畜禽物聯網概述第1章1.1畜禽物聯網的概念1.2畜禽物聯網網絡架構 1.3畜禽物聯網關鍵技術 1.4畜禽物聯網的主要應用場景 1.5畜禽物聯網相關政策 1.6畜禽物聯網安全

1.6.1畜禽物聯網安全問題

1.6.2畜禽物聯網安全關鍵技術

1.1畜禽物聯網的概念1.物聯網物聯網（InternetofThings，IoT）這一概念由美國麻省理工學院的KevinAshton教授于1999年提出，最初是指基于射頻識別（RadioFrequencyIdentification，RFID）技術的物流網絡，后來逐漸演變為一種涵蓋信息感知、傳輸、處理和應用的跨領域、跨學科的綜合性技術體系。2.畜禽物聯網畜禽物聯網指將物聯網應用于畜禽業領域，包括畜禽養殖、養殖設備管理、畜產品加工、畜產品流通以及銷售管理等所有環節，集信息感知、無線傳輸、智能處理、預警發布、決策支持、遠程自動控制等功能于一體。通過傳感器感知、無線視頻監控、北斗/GPS定位、區塊鏈、人工智能、云平臺大數據等方式獲取與養殖環境、畜禽生長狀況、養殖設備運行、畜產品加工、畜產品流通等相關的信息；以無線傳感網絡、移動通信網絡等作為信息傳輸通道完成對信息的可靠傳輸；數據經融合處理得出后，依據數據處理結果在終端管理平臺對環境、畜禽、設備、畜產品等進行科學管理，推動畜禽生產科學化、生產設備智能化、技術操作自動化、管理決策信息化，進而實現畜禽業優質、高產、高效、安全的發展目標。1.2畜禽物聯網網絡架構畜禽物聯網網絡架構如圖1-1所示，它包含感知層、傳輸層、處理層和應用層。感知層利用傳感器、攝像頭、RFID、北斗/GPS、RS、二維碼等技術采集畜禽養殖場景的各種信息，包括環境條件、畜禽體征和產品狀態。傳輸層通過網絡基礎設施實現感知層數據向處理層的傳遞，利用ZigBee、Wi-Fi、RFID、藍牙等進行近距離傳輸，而GPRS、LoRa、4G、5G等用于遠距離傳輸。處理層接收數據進行存儲和分析，運用云計算、數據挖掘和視覺信息處理等關鍵技術，以滿足應用層各種需求。應用層直接服務終端用戶，構建環境監測、畜禽養殖、疾病診斷、畜產品溯源等具體應用服務系統，為畜禽產業提供全方位支持。1.2畜禽物聯網網絡架構圖1-1畜禽物聯網網絡架構1.3畜禽物聯網關鍵技術1.感知技術信息感知是實現畜禽物聯網智能信息化的基石。通過傳感器、無線視頻監控、紅外探測、北斗/GPS等技術，建立監控網絡，收集畜禽養殖環境和生長信息，為信息傳輸、處理和應用提供原始數據，準確反映畜禽生產情況。2.通信及網絡融合技術畜禽物聯網利用通信和網絡融合技術，實現多源異構數據的實時傳輸，確保傳輸過程不受干擾，為進行智能化分析打下基礎。短距離無線通信技術（如WLAN、ZigBee、RFID和藍牙）以及廣域網通信技術（如4G/5G移動通信、衛星通信）共同將信息傳輸到遠程服務器。網絡融合技術根據實際應用情況，采用靈活有效的組網方式，確保不同類型網絡的順暢融合。3.信息處理技術畜禽物聯網數據具有多源異構、跨平臺和跨系統等特點，傳統技術難以處理這些數據。云計算、數據挖掘、優化算法和機器學習等技術為畜禽物聯網數據處理提供支持。通過智能處理和分析海量數據，最終構建應用系統，滿足畜禽生產管理的需求。1.4畜禽物聯網的主要應用場景畜禽物聯網是現代化畜禽業發展的重要支撐，能為解決畜禽業痛點提供動力，為畜禽業打造增值空間。畜禽物聯網的主要應用場景包括：（1）環境監測使用各類傳感器監測畜禽養殖環境，實時獲取溫度、濕度、CO2、NH3、H2S和PM2.5等參數。通過無線或有線網絡傳送數據到處理中心，分析畜禽與環境關系，為調整養殖環境提供依據。（2）設備智能控制基于傳感器采集的環境和畜禽信息，系統自動發送指令給環境調節設備和飼喂設備，創造適宜畜禽生長的條件，增加養殖量、調整生長周期、降低人工成本。（3）生長監測通過傳感器、紅外探測器和攝像頭等監測設備，實時監測畜禽的生命體征和行為狀態。數據和視頻在系統管理平臺顯示，供養殖人員調整養殖環境，滿足畜禽生長需求。根據畜禽的實際情況，調整養殖方式、管理程序，實現標準化養殖。（4）個體編碼標識使用RFID芯片對畜禽個體進行編碼標識，將相關信息寫入芯片中，包括畜主信息、生理特征、養殖和免疫記錄等。養殖人員通過無線手持終端讀取RFID芯片信息，實現對個體的精準管理，也可投入畜產品溯源系統，實現畜產品質量安全溯源。國內企業已自主生產RFID芯片，打破了進口壟斷，降低了使用成本。1.4畜禽物聯網的主要應用場景（5）異常報警物聯網管理平臺與傳感器和環境調節設備連接，當傳感器數據超過設定范圍，預警系統通過短信或郵件發送報警，提醒養殖人員及時發現異常，分析原因并采取處理。系統還可根據報警信息智能控制環境設備，調整養殖環境。（6）數據分析與預算物聯網系統實時采集畜禽養殖過程數據，包括環境參數、生長情況、成本等，自動處理、分析和預算，生成直觀的圖表和報告。這些數據為環境調整、飼料和種源選擇提供參考。專家診斷系統通過感知設備分析畜禽生理狀況，提供健康問題的判斷和處理建議。（7）畜產品溯源利用物聯網技術對畜產品進行獨立標識，監控產業鏈每個環節，形成雙向質量追溯體系。消費者通過掃描溯源碼或查詢網站獲取畜產品詳細信息，監管部門和生產企業也可使用這種方式獲取溯源服務，確保畜產品質量安全。1.5畜禽物聯網相關政策2020年9月，國務院辦公廳發布了《關于促進畜禽業高質量發展的意見》。文件中提出要提升畜禽業信息化水平，應用大數據、人工智能、云計算、物聯網、移動互聯網等技術，智能化養殖環境調控、畜禽精準飼喂、疫病監測、畜產品追溯、市場動態跟蹤等方面。同時，加強畜禽業信息資源整合，推進養殖檔案電子化和全產業鏈信息化閉環管理，支持第三方機構以信息數據為基礎提供技術、營銷、金融等服務。早在2010年，國家商務部在十個地區進行了肉類蔬菜流通追溯體系建設試點，并頒布了《全國肉類蔬菜流通追溯體系建設規范（試行）》。文件推動了肉類蔬菜流通追溯體系試點建設，明確了試點工作任務和要求，規范了建設目標、基本原則、總體框架、追溯流程等方面的內容。其主要內容包括：1.建設目標在法規標準范圍內和發展現代流通方式的基礎上，憑借信息技術手段建設肉類蔬菜流通追溯體系。該追溯體系以中央、省、市三級核心追溯管理平臺連接生豬屠宰、批發、零售、消費各環節的追溯系統，重點保障追溯鏈條的完整性，實現肉類蔬菜來源、去向及責任主體的可追溯，讓政府、行業、消費者共同參與食品安全保障過程。2.基本原則肉類蔬菜流通追溯體系建設基本原則涉及技術標準、技術模式、交易流程、目標制定四個方面。（1）技術標準。規范要求全部追溯體系建設試點城市應遵循商務部制定的統一標準，在追溯采集指標、編碼規則、傳輸格式、接口規范、追溯規程五個方面保持一致，為信息互聯互通提供保障。（2）技術模式。綜合考慮技術成熟度和成本控制難度，主要以IC卡作為追溯信息傳遞載體，實現各流通節點的信息關聯。同時鼓勵各地區結合其實際條件，探索多元化的信息采集及傳遞模式，如RFID、CPU卡、條碼等，形成符合個體情況的信息化解決方案。1.5畜禽物聯網相關政策（3）交易流程。推進交易流程信息化，如實行電子化結算，推行索證索票、購銷臺賬制度的電子化，建立法規制度加強對市場主體的管理，經營者提高經營管理自律水平，為行業管理和執法監管提供支撐。（4）目標制定。以升級追溯技術、擴大追溯體系覆蓋面為主要目標，在現階段的追溯體系建設過程中構建合理的技術架構，預留技術升級空間，同時加快發展現代流通方式，將流通環節一并納入追溯體系。3.總體框架整個肉類蔬菜流通追溯體系包含生豬來源、生豬屠宰、肉菜批發、肉菜零售、肉菜消費環節追溯子系統，城市追溯管理平臺，省級追溯管理平臺（視實際情況建設），中央追溯管理平臺，追溯信息逐級傳遞。肉類蔬菜追溯體系總體架構如圖1-2所示。圖1-2肉類蔬菜追溯體系總體架構（1）中央追溯管理平臺。中央追溯管理平臺作為追溯體系運行指揮調度中心、試點城市間的信息交換中心和全國追溯信息集中管理中心，發揮全國流通節點主體信息匯總、各試點城市追溯信息匯總、試點城市管理考核、全國追溯信息綜合分析利用、公共信息服務提供的功能。（2）省級追溯管理平臺。省級追溯管理平臺負責監控本省試點城市追溯體系運行情況，承擔全省追溯數據匯總、相關數據開發利用、城市監督考核的功能。該平臺建設與否取決于省內追溯體系建設城市數量和實際工作需求。（3）城市追溯管理平臺。城市追溯管理平臺作為城市追溯信息的集中管理中心和追溯體系運行控制中心，與中央、省級追溯管理平臺以及各流通節點追溯子系統互聯互通，具備匯總全市流通節點主體信息、匯總全市追溯信息、支持應急事件快速處置、監控管理各流通節點、綜合分析利用城市追溯信息、提供綜合信息服務的功能。（4）流通節點追溯子系統。流通節點追溯子系統包含生豬屠宰環節追溯子系統、肉類蔬菜批發環節追溯子系統、肉類蔬菜零售環節追溯子系統、消費環節追溯子系統、“產銷對接”核心企業追溯子系統，與城市追溯管理平臺連接，發揮規范各個環節交易流程的作用。1.5畜禽物聯網相關政策1.5畜禽物聯網相關政策4.追溯流程（1）生豬屠宰環節追溯。該追溯環節以移動式或固定式追溯信息讀寫機具作為信息錄入設備，覆蓋生豬進廠、屠宰、檢疫、檢驗、肉品出廠等重要環節。（2）肉類蔬菜批發環節追溯。該追溯環節以移動式追溯信息讀寫機具為錄入設備，以智能溯源秤或標簽電子秤作為輸出設備，覆蓋肉類蔬菜進場、監測、交易、結算等關鍵環節。（3）肉類蔬菜零售環節追溯。該追溯環節以智能溯源秤或標簽電子秤作為信息對稱控制手段，包含入場攤戶備案、肉類蔬菜入場確認、肉類蔬菜檢測登記、肉類蔬菜交易打單、信息傳送等環節。（4）消費環節追溯。該環節主要承擔消費者信息查詢和團體消費管理功能，消費者信息查詢通過在零售市場安裝專用查詢終端，開通短信、互聯網、熱線電話等查詢通道得以實現；團體消費管理的核心是進貨驗收。（5）“產銷對接”核心企業追溯。“產銷對接”核心企業主要指全產業鏈企業、配送企業等，按照統一技術標準，采集肉類蔬菜流通信息，按要求在規定時間內傳送至城市追溯管理平臺。1.6畜禽物聯網安全1.6.1畜禽物聯網安全問題物聯網在畜禽業中涉及多種智能終端，用于實現畜禽間的通信。畜禽物聯網的安全基于整體架構，涉及感知層、傳輸層和應用層的安全保障。具體包括確保實體設備的安全、維護信息傳輸和網絡融合的穩定性、保障信息的完整性和機密性，以及保持應用系統的可靠性和容錯性。1.感知層的安全物聯網信息采集是信息應用的前提，畜禽物聯網通過感知設備如傳感器、攝像頭、RFID、GPS等收集外界信息。這些設備以多源異構、相互獨立而相互關聯的節點形式廣泛部署，功能相對單一，能量有限，缺乏防護體系，易受攻擊。為保障感知節點免受外界攻擊，需要建立安全防護機制。同時，在自組網內部的信息傳輸也需要設立標準以確保安全。在設備的物理安全方面，需防止設備被畜禽破壞、受電磁干擾、腐蝕，提高環境可靠性，防盜和防人為破壞。1.6畜禽物聯網安全2.傳輸層的安全傳輸網絡正常進行信息傳輸是實現數據處理和應用的前提。雖然安全防護機制提高了傳輸網絡的安全性，但可能面臨分布式拒絕服務攻擊（DDoS）和數據流失等問題，特別是在畜禽物聯網規模和集群部署方式的影響下。不同網絡架構之間的信息傳遞可能涉及協議轉換、跨網認證等安全問題。此外，傳輸層還可能受到非法接入、數據竊取和病毒入侵等威脅。3.應用層的安全畜禽物聯網應用層直接服務終端用戶，負責分析、處理接收到的信息，并進行決策和應用。在應用層安全方面，關鍵是確保數據庫內的數據安全。這包括設置嚴格的訪問權限以保護共享數據、保障登錄系統用戶隱私信息安全、完善系統認證機制以強化對身份認證的審核和控制，以及保護應用系統及軟件的知識產權免受侵犯。1.6畜禽物聯網安全1.6.2畜禽物聯網安全關鍵技術1.認證技術在畜禽物聯網中，身份和消息是關鍵認證內容。身份認證主要在感知層和應用層進行，是維護信息安全的首要防線，也是應用層安全的基礎。通常使用特定信息、物品或生物特征進行身份認證，確保訪問者具有可對應的物理身份和數字身份，為終端用戶安全接入提供保障，防范非法訪問。為防止消息在傳輸中被偽造、篡改，保護通信雙方免受攻擊，需要進行消息認證。消息認證通常通過消息加密函數、消息認證碼（MAC）或散列函數實現，其中基于散列函數的方式廣泛應用且效果理想。通過散列函數將原始消息轉換成唯一對應的消息摘要，接收消息時驗證兩者是否對應，以判斷消息是否被破壞。消息摘要的生成和驗證能有效鑒別消息的完整性和真實性，從而防范攻擊。1.6畜禽物聯網安全2.加密技術數據加密是信息轉換的過程，通過加密使數據失去可識讀性，解密則還原數據的意義，整個過程由密鑰控制。加密技術主要有對稱加密和非對稱加密。對稱加密使用一種密鑰，效率高但需注意密鑰安全；非對稱加密使用公私密鑰，提高保密性，但對硬件要求高。在畜禽物聯網中，加密技術滿足信息完整性、真實性需求。感知層設備計算和存儲有限，采用輕量級加密算法，如Hash函數、循環冗余校驗、混沌加密、隨機數生成器。雖然這些輕量級加密方案已有一定效果，但仍有進一步發展的空間。1.6畜禽物聯網安全3.檢測技術物聯網網絡攻擊通常隱蔽，可在不被察覺的情況下損害消息機密性和系統可靠性。除了使用認證和加密技術被動防護外，主動檢測也至關重要。檢測技術通過評估系統完整性、檢查系統活動和發現系統弱點，能有效排查非系統用戶入侵、非法使用信息資源和系統用戶越權操作等問題。在畜禽物聯網中，可通過監測網絡流量對主要節點進行檢測，對其他節點可發送探測包并分析反饋消息，防范節點被惡意控制發送虛假信息。4.容錯技術畜禽物聯網設備能量有限，常受惡劣環境影響，容易受損。系統節點眾多，異構網絡使數據處理復雜，可能面臨設備故障、程序漏洞和系統攻擊。數據量大、應用多樣，系統需具備容錯技術以提高自愈能力。容錯方式包括入侵響應和錯誤掩蓋，其中入侵響應減少對系統的干擾，錯誤掩蓋利用冗余資源掩蓋系統錯誤的影響。在畜禽物聯網中，應根據實際應用環境選擇適當的容錯技術。為促進畜禽物聯網發展，需深入研究安全技術，設計安全架構，以滿足系統的安全需求。隨著技術進步和畜禽業規模化，物聯網在畜禽業中的應用將不斷擴大。畜禽物聯網的發展第2章2.1畜禽物聯網在國外的發展2.1.1草地畜禽養殖物聯網2.1.2設施畜禽養殖物聯網2.1.3國外畜禽養殖技術應用2.1.4國外畜禽相關企業及應用案例2.2國內發展畜禽物聯網的必要性2.2.1

國內畜禽業發展存在的問題2.2.2物聯網背景下我國畜禽業轉型升級的路徑

2.3畜禽物聯網在國內的發展 2.3.1畜禽業物聯網應用現狀2.3.2畜禽物聯網應用存在的問題2.3.3畜禽物聯網的發展方向

2.1畜禽物聯網在國外的發展2.1.1草地畜禽養殖物聯網在澳大利亞、新西蘭、加拿大、美國等草地資源充足、人口相對較少的國家，家庭農場是主要的畜禽業模式。采用傳感器、GPS、農牧業機械等智能技術推動草地畜禽養殖集約化發展，提高農牧民科技文化水平。澳大利亞以家庭農場為主，90%以上的農場屬于此類型。農場普遍使用農牧業機械完成生產作業，如牧草種植和畜禽養殖。家庭農場對人力依賴低，農牧民使用計算機進行生產自動化管理，采用太陽能電子圍欄劃定畜禽活動范圍，成本低效用高。澳大利亞家庭農場廣泛應用傳感技術，監測牧草環境、畜禽生長狀況、設備使用等。通過傳感技術實現設備的遠程操控、對畜禽進行實時追蹤、攝像監控和電子圍欄報警。政府利用遙感探測監測生態、土壤侵蝕等，構建信息化管理系統，支持科學決策和規劃。草地畜禽養殖的物聯網應用需要提高農牧民的科技文化水平。澳大利亞通過實用型農牧業教育和職業培訓，培養專業農牧民，同時推行遠程教育以滿足居住分散的農牧民的學習需求。2.1畜禽物聯網在國外的發展2.1.2設施畜禽養殖物聯網為適應土地、勞動力等畜禽業生產資源現狀，國外形成了三種設施畜禽養殖模式，如表2-1所示。表2-1國外的三種設施畜禽養殖模式國外設施畜禽養殖物聯網的特點是畜禽養殖的連續化、集約化和機械化。連續化通過環境監測、調節和自動控制等技術，維持每個畜舍或養殖場的適宜環境，確保畜禽養殖可以連續進行。集約化則通過物聯網等技術手段，嚴格控制養殖資源投入和組合，提高養殖質量，最大化效益。機械化體現在廣泛使用環境調節、自動喂料、清潔、擠奶和集蛋等機械裝置，以提高生產效率。設施畜禽養殖模式特點代表國家北美模式大規模化、工廠化美國、加拿大歐洲模式農牧結合程度高，適度規模化荷蘭、法國、德國亞洲模式發展家庭農場，適度規模化以色列、韓國、日本運用物聯網技術實現生產自動化，發展集約化經營；通過教育培訓提高農牧民文化程度和科技水平，使其有足夠的能力對畜禽業生產實施科學管理2.1畜禽物聯網在國外的發展在發達國家，設施畜禽養殖廣泛應用物聯網技術，包括養殖場管理、畜禽管理和畜產品安全管理。在養殖場管理方面通過視頻監控、傳感器等設備實時監測養殖場情況，保障資產安全；建立數據管理中心進行信息存儲和分析，提高管理水平。在畜禽管理方面，使用傳感器監測環境參數，遠程控制通風、供暖等設備，采用TMR系統和監測系統提高養殖效率和監測畜禽健康。在畜產品安全管理中，使用RFID標識畜禽身份，結合傳感器、GPS、視頻監控等技術記錄產品流通信息，實現全程數字監控。發達國家通過建立農業教育培訓體系，包括設施畜禽養殖專業課程、技術培訓班、農業實地培訓和遠程教育，提升養殖人員的管理水平。政府還通過財政補助和免費培訓支持農校，促進知識及技術的傳播。2.1畜禽物聯網在國外的發展2.1.3國外畜禽養殖技術應用畜禽養殖企業通常記錄出生數量、母體產仔數等基本數據，但較少關注實時變化的數據，如溫度、通風率、取水量、飼料消耗量等。這導致在生產系統運行和畜禽表現方面缺乏詳細記錄，同時處理和管理這些數據也存在難題。為了挖掘這些數據的價值，外國政府鼓勵養殖人員通過信息技術改善養殖條件，特別關注數據的收集、遠程監控以及在畜禽管理中的應用。環境監測系統、能源監測系統、無線生長監測系統、設備控制系統等是國外畜禽養殖領域常見的技術應用，監測所得的數據統一存儲在數據中心，據此對環境、畜禽、設備進行智能化管理。1.環境監測系統環境監測系統通過連續數據收集和監測，旨在提高畜禽養殖性能并降低成本。該系統收集和評估養殖環境數據，將結果以圖表形式展示，使養殖人員能夠實時查看溫度、濕度、通風率等參數的變化趨勢。數據自動分析通過互聯網進行，養殖人員可以通過智能設備進行遠程操作和實時評估養殖情況。2.能源監測系統能源監測系統通過監測能源消耗情況來判斷養殖環境的安全性。在每個養殖區域內安裝監視器，連接數據采集和存儲系統，以密切關注養殖過程的能源使用情況。能源監測結果可作為判斷通風效率和養殖環境安全性的依據，例如電量消耗與正常標準的差異可指示風機運轉異常。系統將自動發出警報，提醒養殖人員確認設備運行狀況和養殖過程是否存在危險。監測養殖過程的能源消耗有助于更準確地分配能源資源。2.1畜禽物聯網在國外的發展3.生長監測系統生長監測系統與環境監測系統相連接，獲取畜禽的生長狀態數據，通過互聯網傳輸這些數據供處理和分析。這能夠形成畜禽生長與環境之間的具體變化關聯曲線圖。通過增加數據量，提高關聯詳細程度，幫助養殖人員細致地調節養殖管理流程。這一系統不僅能為單個生產系統提供基準測試的數據，還通過集結所有數據，為整個畜禽養殖行業的發展提供了數據依據。具體而言，生長監測系統通過在畜禽身上放置傳感器監測生命體征和活動量等數據。此外，監測飲水量和采食量也是判斷畜禽生長狀態的關鍵因素。通過監控水表和螺旋鉆運行時間來采集飲水量數據，這種方法成本低且易于連接到過程控制器，提供實時連續的數據流。采食量數據通過監測螺旋輸送器的運行時間獲取，這反映了畜禽的飼料使用情況。一些農場也使用稱重傳感器來稱量飼料箱以獲取相關數據，盡管這種方式成本較高。飲水量和采食量之間存在一定的關聯，采食量下降時，飲水量也會相應下降。夜間水量消耗基本為零，異常變化可能提示供水設備故障或畜禽健康問題。通過監測這些數據，養殖人員可以預防潛在的健康問題，提前采取措施控制和減少其影響。2.1畜禽物聯網在國外的發展4.設備控制系統利用設備控制系統管理養殖設備，該系統通過無線技術與監測系統及養殖設備相連。監測系統負責采集、處理并傳遞數據，而設備控制系統則根據數據中心的信息和養殖需求來管理設備運行。用戶可以通過登錄設備控制系統實時查看設備運行情況，也可進行人工管理對設備進行調整。信息技術在畜禽養殖領域的應用為養殖人員提供了全天候精確觀測養殖環境和畜禽生長狀況的渠道，同時在異常情況發生時能夠及時發出警報。盡管養殖人員可能頻繁觀察和記錄養殖數據，但基于這些數據形成的養殖方案通常與實際需求存在較大差距。只有通過智能化系統進行連續、實時、精準的數據采集，才能有效地創建養殖生產的“平均曲線”，顯示每日監測數據的大致范圍。對于數據的最終解釋權歸養殖相關人員所有，因此養殖人員必須掌握相關的操作和分析技能。在國外，研發人員在設計計算機系統和養殖設備時，注重用戶友好性，使數據記錄和評估過程更加簡單易懂。這有助于提高用戶接受度，激發對智能養殖應用的持續投入。2.1畜禽物聯網在國外的發展2.1.4國外畜禽相關企業及應用案例1.英國Farmex公司Farmex成立于1980年，是英國生豬養殖智能控制市場的龍頭企業，創始之初的主要業務是向英國養豬戶提供通風系統，在發展過程中率先研發出了溫度控制系統和精密農業技術應用程序，在英國生豬養殖管理信息化領域處于領先地位。Farmex提供的產品服務有Dicam控制系統、BarnReport數據服務系統、自動稱重傳感器（growthsensor）、無線連接技術等。1）Dicam控制系統Dicam控制系統于1993年開發，由Dicam控制器、驅動器、傳感器、測試儀和定制的應用程序等組成。Dicam控制器可連接各種傳感器，切換或控制各種負載，因此可作為畜禽業生產過程的中心控制系統。通過Dicam系統，用戶可以控制生產過程中使用的所有傳感器、致動器、風扇、加熱器、阻尼器等設備。該系統廣泛應用于農業環境控制、農業大數據監測、異常報警通知等領域，例如控制生豬、蛋雞等的畜舍溫度以及土豆、谷物等的儲存設施溫度。在2018年11月的德國漢諾威國際畜禽展（Eurotier）上，Farmex展示了Dicam2二代控制系統，該系統于2021年投入商用。Dicam2系統在保持一代系統可靠性與兼容性的基礎上，還增加了空中編程（OTAP）功能，用戶無需使用傳統的顯示器旋鈕或控制器觸控板，即可通過智能手機或平板電腦等移動設備完成程序控制、更新、設置更改和數據調查等操作。這滿足了用戶遠程訪問和更加便捷地獲取與使用數據的需求。Dicam2系統的驅動程序更加復雜，支持無限切換負載類型、負載大小和負載復雜性，輸入與輸出能力大幅提高，硬件密度更低，網絡更加可靠，價格也更有競爭優勢。2.1畜禽物聯網在國外的發展2）BarnReport數據服務系統BarnReport系統已使用近20年，主要用于收集生產現場的溫度、通風、用水、電力、燃料、飼料等數據，生成畜舍環境和畜禽狀況的分析圖表。系統能夠自動發送報警信息，用戶可在PC端上遠程監控和分析畜禽養殖環境和生長情況，實時獲取畜禽體重增長率、飼料轉化率等信息，并導出數據圖表。用戶還可設置報警通知的間隔時間和報警信息接收權限。BarnReport系統收集的數據源自布置在生產站點的Dicam控制網絡，數據以小型增量壓縮文件的形式在Dicam系統與BarnReport系統之間傳輸，傳輸時間短、成本低。該系統為Dicam控制網絡提供大數據遠程分析和處理服務，并將結果交付給用戶。BarnReport數據服務系統頁面如圖2-1所示。圖2-1BarnReport數據服務系統頁面

2.1畜禽物聯網在國外的發展BarnReport系統只能在PC端運行，提供相對簡單的數據報告與圖表，而BarnReportPro系統的功能則更加豐富，且能夠在個人移動終端上運行。BarnReportPro數據服務系統頁面如圖2-2所示。圖2-2BarnReportPro數據服務系統頁面

BarnReport

Pro系統的主要功能模塊包括：（1）緊急報警（CriticalAlarm）。該模塊主要用于確保生產系統的安全。擁有訪問權限的用戶可以查看當前、歷史報警信息的內容，包括報警開始及結束時間、地點、具體問題、處理人、處理途徑等，用戶還可以修改報警設置，如事件優先順序、報警間隔、報警標準、通知權限等。（2）站點地圖（SiteMap）。該模塊中顯示了畜舍各區域實時發生的事件。SiteMap中的符號都有其特定的含義，代表了溫度、余水量、畜禽的數量、各種傳感器或儀表的運行狀況等信息。SiteMap功能示意圖如圖2-3所示。2.1畜禽物聯網在國外的發展圖2-3SiteMap功能示意圖（3）動態數據圖表（ActiveCharts）。該模塊提供溫度、進料量、用水量、畜禽重量等數據的圖表分析與查看功能，包括歷史數據和當前數據。（4）動物生長趨勢（TrackGrowth）。該模塊用于監測畜禽的體重變化情況，提供重量數值的趨勢圖表。用戶可以查看當前數據和歷史數據，訪問生產站點，查看畜舍情況，自主管理飼養分組。（5）數值評估（BetterScore）。室溫、用水量、飼料用量等的變化會對畜禽的生長產生影響，數值評估模塊的作用是持續分析和評估這些參數，按1分（差）到5分（好）進行打分，并將得到小于等于2的情況通過手機程序、短信或電子郵件向用戶發出警報。BetterScore功能可以在CriticalAlarm模塊中進行設定。2.1畜禽物聯網在國外的發展BarnReportPro系統還具備遠程設置（RemoteSettings）、庫存報告（inventoryreporting）、訪問控制（accesscontrol）等功能。用戶可以通過BarnReportPro系統遠程訪問Dicam控件并更改溫度、最小排氣速率等設置；可以依據庫存報告跟蹤飼料使用情況和丙烷水平，判斷料倉何時會清空；可以授權獸醫或養殖顧問進行數據訪問，為專家遠程查看養殖場情況和調閱分析數據提供便利。BarnReportPro系統還自帶了網絡加密功能，能夠保護用戶數據分享的安全。3）GrowthSensorFarmex開發的GrowthSensor是一種生豬圈養秤，如圖2-4所示。它能夠稱量9至40公斤的斷奶小豬和50公斤至120公斤的育成豬，按分組連續收集體重數據，再將其以無線方式傳輸到養殖場數據中心。圖2-4growthsensor2.1畜禽物聯網在國外的發展2.英國ADASADAS是英國農業環保咨詢方面最大的獨立供應商，成立至今已有75年，主要針對農業環境問題提供相應的分析服務與解決方案。ADAS在畜禽業方面的服務主要涉及以下兩點：（1）畜禽業環境保護。ADAS開發了免費工具如PLANET、MANNER-NPK和ENCASH，用于智能管理牧草的肥料使用，減少對土壤的危害，包括精確管理畜禽糞便。PLANET可計算農場肥料氮容量和氮負荷，ENCASH通過飼料數據計算畜禽糞便中的氮含量。ADAS還提供溫室氣體測量與模擬服務，支持制定氣體排放清單和減排措施。（2）畜禽管理。ADAS服務涵蓋動物福利和供應鏈管理。為提高畜禽生產性能和保障動物福利，ADAS設立動物福利監測指標，進行農場研究試驗，并提供獸醫和檢疫人員相關培訓與咨詢服務。此外，ADAS的畜禽發展顧問為養殖戶、企業和政府提供全方位的畜禽供應鏈服務，包括畜舍設計、營養供給、品種繁育、資源管理、產品質量管理、市場研究和政策評估。3.荷蘭萃歐立集團荷蘭Trioliet集團成立于1950年，是歐洲領先的反芻動物飼喂方案和設備供應商。Trioliet率先推出了智能化無人飼喂系統，成為歐洲生產牧場飼喂設備的領導品牌。專注于研發反芻動物飼喂技術，產品包括全混合日糧TMR配制設備、青貯飼料切取設備、電子稱重系統、TFMTracker飼喂管理信息系統、智能飼喂機器人系統等。自動喂料機器人能夠自動飼喂數百頭奶牛，已廣泛應用于歐洲和北美上百個中小規模牧場。自2005年起，Trioliet正式進入中國市場，設立經銷商、地區代表處、設備儲備庫房、全資子公司，國內眾多畜禽企業也選擇使用Trioliet的TMR飼喂系統。2.1畜禽物聯網在國外的發展全混合日糧技術(TotalMixedRations，TMR)在20世紀60年代開始被英國、美國、以色列等國采用，以保持畜禽營養均衡，減少人工飼喂成本。萃歐立的TMR飼喂系統憑借發料無死角、飼料裝卸和攪拌觀察便捷、鉸龍結構穩定，底盤大梁耐用、刀片可自銳、采用重疊焊接工藝、攪拌快速均勻、倉體使用壽命長、使用穩定、稱重精準等優勢，成為大、中型規模牧場的新選，銷往全球數十個國家，未來該系統設備將朝著進一步節省勞力、高度靈活、精準實施日糧配方、多功能集成、廣泛適用方向發展。圖2-5為萃歐立自取料全自走TMR設備。圖2-5萃歐立自取料全自走TMR設備2.2國內發展畜禽物聯網的必要性2.2.1國內畜禽業發展存在的問題畜禽業在全球農業GDP中貢獻了40%，提供了人類蛋白質攝入的三分之一。畜禽業規模反映了國家農業發展水平。我國畜禽業在生態環境、技術、疫病防控、食品安全、信息流通等方面仍面臨挑戰，總體產值偏低。為實現規模化、標準化、智能化發展，物聯網技術和現代智能裝備助力勢在必行。現階段，我國畜禽業正處于由粗放型向集約型轉變的關鍵時期，重點需要解決以下幾個方面的問題：（1）環境破壞：養殖業過度利用自然資源，導致水土流失和沙漠化。廢棄物未經處理，排放對空氣、土壤和水體的污染，威脅健康。（2）技術不足：畜禽養殖依賴感官信息和經驗，缺乏智能化和標準化決策。科技研究成果難以在小規模養殖地區推廣應用。（3）疫病風險：粗放養殖、惡劣環境增加疫病風險。缺乏隔離導致高致病性疾病頻發。（4）產品安全問題：部分畜產品存在抗生素殘留、化學添加劑濫用問題，影響消費者信心。溯源標準不足，建立信任面臨困難。（5）市場信息閉塞：養殖戶信息技術使用有限，導致生產與市場需求不匹配，經營風險大。同時，產品無法進行增值服務和品牌化經營。（6）監管手段不足：缺乏統一的畜禽業信息管理系統，數據采集、統計分析和疫情防控受限。身份標識數據不一致，難以進行畜產品質量安全管理。（7）產業轉型受阻：中小型養殖場和家庭養殖存在設施、管理、廢棄物處理問題。經濟獲利受限，難以擴大規模，制約了產業向規模化、標準化、生態化的發展。2.2國內發展畜禽物聯網的必要性2.2.2物聯網背景下我國畜禽業轉型升級的路徑在物聯網背景下，我國畜禽業將加快規模化、標準化、智能化發展進程，畜禽業整體競爭力將保持穩步提升。畜禽養殖方式由粗放向集約轉變；畜禽疫病防控水平顯著提高；肉品、奶源、禽蛋等畜產品自給率提升；畜產品安全保障更加規范；養殖廢棄物資源綜合利用狀況得以改善。畜禽業的轉型升級將從以下幾個方面展開：（1）畜禽養殖：應用物聯網技術，通過傳感器、RFID、攝像頭、GPS等感知技術，以及4G/5G、NB-IoT、LoRa等數據傳輸技術，實時監測畜禽的身份、采食、運動、體重等信息，優化養殖方式，促進畜禽業轉型升級。為實現廣泛應用，需資金、政策支持，并通過培訓提高養殖人員的物聯網養殖技能。（2）生產管理：建設畜禽物聯網管理平臺，實現對生產資料采購、養殖、免疫、出欄、屠宰、加工、倉儲、運輸、檢驗等多個環節的平臺化管理。利用大數據支撐畜禽業管理體系，提升畜產品質量安全溯源水平，確保真實信息的實時采集與反饋，促進畜禽業發展。（3）市場銷售：建立畜產品銷售渠道，包括傳統市場和電商平臺，通過物聯網、大數據、云計算分析市場需求，調整生產和營銷策略。電商發展需完善倉儲、冷鏈物流，物聯網在此方面發揮關鍵作用。（4）服務提升：利用物聯網平臺宣傳畜禽信息，提供在線化、數據化服務。通過大數據統計畜禽生產信息，促進養殖人員交流分享經驗，改變封閉養殖狀態。在疫情防控方面，物聯網可提高疫病防控水平，減少損失。物聯網還可用于教育培訓、專家服務，幫助提升養殖水平。2.3畜禽物聯網在國內的發展2.3.1畜禽業物聯網應用現狀物聯網目前已應用于畜牧業全產業鏈的諸多環節，在畜禽養殖、畜禽身份標識、畜禽精準飼喂、動物福利提高、經營流通和管理服務等方面都有了具體應用，且獲得了不同程度的發展，主要包含以下幾個方面。（1）養殖環境監測：通過物聯網、大數據等技術實時監測養殖環境，保障畜禽健康，已廣泛應用于規模化、標準化養殖場。（2）畜禽身份標識：采用RFID技術或生物識別技術標識畜禽個體，但在成本和操作復雜度方面存在問題，需要進一步更新完善。（3）畜禽精準飼喂：通過物聯網實現畜禽個體識別、生理信息監測、科學飼料配比和智能飼喂器控制，雖受成本限制但在效率提高和產量增加方面有廣闊應用前景。（4）動物福利提高：物聯網應用于養殖管理，包括環境監測、個體標識、精準飼喂、疫病監測等，顯著提高畜禽動物福利，有助于提高產品品質和食品安全。（5）畜產品流通：物聯網和互聯網技術的應用推動畜牧業電子商務的發展，使畜產品通過互聯網銷售，在線購買和支付行為提高了畜產品流通渠道的多樣性，增加了產銷對接效率。（6）管理服務：畜牧業大數據的應用為生產監測、管理決策、產品質量追溯提供了支持，綜合信息系統為養殖戶提供了發展畜牧生產的數據依據，同時也為政府監管和金融機構投資提供了信息支持，優化了管理服務方式。2.3.2畜禽物聯網應用存在的問題畜禽業在農業生產中占有重要位置，通過科技應用、規模經營與科學管理提升畜禽業生產效益已成為畜禽業現代化的重要趨勢。就物聯網技術在畜禽業生產過程中的應用而言，其總體應用規模與應用水平都有待提高，具體來說，主要還存在以下問題：（1）生產方式限制：由于我國畜禽業包含大型企業、中小型場和家庭養殖戶，中小型場和家庭養殖戶因條件限制難以廣泛應用物聯網技術。（2）高成本：物聯網技術應用成本較高，項目多依賴企業投資或政府補貼，中小型企業面臨相對較大的投資壓力，導致選擇傳統生產方式。（3）成本與收益不平衡：物聯網應用需要前期大量資金，但收益不明確，難以快速見到產出，制約了畜禽業企業采用物聯網技術的積極性。（4）人才缺乏：畜禽物聯網技術需要高專業能力人才，但養殖人員對物聯網了解有限，技術開發人員與養殖管理技能不匹配，缺乏復合型人才。（5）技術基礎薄弱：國內物聯網產品在可靠性等方面與進口產品存在差距，信息系統缺乏統一標準，阻礙了養殖業物聯網的推廣。（6）技術專用性程度低：畜牧業信息技術現階段具有普適性，專業技術體系尚未形成，需要加強專用性技術研發。（7）畜禽業發展不穩定：畜產品市場波動頻繁，養殖業生產效益低下，即使了解物聯網技術的提升作用，資金支持仍然難以協調，產生矛盾。2.3畜禽物聯網在國內的發展2.3.3畜禽物聯網的發展方向我國地域廣闊，自然條件各異，畜禽業發展需要因地制宜采取合適的物聯網模式。在資源豐富的內蒙古、西藏、青海、新疆、四川、甘肅等地，可推動草地畜禽物聯網的發展，充分利用當地自然資源；而在缺少天然草場的地區，可發展設施畜禽物聯網，借助科技手段培育大規模養殖場。無論采用何種模式，都應該加快物聯網技術的推廣應用，從以下幾個方面提升我國畜禽物聯網水平，以促進畜禽業的可持續發展。（1）加快技術研發：解決畜禽物聯網技術瓶頸，推動傳感器、通信技術、智能系統等關鍵技術的研發，提高設備性能和智能化水平。（2）建設全國性平臺：創建全國性畜禽物聯網平臺，實現信息統一管理、數據共享，減少設施建設成本，方便各相關主體獲取數據服務。（3）增加扶持力度：出臺畜禽物聯網扶持政策，納入補貼范圍，吸引更多科研機構、企業參與建設與推廣，促進畜禽業的快速發展。（4）培育產業鏈：培育適應畜禽物聯網需求的企業，形成有序的產業鏈，推動領軍企業發展，拓展應用形式，尋找盈利模式。（5）培養人才：聯合高校和科研機構培養畜禽物聯網專業人才，強化從業人員的科技培訓，建設畜禽物聯網科技教育培訓體系，以滿足人才需求。（6）制定標準：組織多方制定畜禽物聯網標準，規范各方面的應用，解決技術體系混亂，推動畜禽物聯網行業的規范化發展。2.3畜禽物聯網在國內的發展畜禽物聯網信息感知第3章3.1傳感器技術3.1.1傳感器技術概述 3.1.2傳感器產業 3.1.3傳感器在畜禽業中的應用及其發展要求

3.2射頻識別技術3.2.1射頻識別技術及其應用 3.2.2RFID設備

3.3光譜技術 3.4二維碼技術 3.5北斗衛星導航系統 3.6無線遠程視頻監控 3.7遙感技術（RS）3.1傳感器技術3.1.1傳感器技術概述在物聯網領域，傳感器技術是感知外部信息的關鍵手段，是物聯網進行信息傳輸、處理和應用的前提。傳感器技術的水平影響整個物聯網系統的性能，一定程度上也可以衡量物聯網的發展水平。畜禽物聯網完整信息鏈的構成同樣離不開傳感器技術，畜禽物聯網要求檢測和控制的自動化、智能化，信息獲取和轉換是其中的重要環節，如果沒有傳感器技術采集、轉換被測對象的參數信息，畜禽物聯網系統則不能正常運行。1.傳感器傳感器是檢測信息的裝置，負責把信息轉換成電信號，以便進行處理和分析。傳感器的內部結構中包含了敏感元件、轉換元件及信號調節與轉換電路，三者分別進行物體信息獲取、電信號轉換和電信號調制，最終輸出可供后續環節應用的電信號。另外，轉換元件、信號調節與轉換電路正常工作需要獲得一定的電量供給，這通常由輔助電源完成。傳感器的組成如圖3-1所示。圖3-1傳感器的組成3.1傳感器技術目前，傳感器相關技術已相對成熟，已被應用于農業及工業生產、環境探測、商品質檢、醫學診斷、交通管理、航天探索等諸多領域。傳感器基本可以滿足響應速度、測量精度、靈敏度方面的要求，能夠在高溫、高壓等特殊環境下進行連續檢測并記錄數據變化，還能檢測到超聲波、紅外線等人體感官無法感知的信息，大大彌補了人工檢測的不足。眾多傳感器自組織形成的無線傳感網絡，憑借組建方式自由、設置靈活、無需布線等優勢，被廣泛應用于信息采集和傳輸。2.傳感器分類傳感器種類豐富，分類方式多樣，其中較常用的分類方式如表3-1所示。傳感器分類方式傳感器名稱按用途分力敏傳感器、氣敏傳感器、生物傳感器等按工作原理分電阻式傳感器、電壓式傳感器、光電式傳感器等按輸出信號分模擬傳感器、數字傳感器、開關傳感器按制造工藝分集成傳感器、薄膜傳感器、厚膜傳感器、陶瓷傳感器表3-1傳感器分類3.1傳感器技術3.傳感器選擇傳感器的性能是由精度誤差、穩定性、可靠性、參數一致性、量程范圍等共同決定的，同時，環境檢測對傳感器的性能要求較高，不同環境根據無線信道模型可以分為城市密集區、城市稀疏區、郊區、農村和平原等，不同區域對傳感器的檢測性能也有不同程度的影響。其次，所檢測環境的溫度變化、濕度變化、雷雨降水、空氣鹽霧腐蝕、雷擊靜電及周圍其他干擾因素也會影響傳感器的監測結果。此外，傳感器檢測數據結果還與數據處理電路和傳輸電路有關，如果電路沒有經過專業電磁兼容（EMC）設計及數據誤差校準處理，同樣會使得傳感器檢測結果出現很大偏差。當傳感器受到各種外界因素影響產生隨機誤差、系統誤差、粗大誤差和壞值時，需要通過模擬濾波、數字濾波、數據擬合、數據建模等方法進行數據處理和校正，否則傳感器數據結果將因出現較大偏差而無法使用。事實上，如果不經過嚴格專業技術處理，價值上萬元的傳感器和幾百元的傳感器性能相差無幾，因為監測性能受到外界因素的影響，檢測數據不可靠，缺少實用價值。而目前我國市場上的傳感器大部分存在這類問題，很多屬于三無器件：沒有計量校準測試，沒有第三方性能測試報告，沒有認證報告和數據，因此此類傳感器無法滿足應用要求。3.1傳感器技術3.1.2傳感器產業1.傳感器產業現狀國內對傳感器的需求龐大，市場規模達數百億元，但國產傳感器在靈敏度、準確性和穩定性等方面普遍存在問題，導致其在市場上無法滿足需求。主要原因包括國內生產的傳感器可靠性、穩定性與國外產品存在較大差距，生產企業缺乏電子產品檢測標準和技術積累，測試手段相對滯后；在校準和誤差處理方面技術水平相對較低，缺乏數字濾波、數字擬合等先進技術；使用的材料和工藝相對滯后，未采用發達國家的MEMS技術和納米技術；在通信技術方面，國內研究相對滯后，發達國家的無線傳感器網絡具有明顯優勢。這些問題直接影響了國產傳感器的性能，使其無法在特定環境下穩定運行。為推動國產傳感器產業的發展，需要加強對電子產品檢測標準和技術的研發，引入先進的校準和誤差處理技術，提升材料和工藝水平，加快通信技術的研究進展。只有通過這些改進，國產傳感器才能在市場上更具競爭力，滿足我國日益增長的傳感器需求。3.1傳感器技術2.傳感器產業化問題及解決策略目前傳感器產業發展存在的主要問題包括：（1）科技成果轉化率較低，產業化基礎薄弱。農業傳感器市場準入門檻高，但技術水平和開發程度相對滯后，企業在資源配置上存在不足，難以支持長周期、高失敗率的研發，導致科技成果難以成功轉化為產業應用。（2）對國外技術的依賴程度高。傳感器企業研發能力不足，生產過程中對進口芯片的依賴較高，技術方面多有模仿和引進，農業級傳感器尤為突出。國內傳感器整體技術水平、準確性、穩定性、可靠性等需要提升。（3）市場競爭力不足。國內傳感器市場需求大，但國產傳感器只能滿足一小部分需求，企業數量眾多，但專業化企業不足，缺乏龍頭企業和國際品牌。農業物聯網等領域常使用的傳感器產品主要依賴進口。（4）成本優勢不明顯。國內傳感器生產成本高，大多數產品較為低端，提升技術水平需要大量資金投入。市場競爭中的劣勢導致收益少，甚至出現虧損，生產成本供給不足，很多廠家沒有實現傳感器的機械化裝配，產出效率低，規模效益難以達到。為改變傳感器產業相對落后的局面，需要加大對傳感器技術的研發力度，培養和聚集人才，進一步促進產學研結合。另外，政策引導、資金扶持等是促進傳感器研發成果轉化為現實生產力不可缺少的因素。傳感器行業發展整體戰略規劃和傳感器技術規范也應得到進一步明確。3.1傳感器技術3.1.3傳感器在畜禽業中的應用及其發展要求畜禽業所使用的傳感器多用于檢測畜禽生命信息和畜禽環境信息，常用的有生物傳感器、光電傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、氣敏傳感器等。傳感器所獲取的信息用來輔助判斷畜禽的健康狀況和生長情況、評估畜禽生長環境，以便滿足畜禽生長需求，提升畜禽管理質量。隨著傳感器核心技術的突破和傳感器行業的發展，再加上大數據、云計算等的應用推廣，傳感器將更加廣泛地應用于育種、繁育、飼養、免疫、出欄等畜禽業生產管理環節，為此，傳感器需要從以下四方面進行性能優化，以適應畜禽業生產管理的要求。3.1傳感器技術（1）提升檢測性能。通過提高導體、芯片等的制造水平，增強傳感器的性能，確保信息檢測連續、實時和準確。利用差動技術、補償與修正技術、干擾抑制技術等提高傳感器靈敏度，降低外界環境影響，減小誤差。對傳感器進行時效處理和老化處理，以提高穩定性。采用精制的半導體敏感材料、磁性材料，以及薄膜工藝、光刻工藝等加工工藝，改善傳感器性能。（2）智能化。研發集信息檢測與轉換、邏輯判斷、統計分析、自診斷等功能于一體的傳感器芯片，提高傳感器的智能程度。傳感器行業應提升核心技術自主研發能力，爭取人才、資金和政策支持，以滿足畜禽物聯網對智能傳感器的需求。（3）多功能化。實現傳感器多功能化，即能同時檢測多個參數，有助于降低成本、減小體積、提高性能指標。通過開發電介質、強磁體等材料，研究納米技術等新材料制備技術，以及精密集成技術，滿足傳感元件集成的需求。（4）微型化。為了檢測畜禽生命信息，需要傳感器具備感應靈敏、攜帶方便、對被測畜禽干擾小等特點，即傳感器的微型化。通過開發納米相等新材料，采用硅體微加工、晶片鍵合、LIGA、MEMS等技術，生產體積小而性能優異的微型傳感器產品。3.2射頻識別技術3.2.1射頻識別技術及其應用使用射頻識別技術能夠在不與物體接觸的情況下識別物體，并以電磁耦合（Electromagneticcoupling）的方式獲取目標對象的信息。1.RFID的特征（1）操作便捷。RFID讀寫器和標簽實現信息傳輸的距離可以達到幾十米；RFID閱讀器還能同時識別多個物體，識別效率高；信息在讀寫器與標簽之間傳遞耗時短，效率高。（2）標簽容量大。RFID標簽存儲信息量的最高限值為幾兆字節，其容量遠遠大于條碼載體。（3）安全性高。可以用循環冗余檢查等方式檢驗RFID標簽傳遞的信息是否發生了變化，也可以對數據進行加密保護，防止內容被篡改。（4）受環境影響小。RFID能夠穿過紙張、木材等非金屬覆蓋物進行穿透性通信，且在無光環境中也可以讀取數據，沒有可見性要求；RFID標簽對高溫等環境條件的適應性強，使用壽命長。（5）復用率高。RFID標簽允許進行數據修改，所以標簽可以多次使用。3.2射頻識別技術2.RFID系統組成及其工作原理（1）系統組成。系統包括射頻識別標簽、射頻讀寫器和信息系統。每個射頻識別標簽都攜帶有EPC編碼，內部包含天線和芯片用于存儲物體信息。射頻讀寫器具有控制器和天線，用于讀取或寫入信息，其工作距離由發射功率決定。信息系統負責發送應用指令給射頻讀寫器，并接收、分析、管理讀寫器發送的數據。（2）工作原理。RFID系統的工作原理如圖3-2所示。射頻識別標簽受射頻讀寫器發送的射頻信號驅動，通過內部天線發送數據信號，由射頻讀寫器進行接收、解碼并校驗，接著發送至信息系統進行處理。圖3-2RFID系統工作原理3.2射頻識別技術3.RFID在畜禽業中的應用憑借操作便捷、信息存儲量大、一簽多用等特點，RFID技術被應用于畜禽業領域，對提高畜禽業的規范化、智能化水平發揮了重要作用，其應用主要包括：（1）畜禽養殖管理。在生豬養殖中，每頭豬佩戴獨特的RFID電子耳標，標記關鍵信息如來源、品種、進場日期。養殖過程中，耳標記錄養殖環境、飼喂、疾病、免疫等信息，建立完整生豬檔案，實現與養殖管理系統的信息關聯。（2）屠宰加工管理。屠宰前通過RFID電子耳標內的信息判斷生豬是否符合標準，將問題生豬信息報送檢疫單位。在屠宰生產線上，將耳標信息寫入新的RFID標簽（屠體標簽），加入屠宰場編號、批次、時間、檢驗檢疫等信息，實現與屠宰加工管理系統的關聯。（3）倉儲物流管理。利用RFID裝置采集畜產品流通信息，包括物流公司、運輸車輛、運輸人員、運輸時間、儲藏環境、出發地、目的地等。結合養殖屠宰環節信息，生成產品追溯碼，供認證產品質量使用。同時，結合GPS定位系統，實時監控產品運輸過程。在RFID技術應用中，為擴大其范圍，需注重功能增強、成本降低、數據處理效率提高。可通過與無線傳感網絡（WSN）結合，形成傳感器射頻識別網絡，以增強信息采集能力；通過優化標簽制造技術，生產新型標簽以降低成本；同時，結合分布式計算方式，以滿足RFID數據處理的實時性要求。3.2射頻識別技術3.2.2RFID設備XC-RF2903（V3.0）型便攜式讀寫器是云輝牧聯科技開發的新型便攜式產品，具有快速處理、良好便攜性、適應多場景、功能高度集成等優勢。該讀寫器支持UHF-RFID、4G全網通網絡（數據）、Wi-Fi、藍牙、GPS等功能，可選配條碼模塊、攝像頭模塊。協議支持包括GB/T29768、EPCGlobalUHFClass1、Gen2/ISO18000-6C和ISO18000-6B。工作溫度范圍為-10℃～+60℃，系統內存2GB，系統閃存16GB，待機時間約10天。考慮發射功率、標簽和環境等因素，讀標簽距離為0～6m，寫標簽距離范圍為0～4m，適用于各種需要標簽識別的場合，是識別系統中不可或缺的重要組成部分。圖3-3XC-RF2903（V3.0）便攜式讀寫器3.2射頻識別技術云輝牧聯的YH-TF-8612-IH電子耳標（如圖3-4所示）采用一體化設計，由此杜絕佩戴過程可能出現的“虛戴”的情況，減少掉標。采用無毒、無異味、無刺激、無污染、耐水解、耐高低溫和耐微生物性能的進口TPU為封裝材料，從根本上提高了耳標的物理機械性能，可以有效保護內部芯片免受外部有機酸、水鹽液、礦物酸等的侵害。耳標尺寸為50mm*43mm*1.6mm，重4.5g，采用注塑封裝工藝，結合力大于200N，設計壽命為1年，工作溫度為-40℃～+70℃，存儲溫度是-30℃～+50℃，符合EPCglobalC1Gen2與ISO18000-6C標準，工作頻率為860MHz～960MHz，讀取距離為0～1m（與配置情況有關），芯片參數為EPC96bit（允許耳標號最長24個數字）。該電子耳標可以廣泛應用于山羊、母羊、灘羊、母豬、山豬等大型動物的管理領域，作為動物專屬的“二代電子身份證”。圖3-4YH-TF-8612-IH電子耳標3.2射頻識別技術與YH-TF-8612-IH電子耳標相比，YH-TF-8613-IH電子耳標（如圖3-5所示）的性能有了進一步優化。YH-TF-8613-IH電子耳標以“又輕又小，一體化設計”“超高性價比”“超長壽命片芯設計”“注塑焊接成型工藝”“原裝進口TPU原料”為產品特色。耳標尺寸為125mm*76mm*3.5mm，重2.9g，結合力大于250N，設計壽命為1年以上，工作溫度為-40℃～+70℃，存儲溫度是-30℃～+50℃，符合EPCglobalC1Gen2與ISO18000-6C標準，工作頻率為860MHz～960MHz，讀取距離為0～7m（與配置情況有關），芯片參數為EPC96bit（允許耳標號最長24個數字）。該電子耳標可以廣泛應用于商品豬、商品羊等小型短生命周期動物的信息化管理。圖3-5YH-TF-8613-IH電子耳標3.2射頻識別技術AUTOIDUTouch（如圖3-6所示）是江蘇東大集成電路系統工程技術有限公司研發的一款輕薄型工業級UHFRFID手持終端。該讀寫器具有優異的多標簽讀寫性能，RFID標簽群讀速率>200張/秒，讀取距離可以達到15m。其支持2.4G/5G雙模WiFi，能滿足信道干擾嚴重、漫游能力要求高、須快速回連等條件下的傳輸需求；支持北斗、GLONASS、GPS三模高精度定位，可實現戶外作業軌跡實時記錄；全網通4G，能夠為戶外場景應用提供更高速穩定的數據傳輸。配置6400mAh可更換電池且內置備份電池，續航時間能達到24小時，可應用于電力巡檢、倉儲管理、資產管理等場景。圖3-6AUTOIDUTouch3.3

光譜技術光譜技術（如拉曼、近紅外、高光譜成像）可用于快速、準確地評估畜產品品質，檢測包括pH值、TVB-N值、微生物成分、菌落總數、顏色、紋理、熒光代謝產物等指標。此外，該技術廣泛應用于畜禽飼料成分和獸藥殘留檢測，相較于傳統方法，具有顯著優勢，包括檢測速度、操作便捷性、可檢測指標數量、實時在線分析和成本。1.拉曼光譜技術拉曼光譜技術通過檢測物質結構成分，利用光譜特性分析物質特征，區分不同物質。隨著激光技術、儀器學、光譜學的深入研究，拉曼光譜技術不斷發展，包括表面增強拉曼、共振拉曼、共焦顯微拉曼、傅立葉變換拉曼等多種技術。在生物醫學、石油化工、物證鑒定、污染檢測、農業檢測等領域廣泛應用，為各行業提供分子結構信息。在畜禽業中，激光拉曼可檢測畜產品中的獸藥和違禁藥品殘留，傅立葉變換拉曼可研究蛋白質變性和脂肪氧化，表面增強拉曼可檢測氨基酸和致病菌，具有廣闊應用前景。拉曼光譜技術在畜禽業中的具體應用主要包括以下幾個方面。（1）檢測飼料營養成分含量。拉曼光譜技術可用于檢測飼料營養成分，包括大豆組分、果糖和葡萄糖。通過表面增強拉曼光譜，還能及時檢測飼料中的黃曲霉毒素，防止飼料污染和摻假問題。（2）評價畜產品品質。拉曼光譜技術可檢測肉品中的蛋白質、脂肪等營養成分，并判斷肉質變化情況。同時，它還可用于檢測乳制品中的三聚氰胺濃度，提高產品質量安全。（3）獸藥殘留檢測。曼光譜技術簡單直接，誤差小，通過散射光譜獲取分子運動信息，進而判斷畜產品中獸藥殘留是否超標。還可應用于檢測非食用化學物質和食品添加劑等，具有廣泛的應用前景。3.3

光譜技術拉曼光譜檢測具有效率高、實用性強等特點，畜牧業領域也已經有了這方面的應用，且具有極大的應用發展空間。各種類型的拉曼光譜設備逐漸高精度化、小型化、便攜化，實際使用也更為便利，但就目前而言，拉曼光譜技術在檢測穩定性等方面的性能仍有待優化，主要還存在以下幾個問題。（1）建立拉曼光譜模型需要大量數據的檢測和分析支持，這一過程相對復雜。在使用拉曼光譜技術檢測畜產品時，必須采用光譜曲線擬合、濾波去噪等方法對雜散光進行抑制，以避免干擾降低準確性。深入研究光譜信號提取技術，能夠在發現微弱信號時進行恰當處理，進一步推動拉曼光譜痕量成分檢測應用的發展。（2）光學系統參數在影響拉曼光譜散射強度方面至關重要。為確保檢測結果準確，需要設置合理的光學系統參數，并進行系統模型優化。（3）隨著拉曼光譜檢測技術在畜牧業應用中的不斷增加，標準光譜圖的稀缺問題日益凸顯。為解決這一問題，需要不斷補充、更新拉曼光譜數據庫內容，確保能找到相應的光譜圖進行比對。（4）豐富拉曼光譜檢測方式和指標，并對其檢測穩定性進行優化，以適應不同的檢測環境，進一步拓展應用范圍。（5）國內在畜牧業領域中應用拉曼光譜技術仍處于起步階段。實際檢測應用較少，許多院校和研究所仍在進行基礎性研究。為推動技術應用推廣，需結合國內外先進設計經驗，研發實用性強、成本低廉的拉曼光譜設備，并將其投入實際應用。3.3

光譜技術2.近紅外光譜技術近紅外光譜（Near-infraredSpectroscopy，NIRS）是波長范圍在可見光和中紅外光之間的電磁波，譜區范圍為780～2526nm。通過近紅外光譜分析可以測定畜產品中蛋白質、脂肪等有機物及獸藥殘留的含氫基團（O-H、N-H、C-H）含量，進而分析得到品質信息。近紅外光譜技術結合人工智能算法能夠實現實時快速、非破壞性、較低成本的畜產品品質無損檢測，為了保證近紅外光譜檢測的準確性，需要選取大規模的樣本數據對計算模型進行有效訓練，這一過程相對繁瑣，受此影響近紅外光譜檢測的精度有所欠缺，需要進一步提升。3.高光譜成像技術高光譜成像技術（HyperspectralImage,HI）集光譜技術和二維成像技術于一體，以提取、分析物體的光譜和圖像信息達到物體無損檢測的目的。使用高光譜成像技術檢測畜產品品質的檢測精度較高，但現階段高光譜成像檢測通常選用大量的波段特征或者結合應用圖像處理技術，建模復雜且檢測信息較多，在檢測速度方面有所不足，難以滿足在線檢測需求。3.4

二維碼技術二維碼技術是對文字、圖像等信息進行數字化編碼和自動識別的技術。二維碼（2-dimensionalbarcode）由黑白兩色的幾何圖形按特定規律排列而成，在水平、垂直方向都可以表達信息。二維碼的發展演變基于一維碼，在信息存儲量、編碼范圍、容錯能力、安全性、抗損性、譯碼可靠性等方面均有所提升，應用領域也更加廣泛，常見的應用場景包括移動支付、電子證照、網頁導航、文件保密、公共交通、產品溯源等。利用圖像輸入設備、光電識別設備即可識讀存儲在二維條碼內的信息。二維碼分為堆疊式（如PDF417、Code16K、Code49等）和矩陣式（如QRCode、MaxiCode、漢信碼等）兩種類型。堆疊式二維碼是由成行排布的一維碼堆疊而成，與一維碼有相似的編碼原理，差異主要在于譯碼算法和軟件。矩陣式二維碼由“點”和“空”在矩形空間內排列組合，其中“點”代表二進制“1”，“空”代表二進制“0”。1.二維碼應用系統二維碼應用系統使用二維碼存儲和表達信息，其組成如圖3-3所示。系統功能效果受二維碼設計、二維碼質量、識讀設備選擇等因素的影響。圖3-5二維碼應用系統構成3.4

二維碼技術二維碼生成設備生成二維碼標簽，二維碼標簽承載信息，二維碼識讀設備進行掃碼、譯碼，并將信息傳輸至信息處理系統，信息處理系統分析、管理所接收的信息。2.二維碼技術在畜禽業中的應用在畜禽業領域，二維碼主要作為一種信息載體和信息傳輸接口，用于畜產品溯源，以保障畜產品質量安全，提高數據查詢和共享效率。在畜產品生產、流通過程中，各環節依次將產品生產及流通相關信息存儲至二維碼中，生成二維碼標簽，隨產品流向市場。當產品最終到達消費者手中時，消費者通過條碼識讀器掃描二維碼，即可查看畜產品的原始生產流通信息。此外，也可以集合二維碼存儲的信息建立產品溯源系統，消費者登錄系統即可查看產品信息。3.5北斗衛星導航系統北斗衛星導航系統（BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS）由中國自主研發，與GPS、GLONASS同屬于成熟的衛星導航系統。北斗衛星導航系統在升級的過程中，其服務區域也在逐步拓展，2020年北斗三號系統投入應用，正式開始在全球范圍內提供服務。1.北斗系統的組成北斗系統的組成部分如表3-2所示。組成部分說明空間段包含若干顆GEO衛星、IGSO衛星和MEO衛星，這些衛星共同提供定位授時導航服務。其中GEO衛星具有覆蓋范圍廣、可見性高、抗遮蔽性強等特點；IGSO衛星在低緯度地區的抗遮擋能力尤其突出，總是覆蓋地球上某一個區域；MEO衛星環繞全球運行，北斗系統由此實現全球服務。地面段包含主控站、注入站和監測站等地面站，還包含星間鏈路管理設施。用戶段包括北斗兼容其他衛星導航系統的芯片、模塊、天線等基礎產品，以及終端產品、應用系統與應用服務等。表3-2北斗系統的組成3.5北斗衛星導航系統北斗系統以“三球交匯”定位原理，衛星位置精確。在GPS觀測中，通過測量3顆衛星到接收機的距離，使用距離公式解出觀測點的三維坐標。考慮衛星和接收機時鐘誤差，再利用一顆衛星得到4個方程，確保準確計算觀測點的三維位置。

2.北斗系統的功能北斗系統具備全球范圍內的定位、測速和授時功能。其定位精度優于10m，測速精度優于0.2m/s，授時精度優于20ns。此外，北斗系統還提供短報文通信、國際搜救、星基增強、精密單點定位、地基增強等服務。短報文通信是北斗系統獨有的功能，通過衛星信號傳輸信息，即使通訊和供電條件受到破壞，也能滿足通信和定位需求。3.北斗系統在畜禽業中的應用北斗系統自投入應用，至今已進入農林牧漁、氣象測報、交通運輸、智能制造、救災減災等眾多領域，對經濟和社會發展的影響顯著。就畜禽業領域來說，北斗系統的應用主要有：（1）畜禽定位：使用北斗定位項圈給畜禽佩戴，采集其地理坐標并通過通信網絡傳輸至管理平臺，實時觀測畜禽位置、軌跡和活動分布，加強對移動畜禽的管理。短報文通信服務確保即使缺少通訊系統，項圈的定位功能也能正常運作。（2）畜禽環境監測：北斗系統結合遙感和地理信息系統，采集草地資源、水資源等畜禽資源信息，為放牧安排和資源規劃提供參考，促進畜禽業可持續發展。北斗和物聯網創新監測模式，及時獲取畜禽環境指標信息，提供準確數據，便于處理環境問題。（3）災害預警監測：北斗系統結合氣象預報和災害預警業務，幫助畜禽業管理部門做好氣象災害防范措施，減少損失。在災害發生后，北斗導航系統實時監測災害情況，為災后治理提供實時、準確信息。3.6無線遠程視頻監控無線視頻監控將監控技術與無線傳輸技術相結合，通過無線傳輸技術來傳輸圖片、視頻、聲音、數據等信息，解決了傳統監控系統布線繁瑣的問題，具有技術先進、高效靈活、經濟適用等特點，監控系統建設將主要朝著無線化方向發展。1.無線視頻監控的特點（1）成本低。采取無線監控方式，所以不用鋪設電纜，材料成本和施工成本都有所減少；系統結構相對簡單，故障率不高，另外對傳輸網絡的維護由網絡供應商負責，因此系統維護成本也低。（2）實用性強。無線視頻監控不受實際地形、周邊環境影響，減少了監控盲區，擴大了監控范圍，具有很強的實用性。（3）擴展、移動方便。增加監控點只需要增加前端信息采集設備，無需新建傳輸網絡；改變監控點只需要移動前端信息采集設備；用戶可以通過移動終端設備獲取監控信息，實現異地全天候監控。（4）網絡信號易受影響。無線遠程監控系統優勢明顯，但是也存在一定的局限性。無線傳輸網絡容易受惡劣天氣、建筑物屏蔽等的影響，或者受到外部無線信號干擾，導致信號強度降低。2.無線視頻監控系統的組成無線視頻監控系統包括信息采集系統、無線數據傳輸系統和信息管理系統。基礎設備是攝像頭，其信息采集過程包含攝像、信號轉換和傳輸。無線數據傳輸系統利用Wi-Fi、4G、5G或微波等通信技術，通過點對點或點對多點形成全面網絡覆蓋，傳輸監控信息。信息管理系統接收、存儲、處理、反饋來自各采集點的視頻和圖像信息，并通過中心服務器向信息采集系統發送控制指令。3.無線遠程多節點視頻監控系統(PMP+WLAN)無線視頻監控系統在畜禽業領域有兩種主要監控模式，即點對點和Wi-FiP2P傳輸圖像。點對點模式鋪設電纜成本高、維護難，Wi-FiP2P模式需要大量光纖電纜，限制了農業圖像、視頻數據的采集。為解決這問題，無線遠程多節點視頻監控系統采用MeshWLAN組網技術，實現點對多點無線通信，突破有線網絡障礙，構建靈活、高效的系統。系統通過數字視頻監控設備將圖像信息轉換成IP基礎上的視頻流，實現全球通信，管理者能夠在任何地方進行監控操作。系統使用支持WLAN的IP攝像機，采集、處理模擬視頻圖像，直接提供IP網絡接口，通過Wi-Fi連接或WLAN無線網橋轉換信號，實現無線傳輸。MeshWLAN自組網方式優勢在于節省AC控制器，避免重復布線，維護網絡運行更有效。系統具有靈活性、降低成本、全球通信、自組網優勢，實現實時、詳細的監控信息記錄。3.6無線遠程視頻監控3.7遙感技術（RS）

遙感技術（RemoteSensing,RS）是一種物體探測技術，它通過衛星、飛機等遙感平臺和儀器遠距離采集目標對象的電磁波信息，經過信息處理分析，反映出目標特征，具有大范圍同步觀測、受環境限制少、時效性強、綜合性強等特點。畜禽業生產管理常使用遙感技術進行資源監測，通過遙感技術監測草地等畜禽業資源的數量和質量分異規律，精細劃分植被與土壤，可以判斷放牧是否合理，為畜禽業資源規劃和畜禽生產整治提供科學依據。將同一區域不同時期的畜禽業資源遙感影像疊加對比，可以了解該區域的資源變化情況，檢測是否存在畜禽業資源過度利用的現象，以便及時采取治理措施。與常規地面勘測相比，畜禽業資源遙感監測節約了大量人力與物力，經濟效益顯著。畜禽物聯網信息傳輸第4章4.1無線傳感網絡4.2ZigBee 4.3LoRa4.4NB-IoT4.5Wi-Fi4.64G4.75G4.84GCat.1

4.1無線傳感網絡無線傳感網絡是由傳感器節點自組織形成的分布式網絡，負責匯集傳感器獲取的數據，是畜禽物聯網中必備的傳輸網絡之一。1.無線傳感網絡的拓撲結構無線傳感網絡的拓撲結構如圖4-1所示，其中包含傳感器節點（SensorNode）、匯聚節點（SinkNode）和任務管理節點（TaskManageNode）。圖4-1無線傳感網絡的拓撲結構4.1無線傳感網絡傳感器節點包含傳感、處理、通信、供能四個單元，形成小型嵌入式系統。其功能包括信息存儲、處理和傳輸，是信息采集的終端和信息路由器。匯聚節點主要進行通信協議轉換，將信息從無線傳感網絡傳輸到外部網絡，同時充當具有無線通信接口的網關。任務管理節點負責下達監測指令以及對傳感器采集的數據進行