李敏，韋健，曾志康，莫小香，申垚陽，鐘翠，覃冠霖

（廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技信息研究所，廣西 南寧 530007）

廣西是我國農(nóng)業(yè)大省，2018年廣西農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到4909.24億元，在國民生產(chǎn)總值中占比較大[1~3]，其中畜禽牧業(yè)發(fā)展步伐迅猛，2017年牛肉產(chǎn)量達(dá)到11.71萬t[4]，牛肉占肉類比重提高到3.6%；2018年牧業(yè)產(chǎn)值占農(nóng)林牧漁業(yè)產(chǎn)值的21.84%，較1978年提高了8.04個百分點[1]。

隨著5G新一代無線傳輸?shù)纳逃?，智能移動設(shè)備技術(shù)的成熟運用，設(shè)計基于移動智能終端的管理APP成為現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)的新技術(shù)[5]。研究表明，近幾年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的APP得到廣泛的應(yīng)用[6，7]。新常態(tài)下，廣西畜牧養(yǎng)殖需要新的技術(shù)支持。原生APP在不同的應(yīng)用系統(tǒng)需要獨立的開發(fā)語言，且開發(fā)和維護(hù)成本高、開發(fā)速度慢。Web APP可以通過HTML、CSS或者Java Script進(jìn)行開發(fā)，開發(fā)成本低、速度快，并且維護(hù)相對簡單。因此，設(shè)計基于C#的牛場管理Web APP，可以對牛群進(jìn)行實時管理，還可為飼養(yǎng)人員提供及時、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，便于及時采取相應(yīng)的解決措施，如調(diào)整飼養(yǎng)方案，實現(xiàn)精飼料的精確飼喂，提高牛只生產(chǎn)能力等，實現(xiàn)牛場管理信息化。APP的應(yīng)用為廣西牛場精細(xì)化養(yǎng)殖提供了一種信息化解決方案，對提高牛場的現(xiàn)代化管理水平具有重要意義。

1 肉牛養(yǎng)殖信息追溯管理與解決方案

1.1 肉牛養(yǎng)殖全過程信息追溯與管理分析

廣西牛場養(yǎng)殖已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)?；芾?，特別是在大型牛場逐漸增多的環(huán)境下，牛場養(yǎng)殖全過程的信息追溯管理尤為重要。但廣西牛場養(yǎng)殖在信息管理應(yīng)用方面偏弱，信息技術(shù)應(yīng)用水平有限。牛場養(yǎng)殖信息追溯與管理根據(jù)用途可分為養(yǎng)殖場信息、牛群信息、用戶信息3個中心模塊，在整個追溯管理的過程中，牛群信息模塊是核心，主要實現(xiàn)牛群管理、育種管理、繁殖管理、疾病防控、育肥管理五大管理模塊的數(shù)據(jù)錄入和統(tǒng)計分析功能。APP作為牛場養(yǎng)殖信息管理工具，主要用于管理和分析肉牛生長發(fā)育的整個過程，具體內(nèi)容包括育種信息記錄、繁殖信息記錄、飼料喂養(yǎng)信息記錄、防疫信息記錄、疫病檢索分析以及成牛出欄信息記錄等。通過建立肉牛養(yǎng)殖檔案、疾病檔案實現(xiàn)養(yǎng)殖全過程的溯源，并且為飼養(yǎng)人員提供及時、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

1.2 肉牛養(yǎng)殖全過程信息追溯與管理解決方案

根據(jù)APP功能設(shè)定牛群信息模塊，主要對牛群、育種、繁殖、疾病防控、育肥幾個階段進(jìn)行管理與分析。通過考察、分析廣西武宣農(nóng)業(yè)科技園區(qū)夏南牛養(yǎng)殖基地實際情況，最終確定采用二維碼耳標(biāo)與RFID射頻技術(shù)相結(jié)合的溯源模式。在養(yǎng)殖過程中，不同發(fā)育時期的牛只需要進(jìn)行更換牛欄，因此通過在牛欄安裝RFID標(biāo)簽閱讀器，采集出入牛只電子耳標(biāo)標(biāo)簽信息，閱讀器讀取信息解碼傳送到APP服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過無線通信存儲到本地數(shù)據(jù)庫，并在APP上呈現(xiàn)；在飼養(yǎng)管理過程中，為方便飼養(yǎng)員對飼養(yǎng)牛只信息進(jìn)行記錄管理，在耳標(biāo)增加二維碼信息，通過手機掃碼進(jìn)行對應(yīng)牛只的信息記錄，并通過手機APP傳送到服務(wù)器分析。牛群信息追溯管理解決方案（圖1）。

2 基于C#的Web APP設(shè)計

2.1 APP總體框架

牛場管理Web APP采用Visual Studio2017開發(fā)工具，用 Microsoft SQL Server2008數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，運用面向?qū)ο箝_發(fā)C#語言。APP總體框架如圖2所示。

2.2 功能模塊設(shè)計

2.2.1 主要功能模塊

（1）牛群管理模塊功能主要涉及牛只牛舍管理、轉(zhuǎn)舍離場登記。采用RFID射頻技術(shù)實現(xiàn)牛群管理。在牛舍門安裝RFID閱讀器，牛群轉(zhuǎn)舍、離舍時，牛耳上電子標(biāo)簽的射頻模塊通過天線以特定的頻率信號發(fā)送到RFID閱讀器，閱讀器接收電子標(biāo)簽解碼數(shù)據(jù)并交互傳送到服務(wù)器，從而實現(xiàn)牛耳電子標(biāo)簽和牛舍門上閱讀器的通信；為了方便飼養(yǎng)員在管理過程中能夠快速記錄牛只信息，APP上設(shè)計了二維碼標(biāo)簽，飼養(yǎng)員可以通過手機APP掃描牛耳標(biāo)二維碼進(jìn)行信息記錄，實現(xiàn)牛只飼養(yǎng)信息化管理。

圖1 基于二維碼和RFID的牛信息管理解決方案Fig.1 Information management solutions of cattle based on QR code and RFID

圖2 牛場信息管理APP總體框架Fig.2 General framework of cattle farm information management APP

（2） 育種管理模塊主要涉及配種記錄、凍精管理、體型鑒定和體況評分功能。育種整個養(yǎng)殖過程中的重要環(huán)節(jié)，需要精細(xì)化的數(shù)據(jù)管理，通過手機APP記錄數(shù)據(jù)，并存儲在本地數(shù)據(jù)庫，不僅實現(xiàn)數(shù)據(jù)安全可追溯，還可以實現(xiàn)育種目標(biāo)、親本選配、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、選種決策、育種資源管理、系代追溯、育種進(jìn)度管理等工作，大大簡化了育種過程，節(jié)約人力物力資源，全面提高牛場育種的信息化管理水平。

（3）疾病防控模塊主要登記牛只疾病發(fā)病信息登記與免疫信息。飼養(yǎng)員在養(yǎng)殖管理過程中發(fā)現(xiàn)牛只病例情況，可以使用手機APP掃碼對病牛進(jìn)行詳細(xì)的記錄，如發(fā)病日期、疾病類型、疾病名稱、疾病概述、嚴(yán)重程度、發(fā)現(xiàn)方式、獸醫(yī)、處方備注等，并根據(jù)歷史經(jīng)驗對病牛做應(yīng)急處理；飼養(yǎng)人員還可以在APP的病情檢索模塊上搜索疾病疫病信息，根據(jù)搜索結(jié)果與病牛實際情況，采取相應(yīng)的救治措施。免疫信息的記錄為研究人員提供了很好的疾病防控樣例，并為牛場管理層制定疾病防控措施提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

（4）統(tǒng)計分析模塊主要對牛群數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，具體內(nèi)容為牛群概況和存欄分布。牛群概況展示牛群結(jié)構(gòu)信息，即不同牛只類型占牛場牛只總數(shù)百分比情況。通過牛只類型百分比數(shù)據(jù)分析肉牛的育肥情況，為科學(xué)制定養(yǎng)殖決策與方案提供依據(jù)。存欄分布分析牛舍存欄信息，即不同牛舍牛只存欄量占牛場牛只總數(shù)百分比。通過分析存欄分布信息，可以了解養(yǎng)殖場各階段牛只的數(shù)量及比重，更好地掌握養(yǎng)殖場總體發(fā)展情況。

2.2.2 APP界面設(shè)計 根據(jù)APP用戶群體特征，以簡潔、清晰為原則，操作方便、減少選擇錯誤率、功能標(biāo)識方便理解與使用為宗旨，設(shè)計系統(tǒng)模塊界面（圖 3）。

圖3 系統(tǒng)模塊界面Fig.3 System module interface

2.3 主要功能模塊實現(xiàn)流程

2.3.1 牛只數(shù)據(jù)存儲流程 牛只相關(guān)數(shù)據(jù)通過超高頻RFID技術(shù)實現(xiàn)交互，RFID閱讀器將相應(yīng)牛只信息寫入牛耳標(biāo)簽，通常包括溯源編碼、牛只編號和牛只類型等信息。牛只編號作為牛只唯一標(biāo)識碼，由固定位數(shù)的數(shù)字組成，與溯源編碼相對應(yīng)印制在標(biāo)簽上。飼養(yǎng)員可通過APP讀取牛只信息實現(xiàn)在線管理。數(shù)據(jù)存儲流程如下：首先用傳統(tǒng)的UHF Reader Connect函數(shù)初始化信道頻率與端口連接RFID閱讀器，然后用UHF Read Data By EPC函數(shù)修改數(shù)據(jù)信息或存入數(shù)據(jù)，最后將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中（圖4）。

圖4 數(shù)據(jù)存儲流程Fig.4 Data storage process

2.3.2 牛只數(shù)據(jù)讀取流程 在牛只管理界面可通過以下2種方式查看牛只信息，（1） 通過搜索牛只編號獲取牛號，然后點擊相應(yīng)牛號查看牛只信息；（2）通過手機APP掃描牛耳標(biāo)獲取牛號，然后點擊相應(yīng)牛號查看牛只信息。具體數(shù)據(jù)實現(xiàn)流程如下：首先讀寫器的讀寫模塊對牛耳標(biāo)數(shù)據(jù)讀取節(jié)點初始化，判斷是何種方式讀取數(shù)據(jù)；然后根據(jù)讀取方式獲取標(biāo)簽信息，并將獲取數(shù)據(jù)發(fā)送至APP客戶端（圖5）。

圖5 牛只數(shù)據(jù)讀取流程Fig.5 Cattle data reading process

3 APP應(yīng)用測試分析

3.1 牛群管理模塊測試

牛群管理模塊測試能夠快速響應(yīng)，牛只在進(jìn)行轉(zhuǎn)舍、離舍時，牛耳標(biāo)簽和RFID閱讀器之間能夠快速、準(zhǔn)確通信，牛欄上的RFID閱讀器能夠準(zhǔn)確接收牛耳標(biāo)簽頻率并完成解碼，相應(yīng)數(shù)據(jù)存取響應(yīng)時間合理；牛只管理和牛舍管理測試在單個或批量登記都能正確實現(xiàn)。功能模塊使用方便、簡單，測試人員容易掌握。

3.2 育種管理和繁殖管理模塊測試

育種和繁殖是牛生長過程的重要環(huán)節(jié)，在此過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)較為復(fù)雜龐大，且信息對于決策分析極其重要。模塊測試能夠?qū)⑾鄳?yīng)的屬性信息進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，彈窗選擇、手動輸入等功能均能實現(xiàn)。

3.3 統(tǒng)計分析模塊測試

在廣西武宣農(nóng)業(yè)科技園區(qū)對APP的主要功能進(jìn)行現(xiàn)場示范與測試。以存欄分布和育肥分析作為測試對象舉例說明，通過統(tǒng)計牛舍信息、對應(yīng)牛舍牛只數(shù)量等數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化，便于管理者查看各階段牛只存欄數(shù)量，及時對養(yǎng)殖過程進(jìn)行合理科學(xué)的調(diào)整，確保養(yǎng)殖場協(xié)調(diào)發(fā)展。并對牛只的肥育情況進(jìn)行記錄，通過折線圖分析牛只體重等生長情況，管理者可以通過分析結(jié)果及時調(diào)整牛只育肥方案（圖6）。

圖6 APP統(tǒng)計分析結(jié)果Fig.6 Statistical analysis results

4 結(jié)論

牛場管理Web APP采用C#設(shè)計并結(jié)合二維碼和RFID技術(shù)實現(xiàn)牛場養(yǎng)殖信息化管理，根據(jù)養(yǎng)殖場牛只和存欄等數(shù)據(jù)可視化，為養(yǎng)殖戶提供管理決策方案，根據(jù)疾病記錄信息及時進(jìn)行疾病防控，并在廣西武宣農(nóng)業(yè)科技園區(qū)夏南牛養(yǎng)殖基地進(jìn)行了驗證，極大地滿足了牛場的實際需求，提高了牛場的管理水平。Web APP性能穩(wěn)定、操作簡便，具有較強的推廣應(yīng)用價值。下一步將在牛只養(yǎng)殖信息管理基礎(chǔ)上，從更深層次對牛只生長發(fā)育等進(jìn)行研究，例如結(jié)合養(yǎng)殖場環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)分析溫濕度對氨氮含量的影響，從氨氮數(shù)據(jù)中挖掘?qū)εＶ簧L發(fā)育的潛在影響，并完善APP統(tǒng)計分析功能，為養(yǎng)殖人員提供更科學(xué)合理的決策。