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學術園地

荷蘭乳牛性能數位化資訊管理查詢系統 (SDIC) 企劃與開發

新竹分所  陳志毅、台灣大學  姜延年

前 言

  分析 2006至2011年畜產試驗所所舉辦之酪農經營管理訓練班有關乳牛育種資訊需求與性狀改良之問卷調查 (n=142) 統計資料結果顯示,新一代的年輕酪農朋友,非常期待農政機關加強乳牛育種資訊的查詢與應用,其中公牛性能資訊與 DHI (乳牛群性能改良計畫) 數位管理資訊等兩個項目,是列位最受需求的兩個項目,各占19% 的比例 (圖1),其中公牛遺傳評估資訊目前在新竹分所的 SBIP (優質種乳公牛選配改進後裔支援決策系統) 網站 (www.tlrihc.gov.tw) 的 SIGB (公牛遺傳評估查詢) 與 SSBC (公牛模擬選配) 的兩個系統中,已開發出許多可查詢優良國際公牛遺傳性能的應用功能,至於 DHI 數位管理資訊項目,則是今年 (101年) 的研發重點,雖然 DHI 計畫目前有提供牛乳品質與性能檢定2種報表或 E-mail 電子報表的寄送服務,讓酪農瞭解牛乳品質與牛隻泌乳性能,惟實體報表有寄送慢、種類少且無法進行彈性查詢等許多缺點有待改進,目前新竹分所已具備高速電腦設備伺服器機組,擁有多項乳牛關聯群組資料庫,筆者所規劃目前執行的荷蘭乳牛性能數位化資訊管理查詢 (SDIC) 系統開發計畫,正是為解決前述相關缺失所設計,透過數位報表傳輸資訊,讓參加 DHI的酪農朋友可以在測乳樣品檢測進入資料庫後,依自己作息時間,隨時可上網擁有資訊獲得快、功能性報表種類多並可進行數位查詢編輯,如此將加速乳牛育種計畫的資訊傳遞效率,有效協助酪農將數位化遺傳育種資訊導入牛群經營管理,以孕育優質後裔牛群。

圖1. 藉由問卷調查瞭解酪農對乳牛育種資訊的需

企畫目標

  開發專業乳牛育種資訊之 SDIC 網站管理查詢平台,全方位架構本分所「優質荷蘭種乳公牛選配改進後裔性能決策支援系統」 (簡稱SBIP) 網路系統,以提昇DHI 酪農戶數位資訊應用能力,落實乳牛群性能改良與後裔選育之決策管理效率。

建置背景

  為推動酪農產業知識的開發、應用與管理,將我國酪農產業導向知識經濟與數位 (e) 化管理的時代,本分所自 99 年起成功建立 SBIP 網路系統 (100年 7月啟用) ,至今 (101 年 7月) 已有 4,500 人次上網瀏覽使用,網站內容除發佈最新國際優良種乳公牛 (冷凍精液) 外,還提供公牛生產性能遺傳評估資料、公牛模擬選配 DHI 母牛決策支援模組、國內貿易商進口精液操作平台、乳業專家知識庫與 DHI 母牛數位報表等相關資訊,後端平台包含 12 項我國乳牛育種關聯資料庫,是我國珍貴之數位化乳業資料庫。

企畫架構

  SDIC系統企畫開發計包含6大模組,分別為 (1) 上網型DHI數位報表查詢系統建立,再細分包含牛群基本資料管理報表等4項子模組 (2) 乳牛育種關聯資料更新與功能延伸,再細分包含國際種公牛遺傳評估關聯資料庫更新等4項子模組 (3) DHI觀測站-全國與區域統計模組研發,再細分包含圖形化全國乳質及乳量標竿製作等2項子模組 (4) 專家知識庫進階內容管理系統製作,再細分包含多媒體項目模組擴增等4項子模組 (5) 母牛識別系統升級版開發應用,再細分包含個體乳質及乳量查詢擴增等4項子模組 (6) DHI資料編輯品質之改進,再細分包含品質檢驗表與程式維護等4項子模組。總計 21項模組 (圖2)。

圖 2. 荷蘭乳牛性能資訊管理查詢系統企畫架構之魚骨圖

企畫功能

  SDIC系統涵蓋多種乳牛育種與經營管理等功能模組,並包含許多上網型數位資訊報表,對 DHI 酪農而言,各式管理功能的報表,可依照各場需求隨時上網查詢應用,是作為牛群經營管理之決策參考的最佳工具。至目前為止,DHI 計畫所印製之「牛乳品質檢驗表」與「乳牛群性能改良月報表」等基本報表,仍以郵寄方式寄送為主,由於紙本報表有運送成本高、資料傳輸慢與耗費紙張等缺點,對於越來越多的新生代酪農而言,期望乳牛專業單位能提供更多基本、統計、經營與管理等應用型數位報表的需求與日俱增,因此本系統開發後的主要服務功能為減低 DHI 資料傳輸成本、加速資訊傳遞效益與有效提昇 DHI 酪農戶數位資訊應用能力,發揮 DHI 技化的加值應用,讓我國DHI農戶朝 E 化牛場管理的目標前進。

SDIC 計畫開發內容分項說明

1.上網型DHI數位報表查詢系統建立

本系統的使用對象是DHI酪農戶,規畫設計之數位報表呈現內容主要為目前參加測乳之現役牛群,酪農戶首次進入本系統操作時,需自訂帳號與密碼進入,權限管理檔案由本分所控管。

 1.1

牛群基本資料報表 ( 6種以上)

請參照企畫架構,規畫本項目之模組說明、報表分類、模組特色與操控功能等設計說明,其中,核心報表至少有 (1) DHI牛乳品質檢驗報表 (2) 乳牛群性能檢定月報表 (3) 現場記錄表 (4) 測乳性狀警示樞紐表 (如乳量、乳脂肪或無脂固形物率異常表) (5) 最佳性能牛隻總覽 (如乳蛋白質率、P/F值或尿素氮優異) (6) 泌乳牛群結構分析表 (7) 其他增加報表。由於此類數位報表講求快速、效率與親和性,當乳樣檢測完成並進入DHI資料庫運算產生數位資訊後,酪農戶應可於能夠應用個人電腦、網路等資訊工具下載或列印,及時提供牛群經營之管理參考。

 1.2

泌乳性狀統計報表 (圖形或報表式;6種以上)

泌乳性狀是乳牛最重要之生產性能資訊之一,此類型數位資訊可提供酪農瞭解整場牛群生產性能變化,以擬訂經營管理策略,繼續提昇牛群終身生產效益。規劃提供核心報表至少有:(1) 兩次測乳期間乳量變化報表 (2) 異常牛隻體細胞資料(體細胞分數大於5) (3) 牛群體細胞資料(最近10個月體細胞數查詢) (4) 牛群乳量資料(最近10個月乳量查詢)(5) 泌乳牛群305-2X-ME性能比較 (6) 父親牛精液後裔女兒牛性能比較 (7) 其他增加報表。

 1.3

乳牛群經營效率報表 (圖形或報表式;6種以上)

牛群經營管理可反映酪農於產業獲利的競爭能力,來自牛群相對泌乳能力、牛隻泌乳曲線變化或牛群場平均乳量的變化趨勢,可提供酪農對乳牛性能擇優汰劣與整場營運能力的經營決策支援參考。報表種類應規畫包括:(1) 乳牛分群管理報表 (2) 各胎次乳量統計 (3) 全場泌乳曲線圖 (4) 去年場平均乳量分佈 (5) 牛群性能比較表 (6) 乳量體細胞比較 (7) 其他增加報表。

1.4

乳牛群繁殖管理報表 (圖形或報表式;6種以上)

牛群繁殖效率攸關牛群生命動力的延續,是繼泌乳性能外酪農另一項最關注的管理焦點,不同層面考量的配種、分娩與乾乳等報表,可使酪農掌握最精準的牛群繁殖資訊,作為提昇乳牛繁殖效率之最佳管理利器。報表種類:(1) 預定發情牛隻報表 (2) 預定分娩牛隻報表 (3) 最近60天配種牛隻報表 (4) 乳牛繁殖效率報表 (5) 本月牛群配種資料報表 (6) (預定)乾乳牛隻報表 (7) 其他增加報表。

2.乳牛育種關聯資料更新與功能延伸

2.1

國際種公牛遺傳評估關聯資料庫更新

請規劃依據101年度美國農部 (USDA-AIPL) 公佈之最新優良種公牛名錄 (sire summary) 遺傳評估資訊,分春秋兩期,更新本分所已建立之國際種乳公牛遺傳評估關聯資料庫。資料更新過程包括:資料授權洽談 (授權資訊顯示於網頁)、資料下載、紀錄轉檔、資料編輯、中文化與程式運算等步驟,所有代向美國農業部或國際畜政聯盟聯繫相關事宜,均提供本分所擬定資料庫更新之參考。

2.2

進口乳牛冷凍精液後端管理平台及公牛轉登錄編輯

本分所先前已建置完成的國內進口乳牛冷凍查詢模組,為保持資料動態更新,擬再規劃開發國內進口乳牛冷凍精液後端管理平台,讓最新熱門進口精液遺傳資訊得以快速輸入進口乳牛冷凍檔,並顯示於前端查詢模組。本專案構想以分所資訊室使用者為操作導向,後端管理平台具備動態庫存輸入、修正、增刪與查詢模組,並可結合新竹分所電子簽章系統,節省政府管理審核的時間,快速有效提供決策依據。另為因應我國加入國際畜政聯盟組織 (ICAR) 對進口冷凍精液資料嚴謹度的要求,請專案規劃編寫公牛轉登錄後端平台輸入程式,提供彙整進口公牛冷凍精液申請、核可登錄至轉登錄等流程資料記錄,並提供歷年全國轉登錄資料圖形輸出展示,提供產業界瀏覽與應用。

2.3

遺傳檢測與體型評鑑等資料庫更新

規劃新增最新國際公牛遺傳檢測資訊於已建置之乳牛遺傳檢測關聯資料庫中,並設計結合行政院農委會畜產試驗所提供的牛隻遺傳檢測服務系統,以達到同步查詢公母牛遺傳訊息之資訊應用。如本年度有國內乳牛之新體型評鑑資料時,需新增包括牛隻體高度至最後體型分數至少23項評鑑欄位,並與原資料庫銜接。

2.4

乳牛選拔指數後端資料編輯

由於本分所實施DHI乳牛育種多年,未來擬整理DHI資料庫,分析歷年乳牛生產性狀資料,以建立「個人化多性狀選拔指數」,探討各成分性狀所占權重比例,以提供未來母牛性能評估,進行場內母牛排名,作為場內選拔淘汰的參考指標使用。請廠商規劃建置至少 5 生產性狀以供估計遺傳率等遺傳參數之可變動因子,以及提供 (指數/限制性指數) 制訂的 SAS/IML 或MATLAB 等指數模組作為建立選拔指數之應用研發使用。

3.DHI觀測站 - 全國與區域統計模組研發

 3.1

圖形化全國乳質及乳量標竿製作

企畫以全國DHI乳質及乳量標竿圖形化數位資訊,依體細胞數、乳量、脂量、蛋白質量與乳糖量等泌乳性狀資料類型,設計出相互對應之圓餅、柱狀或線性圖之全國統計圖繪製。模組特色包括:圖表標題、資料來源、動態座標時間軸、圖例項目標籤等顯示項目,報表種類包括:(1) 全國DHI測乳狀況 (2) 測乳戶經營規模 (3) 本年度產乳性能變化 (4) 本年度乳成分變化 (5)平均乳量與體細胞數變化 (6) 305-2X-ME級距顯示 (7) 其他增加報表等至少 6種以上的數位統計圖表。

 3.2

圖形化區域乳質及乳量標竿製作

設計以縣市區域為單位基礎,進行圖形化區域乳質及乳量標竿製作,依資料類型設計圓餅、柱狀或線性圖輸出。模組特色如 3.1 項目所述,至少 6種以上的區域型數位統計圖表。

4.專家知識庫進階內容管理系統製作

 4.1

知識庫項目模組擴增 (至少2組)

請規劃開發知識庫進階內容,至少新增行事曆(具產業動態公告查詢與瀏覽功能)與影音多媒體模組(如畜產專業或推廣教育錄影教學)等兩種以上功能模組。另外,需收集國內外最新畜產專業書刊或辭典,取得資料授權後,新增入本項目之乳牛字典模組。

 4.2

後端知識庫上傳管理模組

請設計一套完整之後端知識庫平台管理模組,提供新竹分所同仁將最新研究成果,依照是否提供檢索功能,區分為XLOOP與統一格式等兩種資料類型,自行操作此模組,上傳文獻資料。

 4.3

畜產知識影片資料新增

依照分所提供的畜產專刊相片 (授權) 資料新增於資料庫內,相片填入後依類別歸檔,顯示數位圖像或瀏覽人次。同時亦將分所過去所建立的離線多媒體轉檔 (如乳牛數位化育種研討會實錄),新增於知識庫內,以增加知識影片的推廣,落實酪農專業知識養成教育之用。

 4.4

乳業專刊電子光碟編輯

將新竹分所過去完成的三本平面專刊 (女牛的飼養與選育、乳牛登錄與DHI計畫、荷蘭種乳牛登錄手冊),轉換為可翻頁的電子書格式,以提供便利的手機或平板電腦閱讀模式,測試需通過最新微軟系統支援的軟硬體之需求測試。

5.母牛識別系統升級版開發應用

 5.1

個體乳質及乳量查詢

規劃開發可應用低頻LF 134.2Khz 與 UHF 超高頻915MHz 之電子耳標讀取範圍,以豐富母牛識別系統之資料讀取能力,並開發以7-10吋畫面具備網路瀏覽器的作業平台 (請得標廠商提供1台如i-PAD3或同等級之平板電腦,並加裝相關應用軟體,於期末驗收時,以本分所牛群進行讀取測試),加強連結DHI資料庫並產生個體乳質及乳量之查詢模組。預計所新增個體乳質及乳量查詢模組,不論DHI戶是否有無線射頻 (RFID) 電子耳標裝置,皆有利酪農瞭解乳牛群生產趨勢,增進牛場之經營效率。

 5.2

個體繁殖性能查詢

同 5.1 項目之樣式,可連結DHI資料庫並產生之個體繁殖性能查詢畫面,提供DHI使用者查詢應用,預計新增牛隻個體繁殖性能查詢模組,可提供酪農牛群繁殖動態決策支援指標。

 5.3

個體體型與性能分級選配模組開發

擴增原有體型模擬選配模組,加入生產性能分級,以強化全方位的模擬選配功能,完成模擬選配後,如為現役公牛,可轉而填出建議公牛名單,以供精液進口商未來引進口乳牛冷凍精液參考。

6.DHI資料編輯品質之改進

 6.1

品質檢驗表與程式維護

為提昇DHI牛乳品質檢驗表之實用性,規畫新增蛋白質率/脂肪率比值 (P/F) 欄位,設定荷蘭牛正常的乳蛋白質率和乳脂率比值之範圍為0.85∼0.88,如果比值較大(>0.88)則表示有低乳脂率的問題,應依照防止低乳脂率的方法來解決;反之,如果比值較小(<0.85)則表示飼糧的脂質過多、總蛋白質過低或未降解蛋白質量不足,作為監控乳牛營養狀況的指標。另外,無脂固形物 (SNF) 檢驗數據因目前尚未申請TAF認可,因此需於SNF欄位旁標註 * 號備註說明。

關於程式維護部分擬新增包括:(1) 送樣型態乳品質與乳成份報表改為PDF格式輸出。(2) 新增品種欄位,代號「3」為公娟姍牛配母荷蘭牛品種,代號「4」為母娟姍牛配公荷蘭牛品種。(3) 新生仔牛出生欄位加設圖像資料,或另外建立關聯檔案於索引資料庫內,以便未來資料分析應用。(4) 牛隻疾病淘汰代碼表中,部分細項代碼已填滿 (如泌乳狀況項目內, 30至39 的代號都已填滿),請新增預留的代號改為 3A, 3B … 3Z 共可再新增加 26 組異動代碼。(5) 母牛分娩資料表新增仔牛分娩難易度欄位,設定代號 0 為順產至 5 為難產等6個等級。 (6) 品質檢驗報表中之統計分析尾表內,各性狀排序方式與級距範圍修改。(7) 編輯輸出牛群生產年限風險因子檔案資料,以利本年度計畫資料之擷取、編輯與研究。以上第 (4) 至 (6) 項依新竹分所規劃樣式進行修訂。

 6.2

連接E化介面平台之測試

應用資訊於乳牛場精準管理為分所未來輔導酪農發展E化管理牛群之重點計畫。依照農委會資訊中心計畫審議委員建議,SDIC系統應與利用無線射頻辨識 (RFID) 技術包括RFID電子耳標、手持及固定讀取器、無線與網際網路資料傳輸e化管理牛群以及建置乳牛場無線感測網 (WSN),包括自動收集牛舍環境包含溫、濕度與風速、風向、自動監控啟動、遠端預警等收集之資料,進行平台資訊整合作業,以架構乳牛場E化管理系統,故依本分所之需要,規畫於DHI系統程式中,提供XML資料交換格式,以利新增RFID或WSN示範戶之資料彙整作業。

 6.3

公牛精液輸入格式標準化(依國家動物育種碼NAAB code標準)

過去公牛精液號碼於DHI系統流程中缺乏標準輸入形式,造成雄親系譜資料格式混亂,同一公牛可能出現2種不同精液號碼,對於酪農現場管理或乳牛遺傳評估體系(如親屬關係錯亂降低遺傳參數估計的準確性等) 造成困擾,對於美、加進口乳牛冷凍精液號碼,有必要依照 NAAB (國家育種協會) 標準碼之格式統一化,於DHI系統程式修正,使資料輸出公牛精液號碼之正確性提高。

 6.4

DHI場平均乳量計算修正

目前我國已加入國際畜政聯盟 (ICAR) 組織,對於DHI資料的精確性要求勢必提高,分析99年至100年之DHI統計資料,發現部分因為斷續測乳、偽報分娩日期或超過305天泌乳係數調整,有可能導致305-2X-ME乳量估計準確性降低之疑慮,擬針對前述狀況,進行場平均計算方式之對應程式修正,以提高DHI資料庫之應用價值。其他有關執行因DHI業務狀況以因應調整,需進行DHI系統程式增修部份,則依新竹分所101年度業務需要進行相對應之程式修正。新增修正模組依新竹分所101年度業務需要所需開發的表單檔案及模組機制。

結論

  SDIC 企畫案乃依行政院農委會之「101年科技計畫E化領域延續性計畫:荷蘭乳牛性能數位化資訊管理查詢系統 (計畫編號:101農科-7.1.1-畜-L1(2) 」 所執行,整個 SDIC 企畫書設計品質注重整體規劃是否兼具創新及前瞻性以及模組設計是否符合使用者之需求及親和性。預計整體開發時間為101年5 月 1 日至101年10 月 30 日止完成本系統之開發與運作。

誌 謝:本文承前畜試所遺傳育組黃鈺嘉博士之協助指導始克完成,謹此熱忱致謝。




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