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本研究开发了基于开源技术的NEIKER-kABE物联网系统，整合环境、气象及粪便数据，支持精准畜牧决策。系统经实验室校准和一年实地验证，可靠监测气体浓度、温湿度等参数，并利用算法评估热应激和氮含量，实现早期预警和可持续管理。
E. Rosa|L. Rincón|P. Merino
自然资源保护部门。NEIKER-巴斯克农业研究与发展研究所。巴斯克研究与技术联盟（BRTA），毕斯开亚科技园，P. 812，48160，Derio，西班牙
摘要
本研究介绍了NEIKER-kABE的开发与验证过程，这是一个物联网系统，旨在整合环境、气象和粪便相关数据，以支持奶牛场的数据驱动决策。该系统在三个商业奶牛场进行了实施，经历了六个月的实验室校准阶段和一年的现场数据分析期。该系统基于开源硬件和软件组件构建，能够持续监测氨气和二氧化碳浓度、室内温度和湿度、外部气象条件以及粪便参数（如电导率、pH值、体积、温度和含水量）。此外，还开发了算法来估算粪便的热应激和氮含量。所有传感器均通过参考实验室方法和农场实际条件进行了验证，结果显示没有显著差异，证明了其在实际农场操作中的可靠性。持续的数据采集有助于识别环境变化和潜在的不良事件，展示了该系统的早期预警和适应性管理能力。NEIKER-kABE系统为精准畜牧业提供了一个可扩展、成本效益高且可靠的工具，提升了资源利用效率、环境监测能力和农场可持续性。
引言
环保和资源高效的战略与奶业部门的可持续性密切相关[1,2]。在此背景下，精准畜牧业（PLF）已成为畜牧业数字化和自动化的关键推动力，提供了提高生产效率和降低农场成本的工具[[3], [4], [5]]。此外，数字化也被认为是满足消费者对动物福利和环境可持续性需求的关键机制[6]。
在过去十年中，智能传感器和可穿戴设备被开发出来，用于监测与动物福利、健康、生产和繁殖相关的参数，从而改善了畜牧业设施的管理[[7], [8], [9], [10]]。尽管牛舍环境对动物福利和生产效率至关重要[11]，但关于在农场规模上应用精准畜牧业进行环境管理的研究却相对较少[[12], [13], [14]]。
低成本传感器、信息技术和物联网（IoT）无线通信技术的最新进展与精准畜牧业相结合，使得可以从远程访问传感器实时数据成为可能[15,16]。这些技术的应用产生了大量数据，需要存储和整合以优化农场管理和生产决策[17]。尽管取得了这些进展，现有的物联网平台往往缺乏模块化、可扩展性和互操作性，限制了其在不同农场环境中的适用性[18]。大多数现有应用程序都是针对特定传感器的，导致数据碎片化且不兼容，难以比较来自多个设备的数据[19]。一个关键挑战是不同制造商为研究和商业用途开发的传感器、物联网程序和通信协议之间的兼容性问题[20,21]。推广开源技术的使用对于降低成本和提高可访问性至关重要[22]，同时开发用户友好且直观的可视化系统也是促进农民、技术人员和兽医采用精准畜牧业技术的关键[6,23]。此外，物联网数据也开始与预测分析和人工智能模型相结合[24,25]。然而，将高级分析和机器学习集成到物联网平台中的程度仍然有限，尤其是在从异构数据源中提取可操作见解方面[20,26]。这些差距凸显了需要一个开源、可扩展且互操作的物联网系统，既能解决奶牛场的环境管理问题，又能帮助农民做出数据驱动的决策。
本研究的目的是基于开源技术开发一个物联网系统，整合来自不同传感器的环境、粪便相关和气象数据，提供全面且有用的农场特定环境信息。
部分内容摘要
材料与方法
本节分为三个小节：提出的NEIKER-kABE物联网系统的设计和架构、传感器的校准和验证，以及在三个奶牛场实施该解决方案的情况。经过六个月的实验室设备测试后，该系统于2024年3月全面投入运行。随后，对2024年3月至2025年3月期间的全年数据进行了分析，以评估NEIKER-kABE物联网系统的性能。
结果与讨论
NEIKER-kABE系统的评估分为四个部分：传感器验证、系统界面和数据可靠性、数据集分析以及农民的反馈。
结论
本研究介绍了一个基于开源技术的物联网系统，该系统能够实时整合来自多种环境、气象和粪便相关传感器的数据。该系统使用了一个可定制且成本效益高的传感器网络，持续监测和估算农场的关键参数，如气体浓度、奶牛的热应激指数或粪便中的氮含量。监测系统还允许更精确和及时地管理粪便及其相关问题。
CRediT作者贡献声明
E. Rosa：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、方法论、调查、数据分析、概念化。L. Rincón：监督、调查、数据管理。P. Merino：撰写 – 审稿与编辑、验证、监督、方法论、调查、资金筹集。
