張掖市肉牛繁育信息化管理系統開發與應用

王 磊，馬 斌，楊 博，田春花，楊嵩奇，劉雪嬌，魏謝木

（1.張掖市家畜繁育改良工作站，甘肅張掖 734000；2.張掖市畜牧獸醫局，甘肅張掖 734000；3.深圳市云輝牧聯科技有限公司，廣東深圳 518000）

隨著我國現代信息技術的蓬勃發展，一場以云計算、大數據、移動應用等技術為核心的“新IT”浪潮風起云涌，信息化同各行業的融合發展已成為趨勢[1]。張掖市牛產業經過40多年的發展，產業體系逐步完善，養殖規模和產業水平快提升，服務體系不斷健全，具備了信息化、高質量發展的基本條件。2019年，張掖市出臺了《張掖市牛產業發展規劃（2019—2023年）》等政策性文件，提出了牛產業“一平臺兩中心”（大數據信息管理平臺，活牛交易中心和牛肉交易中心）為框架的建設內容，應用大數據、云平臺、物聯網等技術實現牛產業全產業鏈各環節精準有效對接和深度融合。基于以上背景，為積極應對“互聯網+”和大數據時代對牛產業的機遇和挑戰，通過建設張掖市肉牛繁育信息化管理系統大數據平臺，一方面對張掖肉牛育種工作提供技術支持，另一方面，為張掖市牛產業“一平臺兩中心”建設探路鋪石。

1 開發思路與目標內容

1.1 總體思路

傳統肉牛育種工作中，存在生長性能測定勞動量大、測定數據誤差大、牛只保定應激大、數據匯總分析難度大等方面的問題和困難，一定程度上影響了肉牛育種的工作效率和效果。為研究解決這些問題，促進肉牛育種工作精準化，減輕育種現場工作強度，最大限度降低肉牛保定應激，本研究充分利用現代化、智能化技術和設施裝備，以期實現育種牛只實時定位盤點、體重體尺數據自動測定采集、育種數據匯總分析等目的，切實提高育種性能測定效率和數據準確性。

1.2 建設目標

本著實用、便捷、可追溯原則，對張掖肉牛育種群牛只建立電子檔案，通過必要的硬件、軟件等智能化設備，無需人工干預，實現牛只體重體尺數據自動采集，對牛只進行活體盤點，對采集的各類育種數據進行大數據分析，構建市級、養殖場級、牛級三級視圖，通過圖形化的界面，實時展現項目實施的成果。

1.3 建設地點

項目建設地點分布在張掖市甘州區、臨澤縣、高臺縣3個養牛大縣的13個張掖肉牛育種場。

1.4 建設內容

項目建設內容包括軟件和硬件2部分：軟件部分包括張掖肉牛繁育信息化展示中心、張掖肉牛信息化管理云平臺、手機APP 3個軟件；硬件部分包括肉牛電子耳標、耳標鉗、RFID手持終端、一體式盤點基站、車載式盤點基站、肉牛生長指標自動采集系統、監控及展示系統7類硬件設施設備。

2 系統功能結構

2.1 總體架構

平臺總體架構采用物聯網多層架構，底層為傳感層，包括電子耳標、視頻監控探頭、溫濕度傳感器、重量傳感器等物聯網傳感器；中層為傳輸層，包括WIFI、4G/5G等數據傳輸通道；上層為應用層，包括管理云平臺和APP。

2.2 系統功能

2.2.1 肉牛生長指標自動采集系統

包括肉牛體重自動測定系統和肉牛體尺自動測量系統2部分。采用集成化數據采集板卡，實現系統設備連接管理、牛號自動識別與數據采集控制。肉牛自動稱重系統，配備通道式體重自動測量裝備，通過電子秤、電子耳標、傳感器自動采集肉牛體重。肉牛體尺自動測量采用深度傳感器相機和RGB相機集成數據采集系統，利用多模圖像融合和三維點云計算技術，自動采集肉牛頂部上方和4個角點深度圖像與RGB圖像，構建肉牛體尺三維測量模型，計算體尺參數包括體高、體長、十字部高、體斜長、胸圍、腹圍等指標，可實現運動狀態下肉牛體尺數據的非接觸智能采集。

2.2.2 肉牛活體盤點

通過電子耳標、盤點基站、RFID手持終端等物聯網硬件設備，實現牛只的準確定位，應用手持終端或固定設施實時查詢育種牛只的準確位置，定時監控牛只轉群或離場信息，實現育種牛只身份核查和群體數量自動盤點，自動推送離場報警信息。盤點基站分為一體式盤點基站（安裝在水槽）和車載式盤點基站（安裝在撒料車），盤點基站具有四端口超高頻RFID固定式智能讀寫器，支持EPC C1G2、ISO18000-6B/C等主流UHF RFID空中接口協議，內置WiFi、藍牙無線通信接口，提供USB HOST接口，可直接連接鍵盤、鼠標、U盤、USB4G上網卡等設備，預裝盤點軟件，對接信息化管理系統，數據實時上傳基礎母牛管理平臺。RFID手持終端預裝APP業務軟件，通信接口為Type-C接口（通信+充電），可支持充電底座，Andriod8.1以上版本及國內通用操作系統，采用電容式玻璃觸摸屏，支持多點觸控，支持手套或濕手操作，支持ISO 802.11b/g/n 通信標準、無縫漫游、2.4G/5G雙頻、Bluetooth 4.0。

2.2.3 張掖市肉牛繁育信息化管理云平臺

軟件功能包括牛只進場登記、建立牛只檔案、體況登記、系譜信息管理、繁殖記錄管理、繁育預警、生長性能測定數據分析、繁殖數據分析、牛場生產管理、系統安全控制等方面。牛只檔案板塊可對牛場上傳的牛只基本信息、系譜信息、生產指標、繁殖進程、轉群查詢、體況分析等匯總生成肉牛繁育電子檔案卡，根據品種登記數據，構建完整的個體系譜，進行群體系譜追溯，滿足工作人員數據匯總查詢、下載和導出等功能需要。繁殖記錄板塊可對產犢、配種、妊檢、流產和采精記錄進行集中管理，可實現配種、孕檢等繁育預警，同時APP也能同步進行登記操作，數據與后臺同步。牛場生產管理部分，除生產提醒、繁殖管理外，可滿足飼喂管理、疫病健康與分析、投入品管理、固定資產管理、在線視頻監控等需求。系統安全控制方面，可實現不同用戶群分級權限管理，滿足角色創建、權限賦予、角色權限變更等。

2.2.4 張掖市肉牛繁育信息化管理展示中心

展示中心主要從市級、縣級、牧場、牛級等層級，通過BI數據報表，呈現各級的圖形化數據分析結果，直觀反映當前監管的整體趨勢和問題，為各項決策提供依據和參考。市級展示界面可顯示張掖市行政區劃圖，對登記的養牛場數量、存欄等數據進展展示；養殖場視頻監控界面可對牧場存欄情況、地圖位置、牧場實景照片輪播進行展示，可實時切換查看各養殖場圈舍視頻，其他定制開發展示界面根據業務需求可調整增加。

3 實際應用效果

該系統建成后，隨即在張掖肉牛育種工作中投入使用，從使用效果來看，總體比較理想，基本達到最初的技術需求。主要優點有：電子耳標識別比較靈敏，掉標率較低；肉牛生長指標自動采集系統中，體重自動測定系統可實現全自動操作，體重測定準確性好，體尺自動測量系統總體來看誤差在可接受范圍，系統反映速度可以；盤點基站基本可滿足需求，安裝在水槽的一體式盤點基站可實現每日盤點，車載式盤點基站可實現數日盤點；軟件系統的功能設置比較全面，可滿足不同用戶群的需求；展示中心界面可呈現圖形化視覺效果，可直觀查看統計結果。

存在的不足：手持終端設備無線通訊距離不理想，可能受到彩鋼牛舍影響，信號衰減；車載式盤點基站由于撒料車飼喂時，部分牛只未在飼槽區域，無法實現每日全群盤點，效果沒有一體式好；體尺自動測量系統體斜長、體高誤差相對較大，還需加大實測數據，持續優化算法，改進完善。

4 結論

張掖市肉牛繁育信息化管理系統，總體效果達到了設計需求，可滿足當前張掖肉牛育種工作需求，大大減輕了肉牛性能測定勞動量，降低了牛只保定引起的應激，較好的減小了人工測量誤差，進一步提高育種工作的效率和質量，為建立高效智能化育種數據采集系統，打造肉牛育種技術支撐平臺提供了有益探索。特別是肉牛體尺自動測量系統，目前在國內應屬首次在生產中應用，盡管數據準確性還有待提高，但隨著測定量的不斷加大，數據庫的不斷充實，算法的不斷優化，準確性將會得到進一步提升。