基于卫星定位的畜牧养殖的牲畜定位及位置服务-2

武汉大学计算机学院物联网定位技术课程论文基于卫星定位的畜牧养殖的牲畜定位及位置服务摘要: 在现有模式下的畜牧业养殖，多采用粗放型的养殖方式，牲畜分布在广袤的牧场上，容易产生丢失或者牧民无法寻回放牧牲畜的情况。当前卫星定位技术如北斗卫星导航系统或全球定位系统（GPS）已然成熟，无线电定位技术，传感网定位技术也在蓬勃发展。所以牲畜定位及追踪问题可以解决。关键词:畜牧业;定位技术;GPS1. 畜牧业养殖的问题及现有方法1.1问题改革开放以来，我国畜牧业有了很大发展，畜牧业已发展成为农业和农村经济的重要支柱产业，但与种植业相比，其现代化程度还很低。进入20世纪80年代后，畜牧业现代化发展的步伐加快，尤其是社会主义市场经济的建立，使得竞争日益激烈，必须降低生产成本，科学饲养，才能提高经济效益，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地，因此发展现代畜牧业已刻不容缓。理论来源于实践，最终还需回到实践中去才具有存在的魅力，所以我们先从牧区老牧民身上来了解传统放牧方法的弊端及不足。从放牧时间来说，基本原则是“早出晚归”，即出牧要尽量早，归牧要尽量晚，这样可以让家畜吃好吃饱。早出晚归可防止日射病、中暑等的发生；夏秋季露水较大或冬季有霜时，出牧时间可稍晚。而这个则给管理人员带来了不便，由于牧区广袤，所以牲畜会分散较开，分散在视野之外，而晚上能见度进一步下降，导致牲畜回栏更加困难，甚至导致牲畜丢失。从放牧方法来说，根据不同的季节，不同气候，也有不同的放牧方式。例如，天冷时将家畜赶到阳坡或凹处放牧，可以使家畜晒太阳，防止被风吹。天热时可以赶到阴坡，防止太阳直射，中午在通风处休息，休息时最好让牲畜饮点水。夏秋季，雨水多，多有山洪暴发，危及人、畜生命安全，故应在天变云动时，立即将牲畜尽量赶到不受洪水威胁的地势较平坦且安全的地方，集中在一起，等暴洪过后再走。所以在这种牲畜大规模转移或紧急避难时，需要精准的找到离群的牲畜，实时了解牲畜转移方向，这就需要较高的定位精度和实时的追踪。1.2现有方法从现有的办法来说，牧民更多的还是依靠传承数千年的口口相传经验来放牧。例如在放羊时，牧民会紧跟在头羊身边，依靠羊群的生物习性来管理羊群。或者饲养牧羊犬，通过牧羊犬来大规模的管理羊群。这些古老的放牧技巧在漫长的历史长河中证明了它的科学性和严谨性，但现代科技的发展将进一步改进畜牧业这种粗放型的放牧方式而转变成更加精细的现代化畜牧业。1.3技术化必要性以内蒙古自治区为例，1984年的内蒙古牧区改革带动了畜牧业经济的发展，牧民人均纯收入稳定增长，年平均增长率达14.8% 。到1992年，内蒙古牧区居民人均纯收入突破千元，达到1022元，年平均增长率为7.5%。2010年，内蒙古牧民人均纯收入中家庭经营性收入占75.55%。说明牧民的收入主要来自家庭经营，主要来自畜牧业，收入结构更加单一。从牲畜产品价格走势来看，虽然这几年受到金融危机的影响，导致畜产品价格时有波动，但仍然可以看出价格始终保持高位运行，并且总体呈现上升趋势。所以随着经济回暖，扩大内需成为新经济增长点，牲畜价格将会持续走高。如果对于牧民来说由于牲畜走失或者遭遇极端天气而导致牲畜死亡，会给牧民们带来极大的经济财产损失。图1-1为2003年至2011年内蒙古自治区畜产品生产价格指数，数据来源：国家统计局。随着改革开放发展，各种牲畜农产品需求不断攀升，草原牲畜饲养量也随之上升。但牲畜数量上升的背后是以草原退化为代价，内蒙古自治区仅草原沙化、退化、碱化就达5.8亿亩，占全区可利用草原的56.3%。所以科学合理的调度牧民迁徙，平衡草场资源，也是保证可持续发展的重要方法。从上述三个方面可以了解到，牲畜作为以畜牧养殖为主要收入来源的牧民家庭来说，丢失或者死亡是一项重大的经济损失。而对于国家来说，由于不合理的放牧而导致的草原沙化、退化、盐碱化，也是急待解决的问题。所以运用定位技术来实时追踪牲畜，提前预警极端天气，合理调度放牧区域是一种很有效的技术手段。2. 现有定位及追踪技术从现有的定位技术来说，主要可以分为以GPS为代表的卫星定位，以蜂窝网定位为代表的无线通信定位，以及以Wi-Fi定位为代表的传感网定位。这三种定位方式，应用范围广阔。GPS,1973年12月由美国国防部批准研制，1995年达到完全应用能力。GPS可以用于军事、交通运输、大地测量、遥感、资源勘探等诸多领域。能够在全球范围内，提供实时、连续、全天候的导航定位及授时服务。GPS全球定位系统从建成运行以来，在许多方面证明其可靠性和适用性，尤其是在以草原环境为代表的开阔地形区域，它更具有其他定位方式所不具备的优势，是牲畜定位和追踪的主要技术手段。无线通信定位技术：是通过对接收到的无线电波的某些参数，进行测量。根据特定的算法来判断被测物体的位置，测量参数一般包括信号的传输时间、幅度、相位和到达角等。在现如今全国大多数地区以被蜂窝网覆盖的条件下，无线通信定位可以再畜牧业放牧养殖方面发挥巨大作用。对于传感网定位技术，由于其硬件条件制约及定位技术设计目标，所以传感网定位技术多用于室内定位及小规模定位，在畜牧业养殖草原放牧方面应用受限。3.系统实现 一个真正能够服务牧民，切实提高草原放牧技术水平的系统将会是由RFID、互联网、测绘定位等技术形成的综合系统。在这里我们只就畜牧业养殖的牲畜定位及追踪问题进行阐释。3.1系统的层次分类及功能说明整个系统将由3层组成，即定位终端层，网络传输层及控制管理层，如图3-1所示。最底层为定位终端层，它负责接收GPS卫星发送的宿主位置信息，并交由通信基站进行转发。中间层为网络传输层，由于草原地广人稀，所以网络通信主要借助无线通信网络如GSM或通过卫星进行通信如北斗系统。顶层为控制管理层，它提供给牧民和总控中心，收集由通信网络或卫星转发的牲畜和牧民位置信息，经过计算、分析、处理，提供诸如牲畜定位、牲畜追踪、牧场调度管理、牲畜迁徙信息、极端天气信息预警，突发事件报警及出警等服务。3.2系统详细设计系统运行示意图如图3-2所示。最底层的是定位终端层，它由牲畜用定位装置，牧民用定位装置，及数据转发用通信基站组成。牲畜用定位装置其主要功能是提供GPS卫星信号接收及计算、位置信息的存储转发。定位装置安装在牲畜身上，所以定位装置要求能够抵抗剧烈的震动，并且尽可能小型化。牧民用定位装置主要功能是导航定位，牲畜位置信息显示，位置信息转发及突发事件报警，同时接收总控中心提供的牧场分配和极端天气预警等信息服务。定位装置预计安装在牧民放牧所用的交通工具，能够提供较好的使用环境，同时小型化要求较低。中间层为网络传输层，考虑到草原的特殊地理环境，所以主要采用移动通信网络如GSM或者移动互联网。顶层为控制管理层，主要功能为提供信息服务、处置突发事件。在控制管理层中将分为数据子层和应用子层。数据子层负责接收基站转发的牲畜和牧民位置信息，并存储在系统数据库中。应用子层则负责对存储的信息进行处理，提供给牧民和总控中心，如牲畜定位、牲畜追踪、牧场调度管理、牲畜迁徙信息、极端天气信息预警，突发事件报警及出警等。4.结束语现代化的畜牧业养殖能够显著的提高畜牧养殖效率，减少成本损耗，尤其是像草原放牧这种粗放型的养殖方式。GPS全球定位系统已经面世多年，北斗卫星导航系统组建工作已进入最后阶段，高效、准确的定位技术即将大规模应用，这会给国民经济，社会生活带来极大的提高和便利。在这篇文章中，我将我所设想的基于卫星定位技术的面向畜牧养殖的牲畜定位及追踪方案做了一个简单的阐述，希望能够带来启发和帮助。参考文献1 花蕊,朝乐门.牧民收入问题的调查与几点建议J.内蒙古科技与经济,2012,(1):14-15,18.DOI:10.3969/j.issn.1007-6921.2012.01.006.2 陶克涛,乌仁,吴梅荣等.草原畜牧业创新经营与牧民收入递增的经济学分析J.中国科技论坛,2003,(6):43-47.DOI:10.3969/j.issn.1002-6711.2003.06.012.3 杨红善,周学辉,苗小林等.牧区放牧管理传统乡土知识挖掘J.草业与畜牧,2011,(5):60-62.DOI:10.3969/j.issn.1673-8403.2011.05.020.4 朱会霞,王福林,索瑞霞等.物联网在中国现代农业中的应用J.中国农学通报,2011,27(2):310-314.5 海明,尚士友,孙立武等.基于GIS的草原畜牧业经营模式研究J.现代农业科技,2009,(18):378-379.DOI:10.3969/j.issn.1007-5739.2009.18.261.- 1 -