基于雷达图的蛋鸡舍综合环境舒适度评价及应用(3)
在试验鸡舍进行传感器的监测点布置时,综合考虑鸡舍结构,湿帘及风机位置,鸡舍养殖模式等,选定鸡舍内传感器分布位置如图4所示。由于舍内粉尘浓度大等环境因素可能对传感器产生不良影响,为便于安装及维护,将氨气传感器布点在氨气浓度最大的风机附近,并安装在鸡舍左后方的墙上。其余传感器均位于左起第二列与第三列鸡笼之间,接近舍内的水平中心位置;比较重要的环境参数如温湿度和CO2浓度,都在舍内多处布点监测,有助于准确测量舍内各点状态;风速传感器位于鸡舍前端,离风机最远的位置;传感器的高度统一布点在鸡舍的垂直中心位置,便于安装和测量。为了能够对试验鸡舍内环境舒适度进行更为严格的控制,环境数据经采集后取多组数据中的最大值,由系统进行舒适度评分的计算。
图4 环境监测布点Fig.4 Environmental monitoring sites
1.4.2 基于雷达图的蛋鸡舍环境舒适度评价软件开发
蛋鸡舍环境舒适度评价系统的软件程序采用LabVIEW V17.0进行程序编写,图像像素分析及面积计算采用MATLAB 2016a软件,数据存储与提取于MySQL 5.6.12 Community Server(GPL)数据库,数据库通过ODBC数据源连接,连接程序采用LabVIEW Database Connectivity Toolkit编写。系统主要包括鸡舍环境数据实时采集与展示,单因素及综合舒适度评价与预警等功能。
在应用中,传感器采集到的环境数据通过数据采集卡传输到服务器中,将环境数据以时间为主键进行每一组的标记,并将数据归一化及模糊拟合后的单项环境因素评分显示出来,同时在雷达图中呈现出该时间环境条件下的五边形图像。提取图像并计算面积后,通过对比相应季节CEI阈值,对环境舒适状态进行判定,超过阈值即显示红色警报。
2 结果与分析
2.1 评价系统的实现
根据综合环境舒适度评价模型原理、系统需要实现的功能、环境信息传感器及数据特点,依托1.4.2中软件程序,在队列消息处理的框架下对系统进行设计和编程,系统人机界面雷达图及预警效果如图5所示。其中,雷达图中红色五边形表示舒适区间边界,蓝色五边形表示生存区间边界,绿色五边形表示该时间标记下的舍内环境状态[16]。IP地址为试验鸡舍数据采集卡的IP,Area表示该采集卡时间标记下环境数值在雷达图中形成五边形的面积,即CEI。
根据1.3.1中归一化及模糊拟合的原理,鸡舍中传感器采集到的数据转化为相应的单项环境因素评分,并与该时间标记下的环境状态一同显示在系统的人机界面上。单项环境因素评分越接近0,表示该因素越舒适。评分超过5,系统即表示为单项环境红色预警,说明该因素处于不舒适的状态。同时,系统中呈现描述环境状态的雷达图五边形图像,并计算CEI值。由于不同季节各环境因素权重不同,相同环境条件下,加上不同权重后求得的CEI也不同。同样环境因素均为5分的红色五边形在加上夏冬两季相应权重后,求得的面积分别为2.316和1.877,对应夏季和冬季的CEI阈值。系统提取雷达图五边形图像并计算面积即得到该时间标记下的CEI值,若CEI超过阈值,则判定舍内环境处于不舒适的状态,对环境状况进行红色预警。同样的,CEI越接近0分,说明环境状况越好,指数越高,说明环境越不舒适。
图5 蛋鸡舍环境舒适度评价系统人机界面Fig.5 Human-machine interface of environmental comfort evaluation system in layer poultry
CEI是对5项环境因素综合评价的结果,单项环境因素超出舒适范围会对CEI产生影响,但由于加权等的数据处理过程,CEI仍可处于阈值之下。此时需采取相应措施,对超出舒适范围的环境因素进行调控。
2.2 蛋鸡舍环境舒适度评价系统应用结果分析
根据试验时间,在2019年1-2月及7-8月间收集鸡舍内环境数据,并在本蛋鸡舍环境舒适度评价系统中进行展示及评判。根据指标构建原理,在计算CEI时应参照各季节相应环境因素权重,并在系统中设定相应阈值以进行环境舒适度的判定,并依据判定结果进行预警。
为避免每天舍内环境变化的差异被均值掩藏,本研究对出现夏季最高气温及冬季最低气温的日期进行具体分析。气象数据显示,2019年邯郸市在冬季1月15日及夏季8月1日出现试验期间的极端天气,故选择这2 d对舍内环境舒适度变化进行分析。
2.2.1 夏季舍内综合环境舒适度变化分析
夏季温度和湿度的权重分别为0.433和0.242,其变化对调节舍内环境,提升综合舒适度具有重要意义。同时,由于鸡舍中热环境参数对蛋鸡的影响具有协同作用,特别是在高温高湿的情况下必须通过增大笼间风速,从而降低鸡的体感温度,达到显著改善其环境舒适性的目的[17-18]。在夏季,本文所开发的基于雷达图的蛋鸡舍环境舒适度评价系统,可以更为直观的体现温湿风的综合影响,克服了温湿指数(Temperature-Humidity Index,THI)中只考虑温湿度而忽略风速影响的不足。另外,THI是根据环境数据进行数值计算从而评价热湿环境,而本研究中雷达图分析法可以将调控期间的关键环境状态进行实时可视化展示,有利于及时全面而准确地掌握并精准调控舍内环境。
文章来源:《四川动物》 网址: http://www.scdwzzs.cn/qikandaodu/2021/0728/1604.html