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畜禽科学养殖环境监控系统解决方案

http://www.aweb.com.cn 2018年06月07日 09:46 农博网

  一、客户价值

  涉及畜禽生长环境的大规模生产往往需要准确、稳定、长期的环境数据记录,形成可以追溯的数据库,并要求对环境的变化实时报警,进一步实现远程的实时动态调整,以便对管理流程作出积极改进,使畜禽生长在最佳环境里,最大程度上提高企业产量和质量。

  另外,现在生产过程中数据采集记录工作一般由生产雇员来完成,但是面临人员素参差不齐、采集时间及统计误差不一致、人员往返现场操控成本高、信息反馈不及时、数据真实性不能完全保证等诸多问题。这些问题均给单位带来了不便和误差。由于发展迅速,畜禽的生产场地也离办公区域越来越远,急切需要排除人工采集和巡查所带来的误差,以便使真实的生产数据能够掌握在管理者手中。

  影响畜禽繁殖性能5个因素(品种、营养、管理、疫病和环境)之间相互影响和制约,任一个因素失控都足以降低畜禽繁殖性能。优良品种只能决定个体高生产性能的遗传基础,而生产力性状大多是数量性状,有些遗传力较低,因此生产性能遗传力的发挥,除需要优质的全价饲料、健康的体况外,还必须有适宜的环境条件。

  若环境条件不适宜,优良品种不能正常发挥,饲料转化率降低,导致畜禽的抵抗力和免疫力下降,发病和死亡率提高,给生产造成巨大损失。在现代生产中,随着养殖工厂化、集约化程度的提高,导致环境恶化,应激因素的增加,同时,在新育种技术的推广和采用过程中,又使畜禽的抗逆性变差。因此,为畜禽创造适宜的环境显得尤为重要。

  畜禽对环境的要求:

  1、温度

  1)适宜的环境温度是保证畜禽正常发育、繁殖的前提条件

  畜禽所需要的适宜的温度,因年龄、类型和品种的不同而有差异。

  2)配种后温度对畜禽繁殖性能的影响

  高温对畜禽发情、配种、妊娠均有一定的影响。畜禽配种前后各1-3周内遭受热应激,卵子的形成、发育、排卵以及受精卵的着床都会受影响,从而使乏情率上升、发情周期延长、受胎率下降、早期胚胎死亡和吸收的比例增加、产子数减少。妊娠期低温对繁殖会造成负面影响,试验表明,配种后短暂的低温对畜禽的繁殖性能有积极的影响,但较长时间的低温就会影响到繁殖性能。

  2、湿度

  畜禽舍湿度主要来源于畜禽体表和呼吸道蒸发的水汽,舍内饲养管理用水、粪尿蒸发的水汽,进入畜舍的外界空气所含的水汽等。畜舍湿度因生产工艺、饲养管理方式、舍类别等不同,差异较大。例如,采用水槽饮水、管理差的畜禽舍湿度高于采用饮水器饮水、管理好的畜禽舍。

  湿度对畜禽的影响是多方面的。直接的影响是影响畜禽的热调节,从而影响健康和生产性能;间接影响是通过病原微生物引起的。机体水分蒸发是散热的一个重要方式,而蒸发的难易决定于空气的湿度。当空气潮湿时,畜禽的水分蒸发就受到抑制,影响机体的散热。相反空气湿度小,动物体表水分的蒸发就容易,可加速体热的散发。因此,在湿度不高、空气比较干燥的情况下,即使温度升高,也容易忍受。

  在低温情况下,如空气中湿度增加,就会增加空气的热容量、导热性以及机体放出的波辐射,从而加剧了畜禽的寒冷感。此外,实验证明,高湿度能促使致病性真菌、细菌和寄生虫的繁殖滋生,降低畜禽的抵抗力,从而影响畜禽的生产力。

  畜禽适宜的相对湿度为60%-70%。畜禽舍湿度过高,特别是畜禽床过于潮湿,对畜禽生长速度影响很大,使增重和饲料转化率都降低。同时,对畜禽繁殖性能也造成一定的影响。

  3、气流

  畜舍内空气的流动是由于气压高低不同而形成的。气流有助于畜禽在高温夏季的散热,对畜禽的健康生产有良好作用。但在冬季,由于气流增强畜禽的散热量,使能量消耗增多,甚至降低增重。一般认为,冬季畜禽舍气流应保持在0.1m/s-0.2m/s。并在严寒冬季堵塞屋顶、天棚、门窗上的一切缝隙,防止贼风侵袭……

  4、空气中的有害气体

  畜禽舍内的空气,由于受畜禽的呼吸、生产过程及粪尿、垫草有机物的分解等因素的影响,化学成分与大气差异较大,增添了一些大气中没有或很少的成分,其中主要是氨、硫化氢和甲烷,它们对畜禽的健康和生产力影响很大。

  1)氨(NH3)

  畜舍中氨主要由粪便、饲料等含氮有机物分解产生,其含量因粪尿处理方式、饲养密度、饲养管理水平等不同有很大差异。

  氨溶解于畜禽呼吸道粘膜和眼结膜上,产生碱刺激,使粘膜充血水肿,引起支气管炎、结膜炎、肺炎,严重时出现肺水肿。氨由肺泡进入血液,与血红蛋白结合,破坏血红蛋白的携氧能力,引起组织缺氧。低浓度氨可使呼吸和血管中枢兴奋,高浓度氨可使中枢神经系统麻痹,引起中毒性肝病和心肌损伤。低浓度氨长期作用时,可导致畜禽的抵抗力降低,发病率和死亡率升高,生产力下降。

  2)硫化氢(H2S):H2S为无色、易挥发、具有恶臭的气体,易溶于水,比空气重。处于高浓度H2S的畜禽舍中,畜禽畏光、眼流泪,发生结膜炎、角膜溃疡,咽部灼伤,咳嗽。支气管炎、气管炎发病率很高,严重时引起中毒性肺炎、肺水肿等。长期处于低浓度H2S 环境中,畜禽的体质变弱,抵抗力下降,增重缓慢,高浓H2S是强烈的神经毒剂,可直接抑制呼吸中枢,导致窒息而死。H2S浓度为30mg/m3时,畜禽变得怕光、丧失食欲、神经质,高于80mg/m3,可引起呕吐、恶心、腹泻等。

  5、尘埃和微生物

  1)尘埃:大气中的尘埃多是土壤微粒,工业粉尘和烟尘,动物皮毛碎屑,植物茎叶碎片、花粉、孢子等,其中无机尘粒占2/3。畜舍内的尘埃少部分由舍外空气带入,大部分来自饲养管理过程,如清扫地面、换垫草、分发饲料、清粪,畜禽的采食、活动、排泄、咳嗽、鸣叫等。空气中尘埃的含量可用单位体积空气中尘埃的重量(mg/m3)或颗粒数来表示。畜禽舍尘埃主要包括尘土、皮屑、饲料和垫草粉尘等,其中有机尘粒可占到50%或更高。在一般情况下,畜禽舍内空气含尘量为103-106粒/ m3,分发干粉料和垫草时可使含尘量增大十倍。

  2)微生物:畜舍内空气尘埃一般比大气多,有机尘粒比例高,阳光紫外线弱,微生物来源多,故舍内空气微生物含量远比大气高,不同畜禽舍微生物含量因其通风情况、畜群种类、饲养密度、饲养方式、卫生状况等的不同而差异较大。畜舍空气中微生物除大气中的腐生菌外,还有球菌、霉菌孢子、曲霉菌、青霉菌、毛霉菌、放线菌等,此外还常含有绿脓球菌、葡萄球菌、链球菌、丹毒、破伤风杆菌、炭疽芽孢、气肿疽梭菌等,在有疫病流行的地区和畜禽舍中,空气中还会有相应的病原微生物。

  6、光照

  适当的光照强度和光照时间可增强机体的代谢机能和氧化过程,加速蛋白质和矿物质的沉积,促进生长发育,并可提高繁殖力和抗病力。光照强度不足和光照时间过短,常使生长发育受阻,性成熟推迟,性机能减弱,抵抗力降低。光照过强和光照时间过长,则引起神经兴奋,代谢过强,活动过多,增重和饲料转化率降低,眼睛疲劳,并可能是造成恶癖的原因之一。

  二、畜禽场环境监测总体方案

  根据项目经验,物联网技术在工厂化养殖项目中的核心价值是通过可靠、准确的数据监测实现工厂化养殖的全流程监测,降低人为失误带来的生产损失,并通过智能报表和后续的控制功能提升育苗品质、提高生产效率的同时将不必要的经济损失降到最低;同时,在有养殖事故发生时,做到可追溯、可查询。

  围绕以上价值点,建议按如下方案设计实施:

  产品的核心价值在于:用户可以突破地域和采集频率的限制,随时随地的了解养殖基地的生产状况。用自动化的技术手段替代了用户现有的定期数据采集工作,提升了数据采集的准确度和可靠度,让用户可以将精力专注在数据所带来的价值上。

  2.1 系统功能

  本解决方案提供的功能包括:

  环境监测,自动、定时地测量如下参数

  空气温度

  空气湿度

  光照(强度、时间,二期工程选配)

  氨气(NH3)(二期工程选配)

  远程数据传输

  手机短信报警、远程网络报警等多种报警方式

  远端设备(3G手机、MID等)的远程数据查看和实时的设备控制(二期工程选配)

  实现远程自动(手动)排风

  实现远程自动(手动)加湿、排湿

  实现远程自动(手动)温度控制

  实现禽舍各种灯光的远程控制(根据情况选配)

  基于网页的数据监测和数据导出功能,专业报表功能

  丰富的图表功能

  手持终端、远程大屏幕等多种查看、显示功能

  实时远程视频(根据情况选配)

  图像定时抓拍(根据情况选配)

  该方案的系统部署图如下:

  系统部署图

  该系统的总体工作示意图如下:

  总体示意图

  根据旗硕实施过的现代畜禽养殖项目,远程视频也是生产过程中的重要一环,一是可以实时动态地掌握生产现场情况,二是一旦有突发事件,比如:畜禽大规模病情或者特殊现象,通过网络视频平台,让园区的管理者、主管领导、甚至远在异地专家均可通过网络实时、直观地了解到养殖现场的情况,以此作出分析判断,紧急响应,而不用再从外地赶赴现场,既节省了时间也不会耽误特殊情况的处理。

  无线远程的系统部署图如下:

  无无线远程视频系统部署图

  2.2 产品简介及详细部署

  产品采用Zigbee无线传输协议,zigbee技术是一种低成本、低功耗的近距离无线组网通讯技术,非常适合偏僻、无人值守的野外环境,因此也更适合农业应用。它具有低功耗、低成本、免费全球通用频段、高安全、短延时的特点。

  多功能采集器

  该套系统完全无线,可以灵活移动、方便部署。

  数据通过无线方式传送至基站设备。

  采用太阳能供电,内置大容量锂电池,保证在连续阴天数周的情况下正常使用。

  标准型采集仪

  在上面描述的一个标准畜禽舍内,根据工程经验,温湿度等环境参数在5m-10m的范围内变化较为明显,但生产中不需要精确建模数据,所以为了保证数据的尽量准确测量,又综合考虑成本等实际因素,建议按每10m*40m的范围部署一台旗硕农用通标准采集仪,对畜禽舍空气温度、湿度等参数进行监测。

  一定范围内的各个采集器共用一个网络基站,备份和上传数据,并实现对节点的统一管理。根据实际的现场情况可以选配几台室外型路由器。“企业级”智能基站可无线管理多个多功能采集设备,并实现数据的远程传输,该设备安装方便,有手机信号的地方即可安装。

  增强防护型基站

  第一组禽舍

  该方案布局均匀合理,采样节点全面覆盖了猪舍内的典型区域,能够在大范围与小环境保证采样的准确性,所采集数据可以用来建立生产报表。

  设备部署图

  三、畜禽场设备控制方案

  通过实时的对畜禽舍内各个区域环境参数测量,可以精确的了解畜禽舍内的环境状况,据此对畜禽舍的风机、加湿器、水帘、水阀水泵、照明系统(路灯等)等装置进行控制,以达到畜禽的最佳生长环境或人为设定环境。

  控制方案设计为自动和手动两种模式,自动控制方式为控制器根据测量所得的环境参数,按照给定的控制规律(设定的环境参数上下限)进行自动控制;手动控制为监控人员根据测量参数,通过手机、上网计算机等远程设备手动控制风机、加湿器、水阀水泵及照明系统。

  下图为控制原理图。

  以下是控制界面,管理人员可以根据畜禽的不同生长时期,对环境的温度、湿度,光照,气体含量等参数上下限进行灵活设置,也可采取手动、自动多种控 制方式。

  控制节点管理页面

  控制参数设置

  手动控制

  四、视频与图像方案

  旗硕科技借助3G通讯技术,自主研发的“视讯通”产品改变了传统的数据监测业务,将先进的多媒体视频、图像监测技术引入到现代农业监测中,突破性地实现了动物及农作物长势、病虫害、入侵监测的远程无线监测。该方案重点用于禽舍的环境实时网络播放及现场的图像抓拍及视频监控。

  可实现的功能包括:

  五、手持终端与显示终端

  手持终端与显示终端为该系统的一部分。

  其中手持终端功能强大,是兼具手机功能与移动互联终端(MID)功能于一体的最新产品。它拥有完整的手机功能,时尚的外观工艺,多种互联网接入方式,真正3G移动互联网,全功能网络浏览器,丰富的互联网应用与单机应用。该系列移动互联终端产品,可满足随时获得新信息的需要,方便用户查看现场实际参数,回溯数据、图表等,也方便对相关参数进行调整,对现场设备进行控制。同时还可以收取系统发送过来的报警短信和远程报警信息

 

 手持终端MID

  显示终端为大屏幕LED设备,可以放置于生产现场,对环境状况实时显示,并对超限参数进行特殊显示,提醒工作人员注意。也可以放置于园区明显位置,对环境状况进行展示,平时闲暇时间还可以进行通知发布等工作,有领导参观时,可以发布欢迎词。


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    (文章来源:北京中农互联信息技术有限公司)


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