基于无线传感器网络的奶牛行为特征监测系统设计

奶牛等大型动物的疾病和发情状况目前主要依赖饲养员目测判断,大规模集约化养殖仍采用人工观测方法,这不仅带来繁重的人力负担,也容易误判。为了能自动准确地识别奶牛是否发情或生病,该文提出在奶牛颈部安装无线传感器节点,通过各种传感器获取奶牛的体温、呼吸频率和运动加速度等参数,采用K-均值聚类算法对提取的各种参数进行行为特征多级分类识别,以此建立的动物行为监测系统能准确区分奶牛静止、慢走、爬跨等行为特征,从而可以长时间监测奶牛的健康状态。而且,这种监测系统易于推广到对其他动物的监测,对促进养殖业和畜牧业的发展也具有指导意义。     

基于微小型无人机的遥感信息获取关键技术综述

近年来,基于微小型无人机的遥感信息获取技术广泛应用在农业领域。采用微小型无人机遥感信息平台获取农田作物信息,具有运行成本低、灵活性高以及获取数据实时快速等特点,是目前农田作物信息快速获取的主要方法之一,是精准农业发展的重要方向。该文主要对微小型无人机遥感技术平台的发展、遥感信息获取技术、遥感图像的处理与解析、以及微小型无人机遥感平台应用在作物信息监测和生产管理等方面进行了深入剖析,强调了遥感信息获取与解析技术的重要性和存在的问题,受微小型无人机飞行稳定性和载荷量的限制,如何实时快速准确地调整机载遥感传感器的姿态使被测目标始终处于监测视野中,并实现图像信息的远距离获取与传输,以及如何处理和解析无人机遥感系统获取高质量的遥感图像是微小型无人机遥感技术能否被广泛应用在各研究领域的关键技术。最后,提出了增强无人机飞行控制系统的高稳定性、遥感图像的精确获取及数据的实时传输和高精度的图像后处理方法,对作物信息监测技术的发展和应用具有重大意义,是实现大面积精准农业生产管理决策的重要依据。     

生猪福利养殖系统的研究进展

随着现代养猪产业的规模化发展,较为完善的福利养殖评分体系及有效的智能化监测系统的研发,对提高动物福利水平,保障畜产品品质与质量安全具有重要意义。本文重点研究了世界各国及相关组织现行福利评价标准,我国国内实际生猪养殖福利水平,分析了相关研究中的福利评价方法以及相应的监测设备方法等。     

现代信息技术在害虫种群密度监测中的应用

害虫种群密度监测是害虫预测准确度关键，对农田生态系统中害虫综合管理有重要指导意义。该文从传统的害虫监测技术入手，分析了近年现代信息技术在害虫自动化监测中应用的进展，分析了计算机视觉、声音信号、传感器、雷达和遥感等信息技术在害虫密度估算中的优势和存在的问题，指出了计算机视觉技术和传感器技术是具有潜力的监测技术，阐述了现代信息技术在害虫自动化监测的主要方向和实现途径，对未来农田生态系统中害虫预测和综合管理具有重要意义。     

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。     

多光谱作物生长传感器温度特性试验

基于光谱的作物无损监测技术可实时地获取作物生长信息,进而为作物的生长调控提供数据支持,为推广该技术在农业生产中的应用,南京农业大学国家信息农业工程技术中心研制了低成本的多光谱作物生长传感器。传感器监测作物720和810nm光谱反射率,根据反射率反演作物的叶层氮含量、叶层氮积累量、叶面积指数和叶干重等作物生长信息。为提高传感器田间应用的温度稳定性,该文研究了温度对传感器输出特性的影响,并利用符号回归技术构建了传感器反射率的温度补偿。试验于恒温恒湿试验箱中进行,试验温度分别设定为6、11、15、20、25、30、35、40,44、49、54、62℃,相对湿度保持为40%不变,以40%和60%反射率标准灰度板为传感器的监测对象。研究结果表明,在光强不变的情况下,传感器输出电压随温度的升高呈增加趋势,反射率则表现为下降趋势。构建的温度补偿模型使反射率因温度影响产生的波动由1%~2.6%下降到0.45%以下,成对t检验结果表明反射率的温度补偿模型可显著降低温度对传感器反射率的影响(P=0.0150.05)。该文传感器温度补偿模型的构建方法具有一定的普适性,可为其他传感器的温度补偿研究提供参考。     

蛋鸡福利化养殖模式及技术装备研究进展

自1999年欧洲福利法提出全面禁止传统笼养以来,世界各国开展了很多蛋鸡福利化养殖系统的研究,以保障蛋鸡福利,取得了很多方面的改进。然而,在世界上的主要蛋品生产国家中,福利化养殖设施所占蛋鸡养殖模式的比例仍然较低。随着人们对动物福利的重视和行业的可持续发展要求的提高,开发新型养殖设施的呼声日益高涨。根据国内养殖业建筑现状以及现代高产品种抗病力差的特点,发展福利化养殖装备提高蛋鸡鸡体本身的健康和福利,减少因药物使用带来的负面影响,中国开发福利化蛋鸡养殖设施以提高鸡体健康和福利以抵抗疾病,减少用药;同时促进舍内环境良好,创造适应现代鸡群的生存条件显得至关重要。该文通过概述世界现存的几种替代传统笼养的福利化养殖模式及装备,比较它们各自的特点以及它们在蛋鸡福利、生产性能及蛋品质、社会经济环境对它们产生的不同影响等方面的差异。提出并分析了不同养殖系统存在的主要问题。通过总结国外蛋鸡福利化养殖设施的优缺点,为国内蛋鸡福利化系统的开发提供参考。在改善行为福利的同时,还需要结合传统笼养鸡体与粪便分离、动物健康状况好、投资较低的优点,改变现有的福利化养殖装备系统设计。另外,该文展望了福利化养殖设施的发展方向,并提出了发展福利化养殖设施的新思路。     

计算机视觉技术在水产养殖中的应用与展望

该文从养殖动物的生物量测量、行为监测和应激状态评估等方面综述了计算机视觉技术在水产养殖中生物信息获取方面的研究进展,并提出了进一步研究的方向是用图像处理技术量化鱼的行为的新方法,鱼在各种应激和养殖条件下行为变化的量化研究和人工智能技术的应用等方面。     

畜禽舍移动式智能监测平台研制

畜禽养殖场内温度、湿度及各种气体构成畜禽生长的外围环境,直接影响畜禽日常行为和生长速度及免疫状态。对这些畜禽养殖场内进行检测并监控畜禽健康状态及寻找二者间的联系,对优化养殖环境,发展健康养殖具有重要意义。该研究以STM32单片机为控制核心,在固定点传感器外设置移动式智能监测平台,通过无线定位系统UWB(Ultra Wide Band)和集成传感器对畜禽养殖场内环境进行监测,利用带图传功能摄像头和红外测温装置实时监控畜禽状态。传感器获取信息后将数据以UART、IIC或模拟量输出方式传递给STM32,STM32处理数据后通过物联网WIFI模块上传至阿里云IoT(The Internet of Things)物联网平台,用户登录网页页面即可对数据进行远程访问,并对畜禽状态进行实时监控。实测结果表明,智能检测平台检测数据与猪场内布置的传感器检测结果相近,二者偏差小于10%,在无遮挡情况下布置无线定位系统,定位误差接近10cm级。系统检测数据可信,数据传输正常,可持续长时间稳定运行。机动平台还开发了搬运功能,单次运送能力为200 kg左右。移动式智能监测平台为畜禽养殖场内实现全范围环境监控提供了设备基础。     

利用计算机视觉技术实现对温室植物生长的无损监测

利用计算机视觉技术对温室植物生长进行无损监测，获取植物生长状态信息，对于提高温室的智能化控制水平具有重要意义。在实验温室中设计了一套计算机视觉系统，对黄瓜幼苗生长进行无损监测，同时利用VC++6.0编制的图像分析处理软件，提取植物的外部形态特征：叶冠投影面积和株高。通过对两组无土栽培的黄瓜幼苗叶冠投影面积的连续监测，发现叶冠投影面积的变化趋势可以较好的反映植物的缺肥情况。用图像处理方法测量植株的平均株高与人工测量结果的相关系数可以达到0.927。研究表明，计算机视觉技术应用于温室植物生长的无损监测是可行的，具有广阔的应用前景。     

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。     

中国畜牧业物联网技术应用研究进展

以"感知"为基础的物联网技术迅速发展及产业化逐步渗透到各行各业,包括畜牧业在内的农业物联网的发展也十分迅猛。该文重点从家畜编码规范及标识技术,家畜养殖环境及体征行为远程监测,母猪精细饲喂智能装备及种畜（种猪、奶牛）养殖过程数字化监管与云计算平台构建等多个方面,综述物联网技术在畜牧业领域的应用环节、效果及存在的局限性。综述表明,在感知标识层,关于家畜标识的国际标准主要包括动物管理系列标准ISO/TC 23/SC 19,它负责制订动物管理RFID（radio frequency identification）方面标准,包括ISO 11784/11785和ISO 14223标准,但3个标准内涵的分工不同,而中国的标准包括国家规范、地方标准及企业内部规范,具体包括农业部第67号令,上海地方标准（DB31/T341-2005）和新疆地方标准（DB 65/ T3209-2011）2个动物电子标识规范,以及北大荒及亿利源企业的肉牛内部编码规范。在感知传输层,主要基于不同类型的传感器感知家畜舍环境参数（温湿度、光照强度、氨气及CO2浓度等）及体征行为（视频、质量,体表温度等）。在数据传输层,采用无线公网（2G/3G/4G）网络对家畜舍环境数据及个体的行为状态数据实施远程传输,而视频数据及大量的生产过程数据采用有线网络传输到Internet网路数据库;在数据应用层,典型的应用包括通过移动智能手机终端,依据对采集数据的分析及预警,对远程的环境控制设备（风机、灯电暖、水泵等）进行智能开启与关闭;其次是奶牛繁殖场及种猪养殖场云计算平台的开发与数据挖掘分析应用,以及基于传感器技术及机电控制技术的母猪电子自动与精确饲喂设备的开发与应用。最后,该文从微观到宏观剖析了中国畜牧业物联网当前在技术、产品、应用、政策及认识层面存在的不足,并给出相应的技术与政策建议。综合认为,中国畜牧业发展的现代化需要物联网技术的支撑,物联网技术也必须在领域的应用中寻找正能量,促进畜牧业物联网产业的发展。     

基于声信号特征加权的设施养殖羊行为分类识别

中国西部地区正在发展集约化和规模化的设施养羊业,通过监测羊舍内的声信号可以判别羊只的行为状态,从而为设施养羊的福利化水平评估提取基础依据。梅尔频率倒谱系数（mel frequency cepstrum coefficient,MFCC）模拟了人耳对语音的处理特点且抗噪音性强,被广泛用于畜禽发声信号的特征提取,但其没有考虑各个特征分量表征声信号的能力。该研究构建羊舍无线声音数据采集系统,采集20只羊在设施羊舍内的打斗、饥饿、咳嗽、啃咬和寻伴共5种行为下的声信号,并通过Audacity音频处理软件选出720个清晰且不重叠的声音样本数据。根据MFCC各分量对羊舍声信号表征能力,特征参数提取采用一种熵值加权的MFCC参数,再求其一、二阶差分并进行主成分分析降维,得到优化的19维特征参数。通过对羊舍声信号的声谱图分析,设计了支持向量机二叉树识别模型,并对模型内的4个分类器参数进行网格化寻优测试,该识别模型对羊只5种行为下的声信号进行分类识别,用改进的特征参数与传统MFCC和线性预测倒谱系数（linear predictive cepstrum coefficient,LPCC）进行对比分析。结果表明,该特征参数对5种行为的识别率平均可达83.6%,分别高于MFCC和LPCC参数14.1%和26.8%,羊只打斗和咳嗽行为的声信号属于相似的短时爆发类声音,其识别率分别仅为80.6%和79.5%,啃咬声特征显著不易混淆,其查全率可达到为92.5%,改进特征参数更好的表征了羊舍声信号的特征,提高了羊只不同行为的识别率,为羊只健康和福利状况的监测提供理论依据。     

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。     

畜舍颗粒物减排技术研究现状

随着大规模集约化畜牧业的发展,畜牧生产过程中产生的大量悬浮颗粒物（Particulate Matter,PM）,已成为大气颗粒物PM10和PM2.5的重要来源。畜舍粉尘主要来源于饲料、粪便、皮屑、毛发等,其表面附着有细菌、真菌、病毒等致病微生物以及氨气、硫化氢等有害气体,不但严重威胁畜牧场工作人员和家畜的健康,还导致周边大气环境污染。科学适用的PM减排技术是保障畜舍及周边环境空气质量的重要手段。该研究概述了畜舍PM的排放源、特征及危害,从源头、过程、末端3个环节分别论述了国内外畜舍颗粒物减排技术的研究现状及存在问题。源头减排包括饲料、清粪工艺、饲养模式等方面的优化,经济且高效。过程减排包括喷雾降尘、通风除尘、静电除尘等技术,旨在降低舍内悬浮在空气中的颗粒物。喷雾技术相对成熟,但易滋生细菌且不适用于低温季节;通风技术对去除畜舍PM上应用最为广泛且高效,需要综合考虑满足畜舍通风换气与降尘的要求;静电除尘技术对人畜无干扰,但在除尘效率和二次扬尘方面有待进一步优化。末端减排包括洗涤降尘技术与过滤降尘技术,目的是减少PM对外界大气环境的污染。洗涤技术可以去除排气中多种污染物,但设备易腐蚀;过滤技术成本低,对大颗粒物的去除效率高,但易堵塞。该研究对畜舍PM减排技术研究现状进行综述,以期为未来开发高效、节能、经济、环保的畜舍PM减排技术提供参考。     

基于飞地经济的青藏高原畜牧业发展新途径探索

飞地经济打破区域界限实现资源互补，飞地产业的发展更是连接了空间的分离。青藏高原因长期粗放的游牧方式和自然灾害等因素，不断造成高寒草地退化，严重限制草地畜牧业的可持续发展。长期以来，青藏高原在畜牧业提质增效和转型升级的关键时期，面临生态环境压力大、草畜资源时空配置失衡等问题的掣肘，直接影响畜产品的均衡供应，阻碍了高附加值畜产品市场竞争力，致使农牧民持续增收乏力。该文着眼"飞地经济"发展举措，在综述青藏高原畜牧业发展局限性的基础上，以生产效率和经济效益提升为目标，探讨青藏高原畜牧业发展路径，提出"飞地畜牧业"发展模式。针对该模式，开展了以牦牛和藏羊为研究对象的远地饲养研究，短期适应性研究证明牦牛和藏羊能够适应江淮分水岭地区冷季气候特点，实现冷季体重正增长，且藏羊表现出较好的繁殖适应性，在引入后第一年开始产羔；同时，牦牛经过两年的适应，首次实现了在江淮分水岭地区的繁殖。因此，"飞地畜牧业"产业发展模式具有成为青藏高原畜牧业发展新路径的巨大潜力，将为保障国家生态体系建设、加快高原畜牧业转型升级、满足市场供需关系等提供科技支撑。     

猪的舍饲散养清洁生产工艺及其关键技术

积极开展工业化健康养殖模式的研究与产业化示范，对推动养猪业的现代化，实现养猪业的跨越式发展具有极其重要的意义。该文分析了中国养猪业现状及其存在的主要问题，提出了一套融猪的生理、生态、行为、习性于一体的舍饲散养清洁生产工艺模式，并就其技术特点、关键技术内容及其配套设施设备进行了全面介绍。该工艺模式是在充分考虑动物福利的基础上，通过将养猪工艺与节能节水型干清粪方式和动物福利的有机结合，来改善猪的饲养环境条件、增进猪只健康水平、节约水资源、节省人工，使现代养猪生产更赋予自然化、人性化。为提高中国畜禽养殖业工业化发展水平，建立安全、优质、高效、节耗、环境友好型畜禽养殖业技术体系，增强中国畜产品的国际市场竞争能力提供了技术支撑。     

畜禽粪污土地承载力系统动力学模型及情景仿真

为实现畜禽粪污土地承载力系统评估、预判其发展态势及考察不同减排政策的实施效果,本文进行畜禽粪污土地承载力系统模型的设计、仿真与情景调控。在社会经济、畜禽养殖和种植业各子系统及其要素分析的基础上,以中国北方畜牧大市——石家庄市为例,建立畜禽粪污土地承载力系统动力学模型并进行有效性检验。系统运行结果显示,模型具有具有较好的稳定性,而且模拟值与实际值误差普遍小于10%,因此模型有效。在确定模型有效之后,应用系统动力学模拟仿真不同方案下的石家庄市2007—2025年畜禽养殖土地承载力变化情况。本文设置了4种与系统惯性发展相比较的方案——调整养殖业经济结构、调整环境保护治理投资、调整粪肥占施和协同发展模式,并针对上述5种情景进行仿真。仿真结果显示:1)惯性趋势发展条件下,畜禽养殖业和种植业的产出规模都有增长,但种植业产量增长不及畜禽养殖业的增长,致使种植业难以消纳畜禽养殖产生的氮磷排放,土地承载压力加大;2)调整养殖业经济结构情景下,氮、磷平衡承载均呈现出下降的趋势,但磷平衡承载仍存在压力;3)调整环境保护治理投资情景下,氮平衡承载处于可载状态,磷平衡承载压力下降明显,但只有后8个年度可载;4)调整粪肥占施情景下,氮平衡承载处于可载状态,磷平衡承载情况虽好于初始情景,但仍超载;5)协同发展模式下,氮、磷平衡承载压力均呈下降趋势,且氮、磷承载均处于可载的水平,通过比较分析发现,协同发展模式的效果最好。本研究一方面为开展畜禽养殖污染监测评估工作、建立畜禽养殖污染评估机制提供支撑,另一方面为畜牧大市(县)和其他资源环境超载区养殖业发展的调控提供科学依据。     

音频技术在禽畜养殖与果蔬种植中的应用研究进展

随着信息技术的发展,音频技术凭借其快速、准确、成本低,且非接触、无侵入的优点,被广泛应用于现代农业禽畜养殖与果蔬种植等领域,已成为推动农业数字化、智能化的关键技术之一。该文阐述了音频增强技术如传统滤波法、短时谱估计法和小波去噪法在禽畜果植中的研究与应用,综述了音频识别技术在农产品无损检测、动物疾病与健康监测、物种识别与病虫害检测等方面的研究成果,同时分析了音频控制技术在果蔬种植和禽畜养殖中的研究进展,在此基础上总结了现阶段禽畜果植音频增强技术、音频识别技术与音频控制技术面临的问题,并指出其未来可能的研究发展方向,以期为禽畜果植领域音频技术的研究与应用提供参考。