牛業智能養殖管理系統

　　摘要：本系統實時在線監測野外牧場中每頭牛的位置和健康情況，通過云平臺對采集到的數據進行智能分析，及時發現牛的身體健康隱患，及早尋找并治療，降低病死率，同時及時發現牛的越界現象，以及防止偷盜事件，減小野外放養牛的損失，提高生產力和管理效率。

　　關鍵詞：野外牧場、牛群、健康檢測、智能管理

　　引言

　　進十年以來，我國畜牧業發展良好，畜牧業已經成為我國農業農村經濟的支柱產業，成為農民重要的收人來源。野外生態放養牛群就是非常好的項目，但會有很多不確定性，如牛群是否走出設定的范圍導致丟失，是否被偷走，是否跌倒受傷，生病等，因此要有先進的技術手段來進行養殖管理。但是有的山地或草原沒有公共信號，很難建立定位和健康監測數據傳輸通道。

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　　本系統就很好地解決了這一難題，例如在一些大山里，山谷里沒有4G等公共信號，或者只有山頂某些局部區域有4G信號，牛群就是常年在山谷里放養，要監測這些牛的狀況，首先要搭建本區域通信基站并延伸到有4G信號的地方，再通過4G數據傳輸到云端。因此本系統包括云端服務軟件、通信系統、牛項圈上的體溫檢測及定位、體重預測等的設計與實現。

　　系統功能

　　每一頭牛都佩戴一個牛項圈，有唯一ID身份標識，包含有溫度測量、GPS定位和太陽能電池等。被監測牛群列表顯示在線/離線狀態、體溫、出生日期、預測體重、位置(地理經緯度)等屬性信息、詳細顯示所采集的各種參數及分析結果等。

　　(1)牛體溫實時數據和歷史數據處理保存和顯示。

　　(2)牛群健康狀況實時數據分析，并生成告警記錄，發送給相關人員。

　　(3)顯示預測達到出欄體重的牛ID列表，并根據定位指導尋找。

　　(4)牛定位管理，每頭牛所在的地理位置電子地圖上顯示。

　　(5)電池監測，牛項圈裝有小太陽能電池，一旦檢測電量嚴重不足時，告警更換。

　　3.系統設計

　　3.1 系統組成和結構

　　本系統由傳感器、牛項圈智能網關、LoRa和4G通信、云平臺、終端軟件幾部分組成。

　　云平臺

　　終端

　　體溫傳感器

　　牛項圈智能網關

　　GPS傳感器

　　/4G網關

　　電量傳感器

　　網絡

　　各傳感器

　　牛項圈智能網關

　　3.2 系統實現

　　(1)前端傳感器

　　體溫傳感器

　　牛項圈智能網關含有非接觸式紅外傳感器，自動周期性采集體溫，將溫度數據通過LoRa和4G傳送至云端服務器進行處理保存和分析。

　　GPS定位傳感器

　　牛項圈上包含GPS定位芯片，方便用戶通過手機或電腦實時跟蹤牛的位置狀態。設置電子圍欄，當牛越界、生病或摔倒不動時，系統發生報警;

　　電量檢測傳感器

　　由于是野外散養，牛項圈需防水防腐防嗮，結實耐用，電池確保使用三年以上不更換，要實時檢測電量提醒用戶。電池、太陽能充電面板和牛項圈智能網關及傳感器是一體化設計，體積很小。

　　(2)牛項圈智能網關

　　周期性地采集各種傳感器的信息，經處理，形成內部標準的通信協議格式，采用LoRa和4G傳輸技術發送到云平臺處理。接收云平臺發來的控制信息。

　　通信

　　由于本系統應用在一些大山牧場里，山谷里沒有4G等公共信號，或者只有山頂某些局部區域有4G信號，因此在山谷，山頂等關鍵位置建設幾個LoRa基站，每個覆蓋半徑5公里，并延伸到有4G信號的地方，基站電源由太陽能發電直供方式。數據通過LoRaWAN和4G向云端實時傳送，同時也傳送云端發向牛項圈的控制指令。

　　(4)稱重

　　在牛驛站的通道上設有小型地磅，牛群會不定期去到驛站休息，因此就可以稱重，結果發送到云端，并將稱過重的牛作為樣本來預測相同批次的牛的生長狀況，目的是預測出欄的時間。

　　(5)云平臺軟件系統

　　系統采用智能移動終端webapp的解決方案，主要利用phonegap、html5的web2.0技術。整個系統結合hybird app和webapp的特性，利用phonegap和ssh框架以及html5、jquery-moblile、jquery、ajax等web2.0技術。

　　牛信息系統包括基本數據采集和數據分析應用等子系統。

　　基本數據：

　　牛的基本信息;牛放養信息;補充飼料喂養信息;牛病理信息;防疫信息;檢疫信息;牧場天氣信息;牛身體狀況信息;牛銷售信息。

　　動態采集數據：處理并保存牛體溫數據、定位數據、電池電量、稱量體重(或預測體重)，同時也是作為歷史數據。

　　數據統計分析子系統

　　實時監測牧場內每頭牛是否越界，一旦越界要及時處理，因為本基站覆蓋半徑5公里。是否長時間不動，若是，則說明這頭牛有可能受傷或死亡;通過統計分析體溫發現異常的牛及時找到治療;其它處理有：

　　每頭牛在一段時間體溫變化趨勢;

　　每頭牛在一段時間體重變化趨勢，分析出欄時間;

　　每頭牛在一段時間活動軌跡變化趨勢;

　　牛項圈電池電量變化;

　　數據查詢子系統

　　用戶可以查詢每頭牛實時動態數據;也可以查詢每頭牛不同時期的歷史數據和告警數據，并生成報表打印。

　　預警處理

　　越界報警;

　　牛體溫異常報警;

　　牛項圈失效離線報警;

　　牛項圈電池電量過低報警;

　　用戶追蹤尋找牛時，在手機終端觸發按鈕后，該牛項圈會聲光告警。

　　(6)終端軟件

　　基于B/S結構的界面設計，手機和PC端自動適配，可以顯示基于電子地圖的界面，電子圍欄，牛的基本信息、每頭牛的地理位置、體溫等實時數據、歷史數據、數據對比曲線圖、各種數據預測趨勢圖、告警信息、各種列表等。在牧區手機沒有4G信號，手機通過藍牙和LoRa轉換網關連接到云端，也可以作為導航儀尋找要找的牛，例如當云端分析到某一頭牛體溫異常時，或者長時間不動時，或者需要出欄時，用戶都需要找到該頭牛，于是用戶通過該軟件的導航功能不斷接近該牛，并在界面上按該牛位置圖標告警按鈕，牛項圈上的LED會閃爍蜂鳴器會響，幫助用戶快速找到該牛。

　　4.結束語

　　本系統很好地解決了在牧區沒有公共通信的狀況下，建立了牧區通信基站并延伸到有4G信號的地方，使得牛項圈和云端可以互傳數據，并通過采集的數據分析牛的身體健康狀況和生長狀況，為用戶科學養殖提供決策依據，降低了養殖成本，提供生產效益。

　　參考文獻

　　1.張紅星.牛業智能養殖管理系統設計規格書.國之鑫公司，2019.8

　　作者簡介：張紅星

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