肉鸭养殖数智化云平台的设计与实现*

付友，都振玉，张兴国，李义 ，王成森，郭瑞萍，王兆山，刘建胜**

（1.山东畜牧兽医职业学院，山东 潍坊 261061；2.山东众客食品有限公司，山东 新泰 271200）

中国已成为世界肉鸭生产第一大国，肉鸭养殖产业规模大、数量多、发展快速[1-2]。肉鸭养殖业正逐步向集约化、设施化、智能化及环境友好的方向发展。但在发展过程中，仍然摆脱不了养殖方式粗放、效率低下、成本高、养殖成绩不稳定等诸多问题[3]。

养殖户大都靠经验养殖，没有实现标准化、数据化养殖；普遍缺乏养殖环控计划，或者计划形同虚设，生产过程中存在大量的人工观测和决策，且这些观测和决策没有形成数据资产；行业缺少对肉鸭生理习性和动物行为的研究；物联网的应用产生了大量的多源异构数据（视频数据、环境数据、养殖数据、肉鸭本体数据、饲喂数据），但数据分析和利用程度很低。

应用物联网、大数据、人工智能、计算机仿真等先进技术手段，设计肉鸭智慧养殖监、管、控一体化数智化云平台，实行精准化智能养殖，可大幅降低养殖成本，提高养殖效率和养殖效益。

1 需求分析

山东、江苏等地大力推广立体多层笼养技术，土地集中利用，充分利用鸭舍空间，立体养殖模式占地面积是平养棚舍的三分之一，鸭舍长80～100 m，宽14m，屋脊高4 m，一栋鸭舍可养20 000～26 000只肉鸭，每批规模化养殖场可出栏30万～50万羽商品肉鸭。自动化管理系统虽然减少了人工成本和劳动强度，但对养殖设备和从业人员技能素质提出了更高要求[4]。

肉鸭养殖数智化云平台功能设计从规模化养殖场实际情况出发，加强肉鸭生理和动物行为的研究，综合使用物联网、大数据、人工智能、计算机仿真等先进技术手段，将养殖场的人、畜、设备连接起来，对养殖生产管理的全过程数据进行采集、分析、预警和决策。为精准记录和管理肉鸭养殖过程，建立数据库，存储养殖环境信息、养殖场信息、畜舍信息、饲喂信息和疫病信息等，以便查询和统计分析。通过集成肉鸭养殖信息智能感知技术及设备、无线传输技术及设备、智能处理技术，实现肉鸭养殖的环境监控、智能精细饲喂、粪便清理、疾病诊治等功能。应用养殖数智化云平台变传统养殖为规模化、自动化、信息化、智能化的养殖模式，实行精准化智能养殖[5]。

2 肉鸭养殖数智化云平台的设计

针对传统养殖方式存在的问题，充分利用物联网、大数据、人工智能、计算机仿真等先进技术手段，设计了肉鸭养殖数智化云平台（图1）。

图1 肉鸭养殖数智化云平台

2.1 物联网技术方面

基于肉鸭的生理特征、动物行为等基础研究，建立肉鸭新一代体感最优环控算法模型，并将算法模型移植到智能环控器芯片里。配合使用养殖专用传感器实时采集的棚舍内外环境数据，围绕养殖最优环控目标，智能环控器自动控制调节环控外部设备的精准运行，帮助养殖场以较低成本提高了关键养殖指标。

肉鸭体核温度异常是环境参数异常和健康状态异常的重要表现。传统养殖中，养殖人员通过人工方式手动将体温计插入肉鸭的泄殖腔来检测体核体温。肉鸭养殖数智化云平台设计专业传感器与健康状态监测系统，通过绑定、植入等方式将传感芯片固定在肉鸭腋下，获取到的体核温度实时上传到云端服务器，数智化云平台对这些数据分析、统计、处理学习与报警，形成肉鸭健康状态的分析与预警模型，以利于养殖的生产管理。

2.2 大数据方面

大数据的目的并不是去追求数据量大，而是通过系统的数据收集和分析手段预测需求、解决和避免不可见问题的风险，利用数据整合产业链和价值链，实现价值的最大化。

通过智慧养殖监、管、控一体化云平台，确保养殖过程中所有事件可监控、可预警、可管理、可追溯，使设备、业务、财务、人员管理等完全透明地集成于一个数字化平台之上。通过平台对数据的自动进行关联分析，为养殖用户提供养殖环境及饲养管理方面切实有效的改善建议。当数据出现异常时，平台还会及时给养殖用户发出预警或报警指令，使养殖用户可同时管理成百上千栋的棚舍，帮助养殖场减少损失。

2.3 人工智能方面

养殖舍内环境异常，肉鸭闷热时，会通过张嘴加速呼吸来散热。传统养殖模式下，人员需要1天当中24 h内多次进入养殖舍巡检，通过观察肉鸭的张嘴比率来判断肉鸭的舒适状态，再通过调节通风等方式来降低肉鸭的体感温度。但人工巡检的准确度和效率很难得到保障。

建立AI摄像头和人工智能算法，智能监测肉鸭张嘴、扎堆等异常行为，实时进行张嘴率统计和报警。利用个体识别可视化算法，平台可实现智能盘点、自动识别体长、体重，进行死禽的监测与统计，对异常问题系统自动预警和调控，使肉鸭的生长一直保持在最佳舒适状态。

建立AI疾病自动诊断系统。摄像头智能采集不同疾病的图像、体温和行为等大数据，建立肉鸭疾病知识图谱。结合专家建议，机器学习不断优化，提高系统诊断的准确性。在疾病发展初级能够快速及时发现问题，对于疾病提供相应的预防措施和治疗措施，提升疾病诊断能力、提高诊断效率，减少疾病带来的经济损失。

3 云平台功能实现

3.1 环境监测与控制

传统环境控制系统仅仅考虑温度、湿度、体重、通风量等几个简单的参数，不能应对多变的气候情况，不能基于肉鸭本身的健康状态，养殖环控水平取决于养殖人员自身的经验。环控设备是执行预先设定好的条件和指令，需要根据外部因素的变化，不断对条件和指令进行手动调整，环控设备不能应对气候变化等突发因素，无法实现智能化自主调控，导致养殖舍内温度波动，引起肉鸭应激反应，增加养殖管理难点和养殖成本。

肉鸭养殖数智化云平台根据肉鸭标准化棚舍的结构和四季环境特点，建立温度、湿度、风速、二氧化碳、一氧化碳、氧气、硫化氢、氨气、光照等环境因子数据库。平台对肉鸭养殖环境信息进行实时采集，集成了养殖场的温度传感器、湿度传感器、光照传感器、二氧化碳浓度传感器、氨气浓度传感器和摄像头、智能网关、智能控制柜等控制器，建立智慧养殖环境感知系统。平台增加智能温湿度算法、分段加热、智能灯光控制等功能。设置温湿度报警、肉鸭张嘴状态报警、实时体核温度及健康状态报警等功能，环控设备无人化、智能化水平不断提升。

系统自动将环控数据上传到云端，管理人员远程实时查看栋舍环境数据。云端对数据进行分析，通过数据筛选、数据对比、数据决策，对异常数据能进行实时自动处理，实现面向智慧养殖的环境监测、超标警报、数据可视化等功能。

3.2 养殖生产关键数据监控与预警

设计穿戴式传感器与配套的健康状态实时监测系统，可精确地预测肉鸭的环境舒适度、健康状态等行为，做好肉鸭的饲养管理。试验表明肉鸭在出现发病状况前24～48 h，体核温度会异常升高，且不同疾病的升温曲线亦不相同。肉鸭养殖数智化云平台提前检测肉鸭发病情况，提前采取措施预防疾病，减少了抗生素的使用和经济损失。

传统养殖模式下，饲养员使用效率低下的纸质、电子excel表格记录吃料量、饮水量、水料比和体重等信息，费时费力，数据利用率低，分析困难。肉鸭养殖数智化云平台实现了养殖生产关键数据的自动提取，形成高效的智能化数字管理模式体系。系统自动生成各种养殖指标，与标准指标自动比对，对异常指标自动预警。可大大降低肉鸭发病率、提高生长速度、降低饲养成本和人工成本。

3.3 数据互联，设备运行状态控监控与预警

肉鸭养殖数智化云平台具备以太网、NBIoT、5G等通讯方式，可以使用手机APP和中央控制室实现远程控制、预警、设备监控，养殖数据、环控方案数据的综合分析和展示等功能。

平台实现了从“端-管-云-手机端”的全链传输和无缝连接。可实现养殖棚舍设备的集中监测、预警、控制、分析，可在中央控制室集中远程进行栋舍内灯光、加热装置、饲喂系统、清粪带、风机、湿帘、导流板等设备等的控制，智能调整开关运行状态、电流电压功率、流量流速、开合角度等参数，提高饲喂效率，保证最佳养殖环境，减少养殖人员劳动强度。

肉鸭数智化云平台基于对肉鸭生理与动物行为的监测，对动物体感温度、最佳环控参数的研究，综合使用物联网、大数据、人工智能、计算机仿真等先进技术手段，将养殖场的人、畜、设备连接起来，对养殖生产管理的全过程数据进行采集、分析、预警和决策，数智化云平台设备连接示意图见图2。多屏多端的实时可视化展示实现了多栋棚舍的远程管理。使用肉鸭数智化云平台全面降低了养殖成本，提高了养殖效率和养殖效益。

图2 数智化云平台设备连接示意图