付友，都振玉，張興國，李義 ，王成森，郭瑞萍，王兆山，劉建勝**

（1.山東畜牧獸醫(yī)職業(yè)學院，山東 濰坊 261061；2.山東眾客食品有限公司，山東 新泰 271200）

中國已成為世界肉鴨生產(chǎn)第一大國，肉鴨養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)規(guī)模大、數(shù)量多、發(fā)展快速[1-2]。肉鴨養(yǎng)殖業(yè)正逐步向集約化、設(shè)施化、智能化及環(huán)境友好的方向發(fā)展。但在發(fā)展過程中，仍然擺脫不了養(yǎng)殖方式粗放、效率低下、成本高、養(yǎng)殖成績不穩(wěn)定等諸多問題[3]。

養(yǎng)殖戶大都靠經(jīng)驗養(yǎng)殖，沒有實現(xiàn)標準化、數(shù)據(jù)化養(yǎng)殖；普遍缺乏養(yǎng)殖環(huán)控計劃，或者計劃形同虛設(shè)，生產(chǎn)過程中存在大量的人工觀測和決策，且這些觀測和決策沒有形成數(shù)據(jù)資產(chǎn)；行業(yè)缺少對肉鴨生理習性和動物行為的研究；物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用產(chǎn)生了大量的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)（視頻數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、養(yǎng)殖數(shù)據(jù)、肉鴨本體數(shù)據(jù)、飼喂數(shù)據(jù)），但數(shù)據(jù)分析和利用程度很低。

應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、計算機仿真等先進技術(shù)手段，設(shè)計肉鴨智慧養(yǎng)殖監(jiān)、管、控一體化數(shù)智化云平臺，實行精準化智能養(yǎng)殖，可大幅降低養(yǎng)殖成本，提高養(yǎng)殖效率和養(yǎng)殖效益。

1 需求分析

山東、江蘇等地大力推廣立體多層籠養(yǎng)技術(shù)，土地集中利用，充分利用鴨舍空間，立體養(yǎng)殖模式占地面積是平養(yǎng)棚舍的三分之一，鴨舍長80～100 m，寬14m，屋脊高4 m，一棟鴨舍可養(yǎng)20 000～26 000只肉鴨，每批規(guī)模化養(yǎng)殖場可出欄30萬～50萬羽商品肉鴨。自動化管理系統(tǒng)雖然減少了人工成本和勞動強度，但對養(yǎng)殖設(shè)備和從業(yè)人員技能素質(zhì)提出了更高要求[4]。

肉鴨養(yǎng)殖數(shù)智化云平臺功能設(shè)計從規(guī)?；B(yǎng)殖場實際情況出發(fā)，加強肉鴨生理和動物行為的研究，綜合使用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、計算機仿真等先進技術(shù)手段，將養(yǎng)殖場的人、畜、設(shè)備連接起來，對養(yǎng)殖生產(chǎn)管理的全過程數(shù)據(jù)進行采集、分析、預(yù)警和決策。為精準記錄和管理肉鴨養(yǎng)殖過程，建立數(shù)據(jù)庫，存儲養(yǎng)殖環(huán)境信息、養(yǎng)殖場信息、畜舍信息、飼喂信息和疫病信息等，以便查詢和統(tǒng)計分析。通過集成肉鴨養(yǎng)殖信息智能感知技術(shù)及設(shè)備、無線傳輸技術(shù)及設(shè)備、智能處理技術(shù)，實現(xiàn)肉鴨養(yǎng)殖的環(huán)境監(jiān)控、智能精細飼喂、糞便清理、疾病診治等功能。應(yīng)用養(yǎng)殖數(shù)智化云平臺變傳統(tǒng)養(yǎng)殖為規(guī)模化、自動化、信息化、智能化的養(yǎng)殖模式，實行精準化智能養(yǎng)殖[5]。

2 肉鴨養(yǎng)殖數(shù)智化云平臺的設(shè)計

針對傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式存在的問題，充分利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、計算機仿真等先進技術(shù)手段，設(shè)計了肉鴨養(yǎng)殖數(shù)智化云平臺（圖1）。

圖1 肉鴨養(yǎng)殖數(shù)智化云平臺

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面

基于肉鴨的生理特征、動物行為等基礎(chǔ)研究，建立肉鴨新一代體感最優(yōu)環(huán)控算法模型，并將算法模型移植到智能環(huán)控器芯片里。配合使用養(yǎng)殖專用傳感器實時采集的棚舍內(nèi)外環(huán)境數(shù)據(jù)，圍繞養(yǎng)殖最優(yōu)環(huán)控目標，智能環(huán)控器自動控制調(diào)節(jié)環(huán)控外部設(shè)備的精準運行，幫助養(yǎng)殖場以較低成本提高了關(guān)鍵養(yǎng)殖指標。

肉鴨體核溫度異常是環(huán)境參數(shù)異常和健康狀態(tài)異常的重要表現(xiàn)。傳統(tǒng)養(yǎng)殖中，養(yǎng)殖人員通過人工方式手動將體溫計插入肉鴨的泄殖腔來檢測體核體溫。肉鴨養(yǎng)殖數(shù)智化云平臺設(shè)計專業(yè)傳感器與健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，通過綁定、植入等方式將傳感芯片固定在肉鴨腋下，獲取到的體核溫度實時上傳到云端服務(wù)器，數(shù)智化云平臺對這些數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計、處理學習與報警，形成肉鴨健康狀態(tài)的分析與預(yù)警模型，以利于養(yǎng)殖的生產(chǎn)管理。

2.2 大數(shù)據(jù)方面

大數(shù)據(jù)的目的并不是去追求數(shù)據(jù)量大，而是通過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集和分析手段預(yù)測需求、解決和避免不可見問題的風險，利用數(shù)據(jù)整合產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈，實現(xiàn)價值的最大化。

通過智慧養(yǎng)殖監(jiān)、管、控一體化云平臺，確保養(yǎng)殖過程中所有事件可監(jiān)控、可預(yù)警、可管理、可追溯，使設(shè)備、業(yè)務(wù)、財務(wù)、人員管理等完全透明地集成于一個數(shù)字化平臺之上。通過平臺對數(shù)據(jù)的自動進行關(guān)聯(lián)分析，為養(yǎng)殖用戶提供養(yǎng)殖環(huán)境及飼養(yǎng)管理方面切實有效的改善建議。當數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，平臺還會及時給養(yǎng)殖用戶發(fā)出預(yù)警或報警指令，使養(yǎng)殖用戶可同時管理成百上千棟的棚舍，幫助養(yǎng)殖場減少損失。

2.3 人工智能方面

養(yǎng)殖舍內(nèi)環(huán)境異常，肉鴨悶熱時，會通過張嘴加速呼吸來散熱。傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式下，人員需要1天當中24 h內(nèi)多次進入養(yǎng)殖舍巡檢，通過觀察肉鴨的張嘴比率來判斷肉鴨的舒適狀態(tài)，再通過調(diào)節(jié)通風等方式來降低肉鴨的體感溫度。但人工巡檢的準確度和效率很難得到保障。

建立AI攝像頭和人工智能算法，智能監(jiān)測肉鴨張嘴、扎堆等異常行為，實時進行張嘴率統(tǒng)計和報警。利用個體識別可視化算法，平臺可實現(xiàn)智能盤點、自動識別體長、體重，進行死禽的監(jiān)測與統(tǒng)計，對異常問題系統(tǒng)自動預(yù)警和調(diào)控，使肉鴨的生長一直保持在最佳舒適狀態(tài)。

建立AI疾病自動診斷系統(tǒng)。攝像頭智能采集不同疾病的圖像、體溫和行為等大數(shù)據(jù)，建立肉鴨疾病知識圖譜。結(jié)合專家建議，機器學習不斷優(yōu)化，提高系統(tǒng)診斷的準確性。在疾病發(fā)展初級能夠快速及時發(fā)現(xiàn)問題，對于疾病提供相應(yīng)的預(yù)防措施和治療措施，提升疾病診斷能力、提高診斷效率，減少疾病帶來的經(jīng)濟損失。

3 云平臺功能實現(xiàn)

3.1 環(huán)境監(jiān)測與控制

傳統(tǒng)環(huán)境控制系統(tǒng)僅僅考慮溫度、濕度、體重、通風量等幾個簡單的參數(shù)，不能應(yīng)對多變的氣候情況，不能基于肉鴨本身的健康狀態(tài)，養(yǎng)殖環(huán)控水平取決于養(yǎng)殖人員自身的經(jīng)驗。環(huán)控設(shè)備是執(zhí)行預(yù)先設(shè)定好的條件和指令，需要根據(jù)外部因素的變化，不斷對條件和指令進行手動調(diào)整，環(huán)控設(shè)備不能應(yīng)對氣候變化等突發(fā)因素，無法實現(xiàn)智能化自主調(diào)控，導致養(yǎng)殖舍內(nèi)溫度波動，引起肉鴨應(yīng)激反應(yīng)，增加養(yǎng)殖管理難點和養(yǎng)殖成本。

肉鴨養(yǎng)殖數(shù)智化云平臺根據(jù)肉鴨標準化棚舍的結(jié)構(gòu)和四季環(huán)境特點，建立溫度、濕度、風速、二氧化碳、一氧化碳、氧氣、硫化氫、氨氣、光照等環(huán)境因子數(shù)據(jù)庫。平臺對肉鴨養(yǎng)殖環(huán)境信息進行實時采集，集成了養(yǎng)殖場的溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳濃度傳感器、氨氣濃度傳感器和攝像頭、智能網(wǎng)關(guān)、智能控制柜等控制器，建立智慧養(yǎng)殖環(huán)境感知系統(tǒng)。平臺增加智能溫濕度算法、分段加熱、智能燈光控制等功能。設(shè)置溫濕度報警、肉鴨張嘴狀態(tài)報警、實時體核溫度及健康狀態(tài)報警等功能，環(huán)控設(shè)備無人化、智能化水平不斷提升。

系統(tǒng)自動將環(huán)控數(shù)據(jù)上傳到云端，管理人員遠程實時查看棟舍環(huán)境數(shù)據(jù)。云端對數(shù)據(jù)進行分析，通過數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)對比、數(shù)據(jù)決策，對異常數(shù)據(jù)能進行實時自動處理，實現(xiàn)面向智慧養(yǎng)殖的環(huán)境監(jiān)測、超標警報、數(shù)據(jù)可視化等功能。

3.2 養(yǎng)殖生產(chǎn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)監(jiān)控與預(yù)警

設(shè)計穿戴式傳感器與配套的健康狀態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)，可精確地預(yù)測肉鴨的環(huán)境舒適度、健康狀態(tài)等行為，做好肉鴨的飼養(yǎng)管理。試驗表明肉鴨在出現(xiàn)發(fā)病狀況前24～48 h，體核溫度會異常升高，且不同疾病的升溫曲線亦不相同。肉鴨養(yǎng)殖數(shù)智化云平臺提前檢測肉鴨發(fā)病情況，提前采取措施預(yù)防疾病，減少了抗生素的使用和經(jīng)濟損失。

傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式下，飼養(yǎng)員使用效率低下的紙質(zhì)、電子excel表格記錄吃料量、飲水量、水料比和體重等信息，費時費力，數(shù)據(jù)利用率低，分析困難。肉鴨養(yǎng)殖數(shù)智化云平臺實現(xiàn)了養(yǎng)殖生產(chǎn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的自動提取，形成高效的智能化數(shù)字管理模式體系。系統(tǒng)自動生成各種養(yǎng)殖指標，與標準指標自動比對，對異常指標自動預(yù)警?？纱蟠蠼档腿怿啺l(fā)病率、提高生長速度、降低飼養(yǎng)成本和人工成本。

3.3 數(shù)據(jù)互聯(lián)，設(shè)備運行狀態(tài)控監(jiān)控與預(yù)警

肉鴨養(yǎng)殖數(shù)智化云平臺具備以太網(wǎng)、NBIoT、5G等通訊方式，可以使用手機APP和中央控制室實現(xiàn)遠程控制、預(yù)警、設(shè)備監(jiān)控，養(yǎng)殖數(shù)據(jù)、環(huán)控方案數(shù)據(jù)的綜合分析和展示等功能。

平臺實現(xiàn)了從“端-管-云-手機端”的全鏈傳輸和無縫連接?？蓪崿F(xiàn)養(yǎng)殖棚舍設(shè)備的集中監(jiān)測、預(yù)警、控制、分析，可在中央控制室集中遠程進行棟舍內(nèi)燈光、加熱裝置、飼喂系統(tǒng)、清糞帶、風機、濕簾、導流板等設(shè)備等的控制，智能調(diào)整開關(guān)運行狀態(tài)、電流電壓功率、流量流速、開合角度等參數(shù)，提高飼喂效率，保證最佳養(yǎng)殖環(huán)境，減少養(yǎng)殖人員勞動強度。

肉鴨數(shù)智化云平臺基于對肉鴨生理與動物行為的監(jiān)測，對動物體感溫度、最佳環(huán)控參數(shù)的研究，綜合使用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、計算機仿真等先進技術(shù)手段，將養(yǎng)殖場的人、畜、設(shè)備連接起來，對養(yǎng)殖生產(chǎn)管理的全過程數(shù)據(jù)進行采集、分析、預(yù)警和決策，數(shù)智化云平臺設(shè)備連接示意圖見圖2。多屏多端的實時可視化展示實現(xiàn)了多棟棚舍的遠程管理。使用肉鴨數(shù)智化云平臺全面降低了養(yǎng)殖成本，提高了養(yǎng)殖效率和養(yǎng)殖效益。

圖2 數(shù)智化云平臺設(shè)備連接示意圖