畜禽健康养殖中环境监测及预警系统研究

王海森

目前，我国畜产品生产仍存在较严重的质量及安全隐患，肉、蛋、奶等畜产品在不同程度上存在抗生素及药物残留超标等问题，已成为制约畜牧业持续健康发展的“瓶颈”，不仅导致养殖业的养殖效益下降，造成巨大的经济损失，还威胁人们的身体健康，酿成严重后果。在这种情况下，推行畜禽健康养殖，保证动物养殖过程的健康、安全，生产无污染、无公害的畜产品已成为当务之急，而适宜的环境是发挥品种及饲料优势的基础性条件。因此，实时监测畜禽养殖环境，建立合理的预警机制对于促进畜禽健康生长具有积极意义。

1 畜禽健康养殖中信息化技术的应用现状

随着畜禽养殖业的进一步发展，目前国外有很多养殖企业已基本上实现了现代化生产管理，先进的生产技术已广泛用于饲料配方、棚舍消毒和营养平衡等领域，规模效益较为突出。因此，我国养殖业要获得可持续发展，实现畜禽养殖的信息化与智能化已成为大势所趋。目前，国内已有多种养殖平台在养殖实践中发挥着重要作用，有的养殖平台拥有多种功能，有的养殖场应用数字化技术（主要有无线射频识别、智能控制等技术）实现了对猪舍实况的可视化监视、对猪只信息的数字化表达和对猪舍环境的智能化调控。但需要注意的是，目前广泛采用的禽舍环境监控系统仍采用人工读卡或有线传输等传统方式进行数据采集，不仅易出现大量监测盲区，还存在精确度低、实时性差、维修难度高和可靠性差等问题，亟需改进。

2 养殖环境监测及预警系统研究

以生猪养殖为例，猪属于应激性生物，猪舍温、湿度不利于猪生长时均有可能引发各种疾病，此外光照强度、粉尘及有害气体浓度等均会影响生猪生长，其中温度、湿度和光照强度是最为主要的猪舍环境因子，以上述因素作为监测对象研究环境实时监测及预警系统具有一定代表性。

2.1 数据采集及相应处理

猪舍环境数据采集需考虑传感器节点分布、采集节点实效、节点采集的原始数据与工程数据转换和数据融合等问题。采用无线传感器网络采集环境数据可保证所采集数据的实时性和精确度，无线传感器网络节点可遍布养殖场内，形成自组织网络。环境数据经无线传感器节点采集后传送至汇聚节点，之后再通过串口通讯方式与网关进行通讯，此时通讯组件（特指位于服务器的通讯组件）发出读取数据请求，然后经由网关传送环境数据至服务器，经相应处理后保存于数据库。具体步骤如下：①工程数据转换。由网关传送至服务器的数据并不是工程数据，须使用转换公式转换为环境数据之后才具有实际意义。②数据预处理。③开展数据融合。

2.2 对猪舍内小环境开展实时监测

单个猪舍是客户端的监测对象，因此需对节点环境值（位于监测猪舍之内）实施数据融合，可采用加权平均法获得猪舍内小环境的环境值。

2.3 环境预警

为及时发现不适宜环境，进行合理的推理判断并给出预警信息，需要进行环境预警。而要建立科学、合理的预警机制须考虑的问题较多，重点包括以下几个方面：其一，必须对猪个体的类型及其生长阶段进行区分，并明确其对环境的具体需求；其二，当猪个体处于不适宜环境中时必须考虑其生长过程中可能会出现的不良症状以及如何确定推理规则，并使环境因子值与语言变量值相对应。

环境预警包含的内容主要有猪只个体是否适应当前环境、在不适环境下生长猪只有可能疾病及其症状以及针对上述问题采用的解决措施等。猪只的适宜环境值通常存在个体差异，当环境不适时（主要指环境因子偏高、过高或过低时）均有可能发生猪病。因此，设计合理的正向模糊推理预警模块（实现个体与环境信息紧密结合）十分必要。此外，要实现环境监测及预警系统，需由无线传感器网络、通讯组件、数据库系统、环境监测及预警平台等三大模块组成系统，并连接无线传感器网络（WSN），通过实时监测功能模块和数据管理功能模块实现监测预警系统功能。

（编辑：狄慧）