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1、基于物联网技术的禽类智慧养殖及全程溯源系统基于物联网技术的禽类智慧养殖及全程溯源系统解决方案设计单位：天津物联智慧科技有限公司设计日期：2013年11月目录第一章 概述31.1禽类养殖及溯源的现状31.2禽类智慧养殖及全程溯源系统的总体目标41.3设计原则4第二章 禽类智慧养殖及全程溯源系统62.1禽类智慧养殖系统建设内容62.2全程溯源系统建设内容72.3体系结构7第三章 禽类智慧养殖及全程溯源系统解决方案82.1 禽类智慧养殖系统82.1.1 禽舍内环境信息的采集与自动控制系统92.1.2 通信组网设计132.1.3 禽类智慧养殖应用系统132.14 禽类智慧养殖信息管理平台152.15
2、禽类智慧养殖系统与全程溯源系统接口182.2 全程溯源系统192.2.1 业务系统概要流程192.2.2 主要模块建设192.2.3 系统体系结构202.2.4 系统设计21第一章 概述1.1禽类养殖及溯源的现状我国现代禽类养殖是一种“高投入、高产出、高效益”的集约化产业。资本密集型和劳动集约化是其基本特征。这种集约化的产业耗费了大量的人力和自然资源，并在某种程度上对环境造成负面影响。使用物联网可以有效降低资源消耗，并减少对环境的影响，使禽类养殖成为管理科学、资源节约、环境友好、效益显著的产业。加快物联网技术在当下禽类养殖建设中的应用已成为我国禽类养殖业发展的必然选择。目前，我国针对新时期不断
3、出现的食品安全新问题，已提出了构建安全战略框架的构想，其中一个重要的构建原则就是可追溯性原则。建立禽产品安全性全程可追溯系统是确保食品安全的关键。以物联网RFID技术为载体，以现在信息化技术为手段，实现禽产品从养殖场到屠宰场，从屠宰场到超市，从超市到市民餐桌的全程、有效监管。食品安全关系到国民最基本的生存需求，利用先进的物联网技术来提升禽产品安全的管理意义重大。1.2禽类智慧养殖及全程溯源系统的总体目标本项目由禽类智慧养殖系统和全程溯源系统构成。禽类智慧养殖建设目标是：禽类饲养场环境的智能化监测是当今禽类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、现代化的高效禽类养殖业
4、转变。与此同时也必然对养殖环境特别是禽舍环境方面提出了更高的要求。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，来大幅提升禽类饲养效率、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。禽产品全程溯源体系建立的总体目标是：以新型的禽类“电子标签”为载体，利用先进的物联网技术、成熟的计算机与数据库技术，在科学合理的管理规范与完备通用的技术规范下，建立食品安全数据库，通过标识编码、标识佩戴、身份识别、信息录入与传输、数据分析和查询，给禽类食品配一个唯一的“电子身份证”，使禽类养殖场中的养殖、防疫检疫、监督与后期加工、销售有机结合，完成禽类食品从“养殖
5、场到餐桌”各环节的一体化全程追踪和追溯，从而实现对禽类疫情和产品安全事件的快速处理。1.3设计原则禽类智慧养殖及全程溯源系统的建设须坚持“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。在能够满足禽类智慧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
6、兼容性。通过信息门户、唯一身份标识和公共数据交换，整合、集成各环节应用系统和各种信息资源，建立完善多级互联互通的可追溯网络。 （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：禽类智慧养殖及全程溯源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
7、隔大、无故障时间长。 （7） 安全性：禽类智慧养殖及全程溯源系统涉及到从“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：禽类智慧养殖及全程溯源系统涉及从养殖、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，禽类智慧养殖与全程追溯涵盖食品安全的诸多方面，应进行统一规划、承前
8、启后、分步实施。第二章 禽类智慧养殖及全程溯源系统禽类智慧养殖及全程溯源系统是一项系统工程，涉及物联网及信息技术的各个层面。建设应遵从“顶层设计，分步实施，边建边用边完善”的原则。首先提出总体解决方案，确定禽类智慧养殖的体系结构，制定全程溯源的信息标准，以及各系统之间的接口规范。2.1禽类智慧养殖系统建设内容基于物联网技术的禽类智慧养殖系统建设内容包括：（1） 禽舍内环境信息采集和自动控制建设（传感层）：实时监测禽舍内温度、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、安装禽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
9、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） 禽类智慧养殖应用系统建设（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；（4） 禽类智慧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；（5） 设立禽类智慧养殖系统与全程溯源系统接口：基于物联网RFID技术构建覆盖禽类从生产、养殖、屠宰或生产加工、流通到消费各个环节的，统一且唯一的“电子身份”，作为禽类智慧养殖系统与全程溯源系统的硬件接口。禽类智慧养殖信息管理平台为禽类智慧养殖系统与全程溯源系统提供软件接口。
10、2.2全程溯源系统建设内容（1） 建立统一的信息标准，规范禽产品全程溯源的管理标识规则，为确保数据的完整性、准确性与一致性提供依据；（2） 建立一个从养殖到最终消费品，覆盖食品生产各个阶段资料的中心数据信息库，集中信息资源管理、应用服务管理和内容整合；（3） 构建统一的“电子身份”认证系统，集中养殖场禽类及其产品的生产、防检疫、加工、销售过程中电子信息的管理，产品电子身份的唯一性、真实性，实现全程可追溯；（4） 构建安全可靠的公共数据交换系统，实现国家、省、市、县、企业、消费者等各个环节的应用系统之间的数据交换与数据共享；（5） 利用3G网络和RFID技术，开发基于手机的可追溯终端。2.3体系
11、结构通过以上分析，结合天津物联智慧产品线及专业的项目实施经验，本方案给出先进，完善的禽类智慧养殖及全程溯源系统体系结构和应用解决方案，如图所示：第三章 禽类智慧养殖及全程溯源系统解决方案2.1 禽类智慧养殖系统禽类智慧养殖系统主要实现：禽舍内环境信息的采集与自动控制；禽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；再由禽类智慧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；从而实现禽舍内环境监测、精细饲养、节能减排、疾病检防和粪便清理等功能；建立统一且唯一的“电子身份”，奠定覆盖从养殖到消费的全程质量安全追溯的基础。具体如下：禽类智慧养殖及全程溯源系统
12、水、电、饲料节能、粪便再利用溯源管理系统RFID电子标识系统综合管理中心数据信息中心无线网络布置有线网络布置内部环境自动监图1.系统主要构成2.1.1禽舍内环境信息的采集与自动控制系统根据禽舍环境的特点，本方案主要对以下几个对鸡生长影响较大的环境参数进行重点的自动化监控：温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度、硫化氢浓度、氨气浓度、粉尘控制和视频图像。ZigBee传感器节点采集前七项环境参数，在禽舍内构建无线传感网，由禽舍内环境信息控制器（根据禽舍内具体设备情况由天津物联智慧科技有限公司基于嵌入式技术进行专项开发）进行各传感器数据的汇总与分析，并根据预先设定参数阈值对禽舍内风机等设备进行自动控制，调
13、节禽舍内环境。图2. 禽舍内环境信息的采集与自动控制子系统一、温度监测温度在鸡的生长过程中起着至关重要的作用。如果温度过低，鸡容易受凉而引起拉稀或产生呼吸道疾病等；小鸡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。雏鸡生长的最适温度，随日龄的增加而下降，1日龄为34.435，此后有规律的下降，到十八日龄为 26.7，32 日龄为18.9。因此，适宜的温度控制是养鸡场成败的关键。考虑到禽类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,
14、造价低,体积小。拟定测量范围:-55+l25摄氏度,测量精度:士0.5%摄氏度。二、湿度监测养鸡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，鸡的机体抵抗力下降，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，可使雏鸡群爆发曲霉菌病。湿度过低，容易造成鸡的羽毛生长不良。本方案在畜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,特别适合在畜舍恶劣的环境下使用。拟定测量范围:O100%RH,测量精
15、度:2%RH(01OO%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)。三、光照度监测光照的强度和畜禽的健康息息相关，自然光中含有紫外线，适量的光照能够杀死细菌病毒等，而且还能促进畜禽对钙、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。四、二氧化碳浓度监测鸡舍中二氧化碳浓度过高，会导致鸡舍中氧浓度过低，鸡舍缺氧，引起慢性毒害作用，使鸡食欲下降，体质减弱。因此，实时准确地监测鸡舍内二氧化碳，构建鸡舍二氧化碳信息采集网系统，对于提高蛋鸡的生产能力、降低发病率和死亡率具有重要的意义。考虑到禽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
