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基于奶牛数字孪生体的精准养殖手艺与装备研究
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1基本情形
1.1单位简介
88858cc永利官网建设于2007年，是南京新经济十大领军企业之一、江苏省大数据工业手艺立异战略同盟副理事长单位、国家高新手艺企业__。近年来_____，肩负了国家863“数字化奶牛信息化平台建设”项目、国家重大奶业专项项目“北方大都会奶业现代化手艺集成与树模”工程、国家948项目“天下种猪遗传评估中心网络治理系统”、“肉用种羊遗传评估系统”、“水产动物遗传评估系统”等重大项目的应用及推广__。其中_____，我司自主研发的“中国奶牛生产性能测定剖析系统（CNDHI）”被中国奶业协会认定为行业标准软件__。__
__1.2案例配景先容
本项目针对奶牛智能养殖中保存的心理与行为数据收罗类型不富厚，收罗数据剖析奶牛康健与生产性能指标的模子不完善，剖析指标对奶牛精准饲喂、精准滋生治理、精准康健治理与情形精准调控等生产运动的指导不明确等问题，通过养殖多维数据收罗、心理行为剖析模子、生产计划数字仿真及人机交互虚拟现实等手艺研究，将奶牛心理行为、生产历程及养殖情形的数字化信息映射到虚拟空间，形成数据驱动、实时反响、模拟推演、以虚控实的奶牛数字孪生体。
1.3解决思绪
（1）基于多传感的奶牛养殖信息收罗手艺与装备研究
针对养殖场情形重大、多变，奶�Ｔ硕婺４蟮奶氐�，基于多传感器开发奶牛个体识别、奶牛体征信息（运动量、采食量、反刍、发情）、养殖情形（温度、湿度、大气压、光照强度、CO2、NH3、CH4、H2S）数据监测系统，研究现实养殖情形下的多目的奶牛自动检测、一连跟踪、行为剖析的机械视觉系统。
（2）基于数字孪外行艺的奶牛个体行为模子构建与剖析__
__研究奶牛场数字孪生体的数据融合手艺、表征信息剖析模子、养殖计划仿真模子及三维可视化模子，开发支持奶牛场海量数据一连流处置惩罚和流剖析的数据剖析平台；探索表征信息与生产性能指标间的因果关系模子，建设数据驱动、场景识别的奶牛营养－滋生－健保－情形治理影响康健－生产性能的仿真模子；制订奶牛数字孪生体的数据融合、指标系统与剖析模子相关手艺规范。
（3）基于奶牛数字孪生体的精准养殖手艺研究
基于奶牛数字孪生体构建养殖场精准饲喂系统、智能环控系统、精准滋生系统、康健监测系统。研发TMR饲喂装备控制器_____，实时调控奶牛饲喂量___；谀膛Ｌ蹇鲂畔____，建设“风机+喷淋”细腻化协同作业手艺模式__。精准展望奶牛的发情时间和阶段_____，提供准确的配种时间_____，降低PG、GnRH生殖激素用量_____，提高奶牛受胎率___；谀膛Ｒ斐Ｐ形远侗鹣兰膊 ⒅悴〉燃膊____，建设疾病预警系统_____，早发明早隔离早治疗_____，阻止群体疾病爆发__。__
__2场景解决
2.1立异亮点
（1）本项目基于多传感监测奶牛多维信息，综合传感器收罗的心理数据和视觉系统收罗的行为信息，基于多模子组合的数字孪外行艺，剖析心理行为数据与奶牛康健、生产性能的耦合关系，即可正向展现奶牛对养殖系统的顺应水平、又可反向拟合养殖系统参数调解对奶牛的影响等，为动物疾病预警、养殖情形反响调理提供低本钱、高精度的手艺计划。
（2）首创基于数字孪生的智慧畜牧治理平台研究，现在海内外在农业领域数字孪生的研究事情大多处在理论层面，或在实验室中开展手艺框架验证，本研究填补养殖领域的这项空缺，将数字孪生框架的典范要领与针对奶牛场养殖信息监测与情形智能控制相连系，并在规�；脸】故笛�，对养殖场实时展望和智慧决议工具举行刷新。
2.2焦点手艺
（1）奶牛数字孪生体架构和应用方面
①奶牛场数字孪生体的模子研建；
本项目以奶牛康健、生长和生产性能等主要指标的优化为目的，基于收罗数据驱动模子的头脑，一方面探索奶牛心理、行为表征信息与性能指标的关联关系，另一方面探索养殖生产中营养、康健、滋生和情形等因素的调控对性能指标的影响作用，数据模子的研建是焦点要害手艺问题。
②奶牛数字孪生体手艺框架清静台手艺；
数字孪外行艺在制造业初见效果，但在农业领域尚无乐成案例，手艺蹊径的选择清静台建设至关主要。除海内外平台厂商提供的商业化平台对农业场景支持不敷，本项目主要基于开源平台举行研究开发；
③基于数字孪生的奶牛精准养殖手艺与装备研究
本项目研究营养、康健、滋生和情形的精准管控手艺与装备，需要与多种现有的信息收罗装备和奶牛养殖装备举行集成，解决数据和装备的兼容性是要害问题之一，提高装备的可用性和可靠性是另一要害问题。
（2）奶牛检测、跟踪和行为剖析方面
①现有奶牛目的检测算法重漂后高、检测精度较低且易受开放式牛场情形和奶牛遮挡滋扰，怎样实现基于深度学习的轻量式、高精度多目的奶牛检测具有难度。
②多目的奶牛跟踪要领研究大都是基于古板算法，效果不稳固且需要人工干预举行要害参数的选取，缺乏智能化的在线奶牛多目的跟踪系统，怎样使用深度学习手艺，实现高效在线多目的奶牛的准确跟踪具有难度。
③奶牛运动行为识别算法大多研究特定行为且未思量到时间维度信息，仅使用帧图像举行分类，会造成行为误判断，且模子极重不易举行移植，怎样设计高效时空网络以实现自然场景下奶�；驹硕形淖既贰⒖焖偈侗鹁哂心讯�。
（3）奶牛心理信息监测装备与系统研发方面
①基于耳标的收罗器研发
收罗器接纳NTC热敏电阻作为温度传感器，通过优化结构计划传感器与皮肤充分接触，CPU通过差分比照要领经由高速模数转换芯片获得准确温度数据；三轴加速率传感器将一连的XYZ三轴数据缓存下来_____，缓存满数据后自动叫醒CPU读取数据_____，CPU通过卡尔曼、高斯等滤波算法比对特征波形获得牛只特征数据_____，通过自组网2.4G网络发送到现场基站_____，基站汇总数据后准时将数据发送给后台效劳__。__
__②奶牛心理信息监测系统研发
基于耳标收罗器和监测云平台建设奶牛心理信息监测系统。通过奶�Ｔ硕俊⑻晌浴⒎篡皇章奁鳎铀俅衅鳎┦凳笔章夼Ｖ辉硕ㄐ问�，温度传感器收罗体温数据并通过2.4G方法准时向监测云平台发送。云平台构建奶�Ｔ硕俊⑻晌浴⒎篡惶卣鞑ㄐ文Ｗ�。
2.3应用规模
本项目基于机械视觉和深度学习要领，研究奶牛场现实生产情形中个体跟踪、身份识别、信息获取和行为剖析等要害手艺，进一步将识别算法与边沿盘算装备整合，为奶牛心理与行为剖析的智能化提供理论和手艺支持。同时基于数字孪外行艺框架重构建奶牛细腻化养殖治理系统，增进奶业信息化和数字化建设，能够从基础上提高劳动生产率和畜牧企业的市场竞争力。
本项目的效果将信息手艺与奶牛养殖相连系，能够实现奶牛养殖各个环节的信息感知，准确相识奶牛生长情形情形和心理情形，精准监测奶牛发情期，实时掌握奶牛疾病水平，从而对奶牛举行细腻的个性化饲养治理，使奶牛养殖历程越发科学化、智能化和现代化，提高奶牛养殖的经济效益和生产水平。
3应用效果
3.1投入产出情形
项目实验初期，树模牧场全群3100头，其中成母牛1730头。项目实验时代，通过本项目的数字孪外行艺立异与集成，实现牧场以“奶牛福利、生态循环”为养殖理念，提供高端、优质、清静的质料奶，通过差别化的优质乳产品供应，实现降本增效，每年将新增经济效益612万元。
3.2经济社会价值
3.2.1经济效益
通过生态化、标准化及智能化手艺立异与集成，实现牧场以“奶牛福利、生态循环”为养殖理念，生产高端、优质、清静的质料奶，加工销售优质乳产品，每年将新增经济效益1540.5万。项目区成母牛单产10吨以上，平均每头成母牛新增效益4270元。
3.2.2社会效益
通过研究基于数字孪外行艺的奶牛精准养殖模式，实现奶牛数字化精准养殖，提高牧场治理水平和奶牛生产性能，降低生产本钱，实现增产促效，有助于指导牧场生产高品质的奶源，增添牧场收入；提升乳制品生产历程中的清静意识，增强政府和社会各界对乳制品生产企业的监视治理，推进食物清静法的贯彻落实；关于偕行业企业具有很强的树模刊行动用，可有用改善和提高我国乳品整体质量清静水平，提升海内乳品的消耗信心与国际竞争力。
通过本项目实验，可以有用合理使用资源，镌汰污染物排放，转变我省奶业增添方法，实现奶业可一连生长，同时对偕行业企业具有一定的树模刊行动用，可有用改善和提高我省乳品整体质量清静水平。
3.3推广应用远景
本研究不但可以实现牛只信息获取数字化、提高养殖场事情效率和质量，并且富厚了基于数字孪外行艺的动物行为剖析理论和要领，可以作为其它动物行为剖析系统的蓝本。信息手艺与奶牛养殖的连系，能够实现奶牛养殖各个环节的信息感知，准确相识奶牛生长情形情形和心理情形，精准监测奶牛发情期，实时掌握奶牛疾病水平，从而对奶牛举行细腻的个性化饲养治理，使奶牛养殖历程越发科学化、智能化和现代化。在农业现代化生长的大配景下，对大数据资源的挖掘包括了诸多的信息，成为辅助人们准确决议的依据，种种传感器、机械人及智能装备替换人们或许成为未来奶业的主角。数字化信息手艺在奶业中的应用有助于镌汰生产本钱、提高生产效率，对奶牛的康健生长、工业的可一连生长及奶牛福利的改善起到起劲的推行动用。因此，开展本项目研究不但具有主要的理论意义，并且具有辽阔的应用远景。
泉源：中国畜牧业协会智能畜牧分会
