基于新一代信息技术的肉鸡数智化生产研发与应用.pdf

2023年8月 第40卷 第8期基于新一代信息技术的肉鸡数智化生产研发与应用陈长喜，张万潮（天津农学院，天津300384）专家视角View近年来，国家连续出台了多项涉农文件，如中共中央、国务院在2023年发布的全面推进乡村振兴重点工作的意见中指出“深入实施数字乡村发展行动，推动数字化应用场景研发推广。加快农业农村大数据应用，推进智慧农业发展”。在2022年中央一号文件中指出“推进智慧农业发展，促进信息技术与农机农艺融合应用”。在2021年发布了 中共中央、国务院关于全面推进乡村振兴加快农业农村现代化的意见，意见指出“发展智慧农业，建立农业农村大数据体系，推动新一代信息技术与农业生产经营深度融合”。在这些文件中多次指出了发展智慧农业的重要性、紧迫性1。随着新一代信息技术的发展，大数据、人工智能、区块链、移动互联网等技术与传统肉鸡养殖业相结合，为传统肉鸡产业插上了科技的翅膀，加快了肉鸡产业智能化转型升级2。陈长喜，博士，教授，中国农业工程学会畜牧工程分会常务理事，国家现代农业产业技术体系肉鸡智能化养殖岗位科学家。先后主持完成科技项目25项，获批专利7项，发表论文48篇，登记软件著作权 85 项，制定标准 3 项，主编教材 2部。先后获天津市科技进步三等奖，中国产学研合作创新成果奖和神农中华农业科技奖一等奖。122023年8月 第40卷 第8期一新一代信息技术简介新一代信息技术是指以物联网、云计算、大数据、区块链、移动互联和人工智能为代表的新兴技术，它既是信息技术的纵向升级，也是信息技术的横向渗透融合。这些技术与各行各业相结合，快速改变着现有行业的生产方式和经营模式，极大地提高了生产力3。在肉鸡养殖舍中利用物联网、大数据、5G技术对肉鸡生产环境进行智能感知和数据分析，实现肉鸡舍内环境的精准调控；在肉鸡养殖过程中，通过人工智能技术识别病鸡、死鸡，实现远程可视化诊断和疫病预警；在肉鸡销售阶段，通过区块链、云计算技术实现肉鸡产品在线销售和产品追溯。新一代信息技术的应用降低了企业成本，提高了经营者收入，有效保障了我国肉鸡产业健康快速发展。1物联网技术物联网（The Internet of Things）是指利用信息传感设备按照事先定义好的协议实现与互联网连通的过程，以达到识别、定位、跟踪和管理的目的，它解决了物品与物品之间、人与物品之间、人与人之间互联的问题4，见图1。图1肉鸡舍内物联网控制设备传感器是一种检测设备，它能将检测到的信息按一定方式和频率传输出去，见图2。如在肉鸡养殖环境检测中主要用到了温度、湿度、二氧化碳和风速传感器。2大数据技术大数据技术是指用于处理、分析和管理大规模数据集的技术和工具。传统的数据库软件已经无法实现对海量数据的处理，为此要管理这些数据需要用到分布式文件系统（如HDFS）和分布式计算框架（如MapReduce和Spark）技术。大数据具有大量（Volume）、多样（Variety）、价值（Value）、高速（Velocity）和真实性（Veracity）五大特征。在对数据处理的过程中需经过数据采集、数据存储、数据处理和数据应用四个环节。图2肉鸡舍内物联网检测设备3人工智能技术人工智能（AI：artificial intelligence）技术是指使用计算机来模拟人类的思维过程和智能行为，它包括计算机视觉、机器学习、自然语言处理、机器人和语音识别五大核心技术。其中机器学习是指通过对大量数据的学习和训练，让计算机系统能够自动学习和发现数据中的规律，从而实现预测、识别、决策、优化等多种智能行为的技术5。4云计算技术云计算属于分布式计算，它可以将海量需要计算的程序分解成无数个小程序，然后这些小程序交由多部服务器组成的网络“云”进行处理和分析，计算完成后再将结果反馈给用户。在云计算环境中，云端汇集了大量设备和资源，用户得到的通常是虚拟化的资源，而不是实际服务提供的计算资源。通过云计算，客户可以获得动态伸缩的廉价计算能力，有效降低了硬件、开发和运维的成本。5移动互联移动互联是移动互联网的简称，它是PC互联网的补充和延伸，是将移动通信4G/5G技术与互联网技术专家视角View 132023年8月 第40卷 第8期相结合而成，其本质仍然为对网上的信息进行访问，只是用户需通过手机等移动终端完成此操作。6区块链技术区块链是一种新型的去中心化协议，它的特点是公开透明、不可篡改和伪造，每个人均可参与数据库记录。因此区块链所记录的数据更为真实可靠，它解决了互相不信任的问题。区块链可应用在电子商务、社交通信、文件存储及身份验证等领域。二新一代信息技术在肉鸡生产中的应用肉鸡生产过程中的数智化是指云计算、大数据、物联网、人工智能等新一代信息技术在肉鸡生产过程中的融合应用。通过肉鸡养殖环境物联网远程监控与预警平台、基于大数据的肉鸡养殖环境调控模型、基于深度学习的笼养肉鸡死亡状态的识别、巡检机器人技术、基于区块链的肉鸡质量安全追溯平台等，全面推进肉鸡产业由传统养殖向数字化、智能化转变。以下内容是作者依托国家肉鸡产业技术体系，发挥自身所在计算机学院科研优势，将新一代信息技术应用在肉鸡生产领域的实践案例。1肉鸡养殖环境物联网远程监控与预警平台为了实现对肉鸡养殖环境远程进行实时监测、控制与预警，作者所在团队自主研发了基于物联网的肉鸡养殖环境远程监测与控制设备以及基于云的肉鸡养殖环境远程监控与预警平台（见图3）。物联网设备采用ARM架构，能够实时采集温度、湿度、光照、氨气、PM1.0、PM2.5、PM10、TSP等环境数据，这些数据通过4G/5G传至云端服务器，云端通过调控模型控制养殖栋舍的风机、湿帘、光照及暖气开关。实现了“端-网-云”的数据流转，当监测数据超过一定阈值能够通过页面端弹窗或手机短信方式进行预警。环境控制采用本地和远程两种方式相结合，方便灵活。用户可通过桌面端及手持端随时查看鸡舍环境并对其进行手动调控。平台可保存鸡舍环境数据，为进一步研究肉鸡适宜的生长条件提供研究基础。2基于大数据的肉鸡养殖环境调控模型为了对肉鸡养殖环境进行精准调控，作者所在团队研发了肉鸡养殖环境全自动远程控制模型（见图4）。专家视角View图3肉鸡舍内物联网远程监控与预警平台 142023年8月 第40卷 第8期该模型在对肉鸡舍内外80多种环境数据分析的基础上对采集的环境数据进行清理、集成、规约及变换，同时该模型还把管理人员调控经验、肉鸡行为状态如张嘴、聚集等行为数据作为调控的依据，通过强化学习不断调整优化控制模型。该智能调控模型是在解决感知信息获取的可靠性与算法的基础上，在动态变化条件下自动整合感知获得的多因子数据并进行实时建模，与传统环控装备相结合，构建具备精细环控智能化养殖设备体系，形成了数据驱动的肉鸡养殖环境精准调控。3基于深度学习的笼养肉鸡死亡状态的识别作为鸡场管理人员每天要对鸡舍进行巡检，如发现病鸡死鸡须及时进行处理。作者所在团队为了对笼养肉鸡死亡状态进行识别，采用Yolov5深度学习框架，对模型、参数进行优化，经过大量的训练计算后研发完成死鸡识别模型（见图5）。本模型能够应用于实际肉鸡养殖舍内进行死鸡的智能识别，具有较高检测精度和识别速度快的特点，具备更小参数量计算量，降低了硬件条件对于检测速度的影响。此外，在高阶笼养肉鸡复杂背景环境下，例如笼子及饮水器遮挡问题、肉鸡之间重叠等问题也得到解决，为群体式养殖环境状态识别、病鸡识别等提供了借鉴意义。4基于区块链的肉鸡质量安全追溯平台区块链是一个共享数据库，在这个数据库中的数专家视角View图4肉鸡养殖环境智能控制模型 152023年8月 第40卷 第8期据具有“不可伪造”“可以追溯”“公开透明”等特点。基于此特点作者所在团队研发了基于区块链的肉鸡质量安全追溯平台（见图6），该追溯平台记录的数据可体现肉鸡从生产、屠宰加工、储运到销售的所有过程及环节信息，将关键生产步骤的技术指标作为跟踪和溯源的重要信息，兼顾了生产者、消费者、监管部门三方的利益，肉鸡生产者通过加入认证体系能提高产品的品牌优势从而带来经济效益。能让企业生产与管理信息化并通过信息化建设，对产品质量安全进行全过程监控，从而提高生产效率、降低管理成本、提升品牌优势，经济效益显著；监管部门能对肉鸡生产进行实时引导，对肉鸡产品的质量安全实行认证、检验、市场准入与责任认定以实现有效监管与安全风险预警，并且当发生质量安全事件时，能落实到具体单位的具体责任人；消费者能通过信息查询服务平台查询所购肉鸡产品从生产到销售的各个环节，保证了知情权。三新一代信息技术在应用过程中存在的问题首先，我国在新一代信息技术如大数据和机器学习在肉鸡生产领域的模型和算法方面缺少原始创新。专家视角View图5基于深度学习的笼养肉鸡死亡状态的识别 162023年8月 第40卷 第8期图6基于区块链的肉鸡质量安全追溯平台在今后一段时期内要加大核心技术攻关，发展符合我国国情的创新模式6。其次，部分先进的智能化系统还停留在示范阶段，缺少在各种不同环境、市场条件下的可复制性和可操作性，未来也要重视科技产品的市场化工作，让技术真正应用到生产一线。四总结我国是全球第二大肉鸡生产国，肉鸡产业近年来正在加速升级7。将新一代信息科学技术应用到肉鸡生产过程中，不仅是精细农业在肉鸡生产行业的具体体现，也是助力“乡村振兴战略”，促进肉鸡养殖向自动化、信息化、智能化发展的必由之路8。参考文献：1 人民日报.数字农业农村发展规划（2019-2025 年）出台 N/OL.2020-01-21.http：/ J .智慧农业，2019，1（1）：1-7.3吴进成，李冬梅.探索基于“互联网+”背景下的农业信息化发展途径J.农业工程技术，2020（18）：59-60.4杨飞云，等.畜禽养殖环境调控与智能养殖装备技术研究进展 J.中国科学院院刊，2019，34（2）：163-173.5刘耀雄.智能机器人在农业自动化领域应用分析 J.农业技术与装备，2019（1）：14-16.6 艾金龙，冯晖，王欢.浅议智慧农业的发展历程、现状与趋势J.广西农业机械化，2019（6）：93-94.7孙坦，黄永文，鲜国建，等.新一代信息技术驱动下的农业信息化发展思考 J.农业图书情报，2021，33（3）：4-15.8张新红，刘阳.新一代信息技术驱动下我国智慧农业发展路径选择 J.河南农业，2020（2）：35-37.专家视角View 17