張志明，王 輝，邊傳周，張一帆，武 茜，李建榮，牛衛(wèi)紅

(河南牧業(yè)經(jīng)濟學院，河南 鄭州 450046)

隨著人民生活水平的提高和空巢家庭精神寄托的需要，飼養(yǎng)寵物越來越多，我國的寵物數(shù)量屢創(chuàng)新高，且保持強勁的增長勢頭。截止到2018年底，我國寵物數(shù)量達1.75億只，成為世界第三大寵物市場。寵物犬具有溫順、易馴服和通人性等優(yōu)點，在寵物飼養(yǎng)中占比最高，約為38%[1,2]。近年來，隨著“虐狗門”、狂犬病疫苗造假和“成都柯基犬”等社會事件發(fā)生，犬只的生命安全屢受威脅，卻得不到基本的法律保護[3]。寵物犬作為人類忠誠的朋友，豐富了人們的精神生活，其生活保障、疾病防治和生命安全保護等福利管理研究成為人們關注的熱點話題。借助于RFID識別犬只個體、傳感器監(jiān)測生存環(huán)境，GPS實時定位，以及視頻通信進行遠程互動，可望有效保障和提升犬只福利。

1 研究背景

動物福利的概念最早由美國人休斯提出，后經(jīng)夏良宙和斯伯丁等人的不斷完善，最終將動物福利歸結為動物飲食、住所、活動空間和安全的積極需要，以及不受欺凌和傷害的消極需要[4]。英國作為世界上最早研究動物福利的國家，1822年頒布了《馬丁法令》明令禁止虐待動物，開創(chuàng)了動物保護立法的先河。隨后又頒布了《動物保護法》、《動物福利法》等十多部有關動物保護的法律，成為了世界動物福利標準最高的國家[5]。美國自1859年起明文禁止殘酷虐待動物，德國則對動物馴養(yǎng)、繁殖、實驗和宰殺等細節(jié)做了法律規(guī)定[6]。

我國的動物福利研究起步較晚，2004年頒布了《北京市實驗動物管理條例》，才正式將畜禽類動物福利管理列入法律保護范疇。寵物福利屬于動物福利的一個分支，部分發(fā)達國家對寵物福利管理展開了研究和實踐，出臺了相應的法律。相比之下，我國的寵物福利研究明顯落后，寵物福利管理尚未開始，普遍存在著寵物疾病防治不及時、疫苗接種不規(guī)范、管理檔案不完整等諸多問題。

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IOT)被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮，為各行業(yè)的模式創(chuàng)新注入了新能量。國內(nèi)外學者結合行業(yè)需求，紛紛就物聯(lián)網(wǎng)在行業(yè)中的應用展開了研究與實踐，利用物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)寵物自動化管理的“寵聯(lián)網(wǎng)”，也逐漸進入大眾視野[7]。周錦榮等設計了智能喂食控制系統(tǒng)實現(xiàn)了寵物的定時定量喂食[8]。楊鋒設計的定位器實現(xiàn)了寵物的位置追蹤[9]。將物聯(lián)網(wǎng)技術運用到寵物犬福利管理，符合“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展戰(zhàn)略和寵物人性化管理，具有重要的現(xiàn)實意義和廣闊的應用前景。

2 物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)是借助于智能傳感器、RFID(Radio Frequency Identification，無線射頻識別技術)、激光掃描儀、GPS(Global Positioning System，全球定位系統(tǒng))、視頻通訊、遙感等設備和系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡按照相關協(xié)議進行設備聯(lián)網(wǎng)和通信，進而實現(xiàn)目標的智能識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種智能網(wǎng)絡，充分實現(xiàn)了“人—機—物”之間的信息通信和智能化控制[10]。

一般來說，物聯(lián)網(wǎng)的基本架構由感知層、網(wǎng)絡層和應用層構成。如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)架構圖

結合寵物犬福利管理的物聯(lián)網(wǎng)應用來說，感知層是借助于物聯(lián)網(wǎng)設備采集犬只管理數(shù)據(jù)，它是物聯(lián)網(wǎng)技術的核心和基礎，如溫濕度傳感器監(jiān)視犬只生活環(huán)境、RFID識別犬只個體、GPS進行犬只定位等。網(wǎng)絡層是實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和信息通訊的媒介，包括互聯(lián)網(wǎng)、傳感器網(wǎng)絡和通信網(wǎng)絡三種，如感知設備獲取的數(shù)據(jù)要通過傳感器網(wǎng)絡和通信網(wǎng)絡傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務器，面向終端的信息查詢則要依靠網(wǎng)絡層訪問數(shù)據(jù)服務器。應用層是面向終端用戶的信息綜合管理平臺，通常具有信息查詢、統(tǒng)計、分析和預警等功能。

3 國內(nèi)寵物犬福利管理系統(tǒng)存在的問題

隨著民眾對寵物福利意識的不斷提高，和物聯(lián)網(wǎng)設備成本的快速下降，基于物聯(lián)網(wǎng)技術的寵物犬福利管理系統(tǒng)也開始使用。但目前的管理系統(tǒng)還存在較多問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

(1)系統(tǒng)數(shù)據(jù)在數(shù)量和質(zhì)量方面存在嚴重不足。系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)在全國寵物犬總量中占比很低，也不能覆蓋犬只的整個生命周期。同時，數(shù)據(jù)多為傳統(tǒng)的人工采集，其準確性和可靠度不高。

(2)跨系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)的成本過高。當下各管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)標準不統(tǒng)一，缺乏共享機制，各自筑建起了共享壁壘，形成了一個個信息孤島，數(shù)據(jù)共享難度大、成本高。

(3)系統(tǒng)對突發(fā)事件的信息溯源能力差。由于系統(tǒng)存儲的犬只數(shù)據(jù)量小，共享性差，犬只的飼養(yǎng)人、生活環(huán)境、疾病防治、安全保護等數(shù)據(jù)存在通信鴻溝，針對突發(fā)事件的信息溯源和追責存在較大難度。

利用物聯(lián)網(wǎng)技術能夠自動采集犬只生活環(huán)境、個體識別、疾病防治等方面的數(shù)據(jù)，制定數(shù)據(jù)統(tǒng)一標準，實現(xiàn)共享，進而實現(xiàn)寵物犬的福利管理。通過提升寵物犬福利管理水平，減少由此引發(fā)的社會矛盾，進而逐步推進動物福利立法。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術在寵物犬福利管理中的設計

筆者圍繞寵物犬福利管理展開研究，運用物聯(lián)網(wǎng)技術監(jiān)視犬只生活環(huán)境、保護犬只安全和規(guī)范犬只疾病防治，具體研究內(nèi)容如圖2所示。

圖2 寵物犬福利管理研究內(nèi)容

4.1 生活環(huán)境監(jiān)控

犬只的生活環(huán)境監(jiān)控是保障犬只福利的關鍵，為犬只提供舒適的生活場所和充足的飲食，是生活環(huán)境監(jiān)控的重點。

(1)溫濕度監(jiān)控

生活環(huán)境的溫濕度控制，對犬只健康十分重要。犬只的身體構造不利于散熱，環(huán)境溫度過高易發(fā)生中暑。同時，高溫高濕環(huán)境易促進病原微生物和寄生蟲的繁殖，進而導致病原感染引發(fā)皮膚病。

溫濕度傳感器由NTC(Negative Temperature Coefficient)測溫元件、感濕元件和內(nèi)置微處理器構成。其中，感濕元件和測溫元件分別測量相對濕度和溫度信號，然后經(jīng)過放大、A/D轉換、校準和糾錯處理，通過二線串行接口傳輸給微處理器。如DHT21就是一種優(yōu)秀的溫濕度復合傳感器，它借助于連接引腳GPIO5與微處理器ESP8266進行周期性通信，從而實現(xiàn)準確的溫濕度監(jiān)測。如圖3所示。

圖3 溫濕度傳感器連接電路圖

為了準確獲取犬只生活環(huán)境的溫濕度，多傳感器布設是目前國內(nèi)外學者普遍采用的方式。即在監(jiān)控范圍內(nèi)布設多個傳感器節(jié)點，然后借助于相應的數(shù)學算法計算平均值，如最佳平方逼近最小二乘法和自適應加權平均算法等。

(2)飲食監(jiān)控

飲食供應是寵物福利的最基本保障，基于物聯(lián)網(wǎng)的寵物智能喂食管理控制已相當成熟[8]。筆者利用重力傳感器和水位傳感器實現(xiàn)了寵物智能喂養(yǎng)，并采用視頻交互模塊實現(xiàn)寵物犬的遠程交互式智能喂養(yǎng)，其系統(tǒng)設計如圖4所示。

圖4 智能喂食系統(tǒng)設計

該系統(tǒng)借助重力傳感器和水位傳感器實時采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給STM32微處理器，再由微處理器控制驅動電路啟動飲食電機，完成自動喂食。另外，系統(tǒng)集成了視頻交互模塊，通過該模塊可以完成寵物的實時監(jiān)控和互動，如遠程語音呼喚等。整個系統(tǒng)通過網(wǎng)絡與管理信息系統(tǒng)相連，進一步提升寵物飲食監(jiān)控的自動化水平。

4.2 犬只安全保護

(1)犬只個體識別

實現(xiàn)個體識別是保障犬只安全的必要前提，借助于植入式RFID標簽來標識犬只，這也是目前比較成熟的方式[11]。

RFID利用了無線電射頻通信的非接觸式自動識別技術，具有標簽識別距離遠、讀取速度快和數(shù)據(jù)傳輸安全等優(yōu)點，被廣泛運用于各行業(yè)的數(shù)據(jù)采集。RFID系統(tǒng)一般由標簽、閱讀器、天線和信息系統(tǒng)構成，如圖5所示。其中，標簽存儲著唯一識別目標的編碼，閱讀器借助天線發(fā)出射頻信號，進而獲取標簽信息，再通過網(wǎng)絡傳遞給信息系統(tǒng)[12]。

圖5 RFID系統(tǒng)構成圖

通過犬只皮下注射的方式植入高頻RFID標簽，可以實現(xiàn)犬只遠距離無接觸識別。再借助于信息系統(tǒng)犬只和飼養(yǎng)人之間的外關鍵字聯(lián)系，實現(xiàn)犬只和飼養(yǎng)人之間的對應，從而有效解決犬只歸屬、遺棄和犬只傷人的事后追責等社會問題。

(2)實時定位

通過GPS實現(xiàn)犬只實時定位，能夠有效降低犬只走失概率。GPS是目前使用最為廣泛的定位系統(tǒng)，它由分布在6個不同空間軌道平面的24顆人造衛(wèi)星，以及地面接收器和基站組成，采用WGS84坐標系，其定位原理如圖6所示。

圖6 GPS定位原理

GPS能夠根據(jù)其中4顆(或4顆以上)衛(wèi)星和地面接收器之間的距離，進行數(shù)學計算實現(xiàn)目標定位。同時借助于衛(wèi)星與地面已知基站距離加以計算修正，從而提高計算精度。目前，民用GPS定位精度為10 m。

考慮到GPS接收器的供電問題，筆者采用了集成GPS接收器和通信模塊的智能項圈[13]。犬只戶外活動時佩戴項圈，借助于GPS接收器功能實現(xiàn)位置定位，并通過通信模塊將犬只位置信息發(fā)送到終端設備，實現(xiàn)位置監(jiān)控，降低寵物走失概率。

4.3 疾病防治規(guī)范

疾病防治是寵物犬福利管理研究的重要內(nèi)容。加強犬只疫苗規(guī)范化注射，建立完整的犬只健康病歷檔案是犬只健康的保障。同時，還能夠有效降低由犬只傷人而引起的疾病感染概率。

植入皮下的RFID標簽能夠確保犬只唯一性標識，結合寵物醫(yī)院和有關管理部門的信息系統(tǒng)，進而實現(xiàn)犬只疫苗的規(guī)范化注射，以及建立起完整的犬只病歷檔案。借助于RFID標簽，系統(tǒng)能夠輕松實現(xiàn)犬只和飼養(yǎng)人的對應關系，進而有效推送疾病防治信息，如定期提醒狂犬疫苗的注射等。同時，RFID標簽作為犬只唯一的終生標識，還能夠追蹤其死亡后的尸體信息，從而對犬只尸體的無害化處理進行監(jiān)管，減少疾病傳播。

寵物智能項圈作為一個外置設備，除了能夠集成GPS模塊完成定位外，還可以添加三軸加速傳感器和溫度傳感器等感知模塊，分別用于監(jiān)測犬只的有效運動和實時體溫，從而確保犬只的健康。

5 結語

將物聯(lián)網(wǎng)技術運用到寵物犬福利管理，既保護了犬只安全，規(guī)范了疾病防治和日常管理，化解了由犬只管理不規(guī)范引起的社會矛盾，又實現(xiàn)了犬只生活數(shù)據(jù)的自動化采集，保證了數(shù)據(jù)的準確性和完整性，有助于推動數(shù)據(jù)統(tǒng)一標準，打破數(shù)據(jù)壁壘，降低數(shù)據(jù)共享成本。同時，運用物聯(lián)網(wǎng)技術提升寵物犬福利管理的信息化水平，可為我國寵物福利管理提供參考和技術支持，對動物福利立法研究提供參考。