奶牛主要群发性生产疾病早期预警系统的设计与实现

郑家三，鲁明福，徐闯，张洪友，夏成

（1.黑龙江八一农垦大学动物科技学院，大庆 163319；2.大庆市红岗区动物卫生监督所）

奶牛主要群发性生产疾病早期预警系统的设计与实现

郑家三1，鲁明福2，徐闯1，张洪友1，夏成1

（1.黑龙江八一农垦大学动物科技学院，大庆 163319；2.大庆市红岗区动物卫生监督所）

为了实现奶牛主要群发性生产疾病的早期预警，降低养殖成本，以Asp.net和SQL Server2008为开发工具，采用SOA基础架构和三层分布式网络体系结构，采用UML进行可视化建模，运用迭代式开发方法设置阶段控制点来实现系统的研发过程，对奶牛主要群发性疾病，如酮病、钙磷代谢障碍等进行早期监测，为早期预报奶牛主要群发性生产疾病提供科学的依据。

奶牛；群发性疾病；预警；系统设计与实现

利用群体健康观念进行奶牛群发性生产疾病的风险评估和预警是近年来国内外研究的热点。随着信息化技术在畜牧领域的广泛应用，各种管理软件、数据统计分析软件、专家诊断软件、服务软件相继出现，并在实际应用中取得了显著效果，成为推进畜牧产业信息化发展的重要手段之一，也符合国家大力提倡的节能减排的指导思想。

通过调查黑龙江地区集约化牛场的饲养管理情况及主要生产性疾病的发病情况，建立黑龙江省地区围产期奶牛群体代谢健康评估体系，确定奶牛群体围产期酮病、乳热、硒缺乏、真胃变位等疾病的风险预警指标，开发早期预警系统，为早期预报奶牛主要群发性生产疾病、提高奶牛养殖效率提供科学保障。

1 系统设计原则

（1）采用标准和开放的架构，使系统具有高扩展性和兼容性。

（2）采用平台化设计，系统按照平台化的设计思想，通过系统界面化配置，即可应对系统功能及数据库数据的变动。

（3）先进性和实用性，系统从开发工具选择、框架搭建、开发方法、技术路线等各方面都保证了系统的先进性，同时界面设计快捷、实用。

（4）安全性原则。系统采用SOA基础架构和多种安全防范措施，极大地提升了系统在应用、数据等方面的安全性。

（5）标准化原则。系统研发设计时既要符合畜牧行业内部的相关标准，又要基于信息行业相关标准和规范，系统在软件工程方面则要满足ISO90001软件工程国际质量体系要求，支持中文国家标准第二级（GB2312-80）的中文字符的存储处理，支持UNICODE通用编码格式。

2 系统网络体系结构设计

在系统结构设计中，应用目前主流的B/S/D结构（即：WEB浏览器/WEB服务器/数据库系统结构），这种结构基于分布式技术，将系统客户层和应用层分离，并按功能划分为客户层、应用层和数据层，分别放置在相同或不同的硬件平台上。运用此构造方法，实现了系统的B/S网络化结构，实现了在互联网上的应用，并提高了系统的向后兼容性，符合网络发展的趋势，同时，大大降低了系统更新所需的工作量。在研发过程中，通过采用ASP/XML技术，自定义模型及指标等办法，增强了系统的可扩充性，降低了系统维护的复杂性[1]。系统的三层分布式网络体系结构如图1。

图1 系统的三层分布式网络体系结构Fig.1 Three layers distributed network architecture of the system

（1）客户端。系统客户端为系统界面，它的作用是实现应用程序对客户端的各种访问，能够将系统输出的可用信息展现给操作用户，同时完成系统数据的输入。系统界面由.NET Web窗体和代码隐藏文件组成，系统操作用户利用HTML完成对系统的操作，而代码隐藏文件则是对系统的各种控件的事件进行处理。

（2）服务层。系统的服务层包括业务服务层和数据逻辑层。业务服务层负责解释用户输入信息的逻辑。包括数据类型、数据规则、数据验证和数据处理等内容；数据逻辑层是在业务服务层和数据库之间的一个接口[2]。

（3）数据层。系统的数据层包括数据存储层和公共组件实体层。数据存储层为系统临时存储数据，是数据库系统和数据集间的存储系统。公共组件实体层用来存放系统所有的组件实体。

3 系统实现方法和技术路线

在选择课题的开发方法时，根据业务特点和课题周期，课题组选用迭代式开发方法，将整个开发周期分成多个阶段周期，可迭代开发。每个阶段周期具有相同的开发过程，并设立阶段控制点进行开发进度和质量控制。在实施过程中，采用面向对象的方法进行系统设计，并充分利用面向对象的开发工具以及代码复用技术，来提高原型的实用程度和可靠性，加快了系统开发进度[3]。系统的技术路线设计如图2。

图2 系统技术路线示意图Fig.2 The diagram of the system technical route

（1）预备阶段：此阶段我们所做的主要工作是获取奶牛基地数据信息，结合研究成果，进行系统模型建立和验证工作。

（2）需求分析：进行需求获取和分析，调研、记录、细化、整合业务需求，明确业务处理目标和基本处理流程，分析用户当前数据信息。

（3）系统设计：采用面向对象的分析方法，以UML作为建模工具，根据业务对象、属性、方法及流程，确定人机交互、数据存储和网络通信等具体实现对象，进行功能模块、数据流逻辑和数据库设计[4]。同时，编制系统测试数据及数据处理流程图。

（4）程序实现：此阶段主要是根据设计文档，进行程序代码实现。

（5）系统测试：依据需求和设计，利用测试数据对程序功能和性能进行验证，出具测试记录和测试报告。

4 系统可视化建模

在系统设计时，采用UML为系统建模。首先利用UML的案例图对用户需求进行描述，并以此作为系统功能设计的依据。经评审确认后，再使用Use－Case框图完成对案例图的流程标注，之后再分别用Collaboration和Sequence框图构建案例对象与对象之间的数据逻辑关系，从而完成对系统功能的可视化建模[5]。可视化建模是系统设计的重要部分，也是开发人员进行系统功能实现的重要依据[6-7]。系统牛群结构功能结构如图3。

图3 系统牛群结构功能的原型设计Fig.3 The prototype design of the structure function of the dairy cattle system

5 系统功能实现

系统主要功能包括系统管理、牛场管理、业务功能和查询分析四个部分，首先实现了奶牛场基本信息建立，如牛场信息、人员信息、牛舍信息等；然后通过奶牛基本信息的建立，如奶牛档案、繁育、诊断、生产、淘汰等信息，实现奶牛从进场、生产、繁育、泌乳和疾病等环节的信息化管理；第三，自动生成牛群结构分析模型，实现对其图形化数据分析；第四，自定义牛群群体性指标预警模型，如：酮病、钙磷代谢障碍、微量元素硒缺乏、奶牛乏情和瘤胃酸中毒等疾病，实现三级不同颜色预警；第五，实现对牛群群发性发病情况、发病指标的分析；第六，实现对牛场奶牛情况、疾病情况、指标情况等数据的查询与统计功能；最后是系统设置功能，能够设置操作人员、使用权限、登陆管理、模型建立、指标参数等内容，系统的主要功能及预警界面如图4、图5。

图4 系统主要功能结构图Fig.4 System main functional structure diagram

图5 疾病预警窗口Fig.5 The window of the disease warning system

6 结论

从软件工程的角度阐述了奶牛群发性疾病早期预警系统的设计与实现过程。开发了奶牛主要群发性生产疾病的早期预警系统，可以利用该系统对奶牛主要生产性疾病进行早期预警。用户可以在系统的帮助下，通过输入某一个疾病的预警指标数值，再通过系统对这些数据匹配及数据的处理，经过一系列规则的运算，最终得出牛群发病几率的高低。通过试验结果表明，专家系统具有科学性强、可信度大、准确率高等优点，可以更好的为奶牛场开展群发性疾病早期预防提供技术支撑，为奶牛业的健康发展提供有利的医疗技术保障。

［1］丁跃潮，张涛.XML实用教程［M］.北京：北京大学出版社，2006.

［2］张安杰，张璟，李军怀，等.Web信息系统安全研究与应用［J］.西安理工大学学报，2007，23（2）：205-208.

［3］文斌，何克清.一种新的软件开发方法：面向对象的迭代增量式开发方法［J］.荆门职业技术学院学报，2001（6）：22-25.

［4］舒远仲，刘炎培，彭晓红，等.面向对象Petri网建模技术综述［J］.计算机工程与设计，2010（15）：3432-3435.

［5］李才芳，肖小亭，孙友松，等.基于UGⅡ的复杂陶瓷洁具产品CAD系统建模［J］.广东工业大学学报，2003，20（2）：21-25.

［6］马志强，刘利民，赵俊生.“软件过程与UML建模”课程增量式案例教学法的研究与实践［J］.内蒙古农业大学学报：社会科学版，2010，12（2）：169-170.

［7］邵庆，于成江.基于ASP.NET的党建平台构建［J］.黑龙江八一农垦大学学报，2015，27（4）：96-98.

Design and Realization of Early Warning System for the Main Mass Production Disease of Dairy Cattle

Zheng Jiasan1，Lu Mingfu2，Xu Chuang1，Zhang Hongyou1，Xia Cheng1
（1.College of Animal Science and Technology，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319；
2.Animal Health Supervision Institute of Daqing Honggang District）

In order to realize the early warning system of the main mass production disease of dairy cattle and reduce breeding cost，the stage control point for realizing the development process of the system by the iterative development method，which was based on the development tools of Asp.net and SQL Server2008，SOA infrastructure and three layer distributed network architecture was used to realize the system，and visual modeling was carried out by UML.The system could provide scientific basis for early warning of the main mass production of dairy cattle by monitoring earlier the main mass production disease of dairy cattle，such as ketone disease，calcium and phosphorus metabolism disorders.

dairy cattle；mass production disease；warning system；design and realization of early warning system

S857.22

A

1002-2090（2016）06-0034-05

10.3969/j.issn.1002-2090.2016.06.007

投稿日期：2016-11-11

国家科技支撑计划项目（2013BAD21B01）。

郑家三（1978-），男，讲师，东北农业大学毕业，现主要从事兽医外科学方面的教学与研究工作。

夏成，男，教授，博士研究生导师，E-mail：xcwlxyf@aliyun.com。