畜禽物联网理论、技术及应用PPT 第2章 畜禽物联网的发展

畜禽物联网的发展第2章2.1畜禽物联网在国外的发展2.1.1草地畜禽养殖物联网2.1.2设施畜禽养殖物联网2.1.3国外畜禽养殖技术应用2.1.4国外畜禽相关企业及应用案例2.2国内发展畜禽物联网的必要性2.2.1

国内畜禽业发展存在的问题2.2.2物联网背景下我国畜禽业转型升级的路径

2.3畜禽物联网在国内的发展 2.3.1畜禽业物联网应用现状2.3.2畜禽物联网应用存在的问题2.3.3畜禽物联网的发展方向

2.1畜禽物联网在国外的发展2.1.1草地畜禽养殖物联网在澳大利亚、新西兰、加拿大、美国等草地资源充足、人口相对较少的国家，家庭农场是主要的畜禽业模式。采用传感器、GPS、农牧业机械等智能技术推动草地畜禽养殖集约化发展，提高农牧民科技文化水平。澳大利亚以家庭农场为主，90%以上的农场属于此类型。农场普遍使用农牧业机械完成生产作业，如牧草种植和畜禽养殖。家庭农场对人力依赖低，农牧民使用计算机进行生产自动化管理，采用太阳能电子围栏划定畜禽活动范围，成本低效用高。澳大利亚家庭农场广泛应用传感技术，监测牧草环境、畜禽生长状况、设备使用等。通过传感技术实现设备的远程操控、对畜禽进行实时追踪、摄像监控和电子围栏报警。政府利用遥感探测监测生态、土壤侵蚀等，构建信息化管理系统，支持科学决策和规划。草地畜禽养殖的物联网应用需要提高农牧民的科技文化水平。澳大利亚通过实用型农牧业教育和职业培训，培养专业农牧民，同时推行远程教育以满足居住分散的农牧民的学习需求。2.1畜禽物联网在国外的发展2.1.2设施畜禽养殖物联网为适应土地、劳动力等畜禽业生产资源现状，国外形成了三种设施畜禽养殖模式，如表2-1所示。表2-1国外的三种设施畜禽养殖模式国外设施畜禽养殖物联网的特点是畜禽养殖的连续化、集约化和机械化。连续化通过环境监测、调节和自动控制等技术，维持每个畜舍或养殖场的适宜环境，确保畜禽养殖可以连续进行。集约化则通过物联网等技术手段，严格控制养殖资源投入和组合，提高养殖质量，最大化效益。机械化体现在广泛使用环境调节、自动喂料、清洁、挤奶和集蛋等机械装置，以提高生产效率。设施畜禽养殖模式特点代表国家北美模式大规模化、工厂化美国、加拿大欧洲模式农牧结合程度高，适度规模化荷兰、法国、德国亚洲模式发展家庭农场，适度规模化以色列、韩国、日本运用物联网技术实现生产自动化，发展集约化经营；通过教育培训提高农牧民文化程度和科技水平，使其有足够的能力对畜禽业生产实施科学管理2.1畜禽物联网在国外的发展在发达国家，设施畜禽养殖广泛应用物联网技术，包括养殖场管理、畜禽管理和畜产品安全管理。在养殖场管理方面通过视频监控、传感器等设备实时监测养殖场情况，保障资产安全；建立数据管理中心进行信息存储和分析，提高管理水平。在畜禽管理方面，使用传感器监测环境参数，远程控制通风、供暖等设备，采用TMR系统和监测系统提高养殖效率和监测畜禽健康。在畜产品安全管理中，使用RFID标识畜禽身份，结合传感器、GPS、视频监控等技术记录产品流通信息，实现全程数字监控。发达国家通过建立农业教育培训体系，包括设施畜禽养殖专业课程、技术培训班、农业实地培训和远程教育，提升养殖人员的管理水平。政府还通过财政补助和免费培训支持农校，促进知识及技术的传播。2.1畜禽物联网在国外的发展2.1.3国外畜禽养殖技术应用畜禽养殖企业通常记录出生数量、母体产仔数等基本数据，但较少关注实时变化的数据，如温度、通风率、取水量、饲料消耗量等。这导致在生产系统运行和畜禽表现方面缺乏详细记录，同时处理和管理这些数据也存在难题。为了挖掘这些数据的价值，外国政府鼓励养殖人员通过信息技术改善养殖条件，特别关注数据的收集、远程监控以及在畜禽管理中的应用。环境监测系统、能源监测系统、无线生长监测系统、设备控制系统等是国外畜禽养殖领域常见的技术应用，监测所得的数据统一存储在数据中心，据此对环境、畜禽、设备进行智能化管理。1.环境监测系统环境监测系统通过连续数据收集和监测，旨在提高畜禽养殖性能并降低成本。该系统收集和评估养殖环境数据，将结果以图表形式展示，使养殖人员能够实时查看温度、湿度、通风率等参数的变化趋势。数据自动分析通过互联网进行，养殖人员可以通过智能设备进行远程操作和实时评估养殖情况。2.能源监测系统能源监测系统通过监测能源消耗情况来判断养殖环境的安全性。在每个养殖区域内安装监视器，连接数据采集和存储系统，以密切关注养殖过程的能源使用情况。能源监测结果可作为判断通风效率和养殖环境安全性的依据，例如电量消耗与正常标准的差异可指示风机运转异常。系统将自动发出警报，提醒养殖人员确认设备运行状况和养殖过程是否存在危险。监测养殖过程的能源消耗有助于更准确地分配能源资源。2.1畜禽物联网在国外的发展3.生长监测系统生长监测系统与环境监测系统相连接，获取畜禽的生长状态数据，通过互联网传输这些数据供处理和分析。这能够形成畜禽生长与环境之间的具体变化关联曲线图。通过增加数据量，提高关联详细程度，帮助养殖人员细致地调节养殖管理流程。这一系统不仅能为单个生产系统提供基准测试的数据，还通过集结所有数据，为整个畜禽养殖行业的发展提供了数据依据。具体而言，生长监测系统通过在畜禽身上放置传感器监测生命体征和活动量等数据。此外，监测饮水量和采食量也是判断畜禽生长状态的关键因素。通过监控水表和螺旋钻运行时间来采集饮水量数据，这种方法成本低且易于连接到过程控制器，提供实时连续的数据流。采食量数据通过监测螺旋输送器的运行时间获取，这反映了畜禽的饲料使用情况。一些农场也使用称重传感器来称量饲料箱以获取相关数据，尽管这种方式成本较高。饮水量和采食量之间存在一定的关联，采食量下降时，饮水量也会相应下降。夜间水量消耗基本为零，异常变化可能提示供水设备故障或畜禽健康问题。通过监测这些数据，养殖人员可以预防潜在的健康问题，提前采取措施控制和减少其影响。2.1畜禽物联网在国外的发展4.设备控制系统利用设备控制系统管理养殖设备，该系统通过无线技术与监测系统及养殖设备相连。监测系统负责采集、处理并传递数据，而设备控制系统则根据数据中心的信息和养殖需求来管理设备运行。用户可以通过登录设备控制系统实时查看设备运行情况，也可进行人工管理对设备进行调整。信息技术在畜禽养殖领域的应用为养殖人员提供了全天候精确观测养殖环境和畜禽生长状况的渠道，同时在异常情况发生时能够及时发出警报。尽管养殖人员可能频繁观察和记录养殖数据，但基于这些数据形成的养殖方案通常与实际需求存在较大差距。只有通过智能化系统进行连续、实时、精准的数据采集，才能有效地创建养殖生产的“平均曲线”，显示每日监测数据的大致范围。对于数据的最终解释权归养殖相关人员所有，因此养殖人员必须掌握相关的操作和分析技能。在国外，研发人员在设计计算机系统和养殖设备时，注重用户友好性，使数据记录和评估过程更加简单易懂。这有助于提高用户接受度，激发对智能养殖应用的持续投入。2.1畜禽物联网在国外的发展2.1.4国外畜禽相关企业及应用案例1.英国Farmex公司Farmex成立于1980年，是英国生猪养殖智能控制市场的龙头企业，创始之初的主要业务是向英国养猪户提供通风系统，在发展过程中率先研发出了温度控制系统和精密农业技术应用程序，在英国生猪养殖管理信息化领域处于领先地位。Farmex提供的产品服务有Dicam控制系统、BarnReport数据服务系统、自动称重传感器（growthsensor）、无线连接技术等。1）Dicam控制系统Dicam控制系统于1993年开发，由Dicam控制器、驱动器、传感器、测试仪和定制的应用程序等组成。Dicam控制器可连接各种传感器，切换或控制各种负载，因此可作为畜禽业生产过程的中心控制系统。通过Dicam系统，用户可以控制生产过程中使用的所有传感器、致动器、风扇、加热器、阻尼器等设备。该系统广泛应用于农业环境控制、农业大数据监测、异常报警通知等领域，例如控制生猪、蛋鸡等的畜舍温度以及土豆、谷物等的储存设施温度。在2018年11月的德国汉诺威国际畜禽展（Eurotier）上，Farmex展示了Dicam²二代控制系统，该系统于2021年投入商用。Dicam²系统在保持一代系统可靠性与兼容性的基础上，还增加了空中编程（OTAP）功能，用户无需使用传统的显示器旋钮或控制器触控板，即可通过智能手机或平板电脑等移动设备完成程序控制、更新、设置更改和数据调查等操作。这满足了用户远程访问和更加便捷地获取与使用数据的需求。Dicam²系统的驱动程序更加复杂，支持无限切换负载类型、负载大小和负载复杂性，输入与输出能力大幅提高，硬件密度更低，网络更加可靠，价格也更有竞争优势。2.1畜禽物联网在国外的发展2）BarnReport数据服务系统BarnReport系统已使用近20年，主要用于收集生产现场的温度、通风、用水、电力、燃料、饲料等数据，生成畜舍环境和畜禽状况的分析图表。系统能够自动发送报警信息，用户可在PC端上远程监控和分析畜禽养殖环境和生长情况，实时获取畜禽体重增长率、饲料转化率等信息，并导出数据图表。用户还可设置报警通知的间隔时间和报警信息接收权限。BarnReport系统收集的数据源自布置在生产站点的Dicam控制网络，数据以小型增量压缩文件的形式在Dicam系统与BarnReport系统之间传输，传输时间短、成本低。该系统为Dicam控制网络提供大数据远程分析和处理服务，并将结果交付给用户。BarnReport数据服务系统页面如图2-1所示。图2-1BarnReport数据服务系统页面

2.1畜禽物联网在国外的发展BarnReport系统只能在PC端运行，提供相对简单的数据报告与图表，而BarnReportPro系统的功能则更加丰富，且能够在个人移动终端上运行。BarnReportPro数据服务系统页面如图2-2所示。图2-2BarnReportPro数据服务系统页面

BarnReport

Pro系统的主要功能模块包括：（1）紧急报警（CriticalAlarm）。该模块主要用于确保生产系统的安全。拥有访问权限的用户可以查看当前、历史报警信息的内容，包括报警开始及结束时间、地点、具体问题、处理人、处理途径等，用户还可以修改报警设置，如事件优先顺序、报警间隔、报警标准、通知权限等。（2）站点地图（SiteMap）。该模块中显示了畜舍各区域实时发生的事件。SiteMap中的符号都有其特定的含义，代表了温度、余水量、畜禽的数量、各种传感器或仪表的运行状况等信息。SiteMap功能示意图如图2-3所示。2.1畜禽物联网在国外的发展图2-3SiteMap功能示意图（3）动态数据图表（ActiveCharts）。该模块提供温度、进料量、用水量、畜禽重量等数据的图表分析与查看功能，包括历史数据和当前数据。（4）动物生长趋势（TrackGrowth）。该模块用于监测畜禽的体重变化情况，提供重量数值的趋势图表。用户可以查看当前数据和历史数据，访问生产站点，查看畜舍情况，自主管理饲养分组。（5）数值评估（BetterScore）。室温、用水量、饲料用量等的变化会对畜禽的生长产生影响，数值评估模块的作用是持续分析和评估这些参数，按1分（差）到5分（好）进行打分，并将得到小于等于2的情况通过手机程序、短信或电子邮件向用户发出警报。BetterScore功能可以在CriticalAlarm模块中进行设定。2.1畜禽物联网在国外的发展BarnReportPro系统还具备远程设置（RemoteSettings）、库存报告（inventoryreporting）、访问控制（accesscontrol）等功能。用户可以通过BarnReportPro系统远程访问Dicam控件并更改温度、最小排气速率等设置；可以依据库存报告跟踪饲料使用情况和丙烷水平，判断料仓何时会清空；可以授权兽医或养殖顾问进行数据访问，为专家远程查看养殖场情况和调阅分析数据提供便利。BarnReportPro系统还自带了网络加密功能，能够保护用户数据分享的安全。3）GrowthSensorFarmex开发的GrowthSensor是一种生猪圈养秤，如图2-4所示。它能够称量9至40公斤的断奶小猪和50公斤至120公斤的育成猪，按分组连续收集体重数据，再将其以无线方式传输到养殖场数据中心。图2-4growthsensor2.1畜禽物联网在国外的发展2.英国ADASADAS是英国农业环保咨询方面最大的独立供应商，成立至今已有75年，主要针对农业环境问题提供相应的分析服务与解决方案。ADAS在畜禽业方面的服务主要涉及以下两点：（1）畜禽业环境保护。ADAS开发了免费工具如PLANET、MANNER-NPK和ENCASH，用于智能管理牧草的肥料使用，减少对土壤的危害，包括精确管理畜禽粪便。PLANET可计算农场肥料氮容量和氮负荷，ENCASH通过饲料数据计算畜禽粪便中的氮含量。ADAS还提供温室气体测量与模拟服务，支持制定气体排放清单和减排措施。（2）畜禽管理。ADAS服务涵盖动物福利和供应链管理。为提高畜禽生产性能和保障动物福利，ADAS设立动物福利监测指标，进行农场研究试验，并提供兽医和检疫人员相关培训与咨询服务。此外，ADAS的畜禽发展顾问为养殖户、企业和政府提供全方位的畜禽供应链服务，包括畜舍设计、营养供给、品种繁育、资源管理、产品质量管理、市场研究和政策评估。3.荷兰萃欧立集团荷兰Trioliet集团成立于1950年，是欧洲领先的反刍动物饲喂方案和设备供应商。Trioliet率先推出了智能化无人饲喂系统，成为欧洲生产牧场饲喂设备的领导品牌。专注于研发反刍动物饲喂技术，产品包括全混合日粮TMR配制设备、青贮饲料切取设备、电子称重系统、TFMTracker饲喂管理信息系统、智能饲喂机器人系统等。自动喂料机器人能够自动饲喂数百头奶牛，已广泛应用于欧洲和北美上百个中小规模牧场。自2005年起，Trioliet正式进入中国市场，设立经销商、地区代表处、设备储备库房、全资子公司，国内众多畜禽企业也选择使用Trioliet的TMR饲喂系统。2.1畜禽物联网在国外的发展全混合日粮技术(TotalMixedRations，TMR)在20世纪60年代开始被英国、美国、以色列等国采用，以保持畜禽营养均衡，减少人工饲喂成本。萃欧立的TMR饲喂系统凭借发料无死角、饲料装卸和搅拌观察便捷、铰龙结构稳定，底盘大梁耐用、刀片可自锐、采用重叠焊接工艺、搅拌快速均匀、仓体使用寿命长、使用稳定、称重精准等优势，成为大、中型规模牧场的新选，销往全球数十个国家，未来该系统设备将朝着进一步节省劳力、高度灵活、精准实施日粮配方、多功能集成、广泛适用方向发展。图2-5为萃欧立自取料全自走TMR设备。图2-5萃欧立自取料全自走TMR设备2.2国内发展畜禽物联网的必要性2.2.1国内畜禽业发展存在的问题畜禽业在全球农业GDP中贡献了40%，提供了人类蛋白质摄入的三分之一。畜禽业规模反映了国家农业发展水平。我国畜禽业在生态环境、技术、疫病防控、食品安全、信息流通等方面仍面临挑战，总体产值偏低。为实现规模化、标准化、智能化发展，物联网技术和现代智能装备助力势在必行。现阶段，我国畜禽业正处于由粗放型向集约型转变的关键时期，重点需要解决以下几个方面的问题：（1）环境破坏：养殖业过度利用自然资源，导致水土流失和沙漠化。废弃物未经处理，排放对空气、土壤和水体的污染，威胁健康。（2）技术不足：畜禽养殖依赖感官信息和经验，缺乏智能化和标准化决策。科技研究成果难以在小规模养殖地区推广应用。（3）疫病风险：粗放养殖、恶劣环境增加疫病风险。缺乏隔离导致高致病性疾病频发。（4）产品安全问题：部分畜产品存在抗生素残留、化学添加剂滥用问题，影响消费者信心。溯源标准不足，建立信任面临困难。（5）市场信息闭塞：养殖户信息技术使用有限，导致生产与市场需求不匹配，经营风险大。同时，产品无法进行增值服务和品牌化经营。（6）监管手段不足：缺乏统一的畜禽业信息管理系统，数据采集、统计分析和疫情防控受限。身份标识数据不一致，难以进行畜产品质量安全管理。（7）产业转型受阻：中小型养殖场和家庭养殖存在设施、管理、废弃物处理问题。经济获利受限，难以扩大规模，制约了产业向规模化、标准化、生态化的发展。2.2国内发展畜禽物联网的必要性2.2.2物联网背景下我国畜禽业转型升级的路径在物联网背景下，我国畜禽业将加快规模化、标准化、智能化发展进程，畜禽业整体竞争力将保持稳步提升。畜禽养殖方式由粗放向集约转变；畜禽疫病防控水平显著提高；肉品、奶源、禽蛋等畜产品自给率提升；畜产品安全保障更加规范；养殖废弃物资源综合利用状况得以改善。畜禽业的转型升级将从以下几个方面展开：（1）畜禽养殖：应用物联网技术，通过传感器、RFID、摄像头、GPS等感知技术，以及4G/5G、NB-IoT、LoRa等数据传输技术，实时监测畜禽的身份、采食、运动、体重等信息，优化养殖方式，促进畜禽业转型升级。为实现广泛应用，需资金、政策支持，并通过培训提高养殖人员的物联网养殖技能。（2）生产管理：建设畜禽物联网管理平台，实现对生产资料采购、养殖、免疫、出栏、屠宰、加工、仓储、运输、检验等多个环节的平台化管理。利用大数据支撑畜禽业管理体系，提升畜产品质量安全溯源水平，确保真实信息的实时采集与反馈，促进畜禽业发展。（3）市场销售：建立畜产品销售渠道，包括传统市场和电商平台，通过物联网、大数据、云计算分析市场需求，调整生产和营销策略。电商发展需完善仓储、冷链物流，物联网在此方面发挥关键作用。（4）服务提升：利用物联网平台宣传畜禽信息，提供在线化、数据化服务。通过大数据统计畜禽生产信息，促进养殖人员交流分享经验，改变封闭养殖状态。在疫情防控方面，物联网可提高疫病防控水平，减少损失。物联网还可用于教育培训、专家服务，帮助提升养殖水平。2.3畜禽物联网在国内的发展2.3.1畜禽业物联网应用现状物联网目前已应用于畜牧业全产业链的诸多环节，在畜禽养殖、畜禽身份标识、畜禽精准饲喂、动物福利提高、经营流通和管理服务等方面都有了具体应用，且获得了不同程度的发展，主要包含以下几个方面。（1）养殖环境监测：通过物联网、大数据等技术实时监测养殖环境，保障畜禽健康，已广泛应用于规模化、标准化养殖场。（2）畜禽身份标识：采用RFID技术或生物识别技术标识畜禽个体，但在成本和操作复杂度方面存在问题，需要进一步更新完善。（3）畜禽精准饲喂：通过物联网实现畜禽个体识别、生理信息监测、科学饲料配比和智能饲喂器控制，虽受成本限制但在效率提高和产量增加方面有广阔应用前景。（4）动物福利提高：物联网应用于养殖管理，包括环境监测、个体标识、精准饲喂、疫病监测等，显著提高畜禽动物福利，有助于提高产品品质和食品安全。（5）畜产品流通：物联网和互联网技术的应用推动畜牧业电子商务的发展，使畜产品通过互联网销售，在线购买和支付行为提高了畜产品流通渠道的多样性，增加了产销对接效率。（6）管理服务：畜牧业大数据的应用为生产监测、管理决策、产品质量追溯提供了支持，综合信息系统为养殖户提供了发展畜牧生产的数据依据，同时也为政府监管和金融机构投资提供了信息支持，优化了管理服务方式。2.3.2畜禽物联网应用存在的问题畜禽业在农业生产中占有重要位置，通过科技应用、规模经营与科学管理提升畜禽业生产效益已成为畜禽业现代化的重要趋势。就物联网技术在畜禽业生产过程中的应用而言，其总体应用规模与应用水平都有待提高，具体来说，主要还存在以下问题：（1）生产方式限制：由于我国畜禽业包含大型企业、中小型场和家庭养殖户，中小型场和家庭养殖户因条件限制难以广泛应用物联网技术。（2）高成本：物联网技术应用成本较高，项目多依赖企业投资或政府补贴，中小型企业面临相