畜禽体温自动监测技术及应用研究进展

体温是衡量畜禽健康状况的重要生理指标,快速准确的测温方法是进行疾病监测及诊疗的有效手段。该文针对目前畜禽养殖行业采用的体温监测技术及其发展进行阐述,重点比较了体内和体外两大类自动化测温技术的优缺点以及应用场景;详述了红外体表测温、数据传输与网络以及体温自动监测等技术在畜禽生产性能、健康监测以及行为监测等方面的应用。分析了自动测温技术存在着设备安装、数据传输、温度补偿模型建立等难点,同时表明在无创测温、测量精度、测温部位以及畜禽舍环境调控等方面应作为改进研究重点,并提出体外检测非接触式红外热成像自动测温技术以其快速、高效、无应激等优点,将成为畜禽养殖体温监测研究及应用发展的重点方向。     

基于MFO-LSTM的母猪发情行为识别

及时准确识别母猪的发情行为可以有效增加受胎率和产仔量,对提高养殖企业的繁育水平和经济效益具有重要意义。该研究针对生猪养殖过程中母猪发情行为识别存在主观性强、智能化水平低、假警报和错误率高、识别不及时等问题,提出了一种基于飞蛾扑火算法(Moth-Flame Optimization,MFO)优化长短时记忆网络(Long Short Term Memory,LSTM)的母猪发情行为识别方法。利用安装在母猪颈部的姿态传感器获得母猪姿态数据,然后使用姿态数据训练MFO-LSTM姿态分类模型,将母猪姿态分为立姿、卧姿和爬跨3类。通过对姿态分类结果进行分析,确定以爬跨行为和活动量2个特征作为发情行为识别依据,使用MFO-LSTM分类算法判断母猪是否发情。以山西省太原市杏花岭区五丰养殖场的试验数据对该方法进行验证,结果表明,该方法在以30 min为发情行为识别时间时的识别效果最好,发情行为识别的错误率为13.43%,召回率为90.63%,特效性为81.63%,与已有的母猪发情行为识别方法相比错误率降低了80%以上。该方法在保证识别准确率的情况下有效降低了错误率,可满足母猪养殖生产过程中发情行为自动识别要求。     

猪ZAR1基因变异及其对产仔数的影响

根据合子阻滞因子1(zygotearrest 1,ZAR1)基因GenBank的DNA序列(DQ231443,gi:83727928)设计2对引物,用直接测序和PCR-SSCP相结合的方法,进行单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)检测,分析该基因在5个品种猪(小梅山、清平、杜洛克、长白和大白)中变异特征及其与产仔数的相关性。测序后在内含子2、3和外显子3中存在6个SNP及在内含子3中存在1处5bp的插入/缺失变异。在5个品种猪群中,对外显子3中的第54碱基处C→T突变(Exon3-BstUⅠ)和内含子3中的5个碱基插入/缺失的变异(Intron3-TspRⅠ)进行了PCR-RFLP检测,并与产仔数进行了关联分析,结果表明,Exon3-BstUⅠ多态对杜洛克母猪第1胎和2胎总产仔数产生显著(P<0.05)影响,对经产母猪总产仔数产生极显著(P<0.01)影响,对经产母猪的产活仔数影响极显著(P<0.01),携带CC基因型母猪的产仔数均高于TT基因型的;Intron3-TspRⅠ多态对杜洛克母猪第1胎和经产胎次总产仔数和产活仔数有显著(P<0.05)影响,NN基因型高于MN和MM基因型的产仔数。     

基于射线轮廓点匹配的生猪红外与可见光图像自动配准

为研究生猪多源图像特征提取方法及生猪体表温度与生猪异常的关系特征,该文提出一种基于射线轮廓特征点匹配的红外与可见光图像自动配准方法。采用红外热像仪,同时采集相同猪舍场景的可见光图像和红外热图像,以红外热图像中生猪区域质心为中心间隔均匀角度构建辅助射线,提取射线与边缘轮廓交点构建匹配特征点集,通过计算不同尺度变换因子下特征点集间的加权部分Hausdorff距离作为测度,引入RPROP算法进行迭代加速,实现了可见光图像和红外热图像的快速自动配准。试验中,应用该文算法对50对红外和光学图像进行了测试,所提出自动配准方法配准成功率达到94%,平均配准误差小于1像素,试验结果表明自动配准效果达到或超过手动配准的效果,为进一步研究生猪多源图像异常特征提取奠定基础。     

智能饲喂器对哺乳母猪采食量体况和生产性能的影响

为探究不同饲喂方式对哺乳母猪采食量、体况和生产性能的影响,满足哺乳母猪获得最大采食量并达到精准饲喂控制等需求,该文以哺乳母猪为试验对象,比较不同饲喂方式对哺乳母猪采食量、体况和生产性能的影响。试验共选用40只1胎母猪,随机分为3组:试验1组采用智能饲喂器饲喂(6次/d)、试验2组采用人工饲喂(6次/d)、对照组采用人工饲喂(3次/d)。结果表明,在试验环境条件下,哺乳8～21 d、人工饲喂3次/d的采食量(6.46 kg)显著高于智能饲喂6次/d(5.22 kg)(P0.05),2种饲喂方式在母猪的体质量变化、背膘变化、总产仔数、断奶后发情天数、仔猪日增体质量和用水量方面均无显著性差异(P0.05);哺乳母猪在采食过多时可能引起厌食进而降低后期的采食量,应按照饲喂参数逐步增加饲喂量饲喂;在现有设备投资和工资水平下,智能饲喂器正常使用4.5 a可取代1名优秀饲养员。研究结果可为今后智能化饲喂替代有经验人工饲喂、根据饲养条件选择饲喂方式提供参考。     

一种智能型电导率仪的设计与研究

电导率仪是一种应用非常广泛的测量仪器。山西农业大学设计并通过省级鉴定的TYZ-3智能型综合土壤养分测试仪一部分的电导率测量系统是一种智能式系统。通过充分利用单片机的分析判断能力以及软件误差补偿校正优势。该系统不但能温度自动补偿和电容自动补偿，而且不需分档。经计量部门测试可达国家0.2级仪器的精度要求。可应用于农业、工业、环境保护部门。     

猪OPN基因与繁殖性状的关联分析

摘要：OPN（osteopontin）基因是近年来在猪的繁殖性状上发现的一个候选基因,本试验以长白猪,大白猪和北京黑猪为研究对象,研究OPN基因多态性与猪的繁殖性状之间的关联。经特异性产物的扩增,结合测序发现,OPN基因的第6内含子存在305bp的缺失突变,从而产生多态。在长白猪和大白猪中发现了AA、AB和BB 共3种基因型,在2个群体中处于中度多态,且已达到Hardy-Weinberg平衡状态。而在北京黑猪群体中没有多态,只有BB基因型。利用SAS 8.0 软件采用最小二乘法拟合线性模型,将不同基因型与总产仔数(TNB)、产活仔数(NBA)和初生重(WB)进行了关联分析,结果表明：长白猪初产母猪AA型个体的TNB、NBA显著的高于AB和BB型个体(P＜0.05),经产母猪AB型个体的TNB和NBA显著的高于AA型与BB型个体(P＜0.05),A等位基因对TNB、NBA和WB均表现为正效应。在大白猪中,不论是初产母猪还是经产母猪,其BB和AB型个体的TNB、NBA高于AA型个体,但其差异不显著(P＞0.05),B等位基因对TNB、NBA都表现为正效应。     

中国美利奴羊不同时期卵巢组织cDNA消减文库(SSH)的构建及序列分析

季节性发情是制约我国绵羊(Ovis aries)产业发展的重要因素之一。母羊卵巢是重要的生殖器官,卵巢组织中周期性特异表达的基因很有可能直接或间接影响母羊的季节性发情。为探讨绵羊季节性发情的分子遗传机制,本研究采用抑制性消减杂交技术构建了发情期发情和未发情中国美利奴羊卵巢组织差异表达的消减cDNA文库。随机取样386个阳性克隆,经PCR鉴定获得有效克隆306个,测序后获得126条非冗余序列;用BLAST在线序列软件与GenBank、GenBank EST等数据库进行同源性序列比较,发现其中有21个未知序列,可能是和中国美利奴羊季节性产羔性状相关的新基因。从文库中选择差异表达的视黄酸受体应答1基因(RARRES1)、胸腺素β4基因(TMSB4X)、翻译延长因子基因(EEF1A1)、前胸腺素α基因(PTMA)以及12号和89号基因,在心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、卵巢、输卵管、下丘脑和垂体中对上述6种基因进行组织表达谱分析。结果发现,TMSB4X、PTMA、EEF1A1和12号基因在上述组织中均有表达,而RARRES1和89号基因仅在中国美利奴羊卵巢组织中高表达。为了进一步验证研究结果,对RARRES1、TMSB4X、EEF1A1、PTMA、12号和89号基因进行实时定量PCR检测,结果显示,上述基因在发情中国美利奴羊卵巢组织中的表达量显著高于未发情绵羊。本研究筛选出调控中国美利奴羊季节性繁殖相关的候选基因,为进一步研究卵巢功能与绵羊季节性繁殖相互作用的分子机制提供了基础资料。     

具有产表面活性剂功能石油降解茵的筛选及其发酵条件优化

从广州某炼油厂附近石油污染的土壤中筛选出一株可高效产表面活性剂的原油降解菌株MZ01,结合菌株形态观察、革兰氏染色和16SrDNA序列同源性进行分析鉴定其属于假单胞菌属（Pseudomonassp．MZ01）,该菌9d对原油的降解率达54．7％。通过正交实验优化其产表面活性剂的环境因子并进行发酵培养,结果表明,MZ01最佳发酵条件为：酵母膏（3g·L^-1）作为氮源,玉米油（2g·L^-1）作为碳源,温度为25℃,pH值为9．0和含盐量为5％。该条件下3d的发酵产物经提纯后得到表面活性剂产量为2．27g·L^-1,测得该产物CMC值为0．1g·L^-1,可将水的表面张力从初始的72mN·m^-1降至30mN·m^-1。     

ZL-9601赖氨酸生产菌某些特性及发酵试验的研究

本研究对ZL-9601赖氨酸生产菌菌株的形态、培养特性和生理生化特性进行了初步鉴定和分析,并以糖蜜为主要原料,初步确定了该菌的产酸能力.结果表明,该菌为短杆菌(0.8～1.0×1.0～2.5 μm), 需氧, 发酵最适温度30℃, 最适pH7.0～7.2, 最适碳源为葡萄糖, 最适氮源为硫酸铵; 该菌不分解赖氨酸, 可耐15%的赖氨酸, 耐30%的葡萄糖.以糖蜜为主要原料, 在最适温度和pH的条件下, 产酸可达6%以上.     

基于图像的肉羊生长参数实时无接触监测方法

针对基于体尺、体质量的肉羊实时生长监测中体尺、体质量需要人工测量的不足,论文提出基于结构化限位装置及机器视觉技术的无接触肉羊生长参数测量方法,并讨论无接触方法获取的体尺数据与羊只生长特性的关系。首先,基于自主研发的无应激形态参数采集系统实时采集60只小尾寒羊的俯视图和侧视图,应用图像处理技术对所得到的图像进行分析,提取体高、臀高、体长、胸深、胸宽、臀宽3类6种体尺参数;无接触生长参数采集系统同时记录对应羊只的体质量。对无接触方法获取的体尺、体质量数据相关关系进行研究,并分别利用单因素线性回归、单因素非线性回归、多元线性回归、偏最小二乘回归、RBF网络拟合、SVM回归方法建立体尺与体质量关系模型。试验表明:体高、臀高、体长、胸深、胸宽、臀宽的最大相对误差分别为4.73%、2.55%、2.50%、3.95%、3.80%和2.90%;无接触方法获取的体高、体长、胸宽与体质量相关性大于0.8;在基于单因素的生长监测中可选择体长参数;多体尺能够较全面地表达羊只的生长状态,其中胸深、胸宽、体长是重要的监测参数;多因素非线性模型可以更全面、精准的体现羊只生长特性。论文提出的无接触方法可有效提升工作效率,节约50%的人工投入。同时,也可减少羊只的应激反应,是长期、实时监测羊只生长的实用方法,对推动精准、福利化养羊具有重要意义。     

家畜体尺自动测量技术研究进展

家畜体尺参数是评价家畜生产性能的关键指标之一,可为选取优良品种提供重要参考依据。人工测量家畜体尺费时费力、主观性强、有损动物福利。随着计算机技术的应用普及,家畜体尺自动测量技术发展较快,取得了较好的研究成果。该研究从家畜数据采集与预处理、家畜直线体尺测量、家畜围度体尺测量3个方面,阐述了家畜体尺自动测量技术的一般流程、常见技术、研究现状及方法优劣。首先,数据采集与预处理是家畜体尺自动测量的重要步骤,包括家畜图像数据的采集、分析与处理,输出便于体尺测点定位的数据,为家畜直线与围度体尺测量奠定基础;其次,家畜直线体尺测量技术基于数字图像处理和计算机视觉等方法,提取直线体尺测点并计算体尺测量值,是目前家畜体尺自动测量领域的主要研究内容;最后,因家畜围度体尺测量难度较大,其测量方法也是近年来相关领域研究的难点,胸围、腹围等体尺参数是家畜体质量和肉产量的重要参考指标,围度体尺测量主要包括体尺测点定位、围度体尺曲线拟合与尺寸计算。该研究还探讨了目前家畜体尺自动测量领域存在的成本高、自动化程度低、实时性与普适性差等问题,展望了未来该领域发展趋势,以期为开展家畜体尺自动测量技术与方法研究提供参考。     

基于Kinect传感器的无接触式母猪体况评分方法

为了提高母猪的繁殖性能,减少传统方法给动物和估测人员带来的不利影响,该研究提出了一种可应用于实际生产中的准确、无接触式的母猪体况评分(body condition scoring,BCS)方法。试验使用Kinect传感器获取108组母猪臀股的三维图像,选取48组图像进行分析处理,计算出臀部的高宽比、臀股面积及曲率半径。试验结果表明:母猪臀部的高宽比、臀股面积和曲率半径与背膘厚度的相关系数分别为0.567、0.502、0.951;以曲率半径作为主要参数建立母猪体况估测模型。取剩余60组图像进行验证,估测模型计算结果与经验方法评估结果差异较小,准确率达到91.7%;结果表明,基于三维重构技术的Kinect传感器能够实现母猪在饲养管理过程中对体况的无接触式检测。     

近景摄影测量提高裸露地表粗糙度测量精度

微波遥感观测量对地表参数敏感,可用于对土壤水分、地表粗糙度和植被信息的定量提取。地表粗糙度参数实测值,是遥感反演结果验证、精度评价,以及各类遥感反演算法中的重要参量,但一直缺少一种简便、快捷、高精度的获取手段。该研究将近景摄影测量方法和微波遥感领域传统地表粗糙度测量的针板法进行对比,分析2种方法均方根高度及相关长度的测量结果,表明近景摄影测量法可以有效提高粗糙度实地测量精度;以近景摄影测量法全角度粗糙度参数的均值作为实测真实值,表明传统针板法测量的均方根高度误差达到12%~35.1%,相关长度误差最大能达到19.6%~62.4%;分析了采样间隔和采样数目对粗糙度测量的影响,表明针板法采用1 cm的间隔是实际地表较好的选择,但仅采用2个方向均值的测量方法必然带来很大误差,同时得出测量次数大于12时,测量结果趋于稳定并可认定为真值的结论;此外,研究表明,在一些传统针板法无法提取粗糙度的情况,近景摄影测量法依然有效。该研究表明,近景摄影测量法的非接触式、高精度、采样间隔及采样频率可调节等特征,为微波遥感工作提供了有效的地表粗糙度地面实测手段。     

坡面侵蚀沟测量仪的研制与应用

坡面侵蚀沟监测仪遵循地表糙率仪的基本工作原理,利用激光测距和扫描等非接触式测量技术,以非接触式射线替代接触式的测针,将侵蚀沟断面线密集地等分为大量的离散样点,将所有离散样点的距离量集合在一起形成数字化的侵蚀沟断面地形。测量仪的测距设备校验误差为±1.5 mm,采样测距点的标准水平间距约为5 mm。应用实践表明,与传统的卷尺法、地表糙率仪法等地表特征测量工具相比,该测量仪具有非接触式测量、精度高、自动量测及存储的特点。     

基于点云旋转归一化的猪体体尺测点提取方法

家畜体尺测量是现代畜牧业研究的重要课题,而体尺测点的提取是体尺测量过程中的关键。为了解决猪体点云的三维体尺测点的自动提取问题,提出了一种基于旋转归一化的猪体体尺测点提取方法。对于采集的猪体点云数据,首先利用随机采样一致性算法删除地面区域并提取目标猪体,同时存储地面法向量;然后采用基于地面法向量矫正的主成分分析方法对猪体点云进行旋转归一化,将其统一到标准测量坐标系;最后利用体尺测点的几何形态特征和测点间的结构关系提取猪体体尺测点。试验结果表明,基于地面法向量矫正的主成分分析方法可以得到较好的旋转归一化结果,使猪体的体长,体高和体宽方向基本与坐标系的x轴,y轴,z轴相一致,体长、体宽、体高、臀宽和臀高测点提取结果与实际的体尺测点测量结果位置平均误差在16 mm以内,与其他体尺测点检测方法相比,该方法可以对输入猪体的点云方向进行校正,输入的猪体点云体高方向不需要和相机坐标系的任意一个坐标轴平行,降低了原始数据获取难度。该方法可为猪体的自动化体尺测量提供参考。     

基于冠层温度的菜心缺水指数模型初步试验研究

以柳叶菜心为研究对象，测试了不同干旱条件下的土壤含水量、空气温湿度和冠层温度等参数，确定了作物缺水指数经验模型的参数，并针对太阳辐射强度对模型做了改进。研制了蔬菜旱情检测系统，利用红外测温仪、土壤含水量传感器等，可以实时测得田间作物的水分亏缺状态，为同类研究提供了测试手段和数据分析方法。     

基于能量平衡的华北平原农田蒸散量的估算

通过测定冬小麦主要生育期农田冠层能量平衡的各分量、少风晴天时冠层温度和气温日变化及每周叶面积指数,分析了农田冠层能量平衡日变化规律、各分量季节变化特征,并以波文比系统实测蒸散值为相对标准,基于遥感冠层表面温度和能量平衡原理,采用Brown-Rosenberg公式对农田蒸散进行了估算和验证。结果表明：考虑夜间能量平衡各分量变化时,土壤热通量只占净辐射的3%左右,且夜间潜热交换值均很小,都在零左右波动;采用Brown-Rosenberg公式引入遥感冠层温度后估算的蒸散量较波文比系统实测值稍大,但忽略土壤热通量和考虑土壤热通量相比,二者相对平均偏差分别为16%和10%左右,差别不大,说明拔节-灌浆期（LAI≥3）估算蒸散时可近似忽略土壤热通量和夜间农田蒸散量,利用Brown-Rosenberg公式估算区域蒸散可行,该方法适用于华北平原农田蒸散计算。研究结果为将Brown-Rosenberg公式引入作物模型、基于热红外遥感冠层表面温度计算区域蒸散和水分胁迫系数进行区域估产提供了地面试验依据。     

热红外成像用于番茄花叶病早期检测的研究

由于蒸腾作用与植物叶片温度成负相关;利用热红外成像技术研究感染番茄花叶病的番茄叶片表面温度的变化与叶片病变程度的关系,可为实现番茄花叶病早期检测提供依据。以感染番茄花叶病的番茄叶片为材料,在温室条件下,利用热红外成像仪连续检测受病害侵染的番茄叶片表面的温度变化,发现在叶片的病变部位高于正常叶片0.5～1.2℃,且在肉眼无法观测到病变时,从热红外图像已经能发现感染叶片与正常叶片间明显的温度差异。因此,在温室条件下,感染番茄花叶病的叶片表面温差可以显著反应番茄叶片染病程度,叶面温差可以作为鉴别叶片是否感染番茄花叶病的一个指标,将热红外成像技术运用于番茄花叶病早期检测是可行的。