基于雷达图的蛋鸡舍综合环境舒适度评价及应用(8)
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。
图6所示为8月1日试验鸡舍内CEI及THI的变化趋势图。环境综合评价系统中CEI阈值设置为2.316,即图中的警示线(Warning Line,WL)。可以看出,8月1日试验鸡舍CEI均处于WL之下,说明全天环境条件均在舒适区间内。CEI指数在6:00及17:00左右降到最低,舍内环境达到一天之中最舒适的状态;而在12:00-16:00指数则接近阈值,说明该时段需要特别关注。
图6 2019年8月1日舍内综合环境舒适度指数与温湿指数变化Fig.6 CEI and THI variations in the layer house on August 1, 2019
在夏季,由于太阳辐射及空气对流等原因,鸡舍白天与夜晚的环境条件存在较为明显的区别,最大温差为13 ℃。6:00-18:00,由于舍外温度最高上升至34 ℃,热湿环境成为影响鸡舍舒适度的关键因素。在此时段内,CEI与THI对环境的评价结果应呈现高度的相似性。实际上,在6:00-10:00时段,虽然CEI与THI的结果已开始呈现相似的变化趋势,由于CEI将除温度、湿度之外的风速、CO2及NH3的浓度也纳入监测的范围,而鸡舍内环境因素相互影响,使得环境变化存在延时性,其对舍内环境的评价结果与THI仍存在区别,说明CEI可以更加灵敏地体现舍内环境综合舒适度的变化。10:00-18:00,在热湿环境在评价体系中占据主导地位的情况下,CEI与THI的变化几乎一致。18:00以后,随着舍外温度下降至23℃,舍内通风量逐步降低,CO2、NH3等空气污染物浓度逐步增高,舍内空气质量环境对整体舒适度的影响增大,因此CEI与THI的评价结果差别显现。1:00-5:00,温度下降对环境舒适度产生正面影响,同时舍内CO2浓度由950 mg/m3上升至1 400 mg/m3左右,对综合环境舒适度的负面作用增强。此时段内 THI呈阶段式下降,而CEI由于CO2浓度的上升出现小幅升高后也开始下降,整体上比THI更能体现舍内综合环境质量的变化。
文章来源:《四川动物》 网址: http://www.scdwzzs.cn/qikandaodu/2021/0728/1604.html