肉鴨養殖環控智能化管理技術探討

付友 王成森 郭瑞萍 李義 王兆山 劉建勝

中圖分類號：S834.4 文獻標識碼：C 文章編號：1673-1085（2023）08-0059-03

中國是世界肉鴨生產第一大國，2022年中國大陸肉鴨出欄重量占世界總重量比約為69%，全年商品肉鴨出欄40.02億只，總產值1 203.07億元 [1]。肉鴨養殖環境是影響肉鴨健康生長和產品質量的重要因素之一，改善其生活環境能提升肉鴨養殖水平和生產性能[2]。肉鴨產業正在加速數智化轉型升級，利用物聯網、大數據、人工智能、計算機仿真等技術手段推動肉鴨產業智能化改造是肉鴨產業發展的必然趨勢[3]。立體籠養鴨舍養殖裝備布置密集、肉鴨飼養密度大、環境控制難度大，對環境穩定性要求十分嚴格[4]，應用智能環控技術能更精準調控養殖環境。本文從肉鴨智能環控系統的設計與實現、肉鴨立體養殖全棚育雛技術和肉鴨養殖棚舍CFD仿真模擬等方面闡述了肉鴨養殖過程中環境控制智能化，實現肉鴨養殖環控信息感知準確全面、安全可靠、決策及時、立體覆蓋、高效運行。

1 肉鴨智能環控系統的設計與實現

肉鴨養殖環境的穩定性、通風均勻性、環境調控程度和環境應激對肉鴨生產至關重要。調研發現，市面上的環控設備主要存在以下問題：一是產品控制路數固定，后期升級換代只能直接更換；二是產品功能固定，不能根據用戶需求和技術發展及時更新升級軟件；三是環境數據無法上云；四是無自主邏輯，全靠養殖人員預置，養殖成績完全取決于養殖人員的經驗和水平；五是操作界面復雜，學習成本高。

傳統環控器只是基于溫度、日齡、體重、最小通風量等幾個簡單參數，既不能應對復雜的氣候變化，又不能基于肉鴨本身健康狀態，其養殖環控水平取決于養殖人員自身對環控的理解水平。

1.1 智能環控系統的設計目標

基于肉鴨生理學和動物行為學研究——肉鴨體感溫度的量化算法和對環境微氣候中的熱能工程學、空氣動力學、傳熱學、PID精準通風控制算法的研究實踐，設計研發具有人工智能算法和控制邏輯的肉鴨養殖邊緣端控制系統。利用算法代替人的經驗完成自動調控，同時根據既往歷史數據不斷優化算法模型，使養殖從“主觀經驗型”轉變成“模型和數據型”。

1.2 智能環控系統的創新

1.2.1 通風量的變化 增加變頻調速風機，利用智能插補算法，在增加較少成本的情況下實現通風量近似無極變化，同時降低傳統通風等級切換時較大風量落差造成的落風點短時變化以及對肉鴨的應激，更靈敏應對棚舍環境的細微變化并調整，實現精準微調。傳統通風與改進后的通風量變化對比圖見圖1。

1.2.2 環控系統模塊化設計 環控系統從電路板到機箱結構設計采用可裁剪、可擴展、可插拔的設計思路。環控系統可無限擴展，便于后期升級改造。環控系統模塊化設計主要內容見表1。

1.2.3 安裝高精度傳感器 利用安裝在棚舍各個位置的高精度傳感器，綜合計算棚舍不同位置的溫差，自動調整屋頂風機、攪拌風機、尾部風機，使棚舍綜合溫差小于1.5 ℃，實現育雛期不再分群，大大節省分群所造成的肉鴨應激，降低人力成本。每個日齡按照濕熱系數進行濕度調整，根據外界溫度的變化進行濕度補償，避免因外界天氣突變導致通風問題。

1.2.4 具有智能報警功能 增加了大量的智能報警功能，包括：露點溫度報警、肉鴨張嘴狀態報警、肉鴨實時體核溫度及健康狀態報警、溫濕度報警、體感溫度報警、氣體濃度報警、負壓報警、通風異常預警、溫度驟變報警、棚舍溫差報警、斷電報警等功能。

1.2.5 具備以太網、NB-IoT及5G功能 可靈活接入后臺監、管、控一體化智慧平臺，通過手機APP或中央控制室大屏，實現遠程控制、多級預警、設備監控、養殖過程數據、通風方案數據的綜合分析和展示。

1.2.6 研發一種基于紅外熱成像實時監測肉鴨體表溫度異常變化的技術 利用紅外熱成像環境監測技術和肉鴨體表溫度監控技術、肉鴨本體物聯網無線溫度傳感技術，紅外熱成像的拍攝圖片，分析找出亞健康肉鴨個體，及時發出預警，提醒養殖戶應對處理，減少損失，提高養殖經濟效益。

2 肉鴨立體養殖全棚育雛技術

目前國內肉鴨立體養殖，主流的通風模式是縱向通風模式，優點是簡單、成本低，同時缺點也很明顯。傳統肉鴨立體養殖模式下的育雛過程：

（1）先在中間層育雛，再均分轉群到其他層育成； （2）育雛期間使用料盤人工上料，費時費力，且料盤易污染；（3）采用小窗進風+末端風機負壓出風方式，棚舍的前后之間、上下層之間的溫差較大，甚至可以達到6～8 ℃的溫差；（4）傳統環控系統用3個溫度探頭的平均值參與控制，難以實時量化描述和控制復雜的棚舍內環境；（5）大量采用人工觀測手段來判斷肉鴨的體感溫度。

研究全棚育雛技術，創新點主要體現在：

（1）建立在屋頂風機＋攪拌通風的基礎上，用垂直排風取代縱向排風，育雛期間籠內靜壓無風；（2）通過智能環控算法、CFD流體動力學仿真技術和智能供熱系統，9個溫度探頭全部參與環控控制，實現溫差自動調節（舍內各處溫差相差1 ℃以內，體感溫差0.5 ℃以內）；（3）通過采食孔技術、一體化調節擋板技術、喂料行車智能控制系統等多種技術手段，在整個育雛期間不再使用料盤和人工加料，育雛期間一次性上苗育雛、不再轉群分群，直到出欄；（4）結合AI人工智能肉鴨張嘴自動監測技術、肉鴨穿戴式無線體核溫度監測技術、養殖巡檢機器人技術，大大提升育雛期間的精準控制水平和智能化自動化水平，并最終實現養殖成活率、料重比和只增重方面養殖成績的穩定提高。

3 肉鴨養殖棚舍CFD仿真模擬

計算機流體力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）廣泛應用于畜禽舍內部環境研究[5]，應用CFD計算機仿真技術，模擬肉鴨養殖棚舍通風效果，對鴨舍內環境包括風速、溫度和相對濕度進行評估分析，合理優化鴨舍通風模式提高舍內環境質量[6]，指導優化養殖棚舍通風設計、加熱制冷設計、空氣流動設計，保障最佳養殖效果。CFD仿真能夠對棚舍設計的合理性、科學性進行驗證，嘗試新的設計思路，能夠解決現有設計中沒有標準、缺乏科學依據的問題。采用通風仿真對問題進行復現，能夠讓養殖戶比較直觀了解問題。養殖規劃設計中結合流體力學（CFD）仿真計算，對設計方案的科學性進行驗證，提前發現設計中的缺點與不足，并提出改進方案，避免傳統設計中先建設、后改造帶來的巨大試錯成本。養殖棚舍流體力學仿真效果圖見圖2。

參考文獻：

[1] ?侯水生，劉靈芝. 2022年度水禽產業發展現狀、未來發展趨勢與建議[J].中國畜牧雜志，2023，59（03）：274-280.

[2] ?趙東偉，王錢保等.雞舍環境參數控制與福利養殖研究進展[J].中國家禽. 2023，45（03） ：99-105.

[3] ?付友，都振玉，張興國，等.肉鴨養殖數智化云平臺的設計與實現[J].家禽科學， 2022（10）： 43-45+47.

[4] ?李保明，王陽，鄭煒超，等. 中國規模化養雞環境控制關鍵技術與設施設備研究進展[J].農業工程學報. 2020，36（16）： 212-221.

[5] ?程瓊儀，穆鈺，李保明.進風位置對縱向通風疊層雞舍氣流和溫度影響CFD模擬[J].農業工程學報， 2019，35（15）：192-199.

[6] ?董耀宗. 階梯籠雛雞舍夏冬季熱環境CFD模擬與效果測試分析[D].重慶：西南大學，2022.