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信息技术在畜牧业中的应用与思考
文章出处:网责任编辑:作者:发表时间:2011-12-30 15:12:00

  信息化作为先进生产力发展的重要标志,对畜牧业发展产生了十分深远的影响,该文较系统地分析了信息化技术在畜牧业中应用的现状,并对其未来的发展进行了讨论。

  21世纪是一个信息时代,随着计算机技术、互联网技术、通讯技术的发展,信息技术已经渗透到社会、经济生活的方方面面,并成为各行业发展的主要推动力。与其他行业相比,信息技术在畜牧业中的应用还处于起步阶段,但这并不意味信息技术对畜牧业的发展益处不大。我们应该清楚地认识到,近20年来全球掀起的以信息技术为代表的技术革命为传统畜牧业带来新的发展机遇。依托先进计算机技术,科研人员利用专业软件就可以对试验进行模拟和仿真,对庞大的试验数据进行复杂数学计算和统计分析,这不仅大大缩短研究周期,同时也提高了研究的准确性。

  同时随着互联网高速发展,利用信息技术搭建起的信息交流与沟通平台,将科研、生产、管理以及农资和农产品市场等环节紧密地连接起来,使之成为一个有机整体。这将有利于科研院所选择符合市场需求的实用技术进行开发和推广,以加快科研成果转化速度;有利于企业把握市场的动向,减少生产经营的盲目性和滞后性,提高企业竞争力,从而实现畜牧业的持续健康发展。

  目前,信息化技术在畜牧业上的应用研究主要集中在遗传育种计算、饲料配方设计、模拟模型系统开发、专家系统等方面。

  1、遗传育种计算

  随着农业技术发展,传统的育种技术已不能胜任畜牧业发展高速发展的需要。在育种计算领域,应用计算机技术促进畜牧业发展和品种改良。已成为提高家畜生产质量的一个重要手段。例如美国宾西法尼亚州应用计算机管理30万头乳牛进行选种和选配,使每头乳牛产乳量翻了一番,收入提高了2倍。

  1.1  利用信息技术调查、评估、保存、管理畜禽遗传资源现代遗传育种理论的一个基本原则是收集和储存数量庞大的家禽遗传数据,并配以先进统计学计算方法,以此寻找最优育种方案。首先要建立广泛而全面的品种资源储备,这样才能从更大的范围中寻找并培养出品质高、适应性强、符合人类需求的畜禽品种。如一些北美和欧洲国家,种畜的遗传评定都是地区性的,甚至是全国性的,也就是将全地区乃至全国的数据收集在一起,统一进行遗传评定。在加拿大,国家的种猪联合遗传评定由加拿大猪改良中心(CCSI)负责,CCSI保存了全国1800万头猪的生产性能测定和遗传评定记录,这些数据来自于参加全国猪联合育种的各猪场的测定数据和各地区中心测定站的测定数据。每年有10万多头种猪参加测定,从中获取了大量的遗传数据,丰富的遗传信息资源为培育优良品种打下了良好基础。

  1.2  利用计算机快速准确地估计畜禽育种值育种估值是育种成败的关键,为了保证育种值估计的精确度,必需使用科学的统计方法,对大量相关数据资料进行处理。利用计算机开发专业软件解决大量的数据分析处理问题,可以极大地提高遗传参数和育种值估计的精确度,从而增加选择速度和可靠程度。例如美国育种服务组织开发的遗传配种服务程序GMS,30多个国家超过100万乳牛使用了该程序。该系统根据乳牛的体型参数及结构特征等方面数据,告诉用户如何配种,并在全国成立了乳牛改良协会(DHTA)。应用计算机建立了9个数据处理中心,提供准确的生产管理报告,加速了后裔测定和选种选配进程。

  1.3  国内育种计算技术的发展情况目前,我国畜禽育种计算技术在总体水平上落后于欧美等发达国家,我们在畜禽资源的调查、评估、保存、管理和利用上还存在许多不足之处。我国仅仅在部分省市建立了地方性的畜禽品种信息处理中心,负责本地区的畜禽遗传评定,遗传评定的范围不够广。畜禽品质资源库建立也落后于发达国家,收录到数据库的品质资源也十分有限。目前国内畜禽品种资源数据库结构仅有ll9个字段,急需进一步扩充和完善。另外我国许多种猪场已经开始着手进行软件选育工作,在大部分国家级的种猪场和其他一些较大型的种猪

  场已有了供场内遗传评定的计算机软件(GBSPIGMAP)。但由于育种技术参差不齐,特别是受到持续性问题和育种规模的限制,目前还难以实现高水平、高效率的育种工作。

  2、饲料配方计算机管理

  饲料是畜禽养殖业成败的一个关键因素,好的饲料配方可以降低养殖成本,提高畜禽品质。从而帮助企业获取更好经济效益。饲料配方设计是饲料工业核心,一个好配方很难通过简单计算来得到。它通常是根据营养原理和以往经验,先通过初拟配方再通过大面积筛选试验,并采集数据.最后还要经过复杂的数学计算和科学统计才能确定。

  好的饲料配方应该具有营养均衡、转化率高、成本低等特点,这就需要从多个角度考虑设计方案。结合传统的多配方技术、概率配方技术、配料仓竞争等技术,利用计算机强大的数据处理能力。可以迅速从大量试验数据中总结规律,特别是营养成分与饲料种类及用量的精确对应关系,从而提高配方设计效率和准确度。另外,用成熟的分析结果建立数学模型开发软件,可以大大简化饲料配方设计工作。这样使用者不需要掌握高深的营养学和统计学知识。只要根据软件提示输入相应信息,如动物种类、成长周期等,计算机就可优化计算出适宜配方。从而提高了养殖的科学性,帮助饲养者获取更好的经济效益。

  目前国内有许多比较成功的例子,如中国农业科学院张子仪等建立了“中国饲料数据库管理系统”,孙德林研制了“乳牛饲料数据库与饲料配方设计系统”,陆昌华利用计算机技术、动物营养理论和数学方法,开发了“蛋鸡饲料配方微机决策管理系统”,徐万良等研制了“饲料配方系统CTT”,华中农业大学黄汉英等利用模糊线性规划方法研制了新一代饲料配方软件等。

  3、畜牧业模拟模型研究技术

  畜牧业模拟模型研究技术就是利用计算机的信息处理能力和虚拟功能,结合畜牧业科学研究理论,采用仿真、多媒体等技术建立数学模型定量,对畜牧业生产中的现象、过程进行模拟。计算机模拟模型技术有利于发挥多源、多维、动态、实时、大规模的数据量优势,模拟出的试验结果更加准确更能反映客观规律。此外,模拟模型试验改变了传统科研方式,跳开了时间与空间限制,只要通过软件配置,就可方便地添加各种实验需要的外部环境条件和因素,轻松模拟出许多在现实条件中很难开展或尚不能开展的试验项目。不仅大大节约了科研成本,合理利用各项资源,达到提高农业产品质量和产量的目的。

  目前模拟模型技术已经应用到农业生产和研究各个领域,从宏观农业经济发展到微观的光合作用过程,几乎涉及所有的农业问题。例如畜牧业方面,可以虚拟地描述畜禽生长发育、器官建成等生理生态过程,可以虚拟研究畜禽产量与环境之间相互作用的数量比例关系,研究资源环境间相互关联、资源的优化利用和资源的重复利用等问题。

  3.1  虚拟生物试验定向培育优秀畜禽品种采用传统方法研究畜禽保种群体受到两个因素制约。一是研究周期太长,缺乏经济效益。如,牛、羊等大型畜禽,1个世代约需5年,10个世代就要50年。二是难以了解到群体中控制性状的多基因的动态变化,通过观察和普通生物试验只能得到群体均数、方差等外部参数。缺乏大量的试验,难以研究保种长期效益和种群遗传性状的稳定性。用计算机模拟模型技术来代替生物试验。为保种研究提供了有力工具,大大缩短了研究周期,大量低成本模拟试验也确保了研究结果的可靠性。例如,吴克亮等应用计算机模拟方法,成功地建立了多基因不同基因效应模型,对群体含量、连锁强度、遗传力、选择等因素在畜禽保种群中的作用进行了广泛的模拟研究取得了较好的成效。再如,王金良利用计算机模拟小群体保种研究也取得成功。

  3.2  建立数学模型提高畜禽选种准确性利用模拟模型技术建立畜禽图文数据库模型,综合分析育种数据、种质资源、形态特征、生态环境等因素。通过计算机建立的数学模型研究与动物育种有关的“数”和“形”之间的联系,提高畜禽选种的准确性。如应用计算机图像分析系统观察和度量群体行为和染色体组型,可以从宏观和微观两方面提高育种效果。又如在猪的育种实践中,通过计算机图像分析B超活体测定的背部厚度以及眼肌面积,不必等屠宰后进行测定,降低了测定费用,加大了选择强度,提高了选种的准确性;采用核磁共振及计算机图像技术,可在活体上测量系水力、肌内脂肪含量等肉质性状,加快这些性状的遗传改良。

  计算机图像分析系统也有助于畜禽的遗传评定研究。通过数形结合优势,增加了直观度,使育种工作的开展更加灵活易行。例如,对乳牛外形线性评定中,先用摄像机拍下个体的照片,然后与计算机相连接。这样可以利用专用计算机软件客观的测量有关的线性性状值,基本实现乳牛体形线性评定的自动化,提高研究工作的质量与效率。

  4专家系统

  农业专家系统实际就是一个专业计算机程序,它以人类专家的水平为使用提供专业技术指导和结果预测服务。系统拥有一个庞大知识库,保存有数以万计的信息,包括各类农业领域知识和经验总结各种通过试验获得数据及数学模型,各类实用农业技术原理及具体操作方法等。使用者通过互联网登陆系统,按照提示输入相应信息,计算机利用人工智能技术,并结合知识库模仿农业专家思维过程进行推理,进行解答、解释或判断,使计算机在这个过程中起到模拟人类专家作用。目前农业专家系统已经广泛应用于畜禽饲养管理、水产养殖、物种保护、育种以及经济决策等各领域。

  4.1  专家系统在畜牧研究中的应用农业专家系统为科研成果普及应用提供了新方法,加快了畜牧业朝着数字化、精确化、高效化和科学化迈进的步伐,使畜牧业得到更优、更快的发展。

  畜牧业的生产活动是多学科纵横交叉综合体,遇到的问题往往需要多个领域知识相互渗透共同解决。农业专家系统知识库中汇集了专家群体的智慧,通过逻辑推理演算,将各类动态更新的数据、公式、方法、经验进行有效运算、装配和组合。不仅实现了对问题的定量、定性分析,还能够为使用者预测各类预案的运行结果,用精确数据对预案和问题的因果关系做出深层次说明,对各种在畜牧业生产活动中遇到的问题做出科学的决策指引。

  随着计算机技术的高速发展,专家系统已经从单一的技术诊断和技术支撑转向应用于生产管理、经济分析与决策等方面。如浙江大学与中国农业科学院畜牧研究所联合开发了基于案例推理和面向对象技术应用的饲料配方研究方向的专家系统。该系统已得到了广泛的推广应用,并取得了良好的经济效益。

  4.2  专家系统在农业双百活动中的作用我国畜牧养殖业中小规模养殖户占很大比例,农业劳动者整体素质不高,得到的有效农业信息资源严重不足,尤其缺乏关于养殖基础理论和实用技术方面的资料。农业双百行动是我们国家的一项惠民措施,专家亲赴生产第一线为劳动者提供专业的技术服务。但是我国的专业科技人员数量不足,无法为他们提供足够的专业技术指导,许多先进高效的畜牧业科研成果没有办法得到及时推广,大多数养殖户还是仅仅依靠分散饲养管理和传统饲养技术进行生产劳动。这些因素都制约了畜牧业朝着高产高效方向发展。农业专家系统可以为广大农民提供及时、有效的远程咨询、诊断等技术支持服务,可以替人类专家长期陪伴在农民身边,大大缓解了我国科技人员不足的矛盾。专家系统中许多资料更是以多媒体方式提供,通过视频中专家有声有色的讲解,不仅有利于各项最新实用的科技成果在农民中推广,也方便了农民解决生产过程中遇到的各种问题,有效地促进畜牧业朝低成本、低风险、高效益的正确道路发展。

  5、关于我国畜牧业信息化发展的几点思考

  5.1  加强畜牧业数据动态化管理我国是畜牧业大国,所蕴含的资源十分丰富,但目前我国畜禽信息采集、研究成果收录和数据库建设等方面与发达国家还有很大差距。主要表现为信息总量不足以及信息更新不及时等问题。而这些基础数据对科学研究又至关重要,许多研究都需依靠这些数据进行分析和计算,所以数据的时效性就显得尤为重要。我们要加强畜禽信息数据库建设,并采取切实有效措施开展畜禽信息采集、整理工作,确保数据库得到及时地补充与更新。例如专家系统智慧库中信息不仅量大,而且还必须动态更新。只有不断扩充新知识、新技术农业专家系统才能更好地解决生产中遇到的各种新问题,才能为广大农业生产者提供最新、最实用、最准确的科技指导。

  5.2  开发便捷易用的农业信息化终端设备为了让新技术能更便捷、更廉价、更有效地服务于畜牧业科研、生产、经营等各个环节,我们需要开发便捷易用的信息化应用终端设备。PDA是一种掌上型计算机,它具有体积小、便于携带、操作简单、价格低、具备无线通信能力等特点同。通过开发适用于PalmOS和WindowsCE操作系统的软件,可以将许多现在应用于个人电脑上的农业软件移植过来,便于专家在田间地头指导生产、开展研究。例如,将农业专家系统移植到PDA平台上,不但保留了原先提供图文并茂的信息和多媒体播放等功能,还具有携带方便优点,便于使用者能随时随地使用,应用前景十分广阔。

  另外,PDA具有很强扩展性。加装GPS定位模块后,就可以开展野外信息采集。例如,畜禽资源信息采集、畜禽种群遥感监测、环境信息监测等科学研究活动。同时借助第三代移动通讯技术(3G)的高速数据传输能力,可以时时将数据送至中央管理系统进行统一处理。这有助于农业管理人员精确掌握各地区畜牧业资源分布情况,对畜牧业产业发展做出正确合理的安排。

  5.3  加大农业信息化人才培养力度大部分农业专家缺少信息技术专业知识,无法独立完成农业信息化系统应用开发,对外依存度较高。但由信息领域专家帮助开发的系统也存在局限性。例如,许多农业科研软件仅仅提供了通用模板和模型,但我国地广物博,各种动物、植物分布广泛,而且具有很强地域性气候条件、土壤条件等又各不相同。这就需要研究者根据自己的外部因素对系统进行二次开发,设计合适的数学模型和定量分析程序,确保研究方向的正确性和系统的适用性。这就迫切需要一大批既懂现代信息技术又懂现代化农业技术的综合性人才来充实农业信息化建设队伍。

  在信息化综合性人才培养方面,我们应坚持内外两手抓。一方面加强现有人才的培训和使用,充分利用社会培训、继续教育等多种途径进行知识充电,提高他们信息化应用水平。同时制定积极的人才政策,吸收和引进一批了解农业知识、农业经济规律,并且熟练掌握计算机技术,特别是软件开发技术的人员来充实农业信息化建设队伍。通过帮助他们解决工作中遇到的困难和问题,提高其工作积极性,使之成为加快农业信息化发展的主力军。

  经过30年的发展,我国畜牧业信息化应用已经初见规模,信息技术作为现代农业的先导,推动了畜牧科技的发展和进步。一大批与信息技术结合的现代农业技术,如动物育种计算技术、动物营养与饲料加工技术、疾病诊疗及防控技术、畜产品营养与加工等技术在我国畜牧业发展的各个环节都发挥了积极的推动作用。我们相信,随着农业信息技术的不断发展。它必将为全面提高我国畜牧业核心竞争力做出卓越贡献。

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