基于雷达图的蛋鸡舍综合环境舒适度评价及应用(2)
随着季节的变化,规模化鸡舍中的各环境因素对舍内综合舒适度的影响程度也有所不同。以夏季为例,鸡舍中由温度、湿度、气流速度构成的热湿环境对蛋鸡的影响最大,对综合环境舒适度的贡献最大;由于通风量大,舍内的空气质量环境一般较好,在综合评判过程中所占的权重相对较小。冬季条件下,随着通风量的减小,舍内CO2等空气质量环境的所占比例则显著上升。根据夏季和冬季鸡舍内环境的不同特点,团队中的白士宝在其关于蛋鸡舍环境舒适度评价的研究中,利用层次分析法,通过构建环境因素指标判断阵,计算出夏季鸡舍环境因素权重集W夏和冬季鸡舍环境因素的权重集W冬[15],如表2所示。
表2 各环境因素的权重[15]Table 2 Weights of the environmental factors季节Season温度Temperature湿度Relative humidity风速Air velocity二氧化碳浓度CO2 concentration氨气浓度NH3 concentration 夏季 冬季
值得注意的是,不同气候条件下,各环境因素对舍内综合舒适度的影响会有所不同。因此,本研究所提到的各环境因素权重在实际应用时需要根据试验时间及地点的变化来重新计算。
1.3 环境参数转化及舒适度评价指标构建
1.3.1 环境因素数据的转化
由于各环境因素量程与量纲均不相同,且各因素之间相互影响机制尚不完全明确,无法在适宜应用范围内对其进行定量计算。为在雷达图上计算面积,同时便于观察,需将各项环境参数进行归一化处理,使其具有相同的变化区间,并利用模糊数学方法,统一其量纲为1。根据舍内环境及蛋鸡生理特点,采集到的环境数据需归一化使各因素舒适区间缩小至0~5,生存区间缩小至0~10。例如,海兰褐蛋鸡饲养手册中建议,产蛋期最适温度为21 ℃。因此,本研究在对温度进行评价时,将21 ℃设定为基准0分,5~32 ℃间的温度数值依据图2中曲线转化为相应评分,低于5 ℃或高于32 ℃均为10分。气体浓度同样依图2转化为0~10的相应数值,作为气体环境的评分。如此,各环境因素归一化后的结果均为0~10的评分,再根据模糊拟合的思想,将环境因素的模糊评价区间定量化,即依其对相邻整数隶属度,将评分数值取整数0~10,作为单项环境因素的评分。
1.3.2 基于雷达图的综合环境舒适度评价指标构建
本研究选取表1中5项环境因素作为雷达图的轴,舍内环境数据归一化及模糊拟合后在雷达图的轴上描点,形成不规则的五边形。将五边形各轴长根据表2中权重加权后,轴上各点坐标相应变化,呈现出加权后的五边形。
图2 各环境因素归一化示意图Fig.2 Schematic diagram of normalization of environmental factors
式中为变化后的轴长,xi为初始的轴长,yi为相应的权重值,i为环境因素(取值范围1、2、3、4、5,分别与选取的5个关键环境参数相对应)
如图3所示,夏冬两季中,单项环境因素评分同为5分(舒适区域五边形)和10分(生存区域五边形)的环境状况加权后形成的五边形存在显著差异,说明各因素在不同季节对舍内环境舒适度的影响程度有所区别。此时的五边形看作5个具有相同锐角的三角形,通过正弦定理分别计算其面积,公式如下。
(2)
式中、为第i个三角形相邻两边边长,Xi为两边夹角,为三角形面积。当i为5的时候,为1。
注:图中数字为单项环境因素评分。Note: The figures in the charts are scores for individual environmental factors.图3 夏冬环境因素加权效果对比Fig.3 Comparison of weighted effects of environmental factors in summer and winter
(3)
最后依上式将5个三角形面积求和得到五边形的面积,即为蛋鸡舍综合环境舒适度评价指标(Comprehensive Environmental Index,CEI)。
1.4 蛋鸡舍环境舒适度监测系统搭建
为验证蛋鸡舍环境舒适度评价系统,于2019年1-2月及7-8月,在河北省邯郸市涉县的华裕家禽育种有限公司父母代鸡舍中(以下简称试验鸡舍)进行了现场试验, 饲养品种为海兰灰父母代蛋鸡。试验鸡舍所处地区属于温带大陆性季风气候,夏季高温多雨,冬季寒冷干燥。鸡舍长100 m、跨15 m、檐口高5 m,为4叠层笼养模式,鸡舍分为上下2层;采用封闭式管理模式,配备机械通风、自动喂料、集蛋、清粪等机电一体化设备。
1.4.1 环境监测传感器选型及布点
蛋鸡舍环境舒适度评价系统,需要监测鸡舍的温度、湿度、风速、CO2浓度和NH3浓度。试验前,依据量程、灵敏度、价格等因素,对传感器进行了选型。选择北京昆仑海岸传感器有限公司JWSH-515S-ACD型号温湿度传感器及JQAW-3AC型号CO2传感器,北京东方奇丰科技有限公司EE65-VB9型号风速传感器及深圳市安帕尔科技有限公司AP-G-NH3-1-J型号NH3传感器采集环境数据,选取阿尔泰科技有限公司DMA-3058F型号数据采集卡进行数据的收集与传输。此外,现场另布置传统温度计等,对仪器测量所得数据进行验证,其误差均不超过5%。
文章来源:《四川动物》 网址: http://www.scdwzzs.cn/qikandaodu/2021/0728/1604.html