工具和功能，為設備提供安全、穩(wěn)定的通信能力，幫助開發(fā)者低成本、快速的實現(xiàn)設備端與服務端的對接，方便管理設備上報數(shù)據(jù)與服務端下發(fā)控制，同時還能夠基于規(guī)則引擎進行數(shù)據(jù)過濾與轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)了高效的數(shù)據(jù)存儲、計算和智能分析，能夠減少大量的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)成本，加快應用場景落地并簡化部署流程。

1.5 邊緣計算技術

物聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展的過程會遇到海量的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析等功能眾多挑戰(zhàn)，從而帶來帶寬占用量大、服務響應慢、數(shù)據(jù)安全風險高等問題，單純靠云端計算已然無法完全解決問題，邊緣計算可以有效緩解以及解決這些挑戰(zhàn)和問題，同時物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算可以將AI 算法、數(shù)據(jù)處理、應用程序等功能的實現(xiàn)，由云端中心下放到網(wǎng)絡邊緣的節(jié)點上，從而實現(xiàn)可以在網(wǎng)絡邊緣端實現(xiàn)低時延、高帶寬、高可靠、海量連接、異構匯聚和本地安全隱私保護等特殊業(yè)務要求的應用場景。

圖2：智能養(yǎng)豬網(wǎng)絡拓撲圖

1.6 大數(shù)據(jù)技術

目前大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，為人工智能、物聯(lián)網(wǎng)提供了強有力的數(shù)據(jù)能力支持，主要核心技術包括采集解析技術、存儲管理技術以及并行計算技術，同時技術生態(tài)非常開放，如hadoop、hive、hbase、spark 等大數(shù)據(jù)軟件能夠幫助用戶快速實現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的分析和挖掘，通過對海量的數(shù)據(jù)進行分析，從而挖掘出非常有價值的信息。

2 基于智能物聯(lián)網(wǎng)的養(yǎng)殖應用分析

如圖2 所示。

2.1 智慧養(yǎng)豬

智能巡檢系統(tǒng)，通過智能物聯(lián)網(wǎng)設備（巡檢車、AI 攝像頭、邊緣計算網(wǎng)關、傳感器）實現(xiàn)對活體的運動追蹤、行為播報、數(shù)據(jù)采集等功能，參見圖2，利用自動巡檢功能實現(xiàn)遠程的控制和監(jiān)察，通過24 小時巡檢監(jiān)控及時發(fā)現(xiàn)異常，避免豬場造成生產(chǎn)損失，同時在云服務端實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時更新狀態(tài)，并且對數(shù)據(jù)進行處理分析，建立智能數(shù)據(jù)儲備庫，實現(xiàn)減少人力成本，實現(xiàn)高效養(yǎng)殖。

精準飼喂系統(tǒng)通過根據(jù)豬只日齡、體況生成飼喂曲線實現(xiàn)自動飼喂，同時自配規(guī)則，實現(xiàn)定時定量飼喂，同時通過制定科學飼喂套餐，實現(xiàn)干濕料混合狀態(tài)，滿足豬只營養(yǎng)需求，并利用AI 攝像頭可以檢測到余食狀態(tài)，根據(jù)剩余飼喂情況進行數(shù)據(jù)分析，動態(tài)調(diào)控下料量，并通過利用大數(shù)據(jù)技術分析飼喂數(shù)據(jù)反映豬只的健康狀況。

疫情監(jiān)測系統(tǒng)利用聲音識別技術對豬群聲音（咳嗽、哮喘）進行處理分析，及時發(fā)現(xiàn)異常豬群，監(jiān)控豬只異常狀態(tài)，并結合歷史疾病監(jiān)控數(shù)據(jù)，挖掘疾病分布及規(guī)律，分析疾病原因，為疫病防控提供有效的數(shù)據(jù)支撐。同時通過AI 攝像頭監(jiān)測豬只排泄物，利用圖像識別技術及時發(fā)現(xiàn)并處理異常豬只，有效掌握豬只身體健康狀況。

2.2 智慧養(yǎng)牛

利用智能項圈、智能監(jiān)測站、實時監(jiān)測網(wǎng)、視覺識別等技術，進行牛只繁育性能測定、視覺估重，以及蹄病和藥浴監(jiān)測，同時對牛只進行精準降溫、疾病預警，以及運動行為和軌跡的分析，及時做到發(fā)情監(jiān)測和疾病預警，降低養(yǎng)殖風險，提高生產(chǎn)效益。

智能項圈通過多種傳感器分析牛只姿態(tài)、運動步數(shù)等信息，實現(xiàn)對牛只發(fā)情等異常的精確判斷。

智能監(jiān)測站利用機器視覺技術，借助AI 攝像頭和邊緣計算網(wǎng)關實現(xiàn)牛臉牛背識別，智能識別牛只面部特征及背部花紋，快速精準識別牛只身份，然后將AI 攝像頭采集的牛只圖像信息與AI 估重算法結合估測，同時采集牛只行走狀態(tài)圖像數(shù)據(jù)，對牛只進行智能步態(tài)評分，最后通過數(shù)字化處理和數(shù)據(jù)分析計算，實時監(jiān)測牛只體重變化、體況變化、肢蹄健康狀況、藥浴情況，為牧場生產(chǎn)管理決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

實時監(jiān)測網(wǎng)在牛舍內(nèi)全方位部署24h 智能監(jiān)測設備，監(jiān)測圈舍內(nèi)全部牛只及環(huán)境狀況，向飼養(yǎng)員發(fā)送異常預警及任務指令，智能化驅(qū)動物聯(lián)網(wǎng)設備，對牛只爬跨、臥地不起等發(fā)情或疾病行為進行監(jiān)測，并鎖定異常牛只，發(fā)送給相應的飼養(yǎng)員。同時利用AI 攝像頭自動識別進場車輛及人員，記錄作業(yè)時間和頻次，提高牧場管理效益，結合智能分析食槽內(nèi)余食量，對空槽等異?，F(xiàn)象及時預警，降低人員巡檢成本。

智能噴淋利用AI 攝像頭和邊緣計算網(wǎng)關，提取牛只圖像信息，判斷各欄位是否有牛正在進行采食，準確識別牛只并進行一對一精準噴淋，并聯(lián)動THI 指數(shù)，通過物聯(lián)網(wǎng)平臺傳輸與處理數(shù)據(jù)，自動啟動噴淋系統(tǒng)，并根據(jù)溫濕度指數(shù)的不同調(diào)整噴淋頻率以降低奶牛在高溫情況下產(chǎn)生的熱應激可能。

3 結束語

基于智能物聯(lián)網(wǎng)的智慧養(yǎng)殖場景構建已經(jīng)成為當前中國農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個重要的方向，在構建智慧養(yǎng)殖場景時，包括物聯(lián)網(wǎng)技術、人工智能技術、邊緣計算技術以及5G 通信技術都應該得到充分的探索和應用，而對于當前的智慧養(yǎng)殖場景的構建而言，物聯(lián)網(wǎng)技術則發(fā)揮著主要作用，也可以說物聯(lián)網(wǎng)技術是智慧養(yǎng)殖的基石，相關技術人員需要了解智能物聯(lián)網(wǎng)技術在智慧養(yǎng)殖場景中的應用發(fā)展趨勢，并采取各項措施進行推進，促使智能物聯(lián)網(wǎng)技術能夠更好的支持和豐富智慧養(yǎng)殖功能，更好的推動數(shù)字化農(nóng)業(yè)的建設。