一种基于数字孪生的鸡养殖场自动管理方法及系统

本发明涉及计算机，具体地，涉及一种基于数字孪生的鸡养殖场自动管理方法及系统。

背景技术：

1、随着我国畜禽养殖业规模化、集约化、精细化程度不断提高，商品鸡养殖场的养殖密度和环境控制要求日益提高。鸡舍内温度、湿度、氨气浓度、二氧化碳浓度等环境参数直接影响鸡群的生长性能、饲料转化率、存活率和商品率。传统的鸡养殖场主要依赖人工经验进行环境调控和饲喂管理，存在响应滞后、调控精度低、劳动强度大等问题，难以满足现代化养殖对精细化管理的需求。

2、近年来，物联网技术和人工智能在养殖领域得到一定应用。如公开号为cn119539209a的中国发明专利公开了一种用于促进花鲈性腺快速成熟的养殖环境调控方法，该方法通过在不同养殖环境参数组合下进行养殖试验，构建基于多层感知器的深度学习网络预测模型，并结合遗传算法优化养殖环境参数以促进性腺快速成熟。该方法虽然引入了深度学习模型进行环境参数优化，但其本质上是一种基于环境参数与发育参数之间映射关系的间接预测方法，仅对养殖环境参数进行单向优化，缺乏对养殖空间环境场分布特征的物理建模和仿真分析能力，无法实现环境控制与生物生长之间的多物理场耦合分析和多目标协同优化。

3、又如公开号为cn120236223a的中国发明专利公开了一种动物异常行为表型快速评估方法及装置，通过追踪动物身体关键点获取宏观行为特征，并基于特定行为参数的比值进行状态评估。该方法虽然能够对动物行为进行分析，但其仅关注行为表型的识别与评估，未构建包含环境场分布和个体行为动力学的完整数字孪生模型，无法通过仿真预测不同管理策略对养殖环境和动物生长的综合影响，也缺乏基于仿真结果的闭环反馈校正机制。

4、数字孪生（digital twin）技术是一种集成多物理场仿真、多源数据融合与全生命周期管理的前沿技术手段。其核心在于利用高精度三维建模技术构建物理实体的虚拟映射，并基于机理模型与实时传感数据，在虚拟空间中复现并推演物理对象在真实世界中的行为逻辑与演化规律。将该技术引入鸡养殖场管理场景，恰好能够切中当前行业的痛点。面对鸡舍内因养殖密度高导致的环境场分布不均、温湿度与氨气浓度耦合干扰等复杂问题，传统依赖人工经验或简单自动化设备的管理模式，往往因缺乏全局视角和预测能力而导致调控滞后。而前述现有技术，无论是基于数据映射的环境参数优化，还是基于视觉识别的行为评估，本质上仍属于“事后分析”或“单向控制”，缺乏对鸡舍内环境流体力学分布特征的物理级仿真，也无法实现环境控制与鸡群生长之间的多目标协同。

5、基于上述现有技术的缺点，现亟需一种基于数字孪生的鸡养殖场自动管理方法及系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于数字孪生的鸡养殖场自动管理方法及系统，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

2、第一方面，本技术提供了一种基于数字孪生的鸡养殖场自动管理方法，包括：

3、获取鸡养殖场的多源监测数据，所述多源监测数据包括鸡舍环境参数和鸡群生理指标；

4、根据所述多源监测数据进行数字孪生模型构建，通过建立鸡舍物理空间的三维几何模型并映射环境参数分布场和鸡群行为动力学模型，得到包含环境场分布和鸡群个体运动轨迹状态的数字孪生模型；

5、根据所述数字孪生模型进行多物理场耦合仿真分析，通过求解环境热力学方程和鸡群生长动力学方程并计算环境舒适度指数和鸡群健康评分，得到仿真分析结果；

6、根据所述仿真分析结果进行管理策略优化求解，通过建立环境控制目标函数和鸡群生长目标函数并采用多目标优化算法在环境参数约束范围内求解帕累托解集，得到优化管理策略；

7、根据所述优化管理策略进行养殖场设备协同控制，通过将管理策略分解为通风设备控制参数、加热设备控制参数、加湿设备控制参数和饲喂设备控制参数并生成设备控制指令序列，得到包含通风控制指令、加热控制指令和饲喂控制指令的执行控制信号；

8、根据所述执行控制信号进行闭环反馈校正，通过采集执行后的实际监测数据与仿真预测数据进行偏差分析并更新数字孪生模型参数，得到校正后的数字孪生模型。

9、第二方面，本技术还提供了一种基于数字孪生的鸡养殖场自动管理系统，包括：

10、获取模块，用于获取鸡养殖场的多源监测数据，所述多源监测数据包括鸡舍环境参数和鸡群生理指标；

11、构建模块，用于根据所述多源监测数据进行数字孪生模型构建，通过建立鸡舍物理空间的三维几何模型并映射环境参数分布场和鸡群行为动力学模型，得到包含环境场分布和鸡群个体运动轨迹状态的数字孪生模型；

12、仿真模块，用于根据所述数字孪生模型进行多物理场耦合仿真分析，通过求解环境热力学方程和鸡群生长动力学方程并计算环境舒适度指数和鸡群健康评分，得到仿真分析结果；

13、优化模块，用于根据所述仿真分析结果进行管理策略优化求解，通过建立环境控制目标函数和鸡群生长目标函数并采用多目标优化算法在环境参数约束范围内求解帕累托解集，得到优化管理策略；

14、控制模块，用于根据所述优化管理策略进行养殖场设备协同控制，通过将管理策略分解为通风设备控制参数、加热设备控制参数、加湿设备控制参数和饲喂设备控制参数并生成设备控制指令序列，得到包含通风控制指令、加热控制指令和饲喂控制指令的执行控制信号；

15、校正模块，用于根据所述执行控制信号进行闭环反馈校正，通过采集执行后的实际监测数据与仿真预测数据进行偏差分析并更新数字孪生模型参数，得到校正后的数字孪生模型。

16、本发明的有益效果为：

17、本发明通过获取鸡养殖场的多源监测数据，构建包含环境场分布和鸡群个体运动轨迹状态的数字孪生模型，并基于该模型进行多物理场耦合仿真分析，计算环境舒适度指数和鸡群健康评分，在此基础上建立环境控制目标函数和鸡群生长目标函数，采用多目标优化算法求解帕累托解集得到优化管理策略，再将管理策略分解为通风、加热、加湿和饲喂设备的控制参数实现协同联动控制，最后通过采集执行后的实际监测数据与仿真预测数据进行偏差分析并更新数字孪生模型参数，形成闭环反馈校正机制。与现有技术相比，本发明将数字孪生模型构建、多物理场耦合仿真、多目标优化求解和闭环反馈校正有机整合，实现了物理鸡舍与虚拟模型的精准映射和双向数据交互，能够定量评估鸡舍环境状态和鸡群生长趋势，平衡环境舒适度与鸡群生长效率之间的多目标优化关系，并通过闭环反馈机制持续提升模型精度和管理效果，从而实现鸡养殖场的精准化和节能化管理。

18、本发明通过建立鸡舍物理空间的三维几何模型并映射环境参数分布场和鸡群行为动力学模型，能够反映鸡舍内环境参数的时空分布特征和鸡群的个体行为差异；通过求解环境热力学方程和鸡群生长动力学方程进行多物理场耦合仿真，能够预测不同环境条件下鸡群的生长轨迹和饲料利用效率；通过采用非支配排序遗传算法求解帕累托解集，能够在环境舒适度和鸡群生长效率之间找到最优平衡点；通过闭环反馈校正机制，使数字孪生模型能够根据实际运行情况持续优化，提高了模型的长期精度和管理策略的有效性。