门源地区畜牧业现状

门源地区拥有丰富的草原资源，拥有大量优质天然草场，面积广阔，草质优良，为牲畜提供了充足的食物来源。这些草场富含多种营养物质，能够满足不同种类牲畜的生长需求。畜牧业一直是当地的重要产业。然而，传统的畜牧业生产方式存在以下诸多问题：

1、管理粗放：传统牧场主要依靠人工进行管理，对牲畜的数量、位置、健康状况等信息掌握不及时、不准确，容易出现牲畜走失、疾病防控不及时等问题。

2、生产效率低：传统的养殖方式依赖大量的人力和物力投入，养殖成本高，生产效率低。同时，由于缺乏科学的养殖管理方法，牲畜的生长速度、繁殖率等指标难以得到有效提升。

3、信息不透明：对于消费者来说，传统牧场的养殖过程缺乏透明度，难以了解牲畜的生长环境、饲养方式、健康状况等信息，对食品安全存在担忧。

1.2行业发展趋势

随着科技的不断进步，智慧牧场逐渐成为畜牧业发展的新趋势。在畜牧业领域，智慧牧场的理念也日益受到关注。利用先进的硬件设备和信息技术，实现牧场的智能化管理，符合当前畜牧业转型升级的需求，具有以下优势：

1、提高管理效率：通过安装各种传感器和监控设备，可以实时掌握牲畜的数量、位置、健康状况等信息，实现对牧场的精准管理。同时，自动化的养殖设备可以减少人力投入，提高生产效率。

2、提升产品质量：智慧牧场可以对牲畜的生长环境、饲养方式、健康状况等进行实时监测和调控，确保牲畜在良好的环境中生长，提高产品质量。

3、增强信息透明度：智慧牧场可以通过互联网平台将养殖过程中的信息实时展示给消费者，增强信息透明度，提高消费者对产品的信任度。

1.3政策支持

国家和地方政府高度重视农牧业现代化建设，出台了一系列政策支持智慧农牧业的发展。在门源地区，政府也积极推动畜牧业的转型升级，鼓励引入先进的技术和设备，提升畜牧业的竞争力。

1.4总体目标

物联网是物联网技术在养殖生产、经营、管理和服务中的具体应用。具体讲就是运用各类传感器，广泛采集大田种植、设施园艺、牦牛养殖、农产品物流等相关信息；通过建立数据传输和格式转换方法，集成无线传感器网络、电信网和互联网，实现农牧信息的多尺度（个域、视域、区域、地域）传输；最后将获取的海量农牧业信息进行融合、处理，并通过智能化操作终端实现农牧产前、产中、产后的过程监控、科学管理和即时服务，进而实现农牧业集约、高产、高效、优质、生态和安全的目标。

牦牛产业生产主要受养殖品种、饲料种类和质量、疫病、生长环境和管理水平等因素的影响。其中环境因素所起的作用约占20%-30%。圈舍环境因素包括温度、湿度、噪声、光照、有害气体等。

基于物联网的牦牛智能养殖系统利用物联网技术，围绕设施化牦牛养殖场生产和管理环节，通过智能传感器在线采集养殖场环境信息（二氧化碳、氨气、硫化氢、空气温湿度等），同时集成改造现有的养殖场环境控制设备，实现牦牛养殖的智能生产与科学管理。养殖户可以通过手机、PDA、计算机等信息终端，实时掌握养殖厂环境信息，及时获取异常报警信息，并可以根据监测结果，远程控制相应设备，实现健康养殖、节能降耗的目的。

第一章 系统总体设计思路

2.1设计思想

畜牧业饲养场环境的智能化监测是当今畜牧业养殖业发展的重要方向,它推动着粗放式、低效的养殖业向知识型、技术型、现代化的高效畜牧业养殖业转变。

采用物联网技术通过智能感知、识别与普适计算、泛在网络的融合，来大幅提升畜牧业饲养效率、能源节约、防疫检疫水平，在实现自动化、智能及安全管理的同时创造最大的经济和社会效益。

2.2设计原则

畜牧业智能养殖系统的建设须坚持“先进性、实用性、开放性、标准化、可靠性、稳定性、安全性、易维护性、可管理性”的设计原则。

（1）先进性：采用先进的思想、成熟的技术与设计方法，符合当前潮流与未来发展趋势，以便跟上信息技术的发展，具有较强的生命力，具有长期使用价值。

（2）实用性：建设的核心目的就是“应用”，须坚持实用的设计原则，紧紧围绕市场食品安全的实际需求。在能够满足畜牧业智能养殖及全程溯源系统建设要求的前提下，以尽可能以少的投入，取得尽可能大的效益。

（3）开放性：具有良好的开放性和兼容性。

（4）标准化：应符合业界主流标准与规范，包括基础架构与各个应用系统的系统集成与标识数据整合，均遵循标准化原则，不依赖特定的网络、系统软件与硬件，能够部署并运行在各种主流的软硬件环境中，解决目前该领域系统软件不兼容的问题。

（5）可靠性：畜牧业智能养殖系统支撑着整个食品生产销售链的管理与监督，必须具有高可靠性、高容错性和强大的数据处理能力，以确保不间断运行、确保局部出错不影响整体、确保快速响应。

（6）稳定性：必须具有良好的稳定性，保证持续运行时间长、故障间隔大、无故障时间长。

（7）安全性：畜牧业智能养殖系统涉及到从“养殖到餐桌”的大量敏感数据，安全运行至关重要。必须构建全方位、多层次、完善的安全保障体系，在保证物理安全和网络安全的基础上，保证数据安全。

（8）易维护性：畜牧业智能养殖系统涉及从养殖、防检疫、加工、销售到餐桌食用众多环节，数据量、信息量巨大，对系统的稳定性和可靠性有重大考验，因此必须坚持易维护的设计原则，确保结构清晰、操作简单、维护方便。

（9）可管理性：应具有高可管理性，使得系统管理员和运行维护人员的管理简便快捷，降低运行维护费用。

综上，畜牧业智能养殖涵盖食品安全的诸多方面，应进行统一规划、承前启后、分步实施。

2.3设计依据

《JB/T5243-91 工业控制计算机系统验收大纲》

《GB50198-94 计算机系统安全准则》

《GBJ93-86 自动化仪表选型规定》

《HG20507-92 工业自动化仪表工程施工及验收规范》

《GB 50194-93 建设工程施工现场供用电安全规范》

《GB 50054-95 低压配电设计规范》

《JJG874-2007 温度指示控制仪》

《移动通信技术》

《GB 50194-93 建设工程施工现场供用电安全规范》

《JJG874-2007 温度指示控制仪》

《GB 50343-2012 建筑物电子信息系统防雷技术规范》

《GBT 6587-2012 电子测量仪器通用规范》

《JBT 6862-1993 温湿度计》

2.4建设内容

基于物联网技术的畜牧业智能养殖系统建设内容包括：

（1）圈舍内环境信息采集和自动控制建设（传感层）：实时监测圈舍内温度、湿度、光照强度、氨气浓度、硫化氢浓度和二氧化碳浓度。布置监测节点、构建无线传感网络、安装圈舍内自动控制执行机构；

（2）通讯组网连接（传输层）：搭建有线通信和无线通信相结合的综合组网方式，实现数据的短距离传输和长距离中继功能；

（3）畜牧业智能养殖应用系统建设（应用层）：由精细饲养子系统、能耗控制子系统、疾病防检子系统和粪便清理子系统组成；自动控制设备结合传感器环境信息。

（4）畜牧业智能养殖信息管理平台建设：进行数据的采集、存储、处理、分析、接口、运维。具备海量数据存储和大规模计算性能。支撑远程及智能终端的查询、管理和控制。

第二章 系统总体设计

3.1总体架构

畜牧业智能养殖系统主要实现：圈舍内环境信息的采集与自动控制；圈舍内的信息及数据经无线传感网、有线传输方式、无线传输方式进行汇集、存储；牦牛实时位置的检测，再由畜牧业智能养殖信息管理平台进行统一地分析、处理，支持远程查询、管理和控制；从而实现圈舍内环境监测、精细饲养、节能减排等功能；奠定覆盖从养殖到消费的全程质量安全的基础。

具体如下：

图1. 系统主要构成

3.1.1系统拓扑

图2.系统总体架构

项目建设采用先进的物联网技术，主要由信息传感层、传输层、服务层、应用层组成。

如图2所示，将环境监测传感器、无线传感器网络、监控摄像头、养殖耳标产生的动态情况、养殖场内的视频数据、饲喂设备的状态及时上传给综合管理平台。

综合管理平台对各子系统进行融合，进行报警联动等处理。养殖场管理人员可以及时准确了解养殖场地现场的状况，将有效提高养殖管理和现场管理的效率。

3.1.2系统组成

系统功能模块包含养殖场环境监测、牦牛监测、体温检测、数据采集等模块。硬件组成分为三级架构，分别为以摄像头、传感器为主的前端感知层；以带以计算、传输、控制为主的中间层；和以平台软件，中心存储、计算功能为主的控制中心。

第三章 第四章 系统功能

4.1环境监测子系统

4.1.1设计概述

本系统针对目前牦牛养殖舍环境指标监测困难、手段落后等缺点, 将物联网技术应用到牦牛养殖领域，以终端模块作为物联网的感知层。采集养殖舍内空气温度、空气湿度、氨气、硫化氢、二氧化碳和光照度等环境参数，并通过监控摄像头，可实时查看牦牛生长信息，利用以太网、GPRS、3G/4G等网络技术作为物联网的网络层，实时将大棚环境参数传输到以管理软件平台为核心的物联网应用层，实现大棚内环境信息的实时监测。

工作人员身在外地也可以通过互联网、手机实时查看大棚里信息。根据圈舍实际情况，在圈舍安装无线空气温湿度传感器，安装无线氨气传感器，安装无线硫化氢传感器等。实时采集圈舍空气温湿度、氨气、硫化氢等环境信息。

图3. 环境监测系统架构示意图

4.1.2系统功能

Ø 温度监测

温度在牲畜的生长过程中起着至关重要的作用。如果温度过低，牲畜容易受凉而引起拉稀或产生呼吸道疾病等；牲畜为了取暖容易造成扎堆，影响采食和活动，造成伤残，严重时会造成大量死亡。

考虑到畜牧业养殖场特殊的现场环境,传感器应该满足以下条件:传感器的特性参数与被检测量的线性相关程度好,易于测量,精度高；误差小,老化慢,对检测信号以外的物理量不敏感；耐机械、化学和热作用；结构简单,造价低,体积小。拟定测量范围:-55~+l25摄氏度,测量精度:±0.5%摄氏度。

Ø 湿度监测

养殖场不仅要保持合适的温度，适宜的湿度也同样重要，湿度太高，有利于病原性真菌、细菌和寄生虫的生长繁殖。在高湿的环境下，牲畜的机体抵抗力下降，发病率增加，容易传染病得蔓延，死亡率升高。高温高湿的环境还容易使饲料霉败，可使畜群爆发曲霉菌病。湿度过低，容易造成牲畜的生长不良。

本方案在圈舍现场环境采用陶瓷湿度传感器。它利用微细孔分布的金属氧化物陶瓷主体吸附水分后,导电性质发生变化的原理制成的,具有性能稳定、体积小、灵敏度高和测量范围宽等优点,特别适合在圈舍恶劣的环境下使用。拟定测量范围:O～100%RH,测量度:2%RH(0～1OO%RH,25摄氏度),非线性误差士0.5%RH,响应时间:155(25摄氏度及空气缓慢流动环境下)。

Ø 光照度监测

光照的强度和牲畜的健康息息相关，自然光中含有紫外线，适量的光照能够杀死细菌病毒等，而且还能促进牲畜对钙、磷的吸收，保证骨骼的正常发育等等。然而，如果过强的光照会使动物身体温度过高，影响动物正常的新陈代谢等活动，可见光照度的监测是必要的。

选用具有较高灵敏度、测量精度高、安装方便、价格低廉的感光探测器。

Ø 二氧化碳浓度监测

圈舍中二氧化碳浓度过高，会导致养殖场氧浓度过低，圈舍缺氧，引起慢性毒害作用，使牲畜食欲下降，体质减弱。因此，实时准确地监测圈舍内二氧化碳，构建圈舍二氧化碳信息采集网系统，对于降低发病率和死亡率具有重要的意义。

考虑到圈舍中二氧化碳气体的浓度比较大,根据系统气体采样的要求,采用根据比尔定律和气体对红外线的选择性吸收原理设计的二氧化碳分析仪进行二氧化碳监测。