摘要：该论文针对牧场环境智能监测发展的现状及其在《家畜环境卫生学》教学内容中欠缺的情况，总结分析智能监控系统在鸡场、猪场、牛场环境监测方面的应用，包括实时数据收集和分析、异常情况监测与报警等功能，通过教学内容改革、案列教学等手段，补充完善《家畜环境卫生学》中相关内容，旨在培养学生与时共进的创新思维和实践能力，更好地理解和应用物联网技术的环境监控内容，推动家畜养殖业的可持续发展。

　　关键词：家畜环境卫生学；智能监控；物联网；教改

　　0引言

　　近年，在国家信息化战略的前提下，智能畜牧业发展迅速。环境智能监控、畜禽精准饲喂、疫病自动巡检等智能化手段逐渐渗透畜牧业的各个环节。智能环境监控系统包括传感器、数据采集设备、数据存储和处理设备以及相关的软件和网络设施。传感器用于实时收集温度、湿度、气压、噪音、污染物浓度等环境要素的数据。环境监控收集和分析环境中的各种数据，以便提供环境状况和变化趋势的准确信息。通过对牧场环境的持续监测，可及时发现和处理环境的异常情况，确保畜禽的健康和生产效益。精准饲喂是使用各种传感器和执行器，通过精准控制喂食和饮水，实时收集和分析数据，以提高大规模动物群的管理能力。智能巡检机器人结合机器人技术、人工智能和传感器技术，能够在各种环境下进行巡检、监测和检测任务，减少人工投入，提高了牧场管理效率。

　　《家畜环境卫生学》课程主要使学生通过对农场养殖动物的环境全方位学习，了解动物健康养殖的环境要素。而随着牧场智能监控系统在生产应用中蓬勃发展，该课程中缺少同步生产中智能养殖内容，课堂知识落伍于生产实践，降低了课程教学的效率。本文初步整合了目前畜禽生产实用的智能监控技术和应用，旨在完善《家畜环境卫生学》课程授课内容，推动课程内容与时共进，提高学生生产实践能力。

　　1智能监控在畜禽生产中的作用

　　1.1鸡场智能监控管理

　　鸡场环境监控是确保鸡场环境质量和禽类健康的重要措施。它可以帮助农场管理人员及时发现和解决环境问题，保障鸡群的健康和正常生产。对于任何类型的鸡舍，都应该提供适合鸡生产的环境指标，包括温湿度、二氧化碳（CO2）、氨气（NH3）浓度、水质、噪音等。传统的鸡舍环境主要是人为控制，不仅耗时耗力，还可能因为操作人员的疏忽导致环境检查不到位，导致鸡的健康问题发生。现代化鸡舍采用温度、湿度、NH3、CO2等传感器，可定期采集数据并将其发送到云平台或中央控制系统，允许饲养员实时监测鸡舍的环境和空气质量。如果有一项指标超出预设范围，系统会自动报警提示，提醒饲养员采取适当的调节措施，或者通过系统自动控制，以确保鸡舍的舒适和健康。

　　目前物联网技术已被应用在鸡舍环境监控中。叶永辉采用物联网技术对鸡舍的养殖环境数据进行获取，通过继电器对舍内设备进行控制，对鸡舍环境监控时采用的是SHT35型温湿度传感器、ME3-NH3型NH3传感器、MHZ14B型CO2传感器、ME3-H2S型H2 S传感器以及GY-30型光强度传感器，并将数据传送至云平台，由云平台存储数据，并按需调整环境参数，保证蛋鸡健康，从而提升产蛋率，减少发病率和疾病的传播。吕悦扬和马长金用LabVIEW平台设计一套监控系统对鸡舍环境进行自动监控，主要包括AD590型温度传感器、IH3605型湿度传感器、VC1008T型CO2传感器、MQ137型NH3传感器。该系统可以对温湿度设定一定的范围，若超出这个范围，系统会做出提示，以便操作人员及时调整鸡舍环境。盛立冲等基于蓝牙4.0BLE技术开发了鸡舍环境信息监控系统，把Android智能手机设为客户端，通过无线网对养鸡场信息进行监控。系统采用物联网的感知层、传输层、应用层设计模式构建鸡舍与生长状况相关的环境参数信息库，为后期养殖关键技术的集成奠定可靠的数据基础。冯毅和吴必瑞采用了PLC开发监控系统，由传感器检测模块、控制模块、巨控科技GRM200G PLC无线通讯模块组成鸡舍监控终端。该系统能实时采集环境参数，控制操作单元输出，创造适宜鸡只生产的环境。Rizwan M等使用极端学习机（ELM）和支持向量机（SVM）分类器检测健康鸡和患病鸡发出声音变化，发现利用疫苗试验期间记录计算的mel-scale光谱特征操作，用20 min标记数据进行训练和测试，结果发现分类器可正确区别健康鸡和病鸡。秦伏亮等利用网络拾音器开发构建高斯混合模型-隐马尔科夫模型（GMM-HMM）识别算法，算法在测试集上识别争取率达98.7%，算法检测咳嗽鸡只与人工分类结果相比平均准确率为95%，为早期自动预警肉鸡呼吸道患病提供技术支持。连京华等研发智能巡检机器人，包括PC端机器人管理系统、机器人行走机构、自主移动、导航定位功能、本体结构化模块、无线通信功能设计的开发，实现了自主移动、避障和自动回归充电功能，能够检测禽舍环境、监视家禽行为、监听家禽声音等功能，为家禽精准生产提供服务。

　　1.2猪场智能监控管理

　　目前，生猪养殖业向现代化、集约化、规模化发展。传统的养猪模式已不能满足当前市场的需求，互联网技术被广泛应用于猪舍环境监控。韩国鑫等基于WSN动态协调节点优化的猪舍环境监控系统，提出一种采用动态的协调节点进行实时优化的低能耗无线传感器网络分簇路由算法LDCN。LDCN路由优化算法极大程度的降低了各路由节点以及无线传感器网络整体的能量消耗，延长了无线传感器网络中各节点的使用寿命，为构建高效、低能耗、低成本的猪舍环境监控系统提供可行的参考。黄光日等基于窄带物联网和云平台相结合的技术建立猪舍环境智能监控系统，利用AM2320空气温湿度传感器、CLE-1012-401 NH3浓度检测传感器、PMS7003 CO2浓度检测传感器、CLE-0112-402 H2 S浓度检测传感器、BH1750FVI光照强度传感器、S8-0053 PM10检测传感器采集猪舍环境的数据，进行实时监测和自动化控制，降低了生猪发病率，提高了生猪生长性能。周虎军等利用WIFI具有覆盖范围广、传输速度快，以太网无缝连接的特点，设计了一套养猪场环境远程监控系统。通过手机App对传感器采集的数据进行处理、进行一系列自动调整，通过控制器为农场主提供便捷的管理模式，改善生猪生存环境。赵斌等基于无线局域网络开发了猪舍环境监控系统，该系统包含猪舍环境监控终端、LoRa无线通信模块、无线网络汇聚节点、远程监控终端等，能够根据上传数据，自动启动猪舍温湿度控制设施，如风扇、湿帘等。物联网技术在猪场的环境监控中能够发挥越来越重要的作用，通过设施化物联网装备，可以自动化、实时收集环境信息，并通过远程控制开启风机、湿帘等温湿度控制装备或补光设备，管理者可以更好地监测和控制猪舍环境，为生猪创造最适的生存环境，从而实现最优生产效率，同时提高猪肉品质，最大化猪场经济效益。徐鼎建立了生猪叫声音频数据库，对生猪叫声信号声学特征进行提取和分析，发现咳嗽声与猪舍其他声音谱图图像差异明显，基于卷积神经网络，提高了生猪咳嗽声音识别识别率，仿真实验结果良好，判别咳嗽声准确率达到95%以上，为自动化识别生猪呼吸道疾病，智能化提供诊疗方案提供新手段。

　　1.3牛场智能监控管理

　　由于奶牛肉牛独特的消化生理结构，瘤胃中产生大量的甲烷（CH4）、CO2等温室气体。随着养殖规模的逐渐扩大，牛只释放的甲烷和二氧化碳受到越来越多的关注。同时，牛舍NH3含量过多不仅仅会造成蛋白质浪费，还会引起呼吸道疾病，因此CH4、CO2和NH3排放量通常监测并用作判断空气污染程度和安全性的可靠指标。奶牛场牛舍中的温湿度、风速等环境指标控制不当会诱发各种细菌滋生，从而导致乳房炎发生，严重影响产奶性能，导致经济效益下降。环境中的PM2.5也会干扰奶牛的免疫系统、导致免疫力下降，诱发奶牛呼吸道疾病，甚至会引起奶牛妊娠异常、早产、死胎等现象。

　　牛舍环境质量主要取决于地理位置、气候条件、温湿度控制、通风管理等因素。目前，国内大部分牧场采用人工方法控制牛舍的环境参数。这种方法通常存在一些不足之处，如机械设备参数的设定滞后、与牛需求偏差较大等问题。曾成等为帮助规模化养牛企业实时监控牛舍环境参数，利用嵌入式ARM技术和WIFI无线传输技术开发了实时牛舍环境参数监控系统。该系统分为监控端、无线数据传输网络、数据采集和设备控制单元3部分。刘忠超等基于Android和ZigBee平台，选择适宜的牛舍环境采集传感器，创立了牛舍环境参数传输网络，利用传感器技术，实时采集牛舍的温湿度、光照、CO2浓度、NH3浓度、H2S浓度等环境信息，并根据监测信息控制相应的设备调整环境参数，有效提高了规模化牛场内的环境质量。孙涛等开发了基于PLC的多节点牛舍无线智能环境监控系统，可以实时监控牛舍中的各种环境参数，通过PLC实时自动调节环境因子。利用物联网技术的牛场环境监控系统可以发现环境质量问题和奶牛潜在健康风险，还可以进行大数据分析，为农场的决策制定、生产优化和资源管理参考。除上述智能检测系统外，全封闭人工气候室能对温湿度、风速、CH4、CO2和NH3等多项指标实时监测并调控。人工气候室通过上下机位系统分别执行实时监控和逻辑控制功能，通过多组传感器对各种环境因子进行监测控制。

　　2《家畜环境卫生学》教学改革

　　2.1教学内容改革

　　《家畜环境卫生学》是动物科学专业和动物医学专业的一门专业基础课程，主要讲授家畜生存环境和适应性、温热环境、光照环境、空气质量、噪音、水和土壤环境、设施畜牧场规划设计、畜舍环境改善与自动化控制、以及畜牧生产中的温室气体减量排放和废弃物污染控制等内容，旨在为动物创造适宜的生活环境和生产条件，从而维持畜禽健康、发降低生产成本，减少污染，提高生产效率，更好的适应当代都市型畜牧业健康养殖的需要。《家畜环境卫生学》课程教学注重理论和实践相结合，理论的进展都需要在实践中得到验证和应用。在教学过程中介绍畜禽舍环境监控时，不仅要介绍传统的环境监测系统，也要介绍物联网技术、人工智能应用场景下的环境监测，引入传感器原理、数据采集和通信技术、数据存储和管理、数据分析和自动化控制设备调控环境参数等相关概念和技术，以便于学生大致了解智能畜舍环境监控的基本原理和常用技术，使所学知识更接近生产实践。在学习过程中重点阐述监控系统一般组成，包括传感器的选择如温度、湿度、气体等传感器、数据采集设备、数据传输方式、数据处理和分析。对每个参数的解释和其对畜舍环境和动物健康影响的描述，提升学生学习兴趣，明确学习的目的，实现课程设置与专业培养目标的达成度的统一。

　　2.2案例教学法

　　案例教学法由美国哈佛商学院所倡导，可以激发学生主动学习。引入具体的监控系统的案例，让学生可了解实际的环境监控系统的设计和应用，案例研究可以包括常见的畜舍环境监控技术和方法，以及其中涉及的数据分析和管理。通过分析案例，学生可以了解如何实现环境智能监控，还可以引入一些关于鸡场、猪场、牛场的物联网环境监控实例，学生通过亲身参与设计、搭建和实施过程，使其在解决具体问题的过程中学习，从而唤醒学生的主动学习兴趣，培养学生发现问题和解决问题的能力。

　　2.3实践与实验教学

　　实践与实验教学是专业课程教学必不可少的环节。《家畜环境卫生学》课程学习同样如此。在课程教学过程中应给学生创造充足的实践机会，让学生亲自操作环境监控的设备、传感器、数据采集系统和环境监控系统的搭建和测试。学生通过真实的实验操作，不仅培养实验操作动手技能，也可加深对环境监控技术的原理和实际应用理解。该部分的学习离不开相应的实验与实践平台的建设。校内平台建设是关键。将实体平台建设、远程教学和虚拟实验平台有机结合，满足和扩展学生的实践机会。虚拟实验平台可以提供模拟环境监控系统的实验场景，让学生在虚拟环境中进行实验和学习。此外，老师也应鼓励学生自动探索和学习，提供问题引导和解决方案的支持，同时引导学生进行团队合作和交流，培养学生协作精神。

　　3结论

　　物联网、人工智能、大数据等现代化技术对动物生产起到越来越重要的作用，它们可以检测和测量环境中的各种参数，如温度、湿度、压力、空气质量、水质等。通过将传感器与互联网连接，实现实时监测和数据采集，帮助了解环境状态并及时采取相应的措施。环境监控系统可以提供高效、准确、实时的环境数据，通过了解环境变化以评估环境质量。通过进行教材内容的改革，将智能化监控管理融入到教学中，让动物科学和动物医学专业的学生了解到时代的变化，培养学生与时共进的创新思维和实践能力，更好地服务于动物的健康养殖。

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