基于大數據技術的智能養殖平臺的通信設計與實現探析

摘要：旨在探討大數據技術下的智能養殖平臺建設，通過研究與分析平臺設計與實現，展現平臺應用價值。結合某養豬場案例簡要分析了智能養殖平臺通信功能與整體設計，首先，簡要分析如何設計智能化養殖平臺，實現平臺高效應用；其次，重點闡述平臺設計要點，并結合養殖場示范測試情況明確智能養殖平臺的重要性。測試結果表明，各個養殖場日常管理更為有序，生豬日常飼喂、防疫管理等管理水平顯著提升。由此可知，構建智能養殖平臺對畜牧產業發展大有裨益。

關鍵詞：大數據技術智能養殖平臺通信功能通信設計與實現

中圖分類號：TP311.1

AnalysisofCommunicationDesignandImplementationofIntelligentFarmingPlatformBasedonBigDataTechnology

MOZhongkaiLIHaiqiang

GuangxiCityVocationalUniversity，Chongzuo，GuangxiZhuangAutonomousRegion，532200China

Abstract：ThispaperaimstoexploretheconstructionofintelligentfarmingplatformunderBigDatatechnology，andshowstheapplicationvalueoftheplatformthroughresearchandanalysisofplatformdesignandimplementation.Thecommunicationfunctionandoveralldesignofintelligentfarmingplatformarebrieflyanalyzedbasedonapigfarmcase.Firstly，itbrieflyanalyzeshowtodesignintelligentfarmingplatformandachieveefficientplatformapplication.Second，itemphasizes thekeypointsofplatformdesign，andclarifiestheimportanceofintelligentfarmingplatformincombinationwiththedemonstrationandtestoffarms.Thetestresultsshowthatthedailymanagementofeachfarmwasmoreorderly，andthemanagementlevelofdailyfeedingofpigsandepidemicpreventionmanagementwassignificantlyimproved.Itcanbeseenthattheconstructionofintelligentfarmingplatformisofgreatbenefittothedevelopmentoflivestockindustry.

KeyWords：BigDatatechnology;Intelligentfarmingplatform;Communicationfunction;Communicationdesignandimplementation

大數據技術在各行各業的應用逐漸廣泛，基于大數據技術的智能化養殖系統既可實現牲畜養殖精細化管理，也可進一步提升養殖效率與養殖質量。智能化養殖系統可精確監測與控制場內現狀，實時查看牲畜生長現狀，一旦發現異常即可發出預警，養殖人員可及時針對牲畜異常癥狀判斷是否患得疾病，防止病菌擴散影響其他健康牲畜。

1智能養殖平臺通信功能分析

為提高某豬場養殖管理水平，相關人員需要引進智能養殖平臺通信，利用大數據技術實現科學管理。基于大數據技術的智能養殖平臺通信功能包含以下幾類內容。

（1）數據收集[1]。如收集豬群疫苗注射情況、進場豬群健康情況等。（2）無縫通信。也被稱為“全IP通信”，通信系統可根據用戶需求不斷切換網絡，管理者在切換網絡時基本感覺不到卡頓等現象，即實現了無縫連接另外一個網絡。日常管理豬場豬群過程中，管理者也可省去后顧之憂（網絡不通暢造成系統運行故障，無法實時查看豬群生長情況等），全方位無時限完成智能管理。（3）遠程監控。該功能可保證養豬場工作人員實現遠距離監控，利用安卓/IOS收集、計算機、平板等電子產品全面掌握豬場內部情況，通過查看豬群養殖可視化信息，允許主動干預與生產力的有效提升。

2智能養殖平臺通信整體設計

2.1平臺應用需求分析

設計智能化養殖平臺前，必須全面分析養豬場實際需求。畜牧產業發展歷程中，因技術融合差造成產業管理方式落后混亂，使產業核心競爭力逐步下降，不利于產業健康持續發展。因此，在建設養豬場智能養殖平臺前，養殖人員需要先了解場地管理需求，以保證平臺建設的科學性與合理性。

由于豬產業基礎薄弱，且其轉型速度較為緩慢，可將物聯網與計算機技術高度融合于平臺建設中，結合豬場養殖情況構建完善的大數據基礎信息資源庫。針對養殖過程中生成的多源數據信息完善平臺內容。建立多個管理平臺，以便養殖人員快速查看相關信息，實時掌握豬只生長情況。

（1）檔案管理平臺。該平臺主要存儲豬只信息，養殖人員可在該功能處查看豬只養殖詳細信息，如入場時間、品種等；（2）防疫管理平臺。統計記錄豬只疫苗接種數據，養殖人員可定期查看疫苗注射情況，保證疫苗注射的穩定性與有序性；（3）育種管理平臺。該管理平臺主要記錄豬只育種配種全過程數據信息，養殖人員可在育種時查看相關信息，以提高豬只繁殖率，為養殖場創收更為可觀的經濟效益；（4）環境管理平臺[2]。該管理平臺主要對豬廄內部環境指標進行實時監測，養殖人員可以根據數據信息反饋內容了解環境管理情況，針對性制定管理整改計劃，以保證豬廄干凈整潔；（5）行為管理平臺。該管理平臺可利用AI監控設備完成高效管理，對豬場不同區域的豬只行為進行全方位監測，如發生異常行為，云視頻平臺會發出預警，通過實時報警提醒養殖人員豬只異常。該功能可有效避免養豬場豬只大批量患病，保證豬只健康的同時減少不必要成本支出。

2.2平臺架構設計

結合豬只養殖需求設計幾個智能養殖平臺的板塊。

2.2.1設備層

采集網絡渠道可分為3類：全覆蓋養殖大數據、立體化養殖大數據以及人機協同。數據采集豬只個體數據、環境指標、馴豬信息等。其中，環境數據采集主要利用智能傳感器完成；豬只行為采集主要利用AI攝像頭完成；豬只不同生理指標主要利用穿戴式設備完成；豬只基礎數據主要利用移動終端收集完成。

2.2.2數據層

該智能養殖平臺通過采集豬只養殖全過程信息，構建分類存儲數據庫，為平臺建設提供真實可靠的數據基礎[3]。采用無線網絡或者5G網絡，快速傳輸養豬場全域物聯網數據，將數據匯聚為多源異構養殖資源，屬性可為結構化或非結構化，收集至平臺后再分類至不同大數據平臺數據庫。關于豬只養殖數據的類別可分為三類：第一類為“基礎”，也即豬只基礎信息，如豬只姓名、芯片號碼、豬只品種、豬只性別、豬只血統等，在移動端處錄入豬只基礎信息；第二類為“動態”，也即豬只行為動態信息，采用傳感器、穿戴式設備以及移動端信息實時錄入；第三類為“預警”，也即預警豬只異常行為。采用常規氣體監測傳感器和AI監控攝像頭收集數據：濕度、氨氣、光照、豬只日常行為等。

2.2.3數據處理層

數據處理層主要針對現有數據進行處理與清洗，以保證智能養殖平臺數據真實可靠。數據清洗與處理內容如下。

第一，數據去重。基于排序去重方法，對數據集合數據進行排序，之后確定相鄰數據是否一致。如數據相同，則代表其為重復數據，可使用去重處理功能處理數據；第二，異常值處理。該環節的數據處理方法為Z-Score，通過集合計算數據，得出數據與均值差值。用差值除以數據集合標準差算出Z-Score數值。如最終數值大于某一閾值，則代表數據異常，可處理該數據；第三，數據格式化。該項數據功能主要分為多種格式化內容：數字、日期、時間、百分比、文本以及自定義。

對養豬場豬只數據進行清洗與處理后，可將數據傳送至數據存儲與管理系統。利用數據分析與數據挖掘功能，完成不同階段的數據處理：（1）聚類分析；（2）趨勢預測；（3）決策分類；（4）模式識別。通過數據分析與挖掘，建立4個數據庫如下。

第一，基本信息數據庫。主要用來存儲豬只基礎信息。第二，防疫管理與育種管理數據。主要用來存儲日常防疫與日常飼喂信息。第三，豬只行為數據庫。主要用來存儲豬只日常動態數據。第四，養殖環境數據庫。主要用來存儲養殖場內部情況（如豬廄基礎設施是否可正常使用等）數據。

2.2.4應用層

智能養殖平臺應用層基礎為處理層形成的數據，其建設目標為養豬場多樣化需求。結合大數據技術內容，為數據驅動智能決策提供可靠支持。創建多個應用工具，如用戶應用工具、儀表板工具以及可視化工具，為養豬場養殖人員制訂更具個性化與針對性的養殖計劃[4]。平臺可根據資源預測市場需求，生成數據報告以供參考。大數據可視化平臺中的信息管理系統可高效管理養豬場，環境監測系統則可實時監測養豬場內部豬只行為，實現一級監測。

3智能養殖平臺通信設計要點

3.1硬件設計

硬件設計可分4個模塊，具體敘述如下。

（1）傳感器節點。傳感器主要用來采集養殖環境中的不同數據指標，如豬只飼喂數據、豬只日常行為數據。使用不同類型的傳感器，可滿足不同數據采集需求。（2）網絡通信模塊。主要傳輸傳感器節點收集信息，通信形式包含Wi-Fi/LoRaWAN/NB-IoT等。（3）中央控制中心。主要接收、存儲以及處理數據信息，數據內容來源為處理傳感器。收集數據還可實現數據分析與數據支持功能。（4）數據可視化界面。利用圖表和報表處理分析數據，并將其展示給養殖場工作人員，幫助用戶了解養殖環境變化趨勢與變化狀態。

3.2通信接口模塊設計

利用ARM+FPGA架構在芯片內搭建千兆以太網模塊，傳輸速度主要可分為兩種：一種為640Mb/s；另外一種為870Mb/s。利用FSMC總線完成芯片間通信功能，發揮ARM在控制方面以及FPGA擴展與處理優勢，構建智能養殖平臺通信接口模塊。外部數據可從千兆網口進入FPGA解包，利用FSMC總線傳輸至ARM處理信息，下行數據主要從ARM渠道發出，在FSMC總線進入FPGA中打包，結合命令從相應通道向外發送數據。

3.3消息隊列設計

消息隊列屬于存放消息的容器，養豬場養殖人員在使用所需數據時可在平臺中找到相關信息，作為豬場管理決策參考依據。在智能養殖平臺中設計消息隊列，既可提高系統性能，也可降低系統耦合性。建立消息傳遞模型與消息排隊模型，在分布式環境下提供多種功能：應用解耦功能、冗余存儲功能、彈性伸縮功能、流量削峰功能、異步通信功能、數據同步功能等，作為分布式系統架構中的重要組件，設計時可結合實際應用需求，選擇合適的消息隊列模式。平臺建立可使用Redis列表，將需要延后處理的結構體系按照順序化成字符串形成列表。另外一個線程可從列表輪詢數據中處理。如需要將一份消息數據發送給多個接收者，可創建單獨隊列多份發送，但該方法空間占據過大，可利用“發布—訂閱”模型快速發送所需數據信息。基于“發布—訂閱”模型，存放數據消息的容器變成主題，訂閱者接收消息之前必須訂閱該主題，以該種形式收取全量信息。

3.4通信協議設計

設計智能養殖平臺的核心要求為解析效率、可擴展與可升級。設計細節分為五類：數據幀完整性判斷、序列化和反序列化、協議升級與兼容性、協議安全以及數據壓縮。協議設計目標如下。

（1）解析效率。基于高并發場景，可確定使用協議CPU成本。（2）編碼長度。可確定協議網絡帶寬與存儲成本。（3）容易實現。滿足協議需求即可；（4）可讀性。確定使用協議的調試和維護成本。（5）兼容性。協議可升級，明確使用協議的雙方是否可完成獨立升級或增減協議字段。（6）跨平臺語言。協議使用任何語言完成。使用Windows時用C++；使用Web時用Js。（7）安全可靠。防止養殖數據信息泄露。協議設計時，應注重消息邊界內容，明確方式界定消息邊界；開展版本區分，明確版本號擺放位置；合理區分消息類型，對應不同業務設計，如豬群基本信息、豬只行為等。

4智能養殖平臺通信設計實現測試

引進該智能養殖平臺前，提前測試其應用效果，實現全平臺應用。試行以來該平臺運行穩定，可滿足養豬場業務需求。根據平臺設計要求與應用指標，開發完成不同功能：第一，專家以及技術人才庫與養殖場（戶）信息庫；第二，大數據采集與管理平臺；第三，生豬及其產品交易電商微信端；第四，手機端（WAP版）服務平臺等技術指標。

平臺示范應用時間為5個月，選擇49戶養殖場作為平臺測試示范基地。通過平臺測試采集服務效能數據。母豬飼喂場共有21戶，育肥豬養殖場共有28戶，覆蓋生豬總存欄達到17834頭[5]。智能養殖平臺示范應用期間，共有15名畜牧專家可提供在線服務，養殖戶遇到養殖問題時可實施在線咨詢，以防止生豬出欄率下降。利用平臺管理工具錄入生豬養殖日常信息，即可自動處理數據，同時針對生豬生產周期與邏輯生成生豬養殖關鍵節點信息。養殖戶可在該平臺提醒養殖戶及時執行關鍵任務，如母豬生產分娩時間、防疫管理等。位于一線的養殖人員需要利用該平臺管理數據錄入生豬信息，待其生成任務單后及時提醒養殖人員在規定時間內完成養殖任務。主要養殖任務可分為分娩任務、斷奶任務、防疫任務、出欄任務以及消毒任務5種。提醒注意事項：生豬耳牌及其欄位信息、任務事項以及任務完成時限。示范應用養殖場在該平臺下成為智慧牧場，其生豬全流程管理與疫病處理能力也會隨之發生變化。

智能養殖平臺測試應用結果表明，各個養殖場日常管理更為有序，生豬日常飼喂、防疫管理等管理水平顯著提升。

5結語：

大數據時代下的智能養殖平臺構建可促進養殖場實現高效管理，養殖場應積極引進智能養殖平臺提高飼喂管理水平。在日常應用中，結合養殖場規模大小與實際需求更新與優化系統平臺，在實現平臺建設應用價值。技術加持下，不斷強化養殖場內部管理，促進經濟效益的進一步增長。

參考文獻

[1] 劉同來，徐立恒，赫敏，等.基于人工智能的肉雞養殖信息化服務平臺設計[J].農業與技術，2024，44（1）：32-37.

[2] 張遠民，廖愈樂，黃勇，等.基于深度學習網絡的智能養殖AI算法服務平臺構建方法[J].通信與信息技術，2023（6）：125-127.

[3] 溫希軍，周喜榮，王瓊，等.智能化養驢場管理平臺建設的探索與實踐[J].福建畜牧獸醫，2022，44（3）：29-30.

[4] 鄭澤林，曹貴方.電子信息技術在智慧養殖業中的應用[J].畜牧獸醫雜志，2024，43（2）：59-61.

[5] 劉嚴紅，曹克濤，陳新文，等.豬智慧養殖大數據平臺設計與實現[J].農業大數據學報，2023，5（3）：93-103.