基本信息
- 项目名称：
- 基于RFID畜用选种选料系统的研发
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 以RFID技术为基础，融合ZigBee通信组网技术，构建基于物联网的畜用选种选料系统。系统对每头牲畜进行个体识别，建立永久档案，跟踪监测并记录牲畜个体的信息。,再通过系统计算机计算，测定牲畜个体的遗传差异，获得个体遗传性较好的种畜，同时选出较好饲料及其配方，及时发现并分离疫病个体；系统网络能实现对牲畜场的即时、远程监控，帮助管理者正确决策，从根本意义上打破国外现有畜用选种选料系统的技术垄断。
- 详细介绍：
- 以RFID技术为基础，融合ZigBee通信组网技术，构建基于物联网的畜用选种选料系统。该系统对牲畜进行个体识别，建立永久档案，跟踪监测并记录牲畜个体的进食量、进食时间、体温、体重、环境温度、环境湿度、饲料水分等信息，再通过系统计算机计算，得出牲畜个体饲料报酬（料重比）、生长速度、健康指数及其排名，从而测定牲畜个体的遗传差异，获得个体遗传性较好的种畜，同时选出较好饲料及其配方，及时发现并分离疫病个体，实现病情发展与疫情扩散的有效控制；系统基于物联网技术, 针对牲畜的生长环节，实施安全检测、控制、预测、溯源、信息共享等，并能实现对牲畜的即时远程监控，帮助管理者正确决策，建立牲畜及牲畜产品可追溯制度，能有效防控重大牲畜疫病，保障牲畜产品的质量安全。本项目已获得国家专利10余项，旨在从根本上打破国外现有畜用选种选料系统的技术垄断。鉴于前期研究成果，已与某省菩提果牧业科技有限公司签订技术开发合同。国内外的同类设备大部分为饲喂系统，且为开放式，参数少，噪声高，美国的奥斯本设备使用的开放式，没有门禁，体重不易侧准，法国的兴业ACEMA64，测量参数少，荷兰的BIGDUCHIMAN、德国WEDA公司设备主要用于饲喂。相对国内外其他设备，本项目以RFID技术为基础，进行牲畜身份的识别，并为其建立档案，再结合物联网技术，从而使的畜产品具有可溯源性，提高了食品安全的监控力度，其次项目采集多项参数，通过分析，主要用于选出优良的种畜和科学合理的饲料搭配，采用封闭式，无应激条件，使测量的数据更加贴近真实数据；再者在测量参数方面，考虑到环境温湿度对生长畜的影响，因此增加了环境温湿度这项参数的测定。在价格和技术方面，打破了国内外现有畜用选种选料的技术垄断，成本上也大大低于这些产品。在项目的实验测试中，针对ZigBee通信距离、选种、选料和环境温湿度的影响做了相应的现场测试和数据分析。 在ZigBee通信测试中，得出了其通信距离和可靠性受波长和障碍物影响大；在选种测试中，测试场地为安徽河南某养猪场，选用了日龄、体重和健康状况相同的不同品种被测猪体，使用相同饲料进行喂养，对其进行动态数据采集，实验时间进行28天，分析其日均体重增长速度和料重比，速度越快和料重比越低，所对应的猪品种越好；在选料测试中，选用了日龄、体重和健康状况相同的同品种被测猪体24头，使用不同饲料，配有不同的添加剂，进行喂养，对其进行动态采集数据，实验时间31天，分析其料重比，比例越低，所对应的饲料配方越好。在环境温湿度影响测试中，选用日龄、体重和健康状况相同的同品种被测猪体10头，使用相同饲料，测试环境温度和湿度，对其进行动态采集数据，实验时间34天，分析其料重比，观察环境温湿度对其生长的影响和体温与环温的关系。采食量和采食时长对体表温影响不大，在一定温度范围内呈线性关系。实验数据表明生长速度也并不是单纯的遗传因素决定的，而是环境与遗传基因互作的。结果，需要采集环境温度、湿度等参数，探索准确的数学方法，利用积累数据进行校正。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的和基本思路：以RFID技术为基础，融合ZigBee通信组网技术，构建基于物联网的畜用选种选料系统。系统对牲畜进行个体识别，建立永久档案，跟踪监测并记录牲畜个体的信息，通过系统计算机计算，得出牲畜个体饲料报酬等信息，获得个体遗传性较好的种畜，同时选出较好饲料及其配方；系统网络能实现对牲畜场的即时、远程监控，从根本意义上打破国外现有畜用选种选料系统的技术垄断。创新点：1、在现有RFID系统研究的基础上，将传统有源标签唤醒信号检测机制进行无源化，克服了有源标签待机功耗高无源标签通信距离短的问题。2、分析影响动态称重的参量，合理布局传感器，利用异类传感器数据融合，有效提高畜称重的准确性。3、跟踪监测并记录畜个体的信息，从而测定生长畜个体的遗传差异，选出个体遗传性较好地的种畜，同时选出更好饲料及其配方。4、基于RFID射频识别技术和ZigBee通信组网技术，构建基于物联网的畜用选种选料系统，可以针对畜禽生长环节，实现安全检测、预测、监控、溯源、信息共享等。技术关键：基于RFID个体识别、动态称重精确测量、畜个体信息的多传感器采集、饲喂的自动控制硬软件和上位机的分析软件，选出较好饲料配方和种畜。融合ZigBee组网技术构建基于物联网的畜用选种选料系统。主要技术指标：测定生长畜的数量：12～16头;体重秤：测量范围25kg～150kg动态称量误差≤1%；料秤：测量范围≤10kg，静态称量误差≤0.2%；耳标识别：识别距离：≤350 mm ，识别误差≤0.01%；采食时间测定误差≤5s。
科学性、先进性
- 畜产品可追溯作为食品质量安全管理的有效手段，越来越受到有关部门和消费者的普遍关注。国产设备普遍存在自动化程度不高，检测参数较少和测量误差较大的问题，而现有国外的系统如荷兰的BIGDUCHIMAN德国WEDA公司，对饲养场要求较高，设备投资大。相对国内外同类设备，主要有以下四点进步：1、以RFID技术为基础，对每头畜进行个体识别，建立永久档案，实现整个生产过程的高度自动化控制，提高了生产的效率。利用数据库等技术建立记录畜禽个体与群体水平生产性能信息数据，并进行分析，实行种畜生产的性能测定和饲料产品的生物评价，提高选种、选料的准确性。2、本系统分析软件更加贴近畜场生产与管理，用硬件监测指标，利用软件建立生长模型，预测出栏时间、出栏体重、耗料等，实现畜场的数字化管理，提高经济效益。3、系统在动物无应激状态下测定，能保持与动物正常饲养环境一致，且噪音低，利于获得更实际、准确的数据。4、动物测定生长数据实现了与所在环境参数的联系，以备对动物生长性能数据进行校正。记录其环境参数，对测定结果进行评估。
获奖情况及鉴定结果
- 鉴于前期研究成果，已与某省菩提果牧业科技有限公司签订技术开发合同。并在某省大型种畜厂使用。 2011年5月 第四届“挑战杯”某省大学生课外学术科技作品竞赛一等奖。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 技术入股
作品可展示的形式
- 实物、产品、图纸、现场演示、图片、录像、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明见研究报告附录5 技术特点和优势：以RFID技术为基础，融合ZigBee通信组网技术，构建基于物联网的畜用选种选料系统。该系统对牲畜进行个体识别，建立永久档案，跟踪监测并记录牲畜个体的进食量、进食时间、体温、体重、环境温度、环境湿度、饲料水分等信息，利用数据库等技术建立记录畜禽个体与群体水平生产性能信息数据，并进行分析，种畜生产的性能测定和饲料产品的生物评价，提高选种、选料的准确性。获得个体遗传性较好的种畜，同时选出较好饲料及其配方。动物测定生长数据实现了与所在环境参数的联系。实现畜场的数字化管理，提高经济效益。市场分析和经济效益预测：以养猪为例，目前全国万头畜场十分普遍，甚至出现了几十万头的超大型畜场，亟待进行技术装备改造。研发畜可追溯系统产品的产业应用和产业化前景非常好，销售市场开发潜力巨大。到2011年全国市场潜在需求量为2万套。国外同类产品的价格一般在10-20万元左右。以单套8万元的计算，到2011年全国该系统的市场总值将为16亿元。其利润将达到10亿元。
同类课题研究水平概述
- 03年，美国出现第一例疯牛病，动摇了该国270亿美元规模的养牛业，为此，世界各国越来越重视对疾病的监控和预防，都在采取各种手段来将强对牲畜的管理。M•Guarino等研究了一种用来在猪舍里自动监测猪咳嗽的方法，并进行了实验，建立了一个智能报警系统。在生长猪动态监测饲喂系统方面，荷兰的BIGDUCHIMAN、德国WEDA公司，已经开发了猪用针对性饲喂设备系统，并没有测定功能。在测定系统设备方面，法国兴业公司ACEMA64和美国奥斯本公司的种猪个体测定系统，可以测定种猪的阶段性采食量和体重。东北农业大学04年开发了奶牛生产智能化管理系统，该研究将专家系统、数学建模、数据库管理等技术综合应用到现代奶牛生产管理中。北京大学数字地球工作室的“RFID技术及其在奶牛精细养殖数字化系统中的应用研究”项目，提出了以数据处理为基础的奶牛精细养殖数字化系统的体系结构，利用RFID技术跟踪圈养奶牛的生产活动。华中农业大学在参考法国ACEMA64基础上，设计了一套基于RFID母猪自动化饲喂系统，搭建软、硬件系统，模拟了母猪信息采集、发情监测等试验。目前，采用RFID和ZigBee技术构建物联网、多传感器数据融合技术、以及将多参量的测量用于传统农业生产是国内外发展的趋势。 RFID关键技术的研究主要集中在天线技术、低功耗技术、定位与跟踪、防碰撞与安全技术等方面。 ZigBee技术与3G等通信网络的覆盖应用，突破了传感网络的关键技术，解决了最后N米的问题，建立完整的物联网，将短距离至长距离无线网络全部囊括其中。王翥、魏鲁原等提出了异类传感器数据融合的思想，以保证动态称重的可靠性和准确性。Whitte教授、安徽大学的王永国教授、川农大郭博士论文等研究了环境温度、环境湿度对猪生长性能的影响及环境温度与体表温度的关系。与荷兰的BIGDUCHIMAN、德国WEDA公司一样，国内的设备只应用在饲喂过程，并没有测定功能。法国兴业公司是目前国际上，销售量最大、最先进的测定设备系统。但是存在问题如下：一是设备噪音高达90分贝，有应激。二是测定指标太少，没有与所在环境参数建立联系，真实的饲料报酬应校正其饲料水分含量。三是分析软件不合国情。美国奥斯本公司属于开放型，除具有上述法国兴业公司设备问题外，测量误差更大。同时他们技术上垄断，价格十分昂贵。详细内容和参考文献见研究报告第二章及附录。
