云计算环境下养猪管理信息化研究及应用.doc

作者简介：祝胜林，男，副教授，博士，主要研究方向信息安全、养猪信息化。项目资助：种母猪群养信息化关键技术研究与应用（编号：2009B020315014），广东省科技计划项目；种猪遗传评估信息化关键技术研究与应用（编号：2011B020313015），广东省科技计划项目。云计算环境下养猪管理信息化研究及应用祝胜林1，李岩2，吴同山2，张守全3（1.华南农业大学信息学院，广东广州510642；2.新丰板岭原种猪场，广东韶关521000；3.华南农业大学动物科学学院，广东广州510642）摘要：1983年Sun公司提出“网络就是计算机”，2006年Google首次提出了“云计算”的概念，当今全球著名的IT企业已经将关注焦点放在“云计算”。我国政府也高度重视云计算及其发展趋势，将云计算视为下一代信息技术的重要内容，促进云计算的研发和示范应用。本文研究云计算在智慧养猪方面的应用，首先分析了养猪管理流程和管理信息化，指出养猪管理信息化目前存在的不足，提出了云计算环境下养猪管理信息化问题，并对这一问题进行了总体研究。关键词：云计算，养猪，管理信息化，智慧养猪IBM公司首席执行官彭明盛2008年首次提出“智慧地球”1概念以来，智能技术正应用到生活的各个方面。如何利用信息技术，促进信息的有效流通和高效利用，使得农业生产系统、农业管理系统、农业市场系统、农村生活系统等农业系统的运转更加有效、更加智慧，已经成为当前农业信息技术研究的兴趣点和关注点2。本文研究云计算环境下养猪管理信息化问题，即智慧养猪，应用无线传感器网络、物联网和云计算等下一代信息技术提高养猪业自动化、网络化、智能化和便捷化。1养猪管理流程分析从可追溯角度看，养猪管理流程是指从养猪场到消费者的餐桌的全过程；而从养猪企业效益角度看，养猪管理流程不是起始于养猪场，而是开始于养猪规划或计划，需要根据饲料、人工、防疫和肉价等信息进行全面评估分析才能确定。不管从哪一个角度来看，养猪管理流程可分为场内管理流程和场外管理流程。1.1场内管理流程集约化的养猪企业一般分为行政、财务、技术、销售和后勤等管理部门。行政部门包括总经理、经理和行政办公室，负责企业的规划和决策；财务部门负责企业与银行、客户往来和日常收支等会计事务，对企业运作财务形势进行分析和规划；技术部门负责饲喂计划、免疫计划、治疗方案、技术支持和技术发展规划等管理事项；销售部门负责生猪销售计划、渠道、反馈和规划等；后勤部门负责原材料、饲料的验收、仓管和维护等工作。除了技术部门外，其他部门与一般企业的管理工作相类似，下面着重分析技术部门的管理流程，如图1所示，图中虚线方框内表示场内。1.1.1种猪（引种）管理首先根据遗传改良的要求制定引种计划；其次引进种猪进入“观察舍”隔离饲养；最后进入“测定站”进行遗传性能测定，测定优良的种公猪进入“公猪站”，测定优良的种母猪进入“配种舍”，至此引种管理初步完成。1.1.2种公猪管理包括饲喂管理和采精管理。饲喂管理采用定位栏进行单独饲喂，需要根据体重进行个体化饲喂，饲喂品种和重量需要进行日常记录；采精管理则包括采精计划、检测和使用需要进行日常登记。1.1.3种猪线管理，又称种母猪管理。该管理是指种母猪在“配种舍”、“妊娠舍”和“分娩舍”中的管理。“配种舍”管理包括饲喂、发情鉴定、人工授精和配种成功判断。“妊娠舍”管理包括个性化饲喂，怀孕状态鉴别（复发情、空怀或流产）和预产判别等。“分娩舍”管理包括待产体检、分娩和哺乳等。正常情况下种母猪在“配种舍”、“妊娠舍”和“分娩舍”中流转，但异常情况发生时可能提前逆向流转。1.1.4测定站管理。仔猪经过“保育舍”、“生产舍”的饲养达到一定的时间或体重就可以转入“测定站”，为了对每头仔猪进行性能测定，需要进行个体饲喂，测定包括进站测定、出站测定、育种值计算和销售等。1.1.5商品线管理。仔猪经过“保育舍”进入“商品线”，包括混群管理、饲喂、保健、免疫等。1.1.6周转仓管理。根据技术部门和销售部门的规划安排生猪进仓、出仓和仓库管理等管理工作。图1场内技术部门管理流程生猪停留或经过场内的“舍”或“站”将产生大量的数据，要实现各项工作的精确管理离不开各项数据一致、准确和完备的收集。1.2场外管理流程由于竞争加剧、成本提高，养猪业已经进入到“微利”时代；肉价和饲料价格的波动，养猪业已经进入“波动”时代；饲料非法添加和疫病时不时地爆发，养猪业也已经进入了较高“风险”时代，因此养猪业的盈利不仅取决于场内管理，而且还取决于场外管理。场外管理包括如下几个方面：1.2.1风险管理引种公猪站人工授精种母猪选留种公猪选留周转仓种猪外销或淘汰商品猪出口或内销生长舍配种舍妊娠舍分娩舍保育舍商品线测定站观察舍进站母猪包括数据收集、风险评估和预测（或预警）。拓宽数据收集的来源和提高鉴别数据真实性的手段是数据收集需要研究的内容。风险是指损失发生的可能性或不确定性，可分为客观风险和主观风险。风险评估包括风险因素分析、风险大小的确定和评估模型的建立。预测是人们根据所获得的信息，对事物未来发展变化所作的推断，其目的是为决策服务。1.2.2可追溯管理。猪肉安全事件发生时，如果不能够很好地追踪和溯源，就难以准确地发现问题，养猪企业将影响波及一个地区或一个省，不可避免地让无辜的养猪企业受到影响。可追溯管理不仅可以减少自身企业被无辜牵连，而且可以增强消费者的信心和提高企业信誉等。1.2.3联合育种管理。为了提高我国种猪的整体质量，逐步减少从国外引种数量，制定联合育种方案，组织区域性乃至全国范围内的种猪遗传评估和联合育种工作势在必行。通过不断加强场间遗传联系基础，通过收集相同品种(品系)在不同场、不同时间的猪的性能测定资料基础上，对不同场的公猪、母猪进行统一的遗传评估，更加准确地比较不同场的个体种用价值，这已成为所有种猪业发达国家的基础。2养猪管理信息化现状分析2.1场内管理信息化从上个世纪80年代起，计算机已经逐渐被应用到猪场内部管理并且取得了较好的经济效益。场内管理信息化包括如下几个方面：2.1.1管理软件开发。有些企业根据自身的要求开发了相应的管理信息系统；有些企业购买一些通用的育种软件；甚至有些企业依托自身的实力开发“畜牧ERP”。2.1.2环境和行为的监测。应用无线传感器实现猪舍温度、湿度和气味等的自动监测和实时控制；应用RFID、无线传感器和视频监控实现猪只行为的监测、追踪和预警。2.1.3种母猪群养。随着限位栏的全面禁止，种母猪群养模式是今后养猪业的发展方向。群养模式下个体标识与识别、个性化自动饲喂、发情鉴别和猪群分离等一体化解决方案，目前仍处于引进和消化吸收国外设备的阶段。2.2场外管理信息化随着计算机技术、通信技术和Internet技术的快速发展，原先从报纸、杂志、广播或电视等媒体获取信息的方式已经落后，新的信息技术应用于场外管理信息化表现在如下几个方面：2.2.1基于Internet的数据订阅服务政府主管部门、行业主管部门或交易市场的数据可以通过订阅而及时获得。2.2.2基于搜索技术的信息获取行业新动向、学术进展、专家的新论断、政策的新导向可以通过搜索而快速获得。2.2.3基于网站的信息发布。建立自己的门户网站并加入搜索引擎进行推广，能够快速地、低成本地完成企业的信息发布。2.3养猪管理信息化存在的不足随着计算机硬件成本不断下降，接入网络越来越方便和上网资费下降到可以接受的水平，养猪企业应用计算机技术、网络与通信技术对养猪管理进行了初步的信息化，能够满足现阶段的要求，但从长远发展来看还存在如下的不足：2.3.1硬件设施更新和维护存在的不足养猪企业的信息化设施一般逐年采购的，计算机及外设型号五花八门，增加了维护的难度；旧的设备淘汰后一般买不到原来型号的设备或配件，在原有系统上的应用在更新后的设备上存在不能适应而造成设备更新的麻烦。2.3.2软件不通用、数据不标准存在的不足不少有条件的养猪企业按照自身要求开发的管理信息系统，虽然能够较好地满足企业的要求，但软件功能不通用，数据结构没有形成统一标准，因而容易形成信息“孤岛”，不便于企业间的信息交流和合作。2.3.3数据采集和管理存在的不足数据采集一般采用人工读数、手工填写记录表和录入员输入管理系统的操作方式。这种方式由于经手的人员多、上交时间不及时容易造成数据不准确、不一致和不及时，另外，员工跳槽还可能带来数据不连续的问题。2.3.4数据分析存在的不足现有的管理信息系统提供查询或报表操作存在功能单一、分析能力有限，不能满足多维信息的分析、数据挖掘和专家系统等的要求。2.3.5信息获取存在的不足。原有的屏幕浏览、报表打印的信息获取方式不利于员工随时随地获取信息、也不利于员工岗位流动。3云计算及其在农业方面的应用3.1云计算云计算3是一种新兴计算模式：把IT资源、数据、应用作为服务通过互联网提供给用户，允许用户随时随地使用任何联网设备访问他们的应用。以用户为中心的界面使云基础架构能够实现应用对用户的透明性；应用保存在可以大规模扩展的数据中心；计算资源可被动态调配和共享，以便实现卓越的规模经济性；依靠强大的服务管理平台能够大大降低向云环境中添加更多IT资源的管理成本。云计算有三种部署模式：（1）公有云：企业用户通过互联网访问服务，并不拥有云计算资源；（2）私有云：企业自己搭建云计算基础架构，面向内部用户或外部客户提供云计算服务；（3）混合云。企业既有自己的云计算基础架构，也使用外部公共云提供的服务。对养猪企业来说，使用公有云可能存在服务质量、隐私泄露和安全等方面的担忧，而部署私有云又存在成本过高的问题，比较好的方式是政府，尤其是主管部门部署私有云向养猪企业提供服务，企业内部部署自己的云计算平台，即采用混合云模式。3.2智慧农业传统农业主要依靠自然资源和劳动力成本的低廉，效率低、工作量大和难度高,已不能满足现代农业的高产、优质、高效、安全和生态的要求。随着无线传感器网络、物联网技术在农业中深入应用，生产环境和过程数据的获取将更加高效、便捷，实现以信息网络为中心的精细农业模式，逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式，使农业生产实现自动化、网络化、智能化。智慧农业2是指充分利用现在的信息技术，包括更透彻的感知技术、更广泛的互联互通技术和更深入的智能化技术，使得农业系统的运转更加有效、更加智慧、更加聪明，以使农业系统达到农产品竞争力强、农业可持续发展、和谐农村、有效利用农村能源和环境保护的目标。云计算为智慧农业的实现提供了可扩展的、高效的存储、计算和服务的平台。3.3智慧养殖智慧养殖4是指通过对制约养殖效益的诸多因素进行迅速、灵活、正确的理解和分析，并融合中西方饲养管理、医疗和保健的最新技术与方法，对动物群体进行综合观察、监测、诊断、防疫、保健、护理和治疗，并提出创新性的临床解决方案和理念，进而实现提高养殖生产效益的新方法。通过对养殖环境和动物行为参数的数据采集，结合专家系统的推理及时进行处理也需要云计算这种新兴的计算模式。4云计算环境下养猪管理信息化研究及应用传统的养猪模式，不论是散养，还是集约化、工厂方式的养殖，养殖环境的变化和生猪行为变化依赖于人员感知，生产管理依赖于经验，因而制约了养猪业进一步发展。智慧养猪是建立在对环境参数、生猪行为参数的动态感知、数据的及时分析、挖掘和结合专家系统的推理，及时地诊断、防疫、保健、护理和治疗，关注生猪福利的条件下精确地个性化饲喂和可追溯管理，实现高效和安全养猪的新方法。智慧养猪包括：数据采集和传输、数据存储、智能化分析和信息利用等方面。4.1数据的自动化采集和传输养殖环境的温度、湿度和有害气体的浓度等参数数据，生猪行为参数数据，饲喂、免疫、保健、治疗及生产过程数据依赖于人的观察、记录难以保证数据的准确、一致和实时，因而必须应用无线传感器网络、物联网和移动网络，周期性地自动采集到和及时准确地传输到数据存储设备。这方面已经有了一些成功的案例：自动饲喂、发情自动鉴别、智能分离和智能通风、降温等系统。随着传感器种类增多、精度更高、成本更低，更加复杂的环境和更多的生猪行为将能更真实地被监控。4.2数据存储图1所示生猪在场内需要经过多个阶段、进出不同的栏舍或在不同栏舍中流转，同样的事件可能重复发生，譬如：采精、人工授精和分娩等，因而一头生猪从引进或出生到销售或到消费者的餐桌将产生大量的数据，另外，随着环境和行为的变化还将有不少的参数数据被采集和传输过来。如何合理和高效地存储数据就需要解决如下问题：4.2.1数据标准统一问题管理生猪档案的数据标准；环境和行为参数标准；数据传输和融合标准。4.2.2存储可扩展性问题随着养殖时间变长、规模变大，需要存储的数据也将急剧增加。传统的服务器将难以适应这种扩展要求，而具有分布式、高吞吐率和高传输率特点的云计算的存储技术能够较好地适应这一需求。4.3数据的智能化分析在当今“数据爆炸”时代，拥有大量的数据已经不困难，而困难的是如何从海量的数据中发现有价值的信息。云计算平台为养猪企业提供了可扩展的数据存储，消除了企业的信息“孤岛”，应用专家系统、数据挖掘和并行计算不仅能够对企业内部管理进行智能化分析，而且可以实现企业间的数据共享和综合分析，譬如：联合育种评估、肉价预测。4.4信息的高效利用随着后PC时代到来、三网融合趋势的发展、“端”的多样化与便利化，整个IT架构在发生大的变化，从最早期的完全集中式走向分布式，产业催生了“云计算”，软件、数据、信息和安全都是作为一种服务。用户利用手持终端，譬如：手机，能够随时、随地获取需要的信息。5结束语随着传感器、无线传