基于PDA奶牛管理信息服務平臺的研究與實現

魏曉莉，戚國強，沈維政，秦續言

（東北農業大學工程學院，哈爾濱 150030）

目前，奶牛生產管理軟件對于大多數奶牛場來說還是一個新事物，或者還僅僅處于嘗試階段[1]。并且幾乎所有的管理軟件和專家系統基本上都是基于PC機，不方便帶到牧場進行現場指導與管理，而我國許多農村還不富裕，奶農難以承受PC機和筆記本電腦的價格，所以基于PC平臺的各種系統在農村很難進行推廣；其次，由于我國廣大農村嚴重缺乏高層次奶業領域專家和科技人員，奶農文化程度低，且通訊手段不完善，飼養環境與管理技術差異性比較大。本研究的目的是設計出一種適合于現場移動辦公使用的基于PDA便攜式奶牛管理信息服務平臺，將奶牛管理信息系統與嵌入式PDA技術相結合，充分彌補基于PC機平臺下的奶牛管理系統只局限于室內和筆記本價格昂貴攜帶不便的弊端，本系統攜帶方便、價格低廉、觸摸操作、尤其對信息采集、檢索備份采用一鍵式服務模式，滿足我國農業技術推廣簡單實用的要求，有利于解決我國信息化“最后一公里”問題[2]。

1 系統分析與設計

1.1 系統結構設計

考慮以往基于PDA的各種專家系統的設計，本系統開發采用優化的C/S（Client/Server）模式開發，即“瘦客戶機/胖服務器”模式。在這種模式中，客戶端只提供GUI顯示，以及生成SQL命令；服務器端把處理邏輯以普通的存儲過程和觸發器的形式綁定到服務器上的數據庫中[3]。從而大大簡化了客戶端的負荷，提高了運行效率。系統結構設計如圖1所示。

1.2 系統功能模塊設計

基于PDA的奶牛管理信息服務平臺的功能大體可分為四部分：數據管理、信息檢索、信息決策、信息咨詢四部分。

數據管理部分實現了基于PDA的奶牛管理信息服務平臺所有信息的管理，包括用戶管理、數據庫管理、知識庫管理、模型庫管理、奶農咨詢信息管理，并能夠實現網絡連接設置和系統服務設置，保證系統平臺的網絡通暢。信息檢索、信息決策、信息咨詢三大功能是本系統的主要功能，實現了飼養管理、生產性能管理、育種管理和品種改良等功能。系統總體功能如圖2所示。

圖1 系統結構設計Fig.1 System structure design

圖2 系統功能模塊設計Fig.2 System function chart

2 系統主要模塊的實現

2.1 SQL Compact遠程數據存取模塊

終端PDA與后臺服務器通過數據同步通信來完成奶牛基本信息存儲和處理數據提取。本系統用到的數據同步通信技術為合并復制與RDA遠程數據訪問。

①合并復制

合并復制的基本工作機制是：在服務器端創建發布，由SQL Server快照代理為發布的表格及其他數據庫對象創建快照；客戶端創建訂閱；之后SQL Server合并代理就會將快照中的內容應用到客戶端，并在以后自動檢測服務器端和客戶端的數據變化，進而實現數據的同步更新。

②RDA遠程數據訪問

RDA（Remote Data Access）遠程數據訪問是在SQL Compact數據庫與SQL Server之間交換數據的另一種選擇，這也是本系統進行數據交換的主要方法。RDA編程的核心是SqlCeRemoteDataAccess對象。和SqlCeReplication對象類似，該對象也必須連接SQL Compact Server agent之后才能工作[4]。下面給出初始化和設置SqlCeRemoteDataAcess對象的示例代碼：

2.2 近交系數模塊的實現

有親緣的公、母牛之間進行交配，在奶牛育種中會出現近交退化現象：即生活方式下降、體質變弱、對環境的適應性和抗病力降低、體型偏細和發育不良，容易發生死胎、流產或胎兒畸形，泌乳量下降以及飼料利用率降低等。所以在奶牛育種中應避免無目的近親交配。

近交系數，表示由近親交配而個體基因純合程度的數量指標，其定義是個體的等位基因來自共同的祖先基因的概率。根據通徑分析理論，近交系數表示為Fx，

其計算公式表示為：

其中，FA為共同祖先A的近交系數；N為兩個親本分別到共同祖先A的世代數之和。

但是此式不適合復雜系譜的運算。于是1949年Emik等提出親緣協方差法計算近交系數簡化算法[5]：

其中，COVXX為個體x的自身親緣協方差。至此，我們可以根據上述公式來對奶牛的近交系數進行計算，并根據近交系數從小到大對奶牛編號進行排列，為育種選配提供條件。

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假設一頭奶牛的通徑系譜如圖3所示，計算其近交系數。

圖3 11個個體的牛群通徑系譜Fig.3 Herd latus rectum genealogical record

可以看出，共同祖先21號的通徑只有11-21-30一條，共同祖先60號的通徑有三條：

各類近交所生女子的近交洗漱分別為親子0.25、全同胞0.25、半同胞0.125，祖孫0.125，叔侄0.125，堂兄妹0.0625，半叔侄0.0625，曾祖孫0.0625。其中21號為半同胞交配所生的后代，各類近交所生子女的近交系數分別為親子0.25，全同胞0.25， 半同胞0.125，祖孫0.125，叔侄0.125，堂兄妹0.0625，半叔侄0.0625，曾祖孫0.0625，其近交系數為：0.125。

因此，12號的近交系數為：

程序實況計算結果如圖4所示。

實踐證明，把近交系數控制在12.5%～6.25%之間進行合理的選配，選種所取得的效果比較好。因此12號奶牛符合實際選配范圍。

2.3 奶牛生產性能管理模塊

奶牛生產性能記錄是奶牛場最重要的管理工具。奶牛性能最主要的目的就是為奶農提供每頭母牛詳細的資料。根據這些資料制定日常管理計劃，指導奶牛的飼養、配種、干奶和淘汰，必要時進行獸醫治療。生產性能記錄對評估一個奶牛

圖4 近交系數計算模塊Fig.4 Inbreeding coefficient computation

2.4 遺傳改良模塊的實現

圖5 生產性能記錄運行界面Fig.5 Performance record interface

圖6 奶牛選種選育的處理流程設計Fig.6 Flow of breed selection

選出近交系數最小，預增奶量最高的部分種公牛，即在乳脂率為0.3，乳蛋白為0.1的條件下根據如下公式對選配結果進行預測：

女兒凈增產奶量＝（[奶牛基礎值]+PTAM+[與配母牛產奶量]）/2-[與配母牛產奶量]

其中，PTAM為公牛產奶量育種值。

由此我們可以根據女兒凈增產奶量得到最佳個體選配種公牛，來進行育種的智能選配，防止近交，達到加快主要性狀改良的遺傳進展。

3 系統運行結果

系統客戶端現場實際運行界面如下見圖7。

圖7 系統部分界面Fig.7 System partial interface

4 結論與展望

本文介紹了基于PDA奶牛管理信息服務平臺的設計與實現過程，功能開發相對比較完整，通過實現終端PDA與PC機服務器之間的數據同步通信，達到基本奶牛信息管理功能。雖然我們已研發出了PDA奶牛信息管理設備，開發了基于PDA多用戶交流平臺，但系統尚處于產品中試階段，仍然存在一些不夠完善的地方，如在WinCE環境下系統運行不夠穩定，當數據量龐大時系統運行與傳輸速度比較緩慢等問題。當然，隨著終端技術的發展，這些問題在未來都可以完善。

本研究目前針對射頻技術即電子標簽遠程識別技術和接入Internet實現廣域網絡化正著手研究，但考慮到國內目前技術水平與價格等因素都不近理想，實際應用還有待時機成熟時才能對此功能進行擴展和改良。

[1]付海涵.奶牛生產管理軟件的研究與開發[D].武漢:華中農業大學,2007.

[2]黃東.基于PDA寒地大豆綜合信息服務模式的研究[D].哈爾濱:東北農業大學,2009.

[3]鄭宇軍,杜家興.SQL Server+visual C#專業開發精解[M].北京:清華大學出版社,2007.

[4]盛志廉,陳瑤生.數量遺傳學[M].北京:中國農業出版社,2002.

[5]張沅,張勤.家畜育種學[M].北京:北京農業大學出版社,1993.

[6]魏曉莉.黑龍江省奶牛良種登記、選種選配智能系統[D].哈爾濱:東北農業大學,2005.

[7]閆坤倫,張永根.PDA設備在奶牛個體選配中的作用、實現方法和具體措施[D].哈爾濱:東北農業大學,2008.