基于阿里云智能圖像分析的愛莫斯智慧養殖平臺設計研究

張冰潔，鄭安秋，韓 鑫，蘇毅強，于麗婭，胡登龍

（青島黃海學院，山東 青島 266400）

目前，基于社會發展、國家政策推進和產業轉型的需要，大規模、現代化和智能化養殖已成為未來的新趨勢。愛莫斯智慧養殖平臺致力于支持中小養殖場的轉型，利用物聯網技術研究設計，幫助養殖戶實現現代化、智能化農場的轉型，降低勞動力成本和投入成本。本平臺由大量數據訓練而成，幫助農民發現問題并提出解決方案，有效解決農民經驗不足和農場突發問題，減輕農民負擔，增加產量。且實施個性化定制，根據不同需求的客戶提供多樣化服務，實現人工智能全方位自動預測。愛莫斯智慧平臺研究設計以提高生產效率、生產水平和產品質量為最終目標，構建滿足優良品種、智能化飼料配送、智能化設備標準化和科學管理的養殖平臺，以實現防疫系列化和產品加工銷售為目標展開敘述。

1 技術原理

1.1 采用NB-IoT 通訊技術

NB-IoT 成為萬物互聯網絡的一個重要分支。NBIoT 構建于蜂窩網絡，只消耗大約180 kHz 的帶寬，可直接部署于GSM 網絡、UMTS 網絡或LTE 網絡，以降低部署成本、實現平滑升級。NB-IoT 是IoT 領域一個新興的技術，支持低功耗設備在廣域網的蜂窩數據連接，也被叫作低功耗廣域網（LPWAN）。NB-IoT 支持待機時間長和對網絡連接要求較高設備的高效連接。其他組網方式通常要部署1個網關，需要考慮位置、周圍信號影響等，考慮因素較多。

結合以上特點，本平臺充分利用NB-IoT 技術，通過數據采集后可直接上傳到云端，不需要通過網關，簡化了現場部署。

1.2 基于插件化思維的擴展模組技術

本平臺基于插件化思維，即在不影響原有平臺的條件下完成新功能的添加，新增加的功能模塊，根據不同用戶或不同場景的需求可高效擴展新功能。插件化有利于降低模塊間的耦合度，有利于各模塊和項目的維護更新。以基于物聯網技術的智慧養殖設備為基礎，利用插件化思維的擴展模組技術，可以適應各種不同的養殖平臺，并且根據用戶的不同需求，及時調整平臺應用，為每個用戶定制一套適合自身的智慧養殖平臺。

2 平臺功能分析設計

本平臺設計時考慮采用物聯網技術，采集養殖場空氣溫濕度、光照強度等環境數據，通過遠程的方式，控制溫濕度、通風、光照、喂食、喂水和除糞等，實現養殖的智能生產與科學管理，提高服務效率和客戶滿意度。可以對養殖場狀態數據進行實時分析預警，當出現異常情況及時發出警報，工作人員通過微信小程序做到及時處理，減小損失[1]。

平臺的實現是通過以下幾個步驟完成的。首先是終端應用層，終端應用層主要是面向用戶，供用戶對養殖場進行監控、管理和操控等操作。包含定制大屏，電腦端操作界面和移動端APP 應用。接下來由應用層為用戶提供整個平臺及終端設備運維管理的應用接口，包含Web 服務、APP 服務、報表統計服務和數據檢索服務等[2]。然后將數據傳遞到平臺層，這部分是支撐整個平臺架構的核心，平臺層以公共信息系統為媒介，可對外提供多項共享服務，從而打通部門間壁壘，消除信息孤島，最大程度發揮共享資源優勢，使數據和信息資源、計算資源得到最優化的調配，提升使用效率。接著由接入層采用IDC-DataBus 技術，實現數據的采集、交換、清洗、對比和共享。隨之進入網絡層，網絡層的任務是將各種采集的數據以固定的通訊協議NB-IoT/2G/3G/4G/5G 等發送至平臺層。最后傳輸到設備層，設備層包含智能養殖場報警終端和可擴展的功能模塊，如攝像頭、傳感器和WSN 等，通過以上模塊可實時采集家畜的各種異常狀態及養殖場內的環境等狀態信息。平臺架構圖如圖1 所示。

圖1 總體架構圖

3 平臺實現

3.1 技術選型

本平臺采用前后端分離的方案完成：前端服務使用Nginx 做Web 服務，訪問效率高，并發量高，響應速度快，重新啟動速度快，在項目進行部署時，不會出現需要等待等情況。前端頁面采用Vue.js 開發，模塊化的思想，將每個模塊中相似的部分抽離出來，極大地提高了開發效率和代碼的可擴展性以及代碼的復用性，同時也降低了代碼和模塊的耦合性。后端服務使用Tomcat 做響應服務，Tomcat 穩定、高效和容易配置。后端代碼使用JAVA 開發，JAVA 技術成熟，使用的Springboot 框架很成熟，而且屬于輕量級的框架，擴展性高，啟動快，平常電腦3 s 即可完成項目的啟動，打包成項目（包含Tomcat 服務）也僅需20 MB 的大小。數據庫使用MySQL，簡單易用，開源免費，易于部署安裝，性能也很高。

3.2 圖像分析模塊設計

本平臺在智能圖像分析方面，使用到了阿里云的智能動物系列統計計數圖像檢測與識別，首先從前端獲取采集到的牲畜數據，通過NB-IoT 通訊技術進行數據采集后，直接上傳到云端，上傳到阿里云的oss 對象存儲，將數據存儲在云端上。然后調用智能圖像分析模塊，對牲畜進行識別，以及個數的累加。

以下是與阿里云進行數據交互的代碼實現。

4 平臺運用

平臺可以實現“一畜一檔案”制，記錄牲畜所在的進食量、預產期及健康狀況，使用戶更加了解牲畜的現狀。檔案中記錄著每頭牲畜的性別、年齡，每日進食量、母畜的生育率、交配時間、母畜的預產期和每只母畜所生產的幼崽的存活率。可在平臺中精確地查到每頭牲畜的信息。如果出現了病害等危險，可以精確找到病原體，及時定位，并隔離檢查。如若母畜的生育率和幼崽存活率過低，會控制該母畜不能進行交配、生產。及時有效保護了牲畜的安全增加幼崽存活率，使養殖場高效運轉[3]。

5 結束語

愛莫斯智慧養殖平臺具有部署方便，使用便捷、準確和高效等特點，從產業體系來看，基本形成完整的物聯網產業鏈和供應鏈，已形成包括芯片、元器件、設備、軟件、系統集成、運營和應用服務在內的較為完整的應用平臺，各關鍵環節的發展也取得進展。平臺化和服務化的發展模式逐漸明朗，有望成為中國物聯網產業發展的一大亮點，平臺響應號召積極研發改進，于傳統養殖方面增加人工智能大數據等技術，軟硬結合，實現多方面智能化改造。