母猪群养饲喂站智能监控及精细化管理系统设计

作     者：余鹏翔 

作者单位：西南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：石军锋;岳高峰

授予年度：2023年

学科分类：082804[工学-农业电气化与自动化] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 0835[工学-软件工程] 081202[工学-计算机软件与理论] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：母猪饲喂站 智能监控 精细饲喂 SpringBoot Netty 

摘      要：猪肉生产是我国畜牧业产出的一大重要组成部分。能繁殖母猪的科学饲养作为猪肉生产行业重要的成分之一,一直是提高养猪场盈利能力的动力来源。根据国外母猪养殖的先进经验,通过母猪电子饲喂站群养母猪可以有效改善母猪的福利水平、降低空间使用以及人力成本、提升母猪生产效率。国外涌现了一批成熟的母猪群养饲喂站及其管理监控系统的供应方案。但是,由于我国对群养母猪智能饲喂设备的研发还处在基础的设备仿制阶段,系统层面尚不成熟,相应的技术设备只能从国外进口。这无疑增加了养猪场引入先进技术的门槛。本研究为了降低养猪场中母猪群养管理技术的应用门槛,基于自主研发的母猪群养饲喂站,开发出了一套可以实现多台饲喂站智能监控,并且能对母猪实现精细化饲喂的管理系统。本文的主要研究内容如下:1)母猪群养饲喂模式下的技术选型及系统建模。通过分析国外母猪群养饲喂模式的技术特点,设计基于4G网络系统整体拓扑结构。选择以嵌入式Linux为核心的母猪群养饲喂站作为精细饲喂的执行层。分别以饲喂站装备智能监控和母猪精细化饲喂为核心,借助数字孪生以及专家系统的相关理论知识,建立系统架构核心模型。并确定了以母猪品种、胎次等实时状态信息决策饲喂量的专家系统决策模型。2)设计开发系统的后端服务。选择基于Spring Boot框架的ssm技术栈搭建系统项目后台。根据系统需求设计后端核心功能模块。设计用户、母猪、饲喂站、饲喂知识库等实体对应的具体数据结构。设计与饲喂站通信的Socket通信协议以及与前端虚拟三维饲喂站通信的Web Socket通信协议,基于Netty框架实现后台通信服务功能。完成系统核心决策功能模块与饲喂站状态信息监测模块的后端实现。3)设计开发系统交互前端页面。选择基于***作为前端组件的开发框架。抽象出公共的前端请求实现类。设计包括用户权限登录、母猪信息注册管理、饲喂站设备注册管理、饲喂专家系统交互在内的核心前端业务实现。根据饲喂站三维实体,建立饲喂站的虚拟三维模型。并通过***引擎,配合浏览器支持的Web Socket通信功能,在前端用户界面实现虚拟饲喂站实体监控物理饲喂站的功能。最后通过摄像头云服务组件,在前端提供饲喂现场监控的视频画面。进一步完成系统前端开发。4)实际母猪群养饲喂场景下的系统测试。在重庆市合川区的合作单位进行母猪群养场景下的系统试验。在猪栏安装设置母猪群养饲喂站,在国内云服务器平台上打包运行系统前后端项目。实际验证项目的可用性和并发性。最终试验结果证明,本研究设计开发的母猪饲喂站智能监控及精细化管理系统,可以实现用户登陆权限管理、母猪信息管理以及状态监控、饲喂站信息管理以及状态监控、母猪精细化饲喂智能决策的系统功能。在基础云服务器配置下,系统后端能可靠、低延迟地承载120台以上的饲喂站设备的并发通信与设备实时状态推送。前端能以50帧以上的帧率稳定渲染饲喂站虚拟三维模型的同时,保证15帧左右饲喂现场实时视频的呈现。本研究总体实现了母猪群养饲喂背景下对设备的智能监控以及精细化饲喂决策,满足了实际生产中的设备并发和客户端并发的通信需求,有很强的实用性价值。