Реализация биотехнической системы поддержки принятия решений о функциональном состоянии животных
Дистрибутив представленной биотехнической системы поставляется в каталоге AutoFarm на любом носителе цифровой информации. В данном каталоге содержится файл AutoFarm.exe, необходимый для запуска программного средства.
После запуска приложение осуществляет соединение с базой данных Afi_DB_data.mdf и экспортирует необходимый набор данных для расчета параметров предложенных методов анализа данных животноводческого предприятия и установки текущих статусов для всех животных.Требования к программному и аппаратному обеспечению
К аппаратному обеспечению предъявляются следующие требования:
- Процессор Intel Core i7 3300 МГц (модель i7-5820K).
- Оперативная память: 4 Гбайта DDR3 -1866 (233 МГц).
- Жесткий диск: интерфейс SATAII (3 Гбит/с), 200 Гбайт и более.
- CD-ROM.
- Компьютерная мышь PS/2 или USB.
- Компьютерная клавиатура PS/2 или USB.
- Цветной монитор.
- Сеть с поддержкой протокола TCP/IP для соединения с производственным оборудованием и другими ЭВМ предприятия.
К программному обеспечению предъявляются следующие требования:
- Операционная система Microsoft Windows 7 Professional x64 (64-bit) и выше.
- Программная платформа Microsoft Net Framework 4.5 и выше.
- Система управления базами данных Microsoft SQL Server 2008 и выше.
- Система управления молочной фермой Afimilk Afifarm версии 3.07 или выше.
Разработанное программное средство реализовано в среде программирования Visual Studio 2013 на языке C#. В ходе разработки были использованы
только стандартные компоненты и функции среды программирования, поэтому использование дополнительных библиотек не требуется.
Особенностью работы биотехнической системы поддержки принятия решений о функциональном состоянии животных является обязательная связь с базой данных. Таким образом, при включении и установке соединения должен быть доступен файл “Afi_DB_data.mdf” и запущена СУБД MS SQL Server.
Соответствующую операцию можно произвести с помощью приложения SQL Server Configuration Manager.В ходе работы, предложенная биотехническая система использует оборудование программно-аппаратной платформы автоматизации животноводческих хозяйств компании AfiMilk, состоящее из следующих компонентов:
- датчики-шагомеры AfiTag;
- молокомер Milk Meter Body и AfiLite;
- контроллер доильного места AfiMilk MPC;
- автоматические весы AfiWeigth;
- прибор Ideal;
- база данных “AfiDB”.
- Система управления животноводческим комплексом AfiFarm.
Датчик AfiTag является аппаратным устройством измерения двигательной активности животного. За агрегирование данной информации отвечает программный модуль AfiAct, который осуществляет дистанционный сбор данных по всему стаду и запись этой информации в таблицу —Daily Milk”базы данных AfiDB.
Молокомер Milk Meter Body и контроллер доильного зала AfiMilk MPC позволяют обеспечить:
- измерение объема полученного молока;
- измерение электропроводности молока;
- измерение общего времени длительности молокоотдачи.
Данные, поступающие с датчика-молокомера, обрабатываются контролером AfiMilk MPC, через программный модуль AfiFarm записываются в таблицу “Daily Milk"базы данных “AfiDB”.
Автоматические весы AfiWeigth - это сенсор периодического измерения живой массы особей предприятия. Измеряемые данные хранятся в таблице “Daily Weight”.
Прибор IDeal является устройством идентификации животного.
База данных AfiDB содержит в себе таблицы, представления и процедуры хранения, агрегирования и обработки данных для корректной работы программной системы AfiFarm. Биотехническая система экспортирует данные из
таблиц, представленных на рисунке 4.2.
Рисунок 4.2 - Схема базы данных AfiDB
Таблица “Herd manager”хранит информацию о привязке животного к конкретному стаду или группе, также данные о числе и номере протекающей лактации.
Поля таблицы “Daily Milk”обеспечивают хранение информации об активности животного, объеме и электропроводности полученного молока и времени доения. Таблица “Daily Weight”содержит данные о ежедневных измерениях массы животного.Входные данные
В ходе работы предложенная биотехническая система периодически осуществляет экспорт данных из программно-аппаратной платформы управления предприятием AfiMilk. Схема формирования массивов данных, экспортируемых в биотехническую систему поддержки принятия решений, представлена на рисунке 4.3.
Функции биотехнической системы поддержки принятия решений о функциональном состоянии животных
Биотехническая система поддержки принятия решений обеспечивает выполнение следующих функций:
- Осуществление обмена данными с системой управления животноводческим предприятием AfiFarm.
- Преобразование исходных признаков и автоматическое распознавание нехарактерных изменений в значениях исследуемых параметров.
- Визуализация данных и установленных статусов для животного на экране мониторинга для оператора.
- Формирование статистических отчетов по состоянию отдельно взятого животного и стада в целом, с возможностью выгрузки данных в MS Excel для последующего анализа.
Для работы с биотехнической системой поддержки принятия решений пользователь должен иметь навыки работы с операционной системой Windows и системой управления животноводческим предприятием — AfiFarm”.
Рисунок 4.3 - Схема агрегирования данных с сенсоров
Описание интерфейса биотехнической системы поддержки принятия решений о функциональном состоянии животных
Интерфейс главного окна системы состоит из следующих функциональных элементов (Рисунок 4.4): 1 - панель с основными вкладками меню, 2 - вкладки переключения между различными мониторинговыми модулями, 3- список животных предприятия, 4 - окно мониторинга ежедневных показателей и выделенных признаков, 5 - кнопка запуска системы после открытия, 6 - панель для включения / отключения визуального отображения графиков, представленных в области 4.
Рисунок 4.4 - Интерфейс главного окна биотехнической системы поддержки принятия решений о функциональном состоянии животных
Методика настройки и работы с биотехнической системой поддержки принятия решений о функциональном состоянии животных
Старт биотехнической системы поддержки принятия решений происходит после запуска файла AutoFarm.exe. Далее необходимо активировать управляющий элемент запуска (элемент 4.5, рисунок 4.4).
После этого данные будут успешно экспортированы в программный продукт. В момент инициализации после экспорта данных осуществляется работа методов приведения данных и расчета комплексных показателей. После чего предварительная информация о текущем состоянии животных визуализируется в виде графиков на панели 4.Для корректной работы биотехнической системы поддержки принятия решений о функциональном состоянии животных и реализованных методов необходимо указать значения ряда параметров, используемых при вычислении признаков. Для этого в меню “Инструменты” установлен пункт 4 - “Настройки системы” (Рисунок 4.5).
Рисунок 4.5 - Пункт меню “Инструменты”
В окне настроек (рисунок 6). Необходимо указать значения следующих параметров:
- Количество дней в лактации. По умолчанию установлено значение 305 дней, как общепринятое. При необходимости, в случаях, когда предприятие имеет собственную стратегию развития, норму длительности лактации можно варьировать вручную, увеличивая или уменьшая данный параметр.
- Количество интервалов квантования. По умолчанию установлено значение 100. Для большей или меньшей точности квантования значение можно увеличивать или уменьшать.
- Доверительная вероятность. Значение определяет процентную долю интервалов генеральной совокупности, считающихся нормой.
Рисунок 4.6 - Вид окна “Настройки”
Отметим дополнительную возможность системы для удобства настройки параметра доверительной вероятности. В главе 2 отмечалось, что возможность корректировки данного значения оператором и работниками предприятия удобна для экономии ресурсов. С помощью данного инструмента осуществляется гибкая настройка порога распознавания заболеваний животных:
119
можно задать более жесткое или мягкое значение, тем самым варьируя итоговую выборку животных, представленных к ветеринарному осмотру.
Для более удобного подбора данного параметра реализован специальный визуальный инструмент (Рисунок 4.7). В меню “Инструменты” установлен пункт “Построить гистограмму” (Рисунок 4.5).
Рисунок 4.7 - Окно инструмента для построения линейной плотности признака (гистограмма частот)
В параметрах окна задается количество квантилей и уровень значимости. Изменяя данные значения, оператор подбирает оптимальное соотношение порогов распознавания. Таким образом, разработанная биотехническая система имеет возможность гибкой настройки при расчете порогов с использованием инструментов визуализации.
Имеются: возможность расчета статистических показателей заболеваемости животных по всему стаду за каждую лактацию (меню “Инструменты”, пункт “Расчет статистики”); экспорт результатов идентификации и значений признаков в MS Excel (меню “Инструменты”, пункты “ Выгрузить данные в Excel по больным/здоровым животным”) и перерасчет коэффициентов уравнения регрессионной модели в случае необходимости.
Для просмотра подробной информации по каждой отдельно взятой особи предприятия в рамках биотехнической системы поддержки принятия ре-
шений реализован инструмент - “Карточка животного” (Рисунок 4.8).
Рисунок 4.8 - Интерфейс окна “Карточка животного” биотехнической систе-
мы поддержки принятия решений о функциональном состоянии животных
Инструмент индивидуальной визуализации информации по каждому животному содержит следующие элементы:
- панель, содержащая общую информацию о животном и текущие статусы, установленные в ходе анализа данных с помощью реализованных методов идентификации нехарактерных изменений признаков;
- панель, отображающая графическое представление изменения признаков состояния животного;
- панель, содержащая историю идентификации нехарактерных изменений признака подтвержденных, проигнорированных или опровергнутых работниками предприятия;
- панель, содержащая общую статистику заболеваемости животного по каждой лактации.
На рисунке 4.8 показана ситуация диагностики мастита у одной из особей. Биотехническая система поддержки принятия решений состояния здоровья животных несколько раз показывала наличие заболевания, тем не менее, оператор игнорировал предупреждение системы. В конечном счете мастит был диагностирован системой и подтвержден специалистом предприятия. Все записи о выявлении подозрительных значениях признаков отображаются в история мониторинга животного.
Оператор биотехнической системы поддержки принятия решений осуществляет управление стадом и принимает решения о процедурах индивидуального обслуживания каждого животного на основании данных о текущем их состоянии, представленных на экране мониторинга. Схема методики управления стадом на основе разработанной системы поддержки принятия решений представлена на Рис. 4.9. Для изменения величины выборки идентифицируемых животных оператор имеет возможность изменять ряд параметров разработанных методов и алгоритмов в соответствии с загруженностью кадровых ресурсов предприятия.
Рисунок 4.9 - Схема управления состоянием стада на основе разработанной биотехнической системы поддержки принятия решений
4.3
Еще по теме Реализация биотехнической системы поддержки принятия решений о функциональном состоянии животных:
- Введение
- Глава 4. Разработка биотехнической системы поддержки принятия решений о функциональном состоянии животных и ее экспериментальное исследование
- 4.1 Проектирование биотехнической системы поддержки принятия решений о функциональном состоянии животных
- Реализация биотехнической системы поддержки принятия решений о функциональном состоянии животных
- Заключение