新疆南疆絨山羊輔助育種網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的設(shè)計

摘要：在分析南疆絨山羊育種信息管理需求的基礎(chǔ)上，以軟件工程方法為指導，運用ASP.NET、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、服務器構(gòu)架等技術(shù)，設(shè)計開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)的南疆絨山羊輔助育種信息管理系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)記錄、收集、加工、存儲和利用南疆絨山羊養(yǎng)殖育種生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對絨山羊遺傳資源與育種信息的規(guī)范化、科學化管理，提高聯(lián)合育種數(shù)據(jù)信息分析效率，為南疆絨山羊的遺傳育種、品質(zhì)改良以及高效養(yǎng)殖提供指導。

關(guān)鍵詞：南疆絨山羊；育種；管理系統(tǒng)

中圖分類號： TP311；S813.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）13-3164-04

新疆南疆絨山羊（簡稱南疆絨山羊）是在本地品種選育的基礎(chǔ)上，引進遼寧絨山羊進行雜交，經(jīng)過不斷篩選、橫雜、自群繁殖培育而成的優(yōu)良品種，具有適應性強、產(chǎn)絨高、體型大和遺傳性穩(wěn)定等特點[1]，南疆絨山羊的推廣養(yǎng)殖已經(jīng)成為廣大農(nóng)牧民增產(chǎn)增收的重要途徑，是南疆地區(qū)畜牧業(yè)重要產(chǎn)業(yè)之一。絨山羊的養(yǎng)殖效益很大程度上取決于育種工作，經(jīng)過多年培育南疆絨山羊，遺傳育種工作取得了很大成果，收集了豐富的育種資料。但在研究及實際育種過程中，絕大部分企業(yè)還是采用傳統(tǒng)的人工收集、處理和管理育種數(shù)據(jù)，這不利于數(shù)據(jù)的長期保存，且查詢和利用起來效率低、誤差大，嚴重阻滯了南疆絨山羊養(yǎng)殖業(yè)和企業(yè)的發(fā)展。

當前，計算機技術(shù)作為一門實用性很強的應用技術(shù)廣泛應用于各個領(lǐng)域，利用現(xiàn)代信息技術(shù)記錄、加工、存儲和分析畜牧業(yè)遺傳育種數(shù)據(jù)，并應用到現(xiàn)代化養(yǎng)殖生產(chǎn)管理中，實現(xiàn)科學化、標準化遺傳育種及生產(chǎn)管理，從而提高絨山羊種群品質(zhì)和生產(chǎn)性能[2，3]。為此，在對南疆絨山羊養(yǎng)殖管理現(xiàn)狀及需求的調(diào)查基礎(chǔ)上，設(shè)計開發(fā)了基于網(wǎng)絡(luò)的“新疆南疆絨山羊輔助育種管理系統(tǒng)”，目的是利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)對南疆絨山羊遺傳資源與育種信息進行全面、科學的管理和處理，指導南疆絨山羊的育種工作，強化生產(chǎn)管理，從而為加快南疆絨山羊品質(zhì)改良、提高南疆絨山羊養(yǎng)殖業(yè)現(xiàn)代化管理及生產(chǎn)起到積極的作用。

1 系統(tǒng)設(shè)計思想

現(xiàn)代畜牧養(yǎng)殖都是規(guī)?；?、專業(yè)化和集約化養(yǎng)殖，育種規(guī)模也越來越大，優(yōu)良的育種方案往往要涉及多個種畜場或是多個養(yǎng)殖區(qū)域。南疆絨山羊經(jīng)過多年的育種工作，已經(jīng)形成了一個較完善的三級良種繁育體系，即地（市）、縣（團）和鄉(xiāng)（連隊或是養(yǎng)殖場）三級[4]，實現(xiàn)了大規(guī)模聯(lián)合育種，育種改良效率較高。而聯(lián)合育種的關(guān)鍵在于遺傳資源信息共享，育種數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一遺傳評定，這就要求各養(yǎng)殖場、企業(yè)能夠及時提交測定的性能數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一分析處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享服務于養(yǎng)殖場和企業(yè)。

南疆絨山羊育種網(wǎng)絡(luò)管理信息系統(tǒng)依托計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有針對性地開發(fā)研制適合南疆絨山羊輔助育種的網(wǎng)絡(luò)信息管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)不受時間地域限制，各養(yǎng)殖場、企業(yè)或是養(yǎng)殖戶可以通過計算機或是移動終端設(shè)備及時提交采集的數(shù)據(jù)記錄，信息管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理、存儲、處理及維護，從而實現(xiàn)種畜資料和生產(chǎn)性能測定數(shù)據(jù)的管理和信息共享[5]。該系統(tǒng)針對性強，使用方便，功能齊全，具備較好的擴展性，是南疆絨山羊現(xiàn)代化育種生產(chǎn)管理的有效手段和工具。

2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)分析

2.1 開發(fā)技術(shù)及構(gòu)架

當前主流的Web開發(fā)技術(shù)主要有ASP.NET、JSP、PHP，而ASP.NET是基于微軟公司的.NET構(gòu)架技術(shù)，是跨語言程序開發(fā)構(gòu)架，具有代碼編寫容易、結(jié)構(gòu)清新、系統(tǒng)開發(fā)效率高、便于維護等特點[6]。系統(tǒng)采用Web流行的Browser/Server（B/S）模式，以ASP.NET為開發(fā)技術(shù)，在Visual Studio 2010平臺下以C#語言進行開發(fā)， 中間層使用Web Server 部署，后臺數(shù)據(jù)庫服務器采用SQL Server 2008，并將其部署在IIS上。為保證數(shù)據(jù)信息的安全性和合法性，系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)和功能上分為用戶接口、應用層和數(shù)據(jù)服務層的三層體系結(jié)構(gòu)，具體如圖1所示。

其中用戶接口層負責與用戶交互，通過Web瀏覽器輸入并呈現(xiàn)信息；應用服務層主要負責用戶接口層的HTTP請求以及與數(shù)據(jù)服務層進行信息交互，并將處理結(jié)果返回給瀏覽器；數(shù)據(jù)服務層通過ADO.NET操縱數(shù)據(jù)為應用服務層提供服務。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

南疆絨山羊輔助育種管理系統(tǒng)要實現(xiàn)對育種信息的采集、分類、組織、存儲、檢索、服務、維護等工作，在結(jié)合Web信息系統(tǒng)應用特點的基礎(chǔ)上，根據(jù)用戶的具體需求將系統(tǒng)功能分為系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計分析、信息輸出和幫助信息等5個功能模塊[7-10]，具體功能結(jié)構(gòu)如圖2。

3 系統(tǒng)功能模塊的實現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫設(shè)計是整個管理系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵，在設(shè)計過程中，要遵守用戶的需要對數(shù)據(jù)進行分析并分類，還要考慮到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的合理性、完整性、安全性及數(shù)據(jù)約束。系統(tǒng)以新疆南疆絨山羊的養(yǎng)殖生產(chǎn)過程為設(shè)計依據(jù)，建立了絨山羊基本信息庫、公共信息庫、育種配種信息庫、產(chǎn)羔信息庫、用戶信息庫、羊舍信息庫、飼料信息庫、淘汰羊只信息庫、羊絨采集及測定信息庫、員工信息庫等十幾個信息庫，同時在這些基本信息庫上以羊只編號為主碼建立多個視圖、索引和查詢信息表，進一步豐富數(shù)據(jù)查詢及處理信息。各個信息庫的字段設(shè)計要遵循數(shù)據(jù)冗余度小、共享性高的原則，如絨山羊基本信息庫字段為羊只編號、性別、品種、毛質(zhì)、毛色、出生重量、出生時間、父本編號、母本編號、胎次、育種情況、所在牧場、所在羊舍、入場類型、入場時間、離場類型、離場時間、羊特性、錄入時間、錄入人員編號、說明等，羊絨采集及測定信息庫字段為羊只編號、剪毛重量、毛長度、抓絨重量、絨長度、剪毛前重量、剪毛后重量、剪毛時間、操作人員編號等。具有較好的獨立性、共享性及擴展性的數(shù)據(jù)庫設(shè)計可以縮短運行時間，提高操作效率，便于系統(tǒng)維護管理及擴展。

3.2 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理模塊主要包含公共服務信息管理、用戶信息管理、訪問權(quán)限管理等功能。南疆絨山羊育種信息管理是基于網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)，為南疆絨山羊養(yǎng)殖場、種羊場、養(yǎng)殖農(nóng)戶以及管理決策部門服務，應具備網(wǎng)絡(luò)信息宣傳、傳遞和訪問功能，系統(tǒng)頁面設(shè)置了絨山羊政策、文件、消息的新聞和公告欄目，以及絨山羊養(yǎng)殖育種新動態(tài)、新技術(shù)等公共服務信息。系統(tǒng)面向網(wǎng)絡(luò)，訪問用戶多樣性，訪問目的不同，為實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全性和保密，提供全方面服務，系統(tǒng)設(shè)置了五類用戶，即一般訪客、普通用戶、特殊用戶、系統(tǒng)管理員、超級管理員，不同用戶訪問權(quán)限不一樣。一般訪客即通過網(wǎng)頁訪問信息管理系統(tǒng)，可以訪問公共服務信息，以及絨山羊養(yǎng)殖、育種的公開信息。普通用戶主要為注冊用戶，可以在權(quán)限內(nèi)進行個人信息修改、信息查詢、輸入、保存及打印等操作，是數(shù)據(jù)采集的主要承擔者，普通用戶可以通過申請的方式獲得更多的數(shù)據(jù)信息，同時借助系統(tǒng)實現(xiàn)信息化管理及提高養(yǎng)殖育種技術(shù)。特殊用戶是經(jīng)過特殊授權(quán)，可以訪問所有數(shù)據(jù)信息，主要是指管理部門、決策部門或是科研機構(gòu)等特殊用戶，系統(tǒng)可以為他們制定政策或是改良品種、提高養(yǎng)殖育種技術(shù)提供原始數(shù)據(jù)。系統(tǒng)管理員為管理用戶，管理養(yǎng)殖場或企業(yè)或養(yǎng)殖片區(qū)的用戶信息，進行信息維護、管理或是統(tǒng)計分析，也是局部數(shù)據(jù)處理中心和信息發(fā)布中心。超級管理員具有最高訪問權(quán)限和控制權(quán)限，是系統(tǒng)的最高管理者，也是信息數(shù)據(jù)處理中心和信息發(fā)布中心。

3.3 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)輸入模塊實現(xiàn)對南疆絨山羊基本信息、育種配種信息、產(chǎn)羔信息、淘汰羊只信息、羊絨采集及測定信息、斷乳信息、譜系信息、羊舍信息、飼料信息以及羊場信息等原始數(shù)據(jù)的錄入、添加、修改、刪除以及查找等操作。這些信息都是從生產(chǎn)現(xiàn)場采集，可以通過網(wǎng)絡(luò)終端或是個人移動設(shè)備實時采集錄入，貫穿絨山羊育種的整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，對育種數(shù)據(jù)進行全面管理和維護。數(shù)據(jù)采集模塊提供單次信息采集和批量信息導入兩種模式，使用信息自動校驗和重復信息過濾技術(shù)，可以較好地實現(xiàn)信息的正確、快速錄入及修改。圖3為羊只基本信息錄入界面圖。

3.4 育種數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

育種數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析模塊實現(xiàn)對南疆絨山羊遺傳參數(shù)、育種值、方差均差等遺傳特性進行估計與評定，為各養(yǎng)殖場或是種羊場開展優(yōu)化選種、選配提供依據(jù)，從而實現(xiàn)區(qū)域聯(lián)合育種。種羊個體育種的估計采用多性狀動物模型（BLUP）[11-14]，混合數(shù)學模型建立如下：

Yijk=μ+hi+gi+sjk+eijh

其中Yijk為觀察值，μ為總平均值，hi為羊群效應，gi為公羊組效應，sjk為公羊組內(nèi)公羊效應，eijh為剩余效應。

模型的矩陣式為：y=Xb+Zs+e

考慮帶親緣關(guān)系，混合模型方程組中k=（4-h2）/h2，其中h2為性狀遺傳力。最后公羊復合育種值為：

Aj=ω1μ1+ω2μ2+ω3μ3+ω4μ4

其中Aj為第j只公羊的復合育種值，ω1、ω2、ω3、ω4分別為產(chǎn)絨量、體重、細度、長度的權(quán)值，μ1、μ2、μ3、μ4分別為該羊單個性狀的估計育種值。

遺傳育種數(shù)據(jù)的分析、評定和估計都是通過分數(shù)據(jù)處理中心或是總數(shù)據(jù)處理中心定期完成。系統(tǒng)提供正確、完整的育種生產(chǎn)原始數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理中心通過調(diào)用外接育種分析處理軟件進行處理，分析計算南疆絨山羊數(shù)量性狀間方差、協(xié)方差、遺傳參數(shù)的估計、選種指數(shù)、綜合選種指數(shù)、育種值估計等，并將計算結(jié)果輸入到育種配種信息庫中。目前常用的育種輔助分析軟件有MTDFREML、ASREML、PEST、GBS、PEDIGREE、AMBLUP、SAS等，可以充分發(fā)揮這些軟件的優(yōu)勢，為南疆絨山羊優(yōu)化育種配種服務。

3.5 信息查詢及輸出

信息查詢模塊包括羊只個體查詢、譜系查詢、羊絨采集查詢、產(chǎn)羔查詢、配種查詢、淘汰羊只查詢、羊舍查詢、羊場查詢和各年度生產(chǎn)性能數(shù)據(jù)查詢等，還提供常用的記錄個數(shù)，各數(shù)據(jù)總和、平均數(shù)、標準差、最大數(shù)、最小數(shù)等的統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)的查詢。對于查詢到的信息和統(tǒng)計結(jié)果頁面可進行10%～500%的縮放，也可以調(diào)整適應Web頁面的寬度，并提供Excel、Word、PDF三種不同格式保存數(shù)據(jù)，提供灰度打印和彩色打印兩種打印模式，滿足不同用戶的習慣和要求。圖4為絨山羊羊絨采集查詢界面。

3.6 幫助信息

幫助信息模塊主要分為兩方面幫助內(nèi)容，一是系統(tǒng)使用信息，即系統(tǒng)安裝與運行、軟件使用說明、數(shù)據(jù)規(guī)范化說明、開發(fā)技術(shù)及常見問題解決等幫助信息，指導用戶熟練操作和使用系統(tǒng)；二是提供南疆絨山羊養(yǎng)殖技術(shù)，指導用戶提高養(yǎng)殖技術(shù)，包括南疆絨山羊養(yǎng)殖技術(shù)和疾病診斷與防治技術(shù)等幫助信息。

4 小結(jié)

系統(tǒng)開發(fā)完成后在新疆農(nóng)二師二二三團南疆絨山羊育種中心試運行，結(jié)果表明系統(tǒng)運行穩(wěn)定，操作方便，能有效地進行輔助育種和提高南疆絨山羊養(yǎng)殖管理效率。隨著南疆絨山羊養(yǎng)殖技術(shù)及規(guī)模的發(fā)展，南疆絨山羊羊群的遺傳研究進展也在不斷加快，開展跨區(qū)域的聯(lián)合育種是必然趨勢，借助網(wǎng)絡(luò)信息管理平臺可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和聯(lián)合數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，最大限度地利用南疆絨山羊養(yǎng)殖、育種等生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的原始數(shù)據(jù)，有效推動南疆絨山羊養(yǎng)殖育種工作的發(fā)展。系統(tǒng)在后期將進一步補充完善，擴充系統(tǒng)功能，如完善數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、增加疾病診斷、飼料配制、安全監(jiān)控等功能模塊，將系統(tǒng)建設(shè)成為一個基于網(wǎng)絡(luò)的南疆絨山羊數(shù)字化精細養(yǎng)殖育種平臺，實現(xiàn)南疆絨山羊的現(xiàn)代化育種、養(yǎng)殖及生產(chǎn)管理，為南疆絨山羊的育種及提高養(yǎng)殖經(jīng)濟效益發(fā)揮積極的作用。

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