摘要：本系统实时在线监测野外牧场中每头牛的位置和健康情况，通过云平台对采集到的数据进行智能分析，及时发现牛的身体健康隐患，及早寻找并治疗，降低病死率，同时及时发现牛的越界现象，以及防止偷盗事件，减小野外放养牛的损失，提高生产力和管理效率。
关键词：野外牧场、牛群、健康检测、智能管理
引言
进十年以来，我国畜牧业发展良好，畜牧业已经成为我国农业农村经济的支柱产业，成为农民重要的收人来源。野外生态放养牛群就是非常好的项目，但会有很多不确定性，如牛群是否走出设定的范围导致丢失，是否被偷走，是否跌倒受伤，生病等，因此要有先进的技术手段来进行养殖管理。但是有的山地或草原没有公共信号，很难建立定位和健康监测数据传输通道。本系统就很好地解决了这一难题，例如在一些大山里，山谷里没有4G等公共信号，或者只有山顶某些局部区域有4G信号，牛群就是常年在山谷里放养，要监测这些牛的状况，首先要搭建本区域通信基站并延伸到有4G信号的地方，再通过4G数据传输到云端。因此本系统包括云端服务软件、通信系统、牛项圈上的体温检测及定位、体重预测等的设计与实现。
系统功能
每一头牛都佩戴一个牛项圈，有唯一ID身份标识，包含有温度测量、GPS定位和太阳能电池等。
被监测牛群列表显示在线/离线状态、体温、出生日期、预测体重、位置(地理经纬度)等属性信息、详细显示所采集的各种参数及分析结果等。
(1)牛体温实时数据和历史数据处理保存和显示。
(2)牛群健康状况实时数据分析，并生成告警记录，发送给相关人员。
(3)显示预测达到出栏体重的牛ID列表，并根据定位指导寻找。
(4)牛定位管理，每头牛所在的地理位置电子地图上显示。
(5)电池监测，牛项圈装有小太阳能电池，一旦检测电量严重不足时，告警更换。
3.系统设计
3.1 系统组成和结构
本系统由传感器、牛项圈智能网关、LoRa和4G通信、云平台、终端软件几部分组成。
体温传感器
牛项圈智能网关含有非接触式红外传感器，自动周期性采集体温，将温度数据通过LoRa和4G传送至云端服务器进行处理保存和分析。
GPS定位传感器
牛项圈上包含GPS定位芯片，方便用户通过手机或电脑实时跟踪牛的位置状态。设置电子围栏，当牛越界、生病或摔倒不动时，系统发生报警;
电量检测传感器
由于是野外散养，牛项圈需防水防腐防嗮，结实耐用，电池确保使用三年以上不更换，要实时检测电量提醒用户。电池、太阳能充电面板和牛项圈智能网关及传感器是一体化设计，体积很小。
(2)牛项圈智能网关
周期性地采集各种传感器的信息，经处理，形成内部标准的通信协议格式，采用LoRa和4G传输技术发送到云平台处理。接收云平台发来的控制信息。
通信
由于本系统应用在一些大山牧场里，山谷里没有4G等公共信号，或者只有山顶某些局部区域有4G信号，因此在山谷，山顶等关键位置建设几个LoRa基站，每个覆盖半径5公里，并延伸到有4G信号的地方，基站电源由太阳能发电直供方式。数据通过LoRaWAN和4G向云端实时传送，同时也传送云端发向牛项圈的控制指令。
(4)称重
在牛驿站的通道上设有小型地磅，牛群会不定期去到驿站休息，因此就可以称重，结果发送到云端，并将称过重的牛作为样本来预测相同批次的牛的生长状况，目的是预测出栏的时间。
(5)云平台软件系统
系统采用智能移动终端webapp的解决方案，主要利用phonegap、html5的web2.0技术。整个系统结合hybird app和webapp的特性，利用phonegap和ssh框架以及html5、jquery-moblile、jquery、ajax等web2.0技术。
牛信息系统包括基本数据采集和数据分析应用等子系统。
基本数据：
牛的基本信息;牛放养信息;补充饲料喂养信息;牛病理信息;防疫信息;检疫信息;牧场天气信息;牛身体状况信息;牛销售信息。
动态采集数据：处理并保存牛体温数据、定位数据、电池电量、称量体重(或预测体重)，同时也是作为历史数据。
数据统计分析子系统
实时监测牧场内每头牛是否越界，一旦越界要及时处理，因为本基站覆盖半径5公里。是否长时间不动，若是，则说明这头牛有可能受伤或死亡;通过统计分析体温发现异常的牛及时找到治疗;其它处理有：
每头牛在一段时间体温变化趋势;
每头牛在一段时间体重变化趋势，分析出栏时间;
每头牛在一段时间活动轨迹变化趋势;
牛项圈电池电量变化;
数据查询子系统
用户可以查询每头牛实时动态数据;也可以查询每头牛不同时期的历史数据和告警数据，并生成报表打印。
预警处理
越界报警;
牛体温异常报警;
牛项圈失效离线报警;
牛项圈电池电量过低报警;
用户追踪寻找牛时，在手机终端触发按钮后，该牛项圈会声光告警。
(6)终端软件
基于B/S结构的界面设计，手机和PC端自动适配，可以显示基于电子地图的界面，电子围栏，牛的基本信息、每头牛的地理位置、体温等实时数据、历史数据、数据对比曲线图、各种数据预测趋势图、告警信息、各种列表等。在牧区手机没有4G信号，手机通过蓝牙和LoRa转换网关连接到云端，也可以作为导航仪寻找要找的牛，例如当云端分析到某一头牛体温异常时，或者长时间不动时，或者需要出栏时，用户都需要找到该头牛，于是用户通过该软件的导航功能不断接近该牛，并在界面上按该牛位置图标告警按钮，牛项圈上的LED会闪烁蜂鸣器会响，帮助用户快速找到该牛。
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4.结束语
本系统很好地解决了在牧区没有公共通信的状况下，建立了牧区通信基站并延伸到有4G信号的地方，使得牛项圈和云端可以互传数据，并通过采集的数据分析牛的身体健康状况和生长状况，为用户科学养殖提供决策依据，降低了养殖成本，提供生产效益。——论文作者：张红星
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