智能养殖机器人技术与应用进展

【目的 】 随着人工智能和机器人技术的崛起,畜牧机器人的研究发展迅速。基于国内外相关成果,阐明畜牧机器人研究与发展现状,归纳总结畜牧机器人的应用效果和实际问题,较准确地指明畜牧机器人的未来发展趋势。 【方法 】 文章利用文献梳理法收集国内外大量应用实例和文献资料,重点介绍7类典型机器人,分析梳理已有的畜禽机器人研究成果和实际应用情况,归纳总结畜牧机器人应具备的普遍特点、目前的技术瓶颈和实际应用中的具体要求,并讨论畜牧机器人的现存问题,预测畜牧机器人技术发展方向,为畜牧智能机器人技术的进一步发展提供参考。 【结果 】 国外对畜牧机器人的研究成果多,技术成熟,有一批适应养殖需求的智能机器人产品。我国对畜牧机器人的研究虽然起步较晚但是发展迅速,积极吸纳先进技术,已有许多产品用于商业化推广,但仍存在与生产环节契合度低、设备续航与鲁棒性差、信息利用维度低等问题。 【结论 】 畜牧业的规模化和集约化发展对畜牧机器人提出了更迫切的需求,畜禽机器人可有效提高畜禽养殖过程中的动物福利水平,降低畜牧养殖过程中因饲养环境恶劣、人工劳动强度大带来的经济损失以及存在人畜共患病的风险,未来畜牧机器人将进一步提高其与养殖环节的衔接与适应性、闭环处理决策能力以及自动化水平,朝着无人化、智能化与可持续化方向发展。     

信息技术在畜禽养殖中的应用进展

【目的】现代集约化、规模化养殖业发展的本质在于以较少的资源投入,按照动物生长发育的需要,在可控环境条件下实现自动化、智能化和数字化的生产和管理,不断发展的信息化技术极大的促进了当前畜禽养殖业发展。【方法】文章主要从畜禽环境监测控制技术、畜禽体征信息获取与行为监测技术、畜禽疫病防控决策与预警技术、畜禽智能繁育与精准饲养管理技术4个应用层面,总结信息技术在畜禽养殖中的研究现状与应用进展。【结果】在环境监测控制方面,分析了环境监测系统的内容,列举了国内比较成熟的环境参数监控和控制系统;在体征信息监测方面,分别从机器视觉技术、声音处理技术、生物传感技术等角度,总结了对健康信息、生命体征信息、情绪信息、行为信息等的体征监测;在疫病防控决策方面,介绍了使用红外热图像处理、声音监测、专家诊断系统等进行动物疫病的监测、诊断、预测;在畜禽繁育与精准饲养方面,总结了畜禽繁育典型的信息化技术类型,分析畜禽精准饲喂模式。【结论】我国畜禽养殖逐步向标准化、规模化与智能化转变,信息化技术能有效提高畜禽生产效率、管理水平、经营决策能力和服务质量,是支撑现代畜牧业可持续发展的关键。因此,加强畜牧业"互联网+"信息化技术研究与应用至关重要。     

畜舍自然通风理论分析与通风量估算

自然通风畜舍通常为大开口建筑,由于开口处的风速和压力分布不均匀,受外界环境影响大,难以确定进风口和出风口的位置,因此,自然通风畜舍通风量的估算值存在很大的不确定度。该研究通过分析通风量关键影响因素、对比不同估算方法结果差异、归纳提高估算准确度的方法,对自然通风畜舍通风理论与通风量估算研究进展进行综述,提出了现有研究的不足和需要进一步完善的内容。自然通风量可以通过压差法、风速法和CFD数值模拟法等直接估算或通过热平衡法、水汽平衡法、CO₂平衡法和示踪气体法间接估算。不同通风量测算方法之间的结果差异在10%～300%之间,估算准确度受开口流量系数、风压系数、动物产热量和产湿量、传感器布置位置等因素的影响,同时使用多种方法进行通风量测算有助于评估测算结果的准确度。CO₂平衡法在实测中应用最为广泛,测算结果相对稳定,但需要规范测试布点和计算取值方法,提高舍内CO₂产生量测算的准确度。水汽平衡法在实测中有一定的应用潜力,也需要提高畜舍水汽产生量的测算准确度,建立动态估算方法。自然通风量尚无准确又无争议的测算方法,现有通风量测算方法...     

家禽粪便管理过程中氨气减排技术研究进展

粪便管理是畜牧业氨气排放的主要来源,由于养殖工艺、粪便管理方式、粪便理化特性及其氮素存在形式的不同,家禽粪便管理过程中氨气的产生和减排技术的应用与猪、牛略有不同。该文阐述了家禽粪便管理过程中氨气产生和释放的机理,分析了影响氨气产生和释放的关键影响因素,针对粪便管理过程中广泛采用的"排泄后"策略,着重论述了酸化、吸附和抑制等减排技术在家禽粪便氨气减排方面的应用情况、作用机制、影响因素、使用效果及优缺点,有助于深化家禽养殖氨气排放的认识、选择适宜我国生产条件的减排措施,对家禽绿色生产、节能减排具有重要意义。     

含风机噪声的蛋鸡声音信号去噪方法比较

蛋鸡声音可用来评价蛋鸡本身的福利状况,然而蛋鸡舍中往往存在着低频风机噪声干扰蛋鸡声音信号的时频特征。为了优化含风机噪声的蛋鸡声音信号,以海兰褐蛋鸡为例,利用数字化声音采集平台,采集了不同的蛋鸡叫声和风机噪声。采用LabVIEW软件,分析了蛋鸡声音和风机噪声的时频特征,同时比较了滤波器和小波去噪方法在去除风机噪声方面的应用效果。结果表明,蛋鸡产蛋期间的声音频率范围为400~2 500 Hz,而风机噪声的频率在600 Hz以内。在信噪比为-20~10 dB蛋鸡声音环境中,无限脉冲响应滤波器滤波后的均方根误差要比有限脉冲响应滤波器滤波后的均方根误差小,说明无限脉冲响应滤波器具有更好的滤波效果,与其他小波阈值去噪方法相比,以史坦无偏似然估计为阈值的小波去噪方法在去噪后的均方根误差最小,表明这种方法的去噪效果更好。该研究可为蛋鸡舍中风机噪声环境下的蛋鸡声音识别提供参考。     

营养液温度调控对设施越夏水培生菜产量与品质的影响

以生菜"罗生3号"为试材,利用冷水机降温技术对越夏水耕栽培营养液进行降温处理,研究了该技术对生菜产量和品质的影响。结果表明:利用冷水机降温技术将营养液温度控制在(20±1)℃,对生菜生长和干物质累积具有明显的促进作用,且不会影响生菜的品质。说明该技术应用于越夏水耕栽培营养液温度调控是完全可行的。     

不同供水吸力对番茄光合特征与声发射特性的影响

以"迪安娜"番茄为试材,采用负水头供水控水盆栽装置,吸力值分别设定为15、35、55、75hPa持续稳定控制不同的土壤含水率。利用声发射监测系统(physical acoustic corporation,PAC)连续监测番茄的声发射信号,通过测定番茄叶片净光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)等光合参数及空气温度、相对湿度和光照强度等,研究了声发射计数与番茄净光合速率、蒸腾速率之间的关系。结果表明:供水吸力越小,番茄的净光合速率、蒸腾速率越大,叶片温度越小,蒸腾速率与净光合速率变化规律一致;08:00—18:00番茄声发射特性与番茄光合特征之间变化规律一致,二者具有良好的吻合特性。其中,12:00—14:00净光合速率和蒸腾速率达到全天最大值,供水吸力为55hPa和75hPa的番茄植株声发射计数达到最大值,分别为34和15。综上所述,不同供水吸力下,番茄光合特征与声发射特性之间具有良好的线性关系,进一步的试验结果表明其可为灌溉策略的制定提供一定的研究基础。     

不同臭氧浓度处理对盆栽茄子生长发育的影响

以"京茄一号"茄子为试材,采用温室盆栽方式,分别设定3个不同臭氧浓度处理:不释放臭氧气体(T_1)、低浓度臭氧1.0 mg·m~(-3)(T_2)和高浓度臭氧2.0 mg·m~(-3)(T_3),通过测定茄子叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和叶绿素含量以及株高、茎粗和叶片数,比较不同臭氧浓度处理对茄子光合特性与生长指标的影响,以期为臭氧消毒技术在蔬菜栽培中的应用提供技术参考。结果表明:茄子叶片气孔导度排序依次为T_1T_2T_3,T_1与T_2之间无显著差异,蒸腾速率的变化规律为T_2T_1T_3;T_2处理显著提高了茄子叶片的蒸腾速率及叶绿素含量;与T_1相比,T_2茄子株高、茎粗和叶片数分别增加了6.4%、10.7%和20.5%。综上所述,不同臭氧浓度处理下茄子的光合特性与生长指标差异显著,其中以臭氧气体浓度为1.0mg·m~(-3)(T_2)的表现最优。     

融合多环境参数的鸡粪氨气排放预测模型研究

NH₃是影响舍内肉鸡生长发育的主要有害气体,对其排放量的准确测量与预测有助于建立鸡舍环境调控模型,提升畜禽福利化养殖的水平。生产中,NH₃监测多采用电化学传感器,精度差且寿命短,较难直接获取NH₃排放量。结合NH₃产生和释放的机理过程,选择相对较易获取的CO₂排放量(E_CO2)和H₂O排放量(E_H2O)等环境参数建立NH₃排放量的预测模型。建立了肉鸡厚垫料养殖模式下,舍内鸡粪气体排放的模拟试验装置,连续多日向试验装置内投入等量鸡粪以模拟鸡舍每日粪便生成,监测温度、相对湿度以及CO₂、H₂O、NH₃排放量数据。基于多种机器学习方法和环境参数,构建了NH₃排放量预测模型,并运用特征和排列重要性探究参数重要程度,运用部分依赖图和个体条件期望图探究模型对参数的依赖关系。...     

蛋鸡养殖过程中海量数据自动处理系统

采用分时变频的采集模式,应用Java媒体框架模型,设计并实现了蛋鸡养殖过程中海量数据自动处理系统。系统既可同步采集和保存关键的环境、图像及音频信息,又能减少存储空间、降低存储成本和加速查询速度。系统运行结果表明:依据采集设备及采集参数设置的不同,单采集点一天采集的音频及图像数据量为200～400 MB,一年采集的数据量为70～140 GB。系统同时提供了以采集时间戳为索引的多源信息同步查询及同步展示模块,可复原大部分生产过程场景。