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基于奶牛数字孪生体的精准养殖技术与设备钻研
ag和记
1根基情况
1.1单元简介
ag和记成立于2007年 ，是漯河新经济十大领军企业之一、江苏省大数据产业技术创新战术同盟副理事长单元、国度高新技术企业____。近年来______，承担了国度863“数字化奶牛信息化平台建设”项目、国度重大奶业专项项目“北方大城市奶业现代化技术集成与示范”工程、国度948项目“全国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”等重大项主张利用及推广____。其中______，我司自主研发的“中国奶牛出产机能测定分析系统（CNDHI）”被中国奶业协会认定为行业尺度软件____。__
__1.2案例布景介绍
本项目针对奶牛智能养殖中存在的生理与行为数据采集类型不丰硕 ，采集数据解析奶牛健全与出产机能指标的模型不美满 ，解析指标对奶牛精准饲喂、精准滋生治理、精准健全治理与环境精准调控等出产活动的领导不明确等问题 ，通过养殖多维数据采集、生理行为解析模型、出产规划数字仿真及人机交互虚构现实等技术钻研 ，将奶牛生理行为、出产过程及养殖环境的数字化信息映射到虚构空间 ，形成数据驱动、实时反馈、仿照推演、以虚控实的奶牛数字孪生体。
1.3解决思路
（1）基于多传感的奶牛养殖信息采集技术与设备钻研
针对养殖场环境复杂、多变 ，奶�；疃煊虼蟮奶氐� ，基于多传感器开发奶牛个别鉴别、奶牛体征信息（活动量、采食量、反刍、发情）、养殖环境（温度、湿度、大气压、光照强度、CO2、NH3、CH4、H2S）数据监测系统 ，钻研现实养殖环境下的多指标奶牛自动检测、陆续跟踪、行为分析的机械视觉系统。
（2）基于数字孪生技术的奶牛个别行为模型构建与分析__
__钻研奶牛场数字孪生体的数据融合技术、表征信息分析模型、养殖规划仿真模型及三维可视化模型 ，开发支持奶牛场海量数据陆续流处置和流分析的数据分析平台；索求表征信息与出产机能指标间的因果关系模型 ，成立数据驱动、场景识此外奶牛营养－滋生－健保－环境治理影响健全－出产机能的仿真模型；造订奶牛数字孪生体的数据融合、指标系统与分析模型有关技术规范。
（3）基于奶牛数字孪生体的精准养殖技术钻研
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、健全监测系统。研发TMR饲喂设备节造器______，实时调控奶牛饲喂量______；谀膛Ｌ蹇鲂畔_____，成立“风机+喷淋”精密化协同作业技术模式____。精准预测奶牛的发情功夫和阶段______，提供正确的配种功夫______，降低PG、GnRH生殖激素用量______，提高奶牛受胎率______；谀膛Ｒ斐Ｐ形远鹣芳膊 ⒅悴〉燃膊_____，成立疾病预警系统______，早发现早隔离早医治______，预防群体疾病发生____。__
__2场景解决
2.1创新亮点
（1）本项目基于多传感监测奶牛多维信息 ，综合传感器采集的生理数据和视觉系统采集的行为信息 ，基于多模型组合的数字孪生技术 ，解析生理行为数据与奶牛健全、出产机能的耦合关系 ，即可正向揭示奶牛对养殖系统的适应水平、又可反向拟合养殖系统参数调整对奶牛的影响等 ，为动物疾病预警、养殖环境反馈调节提供低成本、高精度的技术规划。
（2）初创基于数字孪生的智慧畜牧治理平台钻研 ，目前国内表在农业领域数字孪生的钻研工作大多处在理论层面 ，或在尝试室中发展技术框架验证 ，本钻研添补养殖领域的这项空缺 ，将数字孪生框架的典型步骤与针对奶牛场养殖信息监测与环境智能节造相结合 ，并在规�；脸》⒄怪葱� ，对养殖场实时预测和智慧决策工具进行改革。
2.2主题技术
（1）奶牛数字孪生体架构和利用方面
①奶牛场数字孪生体的模型研建；
本项目以奶牛健全、成长和出产机能等重要指标的优化为指标 ，基于采集数据驱动模型的思想 ，一方面索求奶牛生理、行为表征信息与机能指标的关联关系 ，另一方面索求养殖出产中营养、健全、滋生和环境等成分的调控对机能指标的影响作用 ，数据模型的研建是主题关键技术问题。
②奶牛数字孪生体技术框架和平台技术；
数字孪生技术在造作业初见功效 ，但在农业领域尚无成功案例 ，技术路线的选择和平台成立至关重要。除国内表平台厂商提供的贸易化平台对农业场景支持不够 ，本项目重要基于开源平台进行钻研开发；
③基于数字孪生的奶牛精准养殖技术与设备钻研
本项目钻研营养、健全、滋生和环境的精准管控技术与设备 ，必要与多种现有的信息采集设备和奶牛养殖设备进行集成 ，解决数据和设备的兼容性是关键问题之一 ，提高设备的可用性和靠得住性是另一关键问题。
（2）奶牛检测、跟踪和行为分析方面
①现有奶牛指标检测算法复杂度高、检测精度较低且易受盛开式牛场环境和奶牛遮挡滋扰 ，若何实现基于深度进建的轻量式、高精度多指标奶牛检测拥有难度。
②多指标奶牛跟踪步骤钻研无数是基于传统算法 ，了局不不变且必要人为过问进行关键参数的拔取 ，不足智能化的在线奶牛多指标跟踪系统 ，若何利用深度进建技术 ，实现高效在线多指标奶牛的正确跟踪拥有难度。
③奶牛活动行为鉴别算法大多钻研特定行为且未思考到功夫维度信息 ，仅利用帧图像进行分类 ，会造成行为误判断 ，且模型繁重不易进行移植 ，若何设计高效时空网络以实现天然场景下奶�８疃形恼贰⒓本缂鹩涤心讯�。
（3）奶牛生理信息监测设备与系统研发方面
①基于耳标的采集器研发
采集器选取NTC热敏电阻作为温度传感器 ，通过优化结构规划传感器与皮肤充分接触 ，CPU通过差分对譬喻法经过高速模数转换芯片得到正确温度数据；三轴加快度传感器将陆续的XYZ三轴数据缓存下来______，缓存满数据后自动唤醒CPU读取数据______，CPU通过卡尔曼、高斯等滤波算法比对特点波形得到牛只特点数据______，通过自组网2.4G网络发送到现场基站______，基站汇总数据后按时将数据发送给后盾服务____。__
__②奶牛生理信息监测系统研发
基于耳标采集器和监测云平台成立奶牛生理信息监测系统。通过奶�；疃俊⑻晌浴⒎篡徊杉鳎涌齑衅鳎┦凳辈杉Ｖ换疃ㄐ问� ，温度传感器采集体温数据并通过2.4G方式按时向监测云平台发送。云平台构建奶�；疃俊⑻晌浴⒎篡惶氐悴ㄐ文Ｐ�。
2.3利用领域
本项目基于机械视觉和深度进建步骤 ，钻研奶牛场现实出产环境中个别跟踪、身份鉴别、信息获取和行为分析等关键技术 ，进一步将鉴别算法与边缘推算设备整合 ，为奶牛生理与行为分析的智能化提供理论和技术支持。同时基于数字孪生技术框架重构建奶牛精密化养殖治理系统 ，推进奶业信息化和数字化建设 ，可能从底子上提高劳动出产率和畜牧企业的市场竞争力。
本项主张成就将信息技术与奶牛养殖相结合 ，可能实现奶牛养殖各个环节的信息感知 ，正确相识奶牛成长环境情况和生理情况 ，精准监测奶牛发情期 ，实使仄握奶牛疾病水平 ，从而对奶牛进行精密的个性化豢养治理 ，使奶牛养殖过程越发科学化、智能化和现代化 ，提高奶牛养殖的经济效益和出产水平。
3利用功效
3.1投入产出情况
项目执行初期 ，示范牧场全群3100头 ，其中成母牛1730头。项目执行期间 ，通过本项主张数字孪生技术创新与集成 ，实现牧场以“奶牛福利、生态循环”为养殖理想 ，提供高端、优质、安全的原料奶 ，通过差距化的优质乳产品供给 ，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、尺度化及智能化技术创新与集成 ，实现牧场以“奶牛福利、生态循环”为养殖理想 ，出产高端、优质、安全的原料奶 ，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 ，均匀每头成母牛新增效益4270元。
3.2.2社会效益
通过钻研基于数字孪生技术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出产机能 ，降低出产成本 ，实现增产促效 ，有助于疏导牧场出产高品质的奶源 ，增长牧场收入；提升乳制品出产过程中的安全意识 ，加强当局和社会各界对乳制品出产企业的监督治理 ，推动食品安全法的贯彻落实；对于同业业企业拥有很强的示范带作为用 ，可有效改善和提高我国乳品整体质量安全水平 ，提升国内乳品的消费信念与国际竞争力。
通过本项目执行 ，能够有效合理利用资源 ，削减传染物排放 ，转变我省奶业增长方式 ，实现奶业可持续发展 ，同时对同业业企业拥有肯定的示范带作为用 ，可有效改善和提高我省乳品整体质量安全水平。
3.3推广利用远景
本钻研不仅能够实现牛只信息获取数字化、提高养殖场工作效能和质量 ，并且丰硕了基于数字孪生技术的动物行为分析理论和步骤 ，能够作为其它动物行为分析系统的蓝本。信息技术与奶牛养殖的结合 ，可能实现奶牛养殖各个环节的信息感知 ，正确相识奶牛成长环境情况和生理情况 ，精准监测奶牛发情期 ，实使仄握奶牛疾病水平 ，从而对奶牛进行精密的个性化豢养治理 ，使奶牛养殖过程越发科学化、智能化和现代化。在农业现代化发展的大布景下 ，对大数据资源的挖掘蕴含了诸多的信息 ，成为辅助人们正确决策的凭据 ，各类传感器、机械人及智能设备代替人们或许成为将来奶业的主角。数字化信息技术在奶业中的利用有助于削减出产成本、提逾越产效能 ，对奶牛的健全成长、产业的可持续发展及奶牛福利的改善起到积极的推作为用。因而 ，发展本项目钻研不仅拥有重要的理论意思 ，并且拥有辽阔的利用远景。
起源：中国畜牧业协会智能畜牧分会
