新疆南疆絨山羊輔助育種網絡管理系統的設計

摘要：在分析南疆絨山羊育種信息管理需求的基礎上，以軟件工程方法為指導，運用ASP.NET、數據庫設計、服務器構架等技術，設計開發基于網絡的南疆絨山羊輔助育種信息管理系統。通過該系統記錄、收集、加工、存儲和利用南疆絨山羊養殖育種生產數據，實現對絨山羊遺傳資源與育種信息的規范化、科學化管理，提高聯合育種數據信息分析效率，為南疆絨山羊的遺傳育種、品質改良以及高效養殖提供指導。

關鍵詞：南疆絨山羊；育種；管理系統

中圖分類號： TP311；S813.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）13-3164-04

新疆南疆絨山羊（簡稱南疆絨山羊）是在本地品種選育的基礎上，引進遼寧絨山羊進行雜交，經過不斷篩選、橫雜、自群繁殖培育而成的優良品種，具有適應性強、產絨高、體型大和遺傳性穩定等特點[1]，南疆絨山羊的推廣養殖已經成為廣大農牧民增產增收的重要途徑，是南疆地區畜牧業重要產業之一。絨山羊的養殖效益很大程度上取決于育種工作，經過多年培育南疆絨山羊，遺傳育種工作取得了很大成果，收集了豐富的育種資料。但在研究及實際育種過程中，絕大部分企業還是采用傳統的人工收集、處理和管理育種數據，這不利于數據的長期保存，且查詢和利用起來效率低、誤差大，嚴重阻滯了南疆絨山羊養殖業和企業的發展。

當前，計算機技術作為一門實用性很強的應用技術廣泛應用于各個領域，利用現代信息技術記錄、加工、存儲和分析畜牧業遺傳育種數據，并應用到現代化養殖生產管理中，實現科學化、標準化遺傳育種及生產管理，從而提高絨山羊種群品質和生產性能[2，3]。為此，在對南疆絨山羊養殖管理現狀及需求的調查基礎上，設計開發了基于網絡的“新疆南疆絨山羊輔助育種管理系統”，目的是利用計算機網絡技術實現對南疆絨山羊遺傳資源與育種信息進行全面、科學的管理和處理，指導南疆絨山羊的育種工作，強化生產管理，從而為加快南疆絨山羊品質改良、提高南疆絨山羊養殖業現代化管理及生產起到積極的作用。

1 系統設計思想

現代畜牧養殖都是規模化、專業化和集約化養殖，育種規模也越來越大，優良的育種方案往往要涉及多個種畜場或是多個養殖區域。南疆絨山羊經過多年的育種工作，已經形成了一個較完善的三級良種繁育體系，即地（市）、縣（團）和鄉（連隊或是養殖場）三級[4]，實現了大規模聯合育種，育種改良效率較高。而聯合育種的關鍵在于遺傳資源信息共享，育種數據進行統一遺傳評定，這就要求各養殖場、企業能夠及時提交測定的性能數據，由數據中心統一分析處理，實現數據共享服務于養殖場和企業。

南疆絨山羊育種網絡管理信息系統依托計算機技術和網絡技術，有針對性地開發研制適合南疆絨山羊輔助育種的網絡信息管理系統，該系統不受時間地域限制，各養殖場、企業或是養殖戶可以通過計算機或是移動終端設備及時提交采集的數據記錄，信息管理系統對數據進行統一管理、存儲、處理及維護，從而實現種畜資料和生產性能測定數據的管理和信息共享[5]。該系統針對性強，使用方便，功能齊全，具備較好的擴展性，是南疆絨山羊現代化育種生產管理的有效手段和工具。

2 系統功能結構分析

2.1 開發技術及構架

當前主流的Web開發技術主要有ASP.NET、JSP、PHP，而ASP.NET是基于微軟公司的.NET構架技術，是跨語言程序開發構架，具有代碼編寫容易、結構清新、系統開發效率高、便于維護等特點[6]。系統采用Web流行的Browser/Server（B/S）模式，以ASP.NET為開發技術，在Visual Studio 2010平臺下以C#語言進行開發， 中間層使用Web Server 部署，后臺數據庫服務器采用SQL Server 2008，并將其部署在IIS上。為保證數據信息的安全性和合法性，系統從結構和功能上分為用戶接口、應用層和數據服務層的三層體系結構，具體如圖1所示。

其中用戶接口層負責與用戶交互，通過Web瀏覽器輸入并呈現信息；應用服務層主要負責用戶接口層的HTTP請求以及與數據服務層進行信息交互，并將處理結果返回給瀏覽器；數據服務層通過ADO.NET操縱數據為應用服務層提供服務。

2.2 系統功能設計

南疆絨山羊輔助育種管理系統要實現對育種信息的采集、分類、組織、存儲、檢索、服務、維護等工作，在結合Web信息系統應用特點的基礎上，根據用戶的具體需求將系統功能分為系統管理、數據采集、統計分析、信息輸出和幫助信息等5個功能模塊[7-10]，具體功能結構如圖2。

3 系統功能模塊的實現

3.1 數據庫設計

數據庫設計是整個管理系統設計的關鍵，在設計過程中，要遵守用戶的需要對數據進行分析并分類，還要考慮到數據結構的合理性、完整性、安全性及數據約束。系統以新疆南疆絨山羊的養殖生產過程為設計依據，建立了絨山羊基本信息庫、公共信息庫、育種配種信息庫、產羔信息庫、用戶信息庫、羊舍信息庫、飼料信息庫、淘汰羊只信息庫、羊絨采集及測定信息庫、員工信息庫等十幾個信息庫，同時在這些基本信息庫上以羊只編號為主碼建立多個視圖、索引和查詢信息表，進一步豐富數據查詢及處理信息。各個信息庫的字段設計要遵循數據冗余度小、共享性高的原則，如絨山羊基本信息庫字段為羊只編號、性別、品種、毛質、毛色、出生重量、出生時間、父本編號、母本編號、胎次、育種情況、所在牧場、所在羊舍、入場類型、入場時間、離場類型、離場時間、羊特性、錄入時間、錄入人員編號、說明等，羊絨采集及測定信息庫字段為羊只編號、剪毛重量、毛長度、抓絨重量、絨長度、剪毛前重量、剪毛后重量、剪毛時間、操作人員編號等。具有較好的獨立性、共享性及擴展性的數據庫設計可以縮短運行時間，提高操作效率，便于系統維護管理及擴展。

3.2 系統管理模塊

系統管理模塊主要包含公共服務信息管理、用戶信息管理、訪問權限管理等功能。南疆絨山羊育種信息管理是基于網絡的系統，為南疆絨山羊養殖場、種羊場、養殖農戶以及管理決策部門服務，應具備網絡信息宣傳、傳遞和訪問功能，系統頁面設置了絨山羊政策、文件、消息的新聞和公告欄目，以及絨山羊養殖育種新動態、新技術等公共服務信息。系統面向網絡，訪問用戶多樣性，訪問目的不同，為實現數據的安全性和保密，提供全方面服務，系統設置了五類用戶，即一般訪客、普通用戶、特殊用戶、系統管理員、超級管理員，不同用戶訪問權限不一樣。一般訪客即通過網頁訪問信息管理系統，可以訪問公共服務信息，以及絨山羊養殖、育種的公開信息。普通用戶主要為注冊用戶，可以在權限內進行個人信息修改、信息查詢、輸入、保存及打印等操作，是數據采集的主要承擔者，普通用戶可以通過申請的方式獲得更多的數據信息，同時借助系統實現信息化管理及提高養殖育種技術。特殊用戶是經過特殊授權，可以訪問所有數據信息，主要是指管理部門、決策部門或是科研機構等特殊用戶，系統可以為他們制定政策或是改良品種、提高養殖育種技術提供原始數據。系統管理員為管理用戶，管理養殖場或企業或養殖片區的用戶信息，進行信息維護、管理或是統計分析，也是局部數據處理中心和信息發布中心。超級管理員具有最高訪問權限和控制權限，是系統的最高管理者，也是信息數據處理中心和信息發布中心。

3.3 數據采集模塊

數據輸入模塊實現對南疆絨山羊基本信息、育種配種信息、產羔信息、淘汰羊只信息、羊絨采集及測定信息、斷乳信息、譜系信息、羊舍信息、飼料信息以及羊場信息等原始數據的錄入、添加、修改、刪除以及查找等操作。這些信息都是從生產現場采集，可以通過網絡終端或是個人移動設備實時采集錄入，貫穿絨山羊育種的整個生產環節，對育種數據進行全面管理和維護。數據采集模塊提供單次信息采集和批量信息導入兩種模式，使用信息自動校驗和重復信息過濾技術，可以較好地實現信息的正確、快速錄入及修改。圖3為羊只基本信息錄入界面圖。

3.4 育種數據統計分析

育種數據統計分析模塊實現對南疆絨山羊遺傳參數、育種值、方差均差等遺傳特性進行估計與評定，為各養殖場或是種羊場開展優化選種、選配提供依據，從而實現區域聯合育種。種羊個體育種的估計采用多性狀動物模型（BLUP）[11-14]，混合數學模型建立如下：

Yijk=μ+hi+gi+sjk+eijh

其中Yijk為觀察值，μ為總平均值，hi為羊群效應，gi為公羊組效應，sjk為公羊組內公羊效應，eijh為剩余效應。

模型的矩陣式為：y=Xb+Zs+e

考慮帶親緣關系，混合模型方程組中k=（4-h2）/h2，其中h2為性狀遺傳力。最后公羊復合育種值為：

Aj=ω1μ1+ω2μ2+ω3μ3+ω4μ4

其中Aj為第j只公羊的復合育種值，ω1、ω2、ω3、ω4分別為產絨量、體重、細度、長度的權值，μ1、μ2、μ3、μ4分別為該羊單個性狀的估計育種值。

遺傳育種數據的分析、評定和估計都是通過分數據處理中心或是總數據處理中心定期完成。系統提供正確、完整的育種生產原始數據，數據處理中心通過調用外接育種分析處理軟件進行處理，分析計算南疆絨山羊數量性狀間方差、協方差、遺傳參數的估計、選種指數、綜合選種指數、育種值估計等，并將計算結果輸入到育種配種信息庫中。目前常用的育種輔助分析軟件有MTDFREML、ASREML、PEST、GBS、PEDIGREE、AMBLUP、SAS等，可以充分發揮這些軟件的優勢，為南疆絨山羊優化育種配種服務。

3.5 信息查詢及輸出

信息查詢模塊包括羊只個體查詢、譜系查詢、羊絨采集查詢、產羔查詢、配種查詢、淘汰羊只查詢、羊舍查詢、羊場查詢和各年度生產性能數據查詢等，還提供常用的記錄個數，各數據總和、平均數、標準差、最大數、最小數等的統計分析數據的查詢。對于查詢到的信息和統計結果頁面可進行10%～500%的縮放，也可以調整適應Web頁面的寬度，并提供Excel、Word、PDF三種不同格式保存數據，提供灰度打印和彩色打印兩種打印模式，滿足不同用戶的習慣和要求。圖4為絨山羊羊絨采集查詢界面。

3.6 幫助信息

幫助信息模塊主要分為兩方面幫助內容，一是系統使用信息，即系統安裝與運行、軟件使用說明、數據規范化說明、開發技術及常見問題解決等幫助信息，指導用戶熟練操作和使用系統；二是提供南疆絨山羊養殖技術，指導用戶提高養殖技術，包括南疆絨山羊養殖技術和疾病診斷與防治技術等幫助信息。

4 小結

系統開發完成后在新疆農二師二二三團南疆絨山羊育種中心試運行，結果表明系統運行穩定，操作方便，能有效地進行輔助育種和提高南疆絨山羊養殖管理效率。隨著南疆絨山羊養殖技術及規模的發展，南疆絨山羊羊群的遺傳研究進展也在不斷加快，開展跨區域的聯合育種是必然趨勢，借助網絡信息管理平臺可以實現數據共享和聯合數據統計分析，最大限度地利用南疆絨山羊養殖、育種等生產環節中的原始數據，有效推動南疆絨山羊養殖育種工作的發展。系統在后期將進一步補充完善，擴充系統功能，如完善數據統計分析、增加疾病診斷、飼料配制、安全監控等功能模塊，將系統建設成為一個基于網絡的南疆絨山羊數字化精細養殖育種平臺，實現南疆絨山羊的現代化育種、養殖及生產管理，為南疆絨山羊的育種及提高養殖經濟效益發揮積極的作用。

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