一种养殖场分区边缘分布式云边协同疫病联动防控控制系统

本发明涉及智慧养殖，尤其涉及一种养殖场分区边缘分布式云边协同疫病联动防控控制系统。

背景技术：

1、当前规模化养殖场的疫病防控管理主要依赖人工巡检防控模式、云端集中式养殖管控系统和商用单机预警设备，人工巡检防控模式严重依赖人员经验与责任心，疫病发现往往滞后，且处置响应时间通常以小时甚至天为单位计算，极易错过疫病防控黄金窗口期；云端集中式养殖管控系统是在养殖场内部署各类环境传感器和体征监测设备，通过物联网网关将采集数据上传至云端服务器，由云端部署的人工智能算法完成疫病风险研判，并将控制指令经网络回传至现场执行设备；商用单机预警设备是在检测到温度、湿度、有害气体浓度等参数超出阈值后，通过4g模块向养殖场管理人员手机推送告警信息，但该类设备功能止于告警推送，无任何自动消杀或隔离联动功能，部分高级型号虽具备设备联动能力，但控制逻辑为全场统一调控，即一旦触发告警则启动全场所有消毒设备，无法区分患病栏位与健康栏位进行差异化处置。

2、现有系统的全部预警算法和控制决策逻辑均部署于云端服务器，一旦遭遇运营商网络故障、养殖场内网中断、云服务平台侧故障或雷雨等恶劣天气导致通信链路中断，系统即丧失全部自动防控能力，若断网期间发生重大疫情，云端系统完全无法启动任何自动防控措施，直接导致养殖场面临毁灭性经济损失；

3、其次，现有养殖管控系统仅能获知某个传感器采集到了异常数据，无法将该异常数据精确定位至具体栏位乃至具体动物个体，触发预警后，系统只能执行全养殖场统一消杀操作，会造成消毒药剂过度消耗、健康畜禽应激反应、微生物耐药性压力等风险，干扰正常生产秩序；

4、再有，现有系统不区分疫病的不同发展阶段和不同风险等级，无法实现梯度化精准响应，而畜禽疫病的发展通常经历潜伏期、早期、爆发期三个递进阶段，不同阶段需要采取截然不同的防控策略，现有技术缺乏对这种多级递进式防控策略的系统性设计和自动执行能力；

5、最后，现有养殖防控系统在疫病发生后的处置过程追溯完全依赖人工填写纸质台账或事后补录电子表格，存在时效性差、完整性不足、易篡改和无法自动关联的缺陷，因此，本发明提出一种养殖场分区边缘分布式云边协同疫病联动防控控制系统以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提出一种养殖场分区边缘分布式云边协同疫病联动防控控制系统，该养殖场分区边缘分布式云边协同疫病联动防控控制系统在外网离线状态下，系统仍可独立运行全部预警判定与设备自动控制逻辑，建立监测设备与养殖栏位、分区的精确空间映射关系，实现以栏位为最小单位的精准局部防控，有效降低消毒剂的消耗，建立的分级联动控制策略，实现疫病风险等级与处置力度的最优匹配，自动生成具有防篡改特性的防疫处置全流程台账，满足畜牧兽医监管溯源要求。

2、为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种养殖场分区边缘分布式云边协同疫病联动防控控制系统，包括前端感知执行层、边缘分布式控制层和云端监管分析层，所述前端感知执行层基于体征感知设备、环境传感设备和防疫执行设备获取各项参数及执行控制信号，所述边缘分布式控制层基于部署于每个养殖分区内的分区边缘网关构成的分布式网关阵列进行疫病风险判定和预警，同时锁定目标栏位及分区，执行分级分区联动控制，所述云端监管分析层用于接收分区边缘网关上传的监测数据和控制记录，执行全局态势展示、模型迭代训练和数据备份。

3、进一步改进在于：所述体征感知设备用于采集畜禽个体的体征数据及栏位级活动数据，至少包括红外热成像摄像头、电子耳标或rfid标签读取器、栏位称重平台、麦克风阵列及活动量监测传感器中的多种；

4、所述环境传感设备用于采集栏位及分区环境参数，至少包括温度传感器、湿度传感器、氨气浓度传感器、二氧化碳浓度传感器和硫化氢浓度传感器中的多种；

5、所述防疫执行设备至少包括消毒设备、通风设备和门禁设备，消毒设备包括栏位顶部独立控制的雾化喷头和通道式超声波雾化消毒门；通风设备包括变频调速排风机和进风口导流板；门禁设备包括电动卷帘门和电控锁。

6、进一步改进在于：所述分区边缘网关内置有轻量化疫病预警模型、空间映射数据库及云边双备份协同控制机制；

7、所述轻量化疫病预警模型由边缘网关本地处理器加载运行，用于脱离云端独立完成疫病风险判定并生成预警等级结果；

8、所述空间映射数据库存储有各监测设备与养殖栏位及养殖分区之间的空间对应关系，用于将异常监测信号定位至具体的栏位和分区；

9、所述云边双备份协同控制机制用于在网络断开时独立运行全部防控逻辑。

10、进一步改进在于：所述轻量化疫病预警模型为经模型剪枝和参数量化压缩处理的神经网络模型，以采集的包含畜禽体征数据、环境参数数据及时间特征的各项参数为多维输入特征向量，推理输出预警等级判定结果；其中预警等级至少包括一级预警、二级预警和三级预警，各级预警对应不同的风险严重程度和联动控制策略。

11、进一步改进在于：所述联动控制策略具体为：

12、触发一级预警时，边缘网关仅提升预警源所在分区的通风设备运行强度，启动该分区公共通道的低频次消毒，不执行门禁管控；

13、触发二级预警时，边缘网关根据空间映射数据库锁定预警源所在的具体栏位，启动该栏位及其相邻栏位的强化消杀，将该分区通风设备调至最大运行强度并建立分区微负压环境，锁闭该分区的出入门禁；

14、触发三级预警时，边缘网关启动全养殖场所有分区的最高强度消杀，封闭全场门禁，将全场通风设备调至最大强度运行，并通过无线通信模块向云端监管平台和管理人员终端发送紧急上报通知。

15、进一步改进在于：所述云边双备份协同控制机制具体包括：

16、网络连通时，边缘网关将监测数据和控制记录按设定频率上传至云端，云端向边缘网关下发全局调控策略参数；

17、网络断开时，边缘网关完全独立运行全部预警推理、控制决策和设备驱动逻辑，持续工作时间不少于7天，并将离线期间的监测数据及事件记录缓存于本地非易失性存储介质中；

18、网络恢复后，边缘网关自动将离线期间缓存的数据增量同步至云端，云端对接收数据进行唯一性校验和去重处理后写入数据库。

19、进一步改进在于：所述分布式网关阵列中各分区边缘网关通过局域网络互连并执行分布式协作，包括各边缘网关之间通过周期性心跳信号互检工作状态，当任一边缘网关检测到相邻边缘网关连续多次未响应心跳信号时判定该相邻边缘网关离线，由判定离线的边缘网关接管离线边缘网关所管辖分区的基本环境控制功能，并向云端发送边缘网关故障告警；各边缘网关之间通过局域网通信跨分区同步预警风险信号，使相邻分区根据接收到的风险信号提前启动防护措施。

20、进一步改进在于：所述分区边缘网关还内置有防疫处置自动存证模块，基于区块链式链式存储结构存储防疫台账记录，每条存证记录包含本记录内容的哈希值与上一条记录哈希值的关联字段，并使用分区边缘网关内置的硬件安全模块对记录进行数字签名；

21、所述存证记录至少包括预警事件信息、联动控制执行记录、环境状态快照和门禁人员操作记录，该数据同步存储于边缘网关本地和云端。

22、进一步改进在于：所述云端监管分析层内置有优化更新模块，用于接收各分区边缘网关上传的历史监测数据及人工标注的疫病确诊结果，在云端重新训练和优化轻量化疫病预警模型，将优化后的模型参数通过增量升级方式下发至各分区边缘网关完成模型更新。

23、本发明的有益效果为：本发明通过分区边缘分布式云边协同架构，有效克服了传统养殖防控系统依赖云端网络、断网即失效的根本性缺陷，使系统在任何网络工况下均能独立完成完整防疫处置，保障了关键时刻的防控能力；

24、通过建立监测设备与栏位空间的精确映射关系，实现了精准到栏位的处置，显著降低了消毒药剂消耗并避免了健康畜禽的应激损伤，同时，建立了预警等级与防疫执行设备之间的分级联动策略，使处置力度与疫病风险等级实现最优匹配，克服了传统系统触发报警就进行全场消杀防控的不足；

25、此外，全自动防篡改存证模块消除了人工记录在时效性、完整性和真实性方面的固有缺陷；

26、本发明将边缘本地运算、分区空间定位、分级联动控制与云边双备份四种技术机制有机融合、协同增强，构成了随时响应、精准定位、梯度处置、全程留痕的完整防疫闭环，实现了单一云端系统、单一本地控制器均无法实现的综合防疫效果。