本人郑重声明,所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果,也不包含为获得内蒙古科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。
伴随着经济不断提高,经济全球化地逐渐深入,人们饮食文化日益多样化,同时食品对于人们的健康性问题也随之呈现,引起了广大群众的关注,如若不能严格的控制食品安全,将造成更大的恐慌。智慧牧场的诞生从源头上掌控羊的质量,杜绝此类事件的发生。
另一方面随着信息技术和农业科技的不断发展和深入应用,畜牧业亟待与高精度和自动化的控制与检测技术进行结合,传统粗放型的生产模式也必须向智能、精确、数字化的方向转变,对牲畜舍内温度、湿度、有害气体含量等进行实时监测与控制,为探索生畜数字化精细管理提供可靠依据,进而对可持续性生畜数字化健康养殖提供科学的决策支持[1]。
本文以智慧牧场为研究背景,针对羊舍在冬季接羔保育期间对环境温度、湿度、气体浓度的较高要求,设计了圈舍环境测控系统。硬件部分搭载了温度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器、硫化氢气体传感器、氨气传感器,和风机—水帘,加湿装置等执行装置,由于圈舍中温度、湿度、气体浓度三者之间相互影响,对其中一个变量进行控制时,对另外两个变量造成干扰,所以本文采取前馈—反馈控制,来达到及时控制的目的。
同时针对圈舍结构的分散性,利用zigbee将各个分机的传感器数据无线传输至主机,主机通过一定的数据处理和控制算法等软件处理方法将得到的结果作用于执行装置使其动作[2]。最后通过实验环境测试和仿真实验,证明该控制方法具有较强的实践性、合理性。
内蒙古拥有东西直径距离长约2400公里,南北最宽处约1720公里的草原带,作为覆盖内蒙古国土面积最大的植被景观,为森林面积的3.5倍,耕地面积的10倍, 占全国草原面积的22%,在长期的人工培育和自然选择过程中,形成了具有地方特色的发展模式。然而,没有规划,随意放牧的行为引起了植物群落中种类成分的变化,抑制了柔弱植物的发展,促使采食少的植物的茂盛生长,加之人工的多次割草,使草场失去产生种子的机会,影响植物的正常发育,导致植物退化或逐渐消失[3]。
草原普查数据显示,草场自上世纪70年代以来,草场退化、沙化和盐渍化日益突出, 目前,全区草场退化、沙化、盐渍化总面积为69390.45万亩, 占全区草场总面积的61%,其中退化草场面积和盐渍化草场面积分别为全区草原总面积的14.2%和4.3%。 引起草原生态急剧恶化的直接原因是过渡放牧、草原开垦、牲畜数量的不断增加以及气候变化。至此,牲畜饲养规模已超过了草场自然生产力极限,传统草原畜牧业的潜力已消耗殆尽。智慧牧场的诞生为草原牧区所面对的现实问题提供了解决方案。
伴随着经济的不断提高,经济全球化地逐渐深入,人们饮食文化日益多样化, 同时食品对于人们的健康性问题也随之呈现,连年来,屡屡出现食品安全问题“人造鸡蛋事件”、 “注水肉事件”、 “人造猪肉事件”等都牵动着每一位民众的心,接二连三出现的的食品安全已经引起了广大群众的关注,如若不能严格的控制食品安全,将造成更大的恐慌。智慧牧场的诞生从源头上掌控羊的质量,杜绝此类事件的发生[4,7]。
另一方面随着信息技术和农业科技的不断发展和深入应用,畜牧业亟待与高精度和自动化的控制与检测技术进行结合,传统粗放型的生产方式也必须向智能、精确、数字化的方向转变,无线射频识别(RFID)、无线传感器网络(WSN)、全球定位系统,GPS/北斗,、 图像辨别处理等技术也将被使用来建立草原畜牧场区域物联网系统来获取生畜个体信息和牧场生态环境信息,对生畜的体尺体貌、运动量和生畜舍内温度、湿度、氨气含量等进行实时监测,根据生华体绘官网畜运动量进行发情鉴定与预警,为探索生畜数字化精细管理提供可靠依据,进而对可持续性生畜数字化健康养殖提供科学的决策支持。
(1)无人化饲养管理。利用全球定位系统和全自动控制技术实现无人化放牧、饲养管理,节约人力成本,提高生畜生产效益。
(2)建立种畜资源基因库,提高育种系统的安全性。采用各种传感器采集数据并传回计算机,再通过计算机处理各种数据,最后通过建立好的模型选择好的更好的品种,提升优质苏尼特种羊资源率。
(3)大力研究移动终端产品,利用移动终端的快捷、便利的特性,可以方便的进行数据处理,提高牧场的灵活性。
(4)生物监测传感器的发展能有效的检测到牲畜的病情,提高了疾病的防治能力。
(5)牲畜的屠宰和肉类的全程跟踪。在牲畜出生的那一刻就会把数据储存在计算机内部,在这之后的所有环节,都可以查询到,消费者可以根据肉类的标签了解到肉类的品质,这样的产业链给消费者带来了透明的信息,使消费者放心食用。
随着信息技术的不断发展, 以及强大的普及性,人们在满足自身生活条件提高的条件下,也对信息取得的方便性,快速性有了更高要求。在这种需求的推动下,智慧牧场的概念应运而生,人们希望可以通过这种技术将牧场中与羊息息相关的生活条件反应到一个智能控制平台进行集中或异地监视,控制和管理,从而满足羊对居住环境的需求。
为了得到圈舍周围可靠的环境信息,本文以智慧牧场环境监测子系统为研究对象,实现对牧场环境的实时监测,通过该系统,可以实时获知牧场环境的信息,如,温湿度,光泽强度, 明暗水平,有害气体浓度,失火情况等, 同时,该装置还可将传感器数据作为其他装置运行时的参数,使牧场环境达到智能化的程度, 比如, 当搜集到的温度信息高于用户设定的标准值时,智能控制系统管理中心将控制风机—水帘设备动作,降低圈舍温度,又如,当湿度值低于标准值时,牧场监控组将开启加湿装置,提高室内湿度。所以,智慧牧场的环境监控对于构建智慧牧场具有十分重大的意义。在内蒙地区,多以草原和沙漠为主,形成了具有地方特色的牧区畜牧业, 由于家畜均是食草动物,在这样的地区,饲草会因为季节的变化而波动较大,所以本地区的畜牧业容易受到天气波动的危害,家畜生产能力降低。加之羊对周围环境的敏感程度强,对羊的生长发育起到至关重要的作用.就现代畜牧业的行业属性而言, 畜牧的发展能力20%由品种决定, 40%—50%由饲料决定, 20%—30%由环境决定,不适宜的环境因素造成畜牧生产力下降10%—30%, 因此,建设一个科学,布局合理,配套设施完善