奶牛精细化养殖管理系统技术方案(zc).doc

奶牛精细化养殖管理系统技术方案(zc).doc

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技术方案书天津闪联科技有限公司

奶牛精细化养殖管理系统

技术方案

天津闪联科技有限公司

TIANJINSHINELINETECHNOLOGYCO.,LTD.

一、应用背景

牛奶以其营养丰富、容易消化吸收、物美价廉、食用方便而被誉为“最接近完美的食品”，其相关产业渐已成为朝阳产业。

随着世界畜牧业的迅速发展，乳业发展水平的高低已成为现代农业特别是畜牧业发展水平的重要标志。

没有养殖规模就不可能有规模效益。

随着科技的不断发展，奶牛业正从传统的生产方式向现代化的管理方式转变，标准化规模养殖的比重不断提高。

奶业在发展模式快速转变的同时，也面临公共卫生、经济技术、食品安全等一系列问题亟待解决：

①频发的动物疫病给我国的奶牛养殖生产和公共卫生安全带来严重威胁。

口蹄疫、结核病、布氏杆菌病等奶牛疫病不仅降低了原奶产品的数量与质量，造成我国奶业生产每年100亿元以上直接经济损失，而且某些动物疫病是人畜共患病一旦传染到人类，将直接威胁到人民生命健康安全。

②奶牛养殖业总体上面临养殖技术落后、单产水平低的局面。

据中国奶业协会统计数据，我国奶牛存栏数量约1400万头，奶牛平均每年单产为3.9吨，仅为世界平均水平的70%，发达国家平均水平的40%，美国的奶牛单产达到9吨，以色列的奶牛单产更达12吨。

影响我国奶牛单产水平的因素涉及良种、养殖方式、技术装备和管理模式。

近年来，我国实行奶牛良种补贴和标准化规模养殖等多项行业扶持政策，成效显著。

目前，奶牛养殖普遍缺乏替代人工的高效养殖设备以及精细化科学管理模式。

③食品安全问题给奶牛养殖业造成的负面影响。

2008年爆发的“三聚氰胺”事件为食品安全敲响了警钟，“三聚氰胺”事件一方面是我国少数企业社会责任的缺失，忽视产品质量管理而造成的严重后果；另外一方面也反映出原奶生产、收购、加工等链条上监管技术薄弱；不仅如此，兽药残留是奶牛养殖业存在的另外方面的问题。

牛奶中若含有抗生素，对长期饮用者来说无疑是等于长期服用小剂量的抗生素，易产生耐药性，一旦患病再用同种抗生素治疗很难奏效。

同时牛奶中抗生素残留会抑制细菌的发酵，影响奶制品品质，使产量和质量降低。

因此，原奶生产过程中牛奶质量自动监测和产品分级成为奶牛养殖企业亟待解决的问题。

通过上述对我国当前奶牛养殖业现状和问题的分析，本项目提出一整套基于物联网技术的符合国内规模养殖企业的奶牛养殖精准化管理系统方案。

二、技术架构

奶牛精准化养殖管理系统综合运用当前先进的物联网技术，针对奶牛繁殖、饲喂、疫病控制、产奶等生产环节,采集并分析奶牛个体指标数据，深入挖掘奶牛生产潜力，解决传统养殖生产中存在的粗放管理漏洞及效益损失问题，实现奶牛养殖管理的科学化、精准化与高效率。

图1总体架构

系统基本架构由以下部分组成：

（1）基于Internet建立网络化的集团业务应用。

集团总部建立数据中心,下属公司牧场内部建设局域网，形成本地数据分中心，下属公司通过Internet与总部数据中心相联。

（2）奶牛场内部构建一个物联网络，通过电子耳标和传感器技术，使防疫管理和生产管理的对象——奶牛成为物联网终端节点，系统通过自动化设备/设施监控奶牛生产过程，采集繁殖、泌乳、饲喂、疾病防治等业务数据，实时汇总到企业内数据中心。

（3）养殖场和总部分别建立数据分析平台，实时处理生产活动的各种业务数据，为牧群、饲喂、防疫、繁殖、泌乳提供分析服务。

（4）提供养殖场内关键业务数据接口（如疫病监测数据），支持与畜牧兽医主管部门信息服务平台联网对接，服务于动物疫病预防控制及疫情监测。

通过本项目，将在规模场内建立电子标识识别系统的信息基础设施，包括支撑平台、网络系统、主机系统、存储系统、安全系统和奶牛场防疫管理应用系统组成。

对奶牛场养殖生产管理主要通过奶牛场防疫管理应用系统来完成。

行业主管部门和技术服务机构通过该平台及时获取疫病专业信息，制订针对性的精确防控措施，提高科学养殖和高效疫病防控的综合信息管理水平。

三、软件组成与功能

视频监控

统计与数据分析

物资管理

数据导入导出

权限定义与维护

设备状态监控

基础数据管理

健康管理

牧群管理

牛号自动巡查

采食量监测系统

乳房炎在线监测

奶量电子计量

发情监测管理

牛号自动识别

企业综合业务门户

图2奶牛养殖信息管理系统功能结构

1、牛号自动识别

本产品通过给奶牛脚踝佩戴RFID电子标识，与奶牛计步器集成一体。

电子耳标芯片采用超高频频段，内部存储了代表牲畜惟一身份的企业编码和国家牲畜编码，用于建立奶牛个体电子养殖档案。

电子耳标以高级材料外塑封，产品防水、防污，耐受长期户外使用，产品设计使用寿命达到5年以上。

电子标识识别系统采用挤奶单元固定式RFID阅读器，当奶牛进入挤奶单元时，系统自动识别牛号。

RFID阅读器内置通过RS总线与中控台连接，可将现场采集的奶牛牛号、活动量数据传到数据中心。

应用无线射频技术，可以对奶牛群体进行实时的状态监控，并及时、准确采集电子标识记录下的各种数据信息，实现奶牛个体的自动识别，替代以往的手工标记和肉眼识别，提高了工作效率和识别准确率。

本产品实现了奶牛养殖档案的追踪功能，利用奶牛电子标识的唯一性，管理者可以对奶牛场中每头奶牛的流动过程进行密切跟踪监控，一旦发现传染性疫病，可以迅速发现源头并及时隔离相应个体和接触群体，减少疫病扩大的可能。

图2挤奶厅牛号自动识别系统示意图

主要功能:

ü牛号分配

新引进奶牛或犊牛分配管理编号，并写入电子芯片。

ü牛号绑定/解除绑定

软件实现管理编号与芯片ID号在数据库绑定。

也可通过修改功能，解除绑定关系。

ü挤奶台牛号自动识别

当奶牛进入挤奶单元时，系统自动识别牛号并通过中控台输出奶牛信息（月龄、胎次、平均产奶量、患病史）等信息

ü牛号人工输入/修改

当由于耳标掉标或漏读等因素引起无法识读，软件支持人工输入或修改耳标号码的功能。

ü支持低频/高频/超高频等电子标识

软件支持符合ISO11784/11785、ISO14443、ISO18000－6C等主要电子耳标协议标准，兼容国内外大多数符合该标准的产品。

2、发情自动监测

传统上发情监测完全依靠兽医观察，做到及时发现奶牛发情是件非常困难的事情，尤其在夜间更是无法观察奶牛的发情行为，因而时常错过奶牛的发情期而不能及时配种，从而导致泌乳牛和青年牛的生产潜力得不到有效利用，极大地降低了生产效率。

佩戴在奶牛腿部或颈部的电子计步器，自动采集奶牛站立、静卧、行走、爬跨等活动数据，发现奶牛情期的活动规律，代替人工判断奶牛发情期，决定最佳配种时机。

电子计步器采用高级外壳材料，全防水设计，使用寿命超过5年。

通过无线射频技术（RFID）将奶牛活动量数据传输到控制系统。

当被监测的奶牛活动量发生异常情况，系统软件将自动与该牛历史数据进行对比、判断，甄别出进入发情期的奶牛，自动进行预警提示。

脚踝式电子计步器

图3奶牛计步器

下图中，蓝色曲线表示一头发情期奶牛21天的活动量变化曲线图。

图中出现显著超过日平均活动量的部分，代表该头牛的发情期。

系统软件可准确获知发情期开始时刻，并准确推断排卵期，确定最佳输精时刻。

该方案采用的发情监测系统——电子计步器产品拥有自主知识产权，最小计量间隔达到2小时，计量精度大于99％，产品已经在国内多家牧场得到应用，生产实际发情监测准确率90％。

图4发情监测数据

电子计步器主要功能：

ü奶牛发情提示

软件根据采集的奶牛活动量数据计算其发情指数，当奶牛连续时段的活动量超过非发情期2～3倍以上，系统将自动预警该头奶牛可能进入发情期，并报告该头奶牛发情盛期的起始时刻。

ü最佳输精时间建议

系统根据奶牛历史配种记录，结合奶牛发情期起始时刻，综合计算出输精最佳时刻。

ü奶牛妊娠判断

当已配种奶牛，自配种之日起21天后，仍出现活动量异常增加并符合发情特征数据的，系统自动提示配种可能失败。

ü肢蹄病提示

当奶牛个体日活动量明显减少，或步伐存在异常情况，系统自动提示可能患有肢蹄病，建议进行药浴治疗。

ü活动量异常提示

当奶牛活动量指数突然上升或下降时，系统自动提示，通知管理人员进行现场查看。

3、产奶量电子计量

系统通过接收在挤奶设备上安装的流量传感器数据，实时采集到每头奶牛每个班次产奶量数据，监测产奶量的异常波动状况，及时分离进入干奶期的奶牛。

准确获知每头奶牛每天产奶量数据，对于评估奶牛的生产性能、计算产出效益具有重要作用。

系统可实时监测每头牛挤奶过程奶流量变化数据，自动生成泌乳流速曲线图，为乳房炎诊断及乳房保健提供基础数据。

系统软件可实时监测并收集每班次、每挤奶单元、每头牛的产奶量，以图表方式显示，并自动汇总、统计和生成报表。

图5产奶数据

为了对奶量计量数据进行修正，软件支持奶量数据添加功能。

主要功能：

ü班次产奶量：

系统采集个体奶牛每班次挤奶量数据

ü泌乳量曲线：

按班次/天/周/月/年和任意时间段生成个体奶牛的泌乳量曲线

ü录入DHI数据（乳脂、乳蛋白、干物质等关键指标，SCC数据）

ü产奶量数据修改

ü异常产奶量数据报警

4、乳房炎在线监测

隐性乳房炎目前生产上常用检测方法：

细胞学检查法（CMT、DMSCC）。

原奶中高体细胞数，表明奶牛乳房受到病源微生物入侵，这将造成原奶中细菌数等微生物检测指标增加。

体细胞检测法的缺点是样品制备复杂，检测结果受主观因素影响，无法在线检测，检测成本高。

患乳房炎的奶牛典型特征是乳中体细胞数上升，电导率值增加。

研究表明：

原奶电导率与体细胞数SCC在统计学上显著相关，根据该原理测定电导率判断隐性乳房炎是可行的。

利用该原理研制的传感器能在挤奶过程中实时监测牛奶电导率变化情况，监测牛奶体细胞（SCC），帮助兽医及时掌握奶牛乳房健康状况，为乳房炎早期发现和诊断提供技术依据。

电导率检测法优点：

在线测量、无需制备样品、成本低。

图6乳房炎监测器

主要功能：

ü自动采集泌乳牛原奶电导率数据；

ü采集泌乳班次前、中、后三段电导率数据

ü自动生成原奶电导率与体细胞数（SCC）关系图

ü列表显示泌乳牛每天（3～4班次）原奶电导率数据

ü列表显示泌乳牛每天（3～4班次平均体细胞数据

ü疑似乳房炎患病牛预警

ü乳房炎治疗牛体细胞数跟踪、监控

ü异常数据修正

5、采食量监测系统

奶牛个体采食量、饮水量数据管理是奶牛养殖生产实践上重点关注内容。

个体采食量、饮水量数据对于监控奶牛健康状况、计算饲料转化率和投入产生比、提高奶产量和质量具有重要意义。

系统采用国内独创的非接触式RFID传感技术，实时监测每头奶牛的采食量和饮水量，能够自动生成个体采食量分析报表。

该项技术产品价格仅相相当于国外同类产品的1/4,价格便宜，实用性好。

主要功能：

ü自动采集奶牛采食活动数据；

ü采食活动数据与实际采食重量自动转换

ü采食量按饲料成分分解

ü列表显示不同牛群的日粮摄入数据

ü列表显示不同牛群的单一饲料采食量

ü采食量异常数据报警

ü自动生成个体牛任意时间段采食量数据曲线及报告

ü异常数据修正

6、牛号自动巡查系统

在生产管理上，时常发生奶牛混群现象（如不同泌乳阶段或不同奶产量的奶牛混入其它