基于QRBILSTM-MHSA网络与高光谱图像的水稻产量预测方法

为解决自动化挤奶系统(AMS)在奶牛舍中阻碍气流导致热应激的问题，研究人员通过计算流体动力学(CFD)模型评估两种通风设计对牛舍微环境的影响。研究发现，挡板设计可降低牛舍温度达4.25%，并显著提升关键区域风速至0.77 m s?1，为优化AMS布局与节能通风提供科学依据。

　　

随着自动化挤奶系统（AMS）在奶牛养殖中的快速普及，其布局对牛舍通风的影响日益凸显。研究表明，AMS设备可能阻碍气流，加剧泌乳奶牛的热应激，进而导致产奶量下降——冷季平均日产奶量32.2 kg，而暖季降至28.8 kg。这一现象在采用"先挤奶引导系统"的牛舍中尤为突出，因为挤奶机器人和待挤区常会改变气流路径。目前关于AMS牛舍通风优化的研究稀缺，而传统计算流体动力学（CFD）模型多针对普通牛舍设计，缺乏对AMS特殊布局的评估。

为此，Li Jiang等人在《Computers and Electronics in Agriculture》发表研究，建立了两个真实规模AMS牛舍的CFD模型：农场1为隧道通风式（218头牛，6台AMS），农场2为横向通风式（424头牛，8台AMS）。研究采用标准k-ε湍流模型，网格元素达1670万至2140万，通过现场测量验证模型准确性后，评估了不同通风设计对牛休息高度（0.5 m）和站立高度（1.5 m）微环境的影响。

关键技术方法

研究团队使用Ansys Workbench 2024 R1构建CFD模型，采用稳态RANS方法和标准k-ε湍流模型。通过激光测距仪和热线风速仪采集牛舍尺寸及风速数据（0.5 m和1.5 m高度），使用Kestrel传感器监测温湿度。模型验证显示温度预测误差在±0.5°C内，风速标准偏差0.1-0.6 m s^?1。测试了三种改进方案：替换送风机为进风口、增加挡板、移除AMS单元。

农场1结果

在隧道通风牛舍中，用进风口替代送风机对温度无显著影响（p>0.05），但增加挡板使待挤区温度降低2.2%（0.5 m高）至4.25%（1.5 m高），风速提升133%至0.77±0.3 m s^?1（p=0.005）。挡板还使牛栏区风速在0.5 m高度显著增加至0.70±0.5 m s^?1（p=0.038），这对缓解奶牛热应激至关重要。

农场2结果

横向通风牛舍中，AMS单元沿侧墙布置时，其移除对气流无影响（风速差异≤0.08 m s^?1）。送风机虽使1.5 m高度风速达3.04±0.1 m s^?1，但0.5 m关键高度风速反降至0.98±0.1 m s^?1，且每日能耗可达700 kWh，经济性较差。

结论与意义

该研究首次系统评估了AMS牛舍的通风优化策略，证明挡板设计能有效改善关键区域微环境，而送风机的降温效果有限且能耗高。特别值得注意的是，AMS单元的位置选择至关重要——当不阻挡进风口时，其对气流影响可忽略。这些发现为设计节能高效的AMS牛舍提供了实证依据，对应对气候变化下日益严重的奶牛热应激问题具有重要实践价值。研究建议未来可结合实时传感器数据进一步优化通风策略，以平衡动物福利与能源消耗。