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关于“智慧牧场”的构想

胡祝青51090104033

摘要：本文在现有奶业自动化及信息化的基础之上，提出了一种“智慧牧场”的总体构想，

并分别从硬件和软件两个方面阐述了“智慧牧场”的实现，最后总结方案的不足并提出在今

后的研究中应更为注重“智慧”的概念。

关键词：智慧地球、RFID、K-Means算法、智慧牧场

0引言

随着IBM“智慧地球”概念的提出，各国都非常重视本国的智慧化进程，许多国际大

公司也分别争相提出各个领域的各种解决方案。随着中国奶业在世界市场上的强势崛起，畜

牧业的发展自然也应跟进世界的步伐，畜牧业的“智慧化”将是其今后发展的主要目标，因

而提出“智慧牧场”的技术解决方案成为大势所趋。

信息科技高度发达的今天已经使现今的牧场管理具有一定的信息化程度，如今奶业市场

上也充斥着各种各样的自动化奶牛器械，比如在牧场管理中已经用到的奶牛发情检测，在欧

美牧场中偶有使用的牛群管理软件，在广大中国牧场中基本普及的奶管及冷缸自动清洗技术

等。

本文在这些自动奶牛器械系统以及牧场管理系统的基础之上，提出一种“智慧牧场”的

技术解决方案。

1总体构想

“智慧牧场”的解决方案由奶牛身份识别、奶牛健康状况监测、奶牛就诊、自动挤奶、

自动饲喂等部分组成。完整的工作流程图如图1。

监控中心

饲料间

兽医室奶厅

RF接收器

就诊栅栏开关挤奶栅栏开关饲喂栅栏开关

图1“智慧牧场”工作流程图

如图1所示，奶牛依次从左至右沿护栏走过。当走至RF接收器处，激活RF接收器，

RF接收器通过无线射频识别技术识别该头奶牛的标签，并获取奶牛的体温、呼吸频率、脉

搏以及活动量信息。这些信息再通过有线传输方式（如RS485总线）上传至监控中心。

监控中心通过高速处理器快速分析这些数据，并做出以下判断：如果该奶牛的身体健康

良好（体温呼吸脉搏正常，并无发情特征，产奶量正常），则就诊栅栏关闭，奶牛继续前进；

否则，则打开就诊栅栏，让该奶牛走向兽医室就诊，此时监控中心的有关该奶牛的信息早已

传达至兽医手中。

当奶牛继续前行至奶厅门口，由于挤奶栅栏为敞开状态，故奶牛会进入奶厅接收挤奶机

器人挤奶。挤奶机器人采用全自动程序，机械手臂上装有激光或者红外探测装置，能自动找

到奶牛的乳头进行挤奶，每次操作还会严格按清洗、按摩、挤奶等程序处理，还有音乐在一

旁伴奏。奶完毕后，还能将该奶牛的产量上传至监控中心。

挤奶完毕之后，奶牛退出奶厅，监控中心依然会通过控制单向门关闭的方式将奶牛引导

入指定的饲料间进行用餐。整个饲喂过程由专门的饲喂机器人自动完成，监控中心也将通过

该牛的产奶量以及其身体状况决定饲喂机器人给与奶牛的饲料种类及饲料量。

饲喂结束后，该奶牛退出护栏，而下一头奶牛的各项动作也依此进行。

2硬件设计

“智慧牧场”解决方案中所涉及到传感器技术、信息通信技术、智能信息处理技术。子

模块虽多，但都是一些市场上已经成熟或已成形的技术，下面就简要介绍“智慧牧场”解决

方案中所涉及到的一些技术或方案。

2.1奶牛身份识别

奶牛身份识别采用目前已经非常成熟的射频识别技术（RFID，RadioFrequency

Identification）。它利用射频方式进行非接触双向通信实现人们对各类物体或设备人员物品在

不同状态（移动或静止）下的识别和数据交换。它是IBM“智慧地球”概念中最基本的技

术。

2.2奶牛健康状况检测

（）体温和呼吸频率

1

体温和呼吸频率常用于检测动物发情，呼吸疾病等。呼吸频率测量采用K型热电偶(一

种温度传感器)，测量牛鼻孔呼吸气体。牛的毛皮厚实，表皮温度不能代表体内温度。鼻孔

呼出气体热度的高低变化表征一次呼吸频率，同时呼吸气体热度又可以表征体内温度，由此

热电偶同时完成对呼吸频率和体温的测量。K型热电偶是工业中常用的测温元件，有如下特