奶牛精细化养殖管理系统技术方案(zc)

奶牛精细化养殖管理系统技术方案天津闪联科技TIANJINSHINELINETECHNOLOGYCO.,LTD.一、应用背景牛奶以其营养丰富、容易消化吸收、物美价廉、食用方便而被誉为“最接近完美的食品〞，其相关产业渐已成为朝阳产业。随着世界畜牧业的迅速开展，乳业开展水平的上下已成为现代农业特别是畜牧业开展水平的重要标志。没有养殖规模就不可能有规模效益。随着科技的不断开展，奶牛业正从传统的生产方式向现代化的管理方式转变，标准化规模养殖的比重不断提高。奶业在开展模式快速转变的同时，也面临公共卫生、经济技术、食品平安等一系列问题亟待解决：频发的动物疫病给我国的奶牛养殖生产和公共卫生平安带来严重威胁。口蹄疫、结核病、布氏杆菌病等奶牛疫病不仅降低了原奶产品的数量与质量，造成我国奶业生产每年100亿元以上直接经济损失，而且某些动物疫病是人畜共患病一旦传染到人类，将直接威胁到人民生命健康平安。奶牛养殖业总体上面临养殖技术落后、单产水平低的局面。据中国奶业协会统计数据，我国奶牛存栏数量约1400万头，奶牛平均每年单产为3.9吨，仅为世界平均水平的70%，兴旺国家平均水平的40%，美国的奶牛单产到达9吨，以色列的奶牛单产更达12吨。影响我国奶牛单产水平的因素涉及良种、养殖方式、技术装备和管理模式。近年来，我国实行奶牛良种补贴和标准化规模养殖等多项行业扶持政策，成效显著。目前，奶牛养殖普遍缺乏替代人工的高效养殖设备以及精细化科学管理模式。食品平安问题给奶牛养殖业造成的负面影响。2023年爆发的“三聚氰胺〞事件为食品平安敲响了警钟，“三聚氰胺〞事件一方面是我国少数企业社会责任的缺失，无视产品质量管理而造成的严重后果；另外一方面也反映出原奶生产、收购、加工等链条上监管技术薄弱；不仅如此，兽药残留是奶牛养殖业存在的另外方面的问题。牛奶中假设含有抗生素，对长期饮用者来说无疑是等于长期服用小剂量的抗生素，易产生耐药性，一旦患病再用同种抗生素治疗很难奏效。同时牛奶中抗生素残留会抑制细菌的发酵，影响奶制品品质，使产量和质量降低。因此，原奶生产过程中牛奶质量自动监测和产品分级成为奶牛养殖企业亟待解决的问题。通过上述对我国当前奶牛养殖业现状和问题的分析，本工程提出一整套基于物联网技术的符合国内规模养殖企业的奶牛养殖精准化管理系统方案。二、技术架构奶牛精准化养殖管理系统综合运用当前先进的物联网技术，针对奶牛繁殖、饲喂、疫病控制、产奶等生产环节,采集并分析奶牛个体指标数据，深入挖掘奶牛生产潜力，解决传统养殖生产中存在的粗放管理漏洞及效益损失问题，实现奶牛养殖管理的科学化、精准化与高效率。图1总体架构系统根本架构由以下局部组成：〔1〕基于Internet建立网络化的集团业务应用。集团总部建立数据中心,下属公司牧场内部建设局域网，形本钱地数据分中心，下属公司通过Internet与总部数据中心相联。〔2〕奶牛场内部构建一个物联网络，通过电子耳标和传感器技术，使防疫管理和生产管理的对象——奶牛成为物联网终端节点，系统通过自动化设备/设施监控奶牛生产过程，采集繁殖、泌乳、饲喂、疾病防治等业务数据，实时汇总到企业内数据中心。〔3〕养殖场和总局部别建立数据分析平台，实时处理生产活动的各种业务数据，为牧群、饲喂、防疫、繁殖、泌乳提供分析效劳。〔4〕提供养殖场内关键业务数据接口〔如疫病监测数据〕，支持与畜牧兽医主管部门信息效劳平台联网对接，效劳于动物疫病预防控制及疫情监测。通过本工程，将在规模场内建立电子标识识别系统的信息根底设施，包括支撑平台、网络系统、主机系统、存储系统、平安系统和奶牛场防疫管理应用系统组成。对奶牛场养殖生产管理主要通过奶牛场防疫管理应用系统来完成。行业主管部门和技术效劳机构通过该平台及时获取疫病专业信息，制订针对性的精确防控措施，提高科学养殖和高效疫病防控的综合信息管理水平。三、软件组成与功能视频监控视频监控统计与数据分析物资管理数据导入导出权限定义与维护设备状态监控根底数据管理健康管理牧群管理牛号自动巡查采食量监测系统乳房炎在线监测奶量电子计量发情监测管理牛号自动识别企业综合业务门户图2奶牛养殖信息管理系统功能结构1、牛号自动识别本产品通过给奶牛脚踝佩戴RFID电子标识，与奶牛计步器集成一体。电子耳标芯片采用超高频频段，内部存储了代表牲畜惟一身份的企业编码和国家牲畜编码，用于建立奶牛个体电子养殖档案。电子耳标以高级材料外塑封，产品防水、防污，耐受长期户外使用，产品设计使用寿命到达5年以上。电子标识识别系统采用挤奶单元固定式RFID阅读器，当奶牛进入挤奶单元时，系统自动识别牛号。RFID阅读器内置通过RS总线与中控台连接，可将现场采集的奶牛牛号、活动量数据传到数据中心。应用无线射频技术，可以对奶牛群体进行实时的状态监控，并及时、准确采集电子标识记录下的各种数据信息，实现奶牛个体的自动识别，替代以往的手工标记和肉眼识别，提高了工作效率和识别准确率。本产品实现了奶牛养殖档案的追踪功能，利用奶牛电子标识的唯一性，管理者可以对奶牛场中每头奶牛的流动过程进行密切跟踪监控，一旦发现传染性疫病，可以迅速发现源头并及时隔离相应个体和接触群体，减少疫病扩大的可能。图2挤奶厅牛号自动识别系统示意图主要功能:牛号分配新引进奶牛或犊牛分配管理编号，并写入电子芯片。牛号绑定/解除绑定软件实现管理编号与芯片ID号在数据库绑定。也可通过修改功能，解除绑定关系。挤奶台牛号自动识别当奶牛进入挤奶单元时，系统自动识别牛号并通过中控台输出奶牛信息〔月龄、胎次、平均产奶量、患病史〕等信息牛号人工输入/修改当由于耳标掉标或漏读等因素引起无法识读，软件支持人工输入或修改耳标号码的功能。支持低频/高频/超高频等电子标识软件支持符合ISO11784/11785、ISO14443、ISO18000－6C等主要电子耳标协议标准，兼容国内外大多数符合该标准的产品。2、发情自动监测传统上发情监测完全依靠兽医观察，做到及时发现奶牛发情是件非常困难的事情，尤其在夜间更是无法观察奶牛的发情行为，因而时常错过奶牛的发情期而不能及时配种，从而导致泌乳牛和青年牛的生产潜力得不到有效利用，极大地降低了生产效率。佩戴在奶牛腿部或颈部的电子计步器，自动采集奶牛站立、静卧、行走、爬跨等活动数据，发现奶牛情期的活动规律，代替人工判断奶牛发情期，决定最正确配种时机。电子计步器采用高级外壳材料，全防水设计，使用寿命超过5年。通过无线射频技术〔RFID〕将奶牛活动量数据传输到控制系统。当被监测的奶牛活动量发生异常情况，系统软件将自动与该牛历史数据进行比照、判断，甄别出进入发情期的奶牛，自动进行预警提示。脚踝式电子计步器脚踝式电子计步器图3奶牛计步器下列图中，蓝色曲线表示一头发情期奶牛21天的活动量变化曲线图。图中出现显著超过日平均活动量的局部，代表该头牛的发情期。系统软件可准确获知发情期开始时刻，并准确推断排卵期，确定最正确输精时刻。该方案采用的发情监测系统——电子计步器产品拥有自主知识产权，最小计量间隔到达2小时，计量精度大于99％，产品已经在国内多家牧场得到应用，生产实际发情监测准确率90％。图4发情监测数据电子计步器主要功能：奶牛发情提示软件根据采集的奶牛活动量数据计算其发情指数，当奶牛连续时段的活动量超过非发情期2～3倍以上，系统将自动预警该头奶牛可能进入发情期，并报告该头奶牛发情盛期的起始时刻。最正确输精时间建议系统根据奶牛历史配种记录，结合奶牛发情期起始时刻，综合计算出输精最正确时刻。奶牛妊娠判断当已配种奶牛，自配种之日起21天后，仍出现活动量异常增加并符合发情特征数据的，系统自动提示配种可能失败。肢蹄病提示当奶牛个体日活动量明显减少，或步伐存在异常情况，系统自动提示可能患有肢蹄病，建议进行药浴治疗。活动量异常提示当奶牛活动量指数突然上升或下降时，系统自动提示，通知管理人员进行现场查看。3、产奶量电子计量系统通过接收在挤奶设备上安装的流量传感器数据，实时采集到每头奶牛每个班次产奶量数据，监测产奶量的异常波动状况，及时别离进入干奶期的奶牛。准确获知每头奶牛每天产奶量数据，对于评估奶牛的生产性能、计算产出效益具有重要作用。系统可实时监测每头牛挤奶过程奶流量变化数据，自动生成泌乳流速曲线图，为乳房炎诊断及乳房保健提供根底数据。系统软件可实时监测并收集每班次、每挤奶单元、每头牛的产奶量，以图表方式显示，并自动汇总、统计和生成报表。图5产奶数据为了对奶量计量数据进行修正，软件支持奶量数据添加功能。主要功能：班次产奶量：系统采集个体奶牛每班次挤奶量数据泌乳量曲线：按班次/天/周/月/年和任意时间段生成个体奶牛的泌乳量曲线录入DHI数据〔乳脂、乳蛋白、干物质等关键指标，SCC数据〕产奶量数据修改异常产奶量数据报警4、乳房炎在线监测隐性乳房炎目前生产上常用检测方法：细胞学检查法〔CMT、DMSCC〕。原奶中高体细胞数，说明奶牛乳房受到病源微生物入侵，这将造成原奶中细菌数等微生物检测指标增加。体细胞检测法的缺点是样品制备复杂，检测结果受主观因素影响，无法在线检测，检测本钱高。患乳房炎的奶牛典型特征是乳中体细胞数上升，电导率值增加。研究说明：原奶电导率与体细胞数SCC在统计学上显著相关，根据该原理测定电导率判断隐性乳房炎是可行的。利用该原理研制的传感器能在挤奶过程中实时监测牛奶电导率变化情况，监测牛奶体细胞〔SCC〕，帮助兽医及时掌握奶牛乳房健康状况，为乳房炎早期发现和诊断提供技术依据。电导率检测法优点：在线测量、无需制备样品、本钱低。图6乳房炎监测器主要功能：自动采集泌乳牛原奶电导率数据；采集泌乳班次前、中、后三段电导率数据自动生成原奶电导率与体细胞数〔SCC〕关系图列表显示泌乳牛每天〔3～4班次〕原奶电导率数据列表显示泌乳牛每天〔3～4班次平均体细胞数据疑似乳房炎患病牛预警乳房炎治疗牛体细胞数跟踪、监控异常数据修正5、采食量监测系统奶牛个体采食量、饮水量数据管理是奶牛养殖生产实践上重点关注内容。个体采食量、饮水量数据对于监控奶牛健康状况、计算饲料转化率和投入产生比、提高奶产量和质量具有重要意义。系统采用国内独创的非接触式RFID传感技术，实时监测每头奶牛的采食量和饮水量，能够自动生成个体采食量分析报表。该项技术产品价格仅相相当于国外同类产品的1/4,价格廉价，实用性好。主要功能：自动采集奶牛采食活动数据；采食活动数据与实际采食重量自动转换采食量按饲料成分分解列表显示不同牛群的日粮摄入数据列表显示不同牛群的单一饲料采食量采食量异常数据报警自动生成个体牛任意时间段采食量数据曲线及报告异常数据修正6、牛号自动巡查系统在生产管理上，时常发生奶牛混群现象〔如不同泌乳阶段或不同奶产量的奶牛混入其它牛群〕，干扰了正常的分群管理。如何防范奶牛混群、防止生产混乱成为困扰企业的一个问题。本方案利用最先进的无线射频技术，采用远距离超高频标识扫描系统，实时监控存栏奶牛状态和位置。当发生奶牛混群或丧失情况时，系统可立即报警，提醒工作人员及时分群，防止经济损失。牛号自动巡查系统无线射频芯片采用900MHz，可集成于奶牛耳标内。在牛舍出入口处安装阅读器，当进出奶牛不归属该牛群，系统自动发出报警信息。主要功能：自动采集进出某牛舍的牛号，并以列表方式显示；自动统计每个养殖区域或牛舍的牛群数量，自动核对；显示处于非正常区域的牛号及奶牛档案信息；异常闯入报警7、牧群管理为了对存栏奶牛进行高效的管理，需要根据奶牛不同生长阶段和泌乳周期对牛群分类，进行动态管理。软件支持用户定制化的分类管理功能。用户可根据场内的分类方法自定义分类类别，通过软件自动筛选将牛只信息添加到各分类。如果用户设定好分类的时间及预期时间，软件据此自动分类。当引进奶牛或奶牛淘汰出场时，软件支持对奶牛分群信息进行维护。主要功能：牛号、性别、月龄、品种、来源、毛色、照片等根本信息录入；牛号、性别、月龄、品种、来源、毛色、照片等根本信息修改泌乳状态信息维护〔发情、妊娠、产犊、泌乳、干奶〕浏览全场/牛舍存栏牛信息根据查询条件查询个体奶牛根本信息奶牛父号、母号信息录入和维护〔谱系〕防止近亲繁殖报警8、健康管理当奶牛应患疾病需要接收治疗时，软件支持兽医录入奶牛诊断记录、治疗措施以及用药情况。软件跟踪奶牛的健康恢复状况并每日给出工作提示。主要功能：牛号、患病原因、治疗措施及用药信息录入；根据牛号查询个体奶牛患病历史档案；根据病种、胎次、月龄等条件查询牛群根本防治信息；免疫/接种信息录入免疫/接种信息查询兽医每日工作提示9、物资管理奶牛养殖企业要实现盈利，加强物资管理十分必要。奶牛养殖企业的物资管理主要包括对饲料、兽药、添加剂等快速消耗品以及工具、设备等资产管理。软件主要功能：物资编码管理入库登记出库登记库存盘点库存平衡等库存统计与报表库存查询10、视频监控IP网络标清/高清视频监控解决方案系统组网及描述：该方案采用局域网进行通信传输链路，将标清/高清摄像机采集的图像通过局域网络上传至监控室，由监控室进行视频的监控、存储、以及摄像机云台的控制等。从图中可以看出，高清/标清监控视频解决方案，集成了数据收集、事件分析、视频同步切换和存储的联动方案，具备了统一管理的规划思想，实现了集中监控、分布式控制的设计理念。该系统集数字视频转发传输、视频管理、视频存储以及流媒体发布等功能为一体。该解决方案具有以下特点系统实现了全高清/标清的视频监控，支持1080p、1080i、720p、D1、CIF高清/标清数字视频编解码功能，可提供多种高清/标清接口；采用集中管理存储模式，支持NAS、IP-SAN和FC-SAN等多种存储网络；统一视频综合管理平台软件，实现所有设备统一的配置、维护和管理，还具有用户组和用户级别管理、视频的存储、点播和发布以及切换等功能。软件主要功能：全业务视频联网监控平台用户和权限管理设备网络管理日志管理视频监控软解码云台控制报警联动电子地图录像存储检索回放视频转发效劳器状态监控与管理网络红外摄像机标清网络红外枪机机1/3〞SonyCCD540线4-9mm电动变焦镜头35m红外有效距离FullD1分辨率内置报警、音频输入输出接口万向支架IP66防水等级IP-SANEV201系列存储设备是数码视讯推出的高性价比、千兆网络海量存储系统。该设备针对视频监控模块做了优化，具有强大的视频存储处理能力。该系列设备支持先进的IP-SAN架构，具有很强的灵活性与扩展能力，同时具有高稳定性、高可靠性、高并发读写支持能力，满足用户对读写性能的要求，同时满足高清视频监控的应用需求。性能特点：易于与第三方厂商的设备集成和网管软件集成，实现互编互解互控EV201系列使用嵌入式处理器，优化的软件设计可以充分的发挥硬件的性能支持先进的IP-SAN架构，可以方便的实现系统组网与扩容基于现有的交换式以太网络，为网络上的IP-SAN主机提供存储效劳通过CIFS、NTFS等协议实现多文件系统文件共享支持NAS远程复制〔异步〕，保证数据卷的一致性，提供完备的NAS平安管理机制数据可靠性保障支持多种RAID机制，保证数据具有高可靠性支持自动介质扫描功能，智能管理损坏扇区采用无线缆连接技术的模块化设计，电源、散热模块均支持双冗余配置灵活的管理与维护提供全中文的管理界面，允许通过WebGUI、CLI的方式进行管理与维护，客户端无需安装任何管理软件即可实现对存储系统的管理支持配置信息的导入、导出和邮件自动报警功能支持USB自动数据导入/导出功能，维护与故障处理更加简便单个客户端可以管理多台设备，便于多台设备的集中管理绿色节能设计整机系统功耗低，支持MAID2.0技术，实现三级节能散热风扇的自动降速和双向散热风道设计，大大提高散热效率磁盘柜噪音低、减少噪音污染采用80Plus标准的低功耗电源模块，节能环保支持方案关机、远程唤醒功能，存储系统节能智能化11、统计与数据分析报表展示功能是对数据库数据进行各种统计并输出报表。分为按全场统计、按生产区统计、按栋统计、按个体统计。统计内容主要以日报、周报、月报、年报对工作量汇总、工作内容明细进行统计。操作方法是进入“报表展示／按XX统计／YY统计〞，选择统计条件，点击“统计并导出Excel〞按钮，点“翻开〞直接在页面显示统计报表，点“保存〞把统计报表保存在本机。各类报表根据需要设置下钻功能。报表结构如下：按全场业务统计事件：按奶牛场经营决策者需要制作的统计分析报表，可以理解为管理者最为关注的数据及指标，同时视管理需要查看各部门业务指标作决策依据。时间：按考核时间范围而定，常规是全部、周、月、年，根据个别指标的考核意义可进行改变。地点：第一层表为全场范围，根据需要提供下钻功能，根据考核场所范围提供多层分析报表。牛群分类：可按养殖类型及养殖阶段划分。生产业务定期报表〔即为全场的工作任务完成情况汇报〕全场生产业务日报表全场生产业务周报表全场生产业务月报表全场生产业务年报表注：报表提供下钻功能，可翻开各业务模块相对应明细日报，各业务模块支持对各牛舍进行查询。全场存栏状态统计全场新增成乳牛统计统计时间：周或月图形显示：占比图曲线图利用环比来分析时间与繁殖量的关系。全场产奶量统计〔直接反映全场利润状况的数据〕统计时间：当前全部、周、月、年图形显示：可生成占比图及趋势图，可以分析全场的产奶结构的时间分布。全场胎次结构统计〔作为全场的风险预估的一局部〕统计类别：胎次结构、图形显示：可生成占比图按全场疾病情况统计〔作为全场的风险预估的一局部〕统计类别：病种统计时间：月图形显示：柱状图可以分析全场主要疾病情况，疾病与产奶量、时间的关系按全场物料消耗统计〔作为本钱分析〕统计类别：主要物料使用范围：各部门统计时间：当前全部、周、月、年图形显示：占比图按全场销售价格情况统计〔分析价格走向与本场销售情况〕统计类别：品种、价格统计时间：周图表显示：趋势图按全场饲料消耗情况统计〔本钱分析〕统计类别：饲料品种、生产区统计时间：周图表显示：占比图全场繁育性能统计统计分类：奶牛生产性能指标〔年勉指数、空怀天数、胎间距、犊牛存活率、奶牛更新率〕统计时间：月按生产区绩效统计事件：按生产区管理者需要制作的统计分析报表。一、工作量统计。二、工作成绩分析，指标分析可以考虑与人相关联作为员工绩效考核。时间：按考核时间范围而定，常规是全部、周、月、年，需根据个别指标的考核意义而更改。地点：第一层表为整个区〔例如配种区〕范围，根据需要提供下钻功能，可细分到“牛舍〞。按发情监测成功率统计按适配率率统计按配种数量统计按配种成功率统计〔包括初配成功率等指标分析〕按妊检业务统计按妊检数量统计按妊娠分勉率统计〔即流产率分析统计〕按产房业务统计按存活率统计按疾病治疗业务统计按治疗数量统计按疾病治愈率统计按产奶量统计按DHI指标统计〔乳脂、乳蛋白、乳糖、SCC、细菌数等〕按淘汰率统计数据比照分析根据集团化管理模式要求，系统支持同时对多个牧场的业务数据比拟分析，可根据比照条件生产柱状图、曲线图对未来趋势预测与分析。根据企业历史数据，结合季节、牛群状况、物资投入状况，生成企业未来一段时间的生产趋势图，帮助企业经营者制订企业生产方案。例如下季〔年〕度全场产奶量趋势图下季〔年〕度全场饲料消耗趋势图下季〔年〕度新增犊牛数趋势图下季〔年〕度需淘汰奶牛数趋势图12、系统管理功能设备管理角色管理字典管理模块管理报表视图管理报表制作用户管理四、系统投资概算五、效益分析经济效益奶牛发情监测漏配率降低30％，平均缩短胎间距3％〔12天〕按泌乳牛平均20Kg/日泌乳量计算，平均单产每年增加240Kg，产值每年增加600元/头牛。提高乳房炎早期发现率，缩短治疗时间，减少奶源损失。此项技术比照传统管理方式乳房炎发病率降低20%，每年间接增加产值100元/头牛。通过奶牛采食量监测与补饲技术，使奶牛各饲养阶段的营养摄入均衡、合理，平均提高单产超过2％，每年增加产值500元以上。通过本工程示范，可以减少进口设备采购，预计节省外汇支出30万美元。综上①、②、③累计，工程实施后，平均每头奶牛每年增加销售额1200元，以500头规模奶牛场计算，每年预计增加产值60万元。本工程投资平摊在奶牛上合800元/头，系统折旧期设为7年，每年每头牛的本钱仅有120元，投入与产出相比，经济效益十分显著。社会效益通过本工程能够准确发现并控制动物疫病传染源，追踪、切断传播途径，改善疫病防控效果，推动畜牧兽医机构管理手段创新,促进各级畜牧兽医部门奶牛“两病〞防控工作