熊本海，楊 亮，鄭姍姍

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100193）

0 引言

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)［1］向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的不斷滲透，現(xiàn)代畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展標(biāo)志之一必然是與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行深度融合，通過智能化裝備，全面“感知”生產(chǎn)要素與生產(chǎn)環(huán)境，通過精準(zhǔn)化生產(chǎn)控制，生產(chǎn)過程可跟蹤與產(chǎn)品質(zhì)量可溯源，畜產(chǎn)品的扁平化流通，以及通過信息技術(shù)的應(yīng)用實(shí)施畜牧業(yè)產(chǎn)前、產(chǎn)中及產(chǎn)后的個(gè)性化服務(wù)，以期達(dá)到畜牧業(yè)生產(chǎn)的全透明管理，最小化各種資源的投入，最大化畜產(chǎn)品的產(chǎn)出，包括數(shù)量與質(zhì)量及環(huán)境的綜合效益的改善，實(shí)現(xiàn)節(jié)本增效及提質(zhì)增效的多贏效果。以“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐步滲透到畜牧生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，通過集成與自主開發(fā)，不斷有研究報(bào)道畜禽養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)、精細(xì)飼養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)及畜產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源物聯(lián)網(wǎng)等內(nèi)容［2-3］。信息技術(shù)及智能設(shè)備的裝備已經(jīng)成為畜牧業(yè)生產(chǎn)力的主要要素，逐步成為現(xiàn)代畜牧業(yè)的制高點(diǎn)，也越來越得到行業(yè)的認(rèn)可，為助推畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)升級、合理利用畜牧業(yè)生產(chǎn)的全要素資源、提高畜牧業(yè)數(shù)字化管理水平、提高畜禽經(jīng)營者的收入發(fā)揮著不可或缺的作用。尤其，在中共中央總書記習(xí)近平在2017年底提出要“審時(shí)度勢、精心謀劃、超前布局、力爭主動(dòng)，實(shí)現(xiàn)國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略、建設(shè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)中國［4］”的號令下，實(shí)施以“互聯(lián)網(wǎng)+”為基礎(chǔ)的、集成“信息感知—畜牧業(yè)生產(chǎn)理論（農(nóng)藝）—智能裝備”為一體的現(xiàn)代畜牧業(yè)也是新形勢下促進(jìn)新農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)全面發(fā)展的重大戰(zhàn)略部署，是踐行新“四化”戰(zhàn)略的重大舉措，也是解決“三農(nóng)”問題，振興鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展［5］的新動(dòng)力。

1 畜牧業(yè)信息化與智能裝備研究進(jìn)展

1.1 畜禽編碼標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)識(shí)技術(shù)研究

1.1.1 國際上家畜標(biāo)識(shí)標(biāo)準(zhǔn)的制定現(xiàn)狀

解決畜禽的個(gè)體及小群體的編碼與標(biāo)識(shí)是發(fā)展信息型畜牧業(yè)的基礎(chǔ)，不僅是解決畜禽的個(gè)性化育種、繁殖與精細(xì)飼喂與管理的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)畜產(chǎn)品生產(chǎn)的全程跟蹤與溯源的基礎(chǔ)［2］。因此，可以說，沒有針對畜禽及其產(chǎn)品的編碼與標(biāo)識(shí)，也就沒有畜牧業(yè)的現(xiàn)代化與信息化。

在國際上，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）發(fā)布有動(dòng)物管理RFID（Radio Frequency IDentification）方面標(biāo)準(zhǔn)，主要包括ISO 11784/11785和ISO 14223三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)［6］。ISO 11784編碼結(jié)構(gòu)規(guī)定了動(dòng)物射頻識(shí)別碼的64位編碼結(jié)構(gòu)，動(dòng)物射頻識(shí)別碼要求讀寫器與電子標(biāo)簽之間能夠互相識(shí)別。代碼結(jié)構(gòu)為64位，其中的27～64位可由各個(gè)國家自行定義。而ISO 11785技術(shù)準(zhǔn)則規(guī)定了應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸方法和閱讀器規(guī)范。工作頻率為134.2kHz，屬于低頻RFID。此外，ISO 14223-2-2010則是針對動(dòng)物射頻識(shí)別高級應(yīng)答器的指令結(jié)構(gòu)與編碼，主要實(shí)現(xiàn)讓動(dòng)物數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)在標(biāo)記上，可以在離線狀態(tài)下直接取得每只動(dòng)物的數(shù)據(jù)，進(jìn)而改善庫存追蹤以及提升全球的進(jìn)出口控制能力。通過符合ISO 14223標(biāo)準(zhǔn)的讀取設(shè)備，可以自動(dòng)識(shí)別家畜，它所具備的防碰撞算法和抗干擾特性，即使家畜的數(shù)量極為龐大，識(shí)別也沒有問題。ISO 14223標(biāo)準(zhǔn)包含空中接口、編碼和命令結(jié)構(gòu)、應(yīng)用3個(gè)部分，它是ISO 11784/11785的擴(kuò)展版本，但標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施成本較高，目前在中國推廣尚需時(shí)日。

動(dòng)物電子標(biāo)識(shí)的編碼及技術(shù)準(zhǔn)則標(biāo)準(zhǔn)目前主要在美國、日本及我國臺(tái)灣省推廣應(yīng)用，而且采用的編碼均為15位編碼［7］，且前3位代表國家或地區(qū)編碼。例如，以“840”開頭代表美國，符合ISO 3166規(guī)范［7］。圖1是美國應(yīng)用于家畜標(biāo)識(shí)的6種封裝的RFID標(biāo)簽。

圖1所示，每一種電子標(biāo)簽的外殼上，都印制有肉眼可識(shí)讀的、均以“840”開頭的15位編碼，且數(shù)字非常醒目，便于人眼閱讀。此外，耳標(biāo)上也均帶有“”的Logo標(biāo)志，結(jié)合了肉眼識(shí)別與電子機(jī)器自動(dòng)識(shí)別兩種識(shí)別方式的優(yōu)點(diǎn)。上述耳標(biāo)的內(nèi)部RFID芯片符合ISO11784/85的標(biāo)準(zhǔn)，但封裝后的耳標(biāo)沒有國際標(biāo)準(zhǔn)，僅服從生產(chǎn)企業(yè)的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，主要由美國安樂福（Allflex）公司生產(chǎn)［9］，并取得美國農(nóng)業(yè)部的許可。

圖1 美國農(nóng)業(yè)部授權(quán)使用的6種RFID家畜（野牛、牛、鹿、麋鹿）用電子標(biāo)簽Fig.1 Six kinds of official animal RFID button and panel RFID ear tags in USA used for Bison，Cattle，Deer and Elk.

在加拿大，成立了專門的牛標(biāo)識(shí)管理機(jī)構(gòu)（Canadian Cattle Identification Agency，CCIA），并執(zhí)行加拿大牛的標(biāo)識(shí)與追溯體系計(jì)劃［8］。在該計(jì)劃中采用的耳標(biāo)對所有離開其原種群的牛及野牛進(jìn)行分別標(biāo)識(shí)，其耳標(biāo)編碼具有唯一性，但長度沒有明確規(guī)定。圖2是CCIA采用的非RFID的牛只耳標(biāo)。耳牌正面上除有官方的標(biāo)志外，還有唯一編碼對應(yīng)的二維碼，便于機(jī)器閱讀。特別地，在耳標(biāo)上還增加了犢牛編碼或牛群管理編號，如圖2中所示“1234”。該編碼可以對應(yīng)牛場編號，更有利于對于牛群的管理，具有個(gè)體的唯一性編碼無法實(shí)現(xiàn)的特性。

此外，加拿大的養(yǎng)殖業(yè)協(xié)會(huì)組織實(shí)施的豬溯源計(jì)劃項(xiàng)目采取的豬的個(gè)體編碼則是由豬業(yè)協(xié)會(huì)組織發(fā)放的15位編碼，同樣在耳標(biāo)上也可以附件豬群的編碼號，如圖3所示的“12345B”的圖形，并具有不同的Logo標(biāo)識(shí)。

圖2 加拿大牛只耳標(biāo)及其標(biāo)識(shí)信息Fig.2 Canadian cattle ear tag and its identification information

圖3 一種加拿大的豬只個(gè)體耳標(biāo)Fig.3 A kind of Canadian swine ID ear tag

在歐盟，對家畜的標(biāo)識(shí)盡管有統(tǒng)一的標(biāo)識(shí)建議規(guī)范，甚至包括了對轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的標(biāo)識(shí)［9］，但各成員國是否采用無硬性規(guī)定。法國作為畜牧業(yè)發(fā)達(dá)的國家，對大家畜的標(biāo)識(shí)采用符合國際動(dòng)物編碼委員會(huì)（International Committee for Animal Recording，ICAR）的編碼規(guī)則，但對豬只個(gè)體編碼采用養(yǎng)殖場的官方編碼加上個(gè)體在場內(nèi)帶有年份的順序號，由此構(gòu)成的個(gè)體唯一編碼從13位到17位不等，這主要是由于養(yǎng)殖場的官方編碼長度不等造成的，總體上缺乏頂層設(shè)計(jì)，有些隨意。在荷蘭，因?yàn)樨i只的飼養(yǎng)量少，則采用內(nèi)部統(tǒng)一的編碼——7位UFN［10］，非常實(shí)用、有效。

總之，在北美及歐洲養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)的國家對牛只的標(biāo)識(shí)還是非常重視，尤其在1998年加拿大發(fā)現(xiàn)瘋牛病后，對離開原種群的牛只基本上要求強(qiáng)制性的標(biāo)識(shí)，標(biāo)識(shí)的技術(shù)采用RFID、條形碼及可讀數(shù)字相結(jié)合的復(fù)合標(biāo)識(shí)技術(shù)，除了對個(gè)體的編碼標(biāo)識(shí)外，加拿大無論對牛還是豬，都附件上牛群或豬群的編碼，實(shí)質(zhì)上是對應(yīng)養(yǎng)殖場的編碼，彌補(bǔ)了對標(biāo)識(shí)對象的唯一性編碼存在的缺陷。

1.1.2 國內(nèi)畜禽標(biāo)識(shí)標(biāo)準(zhǔn)的制定現(xiàn)狀

自2006年以來，農(nóng)業(yè)部獸醫(yī)局實(shí)施了“動(dòng)物標(biāo)識(shí)及疫病可追溯體系建設(shè)”試點(diǎn)工作［11］，同時(shí)中華人民共和國農(nóng)業(yè)部早前發(fā)布的67號令對家畜編碼規(guī)則進(jìn)行了定義［12］：這種編碼方法存在的問題如同美國制定的15位編碼方法存在的局限性一樣，在編碼中不能體現(xiàn)家畜的群體編碼或養(yǎng)殖場的編碼，帶來的問題在熊本海等［3］已經(jīng)描述過。因此，在我國的一些部分或企業(yè)建立肉牛及牛肉的追溯體系中，如北大荒牛業(yè)股份有限公司［13］及陽信億利源清真肉類有限公司建立的肉牛及其牛肉產(chǎn)品的溯源系統(tǒng)中［14］，對67號規(guī)定的前6位的編碼不變，而最后8位個(gè)體順序號進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，即前2位為養(yǎng)殖場編碼，順位的3～4為年份，如“17”代表2017年，最后4位是當(dāng)年場內(nèi)出生牛犢的順序號，因而豐富了原先定義的后8位編碼的含義，改善了15位編碼的內(nèi)涵，具有可讀性，是對過去編碼含義的完善。由于肉牛個(gè)體編碼規(guī)則的修改，使得養(yǎng)殖企業(yè)具有個(gè)體的編碼權(quán)，無需去申請。

RFID電子標(biāo)識(shí)技術(shù)的應(yīng)用。從市場需求及技術(shù)成本的逐步降低的趨勢，給RFID技術(shù)及產(chǎn)品的應(yīng)用打來巨大的空間。為解決RFID技術(shù)輸入的高成本，國內(nèi)幾家高新技術(shù)企業(yè)非常執(zhí)著地攻堅(jiān)克難，終于突破RFID生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，不僅可自主生產(chǎn)RFID的芯片與標(biāo)簽，而且部分省市及相關(guān)企業(yè)還率先制定相關(guān)的技術(shù)規(guī)范。例如，上海市2005年發(fā)布了《動(dòng)物電子標(biāo)識(shí)通用技術(shù)規(guī)范》［15］，該地方標(biāo)準(zhǔn)中采納了RFID相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合了ISO11784中的國家或區(qū)域編碼，與ICAR的規(guī)定相符。新疆維吾爾自治區(qū)于2011年也發(fā)布了《動(dòng)物電子標(biāo)識(shí)（射頻識(shí)別RFID）通用技術(shù)規(guī)范》（DB 65/T3209—2011）［16］。該標(biāo)準(zhǔn)主要就低頻（134.2KHz±5%）RFID標(biāo)識(shí)的物理特性與環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行了規(guī)定，尤其是將中國的行政區(qū)劃代碼和動(dòng)物的64位二進(jìn)制編碼相結(jié)合進(jìn)行了實(shí)例化。

在自主RFID芯片的研制與批量生產(chǎn)上，代表廠家有上海生物電子標(biāo)識(shí)公司［17］和無錫富華科技責(zé)任有限公司［18］。兩家企業(yè)均獲得了ICAR的認(rèn)證，并獲得了ICAR賦予的企業(yè)編碼，意味著它們生產(chǎn)的標(biāo)簽編碼的前6位在國際上是唯一的。目前，2家公司自主生產(chǎn)的RFID標(biāo)簽成本下降，僅為過去進(jìn)口產(chǎn)品的1/3～1/4，而且他們生產(chǎn)的RFID標(biāo)簽及其閱讀器不僅遠(yuǎn)銷東歐、西歐及東南亞國家，而且打破了進(jìn)口標(biāo)簽價(jià)格居高不上的局面。圖4為無錫富華科技公司自主研制的RFID芯片，并且同一芯片可以封裝為不同形式的標(biāo)簽，如普通式樣的耳標(biāo)、注射玻璃式標(biāo)簽及彈丸標(biāo)簽等，以滿足標(biāo)識(shí)不同動(dòng)物甚至寵物的需求。圖5顯示了無錫富華科技公司自主研究的與不同封裝格式配套的閱讀器產(chǎn)品。

圖4 由RFID芯片封裝成不同形式的標(biāo)簽（來自無錫富華公司）Fig.4 Encapsulated into different forms of tags by RFID chips note：from Wuxi FOFIA company

圖5 與不同形式耳標(biāo)或標(biāo)簽配套的閱讀器產(chǎn)品Fig.5 RFID readers that match different forms of earmarks or tags

在中國臺(tái)灣，主要由臺(tái)灣農(nóng)委會(huì)委托豐田生技資訊股份有限公司［19］依照RFID的ISO標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)家畜電子耳標(biāo)的企業(yè)，但RFID標(biāo)簽封裝的規(guī)格與式樣有其特殊性，即針對畜舍及家畜個(gè)體的RFID有明顯的區(qū)別（圖5、圖6），識(shí)讀器為手柄式閱讀器，用于畜舍的標(biāo)簽采用鑰匙鏈?zhǔn)脚鍜鞓?biāo)簽，標(biāo)識(shí)與循環(huán)使用方便，而用于個(gè)體的采用最廣泛的按鈕式耳標(biāo)。但是兩種均為RFID標(biāo)簽。

1.2 養(yǎng)殖環(huán)境及體征行為的遠(yuǎn)程監(jiān)測與精準(zhǔn)控制

監(jiān)控畜禽的養(yǎng)殖環(huán)境是實(shí)施精細(xì)養(yǎng)殖的基礎(chǔ)，已越來越受到養(yǎng)殖企業(yè)的高度重視，尤其對規(guī)?；凹s化的養(yǎng)殖企業(yè)，通過按飼喂的不同季節(jié)及不同的生長及生理階段，確定最適的包括溫濕度、空氣質(zhì)量及氣體流速，甚至水的交換量等指標(biāo)參數(shù)，采用環(huán)境控制物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)施環(huán)境的目標(biāo)控制。在家禽環(huán)境精準(zhǔn)控制方面，長江證劵2016的行業(yè)報(bào)告深度總結(jié)了肉雞環(huán)境精準(zhǔn)控制的指標(biāo)參數(shù)或閾值（表1）［20］，為科學(xué)搭建肉雞環(huán)境控制系統(tǒng)提供了依據(jù)。其次，我國最大的生豬養(yǎng)殖企業(yè)—廣東溫氏食品集團(tuán)股份有限公司也總結(jié)了在南方設(shè)施養(yǎng)殖生豬的環(huán)境精準(zhǔn)控制參數(shù)（表2）［21］。

圖6 中國臺(tái)灣農(nóng)委會(huì)授權(quán)的用于豬舍RFID標(biāo)簽Fig.6 RFID tags used for pig’s shed authorized by Taiwan agricultural committee of China

圖7 中國臺(tái)灣農(nóng)委會(huì)授權(quán)的用于豬只RFID標(biāo)簽Fig.7 RFID tags used for individual pigs authorized by Taiwan agricultural committee of China

表1 美國肉雞飼養(yǎng)環(huán)境控制目標(biāo)參數(shù)Table 1 Objective parameters for environmental control of broilers in USA

表2 溫氏集團(tuán)推薦的設(shè)施養(yǎng)豬的舍內(nèi)環(huán)境參數(shù)控制閾值Table 2 The indoor environment parameters control threshold of facility pig recommended by Wen’s group

盡管如表1、表2總結(jié)了環(huán)境控制的閾值闡述，但是在實(shí)際開發(fā)的環(huán)境控制物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，閾值參數(shù)可以因地域、季節(jié)及養(yǎng)殖具體品種的變化及特性等可調(diào)整，擴(kuò)大控制系統(tǒng)的廣泛適應(yīng)性。例如，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所聯(lián)合河南南商農(nóng)牧科技公司，研究開發(fā)了畜禽養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)［22］，主要利用環(huán)境感知傳感器，如溫濕度傳感器、光照度傳感器，氨氣傳感器，CO2傳感器等，對連續(xù)變化的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測，監(jiān)測的數(shù)據(jù)首先通過2G或3G/4G的SIM卡傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務(wù)器中貯存，開發(fā)的手機(jī)客戶端APP文件則可在線查看連續(xù)變化的環(huán)境參數(shù)及歷史數(shù)據(jù)，依據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)及預(yù)設(shè)的環(huán)境參數(shù)的閾值，系統(tǒng)會(huì)提醒用戶開啟相應(yīng)的控制設(shè)備，如水簾、電暖、風(fēng)機(jī)的開啟與關(guān)閉等。圖9顯示了手機(jī)客戶端的處理結(jié)果。需要特別提到的是，對現(xiàn)場設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，首先需要事先對現(xiàn)場設(shè)備的控制開關(guān)進(jìn)行集成，并追加可接受信息的通信端口。

圖9 通過移動(dòng)端連續(xù)監(jiān)測環(huán)境參數(shù)的變化與遠(yuǎn)程控制Fig.9 Continuous monitoring of changes in environmental parameters and remote control through mobile terminal

圖9右側(cè)的畫面顯示了遠(yuǎn)程控制設(shè)備的功能畫面，圖10為廣東溫氏食品集團(tuán)股份有限公司（以下簡稱為“溫氏集團(tuán)”）的智慧養(yǎng)殖手機(jī)監(jiān)測與控制端，包括“主頁”、“消息”及“關(guān)注”3個(gè)重要頁面，尤其在“關(guān)注”頁面，通過用不同的顏色標(biāo)注不同的環(huán)境參數(shù)狀態(tài)值，反映應(yīng)關(guān)注的程度，較好體現(xiàn)了數(shù)字化智慧移動(dòng)養(yǎng)殖［21］。

圖10 溫氏集團(tuán)智慧養(yǎng)殖手機(jī)監(jiān)測與控制端Fig.10 Monitoring and controlling end of Wen’s intelligent breeding mobile phone

在畜禽的行為感知方面，隨著物理、電化學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)、材料科學(xué)等基礎(chǔ)研究的發(fā)展，越來越多的高新技術(shù)被應(yīng)用于動(dòng)物生理傳感器。21世紀(jì)以來，美國和歐洲在機(jī)器視覺、聲音等物理量在線監(jiān)測和動(dòng)物生理信息提取方法獲得了長足的進(jìn)步，一些技術(shù)由實(shí)驗(yàn)室走向應(yīng)用。如機(jī)器視覺傳感器用于動(dòng)物取食、運(yùn)動(dòng)、發(fā)情、體重等信息的實(shí)時(shí)感知，通過聲音傳感器提取動(dòng)物的疾病信息等。與人的健康監(jiān)測傳感技術(shù)發(fā)展類似，穿戴式傳感器也成為動(dòng)物生理傳感技術(shù)發(fā)展的一大趨勢，如動(dòng)物智能背心、項(xiàng)圈、背負(fù)式設(shè)備、口套等，這些設(shè)備搭載了振動(dòng)、加速度、位移、重力、壓力等傳感器，通過計(jì)算實(shí)現(xiàn)動(dòng)物個(gè)體運(yùn)動(dòng)、行為、心率、血壓等信息的監(jiān)測［23-25］。為了獲得更為精確的生理信息，侵入式傳感方法也開始進(jìn)入動(dòng)物生理監(jiān)測的視野，如植入動(dòng)物體內(nèi)的RFID標(biāo)簽、植入牛眼內(nèi)的眼壓監(jiān)測傳感器、植入動(dòng)物牙床內(nèi)的溫度和鹽分傳感器、植入奶牛瘤胃的pH值傳感器等。而作為生理信息最重要的指標(biāo)，部分疾病信息（如禽流感等）可以通過生物傳感器實(shí)現(xiàn)快檢。結(jié)合了抗原抗體芯片和熒光免疫傳感器、介電頻譜傳感器、表面等離子體共振傳感器的便攜式設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)部分疾病的快速篩查。目前已經(jīng)進(jìn)入應(yīng)用階段的感知畜禽行為及生理特征的傳感器產(chǎn)品有4種（圖11），包括圖11所示的前3種形式的傳感器及奶牛計(jì)步器［18］。

圖11 4種進(jìn)入應(yīng)用階段的動(dòng)物生理傳感器產(chǎn)品Fig.11 Four kinds of animal physiological sensors in application stage

4種傳感器產(chǎn)品各有特點(diǎn)：其中，A耳戴式傳感器采用2.4G有源RFID技術(shù)，內(nèi)置加速度傳感器與溫度傳感器，毎10s發(fā)報(bào)1次，識(shí)別距離可達(dá)150m，對環(huán)境的適應(yīng)性極強(qiáng)，工作溫度范圍可達(dá)-45～85℃，濕度≤95%；B型傳感器產(chǎn)品與A相比，除具備A的主要特性外，還內(nèi)置了GPS功能，工作頻率及通訊頻率均可調(diào)，具有對標(biāo)識(shí)動(dòng)物的可跟蹤的能力；C型傳感器為典型的生理傳感器，可實(shí)現(xiàn)對體溫、活動(dòng)量及定位數(shù)據(jù)的采集，克服了耳標(biāo)的脫標(biāo)問題，并可全向識(shí)別；D型奶牛計(jì)步器也是一種集成有源超高頻RFID技術(shù)、三維運(yùn)動(dòng)傳感器及溫度傳感器。不同的是可以在時(shí)速達(dá)200km/h內(nèi)識(shí)別與采集數(shù)據(jù)，典型用于奶牛發(fā)情監(jiān)測與健康識(shí)別。今后，將RFID標(biāo)識(shí)技術(shù)與各種生理傳感器融合起來，無應(yīng)激感知?jiǎng)游锏纳硇袨?，從而了解?dòng)物的健康與生產(chǎn)性能是重要的研究方向。

在企業(yè)內(nèi)部的物聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)建設(shè)方面，作為中國最大的2家畜禽養(yǎng)殖企業(yè)——廣東溫氏食品集團(tuán)股份有限公司及北京大北農(nóng)集團(tuán)所屬農(nóng)信互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)公司，率先開展了企業(yè)畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)平臺(tái)的應(yīng)用研究與實(shí)戰(zhàn)搭建，并取得了明顯進(jìn)展。例如，圖12所示溫氏集團(tuán)的物聯(lián)網(wǎng)信息化建設(shè)的框架與實(shí)現(xiàn)的基本功能［21］。該平臺(tái)的特點(diǎn)是一個(gè)典型的符合物聯(lián)網(wǎng)定義的應(yīng)用平臺(tái)，將對生產(chǎn)設(shè)備（溫控、喂料、孵化、計(jì)量等）運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)，包括對畜禽糞便的多級排放與處理后的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)及流量，主要飼料原料及飼料產(chǎn)品、獸藥等相關(guān)生產(chǎn)資料的消耗狀態(tài)，以及出欄活體包括生豬、家禽數(shù)量及走向等，采用在線化的感知、自動(dòng)記錄與傳輸技術(shù)，集成到物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心，分類貯存、統(tǒng)計(jì)與可視化展示，提供了集團(tuán)決策者對全公司運(yùn)營狀態(tài)的動(dòng)態(tài)了解，不同于一般的事后分析的MIS系統(tǒng)，可在線分析與決策，實(shí)現(xiàn)管理抉擇的及時(shí)性和生產(chǎn)效率及效益的最大化控制。

圖12 大型生產(chǎn)企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息化建設(shè)案例（廣東溫氏食品集團(tuán)股份有限公司）Fig.12 The case of internet of things informatization construction in large-scale production enterprises（Guangdong Wen’s Food Group Co.，Ltd.）

圖13顯示的是北京農(nóng)信互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)科技有限公司搭建的、以國家級生豬榮昌交易中心數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的農(nóng)信大數(shù)據(jù)平臺(tái)中的一部分內(nèi)容［26］。稱之為大數(shù)據(jù)平臺(tái)，是因?yàn)樵谠撈脚_(tái)集成的數(shù)據(jù)的海量、高速、多樣及可變特性決定的，平臺(tái)中包含了生豬的養(yǎng)殖過程數(shù)據(jù)、出欄與交易數(shù)據(jù)，豬肉消費(fèi)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等，為了解特定區(qū)域、特定時(shí)段的生豬生產(chǎn)性能數(shù)據(jù)、經(jīng)濟(jì)特性數(shù)據(jù)，甚至生豬生產(chǎn)的景氣指數(shù)的大數(shù)據(jù)分析與挖掘提供了可能。

圖13 農(nóng)信大數(shù)據(jù)——農(nóng)信網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行平臺(tái)（http：//dsj.nxin.com/index.vm）Fig.13 Nongxin big data—nongxin real time operation platform

1.3 畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)模型與智能設(shè)備研發(fā)進(jìn)展

養(yǎng)殖設(shè)施化與智能化已經(jīng)成為先進(jìn)生產(chǎn)力的方向，不僅能解放生產(chǎn)力，而且符合動(dòng)物福利的要求，最大化滿足畜禽的個(gè)性化精準(zhǔn)飼喂的要求。例如，從家禽的自動(dòng)化料線飼喂而言，國內(nèi)從沒有自動(dòng)給料系統(tǒng)到有自動(dòng)給料系統(tǒng)，飼喂效率1萬～2萬只/（天 · 人）。在歐美，每人每天可管理4棟12m×150m的雞舍，管理的雞只數(shù)可達(dá)12萬，數(shù)倍于我國的飼喂效率［27］。對于家畜的飼喂，由于養(yǎng)殖發(fā)達(dá)的歐美國家，長期關(guān)注家畜生產(chǎn)的自動(dòng)化與智能化，從飼料的采收、打包、制作、投放、自動(dòng)擠奶（或機(jī)器人擠奶）、自動(dòng)清糞與處理，一家?guī)卓谌丝梢愿咝э曫B(yǎng)管理幾百頭奶?；蛉馀?，單位生產(chǎn)效率同樣數(shù)倍于我們的家庭養(yǎng)殖戶，而且從飼料原料的成本支出、勞動(dòng)力投入、融資成本等相對于總的產(chǎn)值是合理的或偏低的，使得畜牧業(yè)產(chǎn)生的效率高，效益穩(wěn)定，畜產(chǎn)品價(jià)格穩(wěn)定，較少出現(xiàn)像國內(nèi)的“豬周期”、奶牛養(yǎng)殖的“倒春寒”不見底現(xiàn)象，影響了居民的正常生活水品。因此，迅速全面開展包括畜牧業(yè)生產(chǎn)的供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革，通過智能化現(xiàn)代畜牧業(yè)的發(fā)展，降低生產(chǎn)成本，達(dá)到提質(zhì)增效，增強(qiáng)畜產(chǎn)品的競爭力是一項(xiàng)長期艱巨的任務(wù)。

目前在畜禽智能裝備的研究領(lǐng)域，在國內(nèi)通過科研院所、相關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)企業(yè)的攜手合作，主要在家畜的精準(zhǔn)飼喂理論、智能飼喂設(shè)備、家禽自動(dòng)供料線及飲水設(shè)備取得了一定進(jìn)展，并獲得一批發(fā)明專利及實(shí)用新型專利。

在精準(zhǔn)飼喂的理論模型研究方面，針對家畜個(gè)體尤其是豬和奶牛，熊本海等［28］構(gòu)建產(chǎn)床母豬的采食量模型：收斂于對數(shù)曲線Y=1.062ln（x）+1.910（R2=0.913，Y日采食量，kg；x哺乳日齡），潘曉花等［29］總結(jié)了泌乳奶牛的采食量有效模型［30］：DMI=（0.0185×BW+0.305×FCM）×DMIAF×Mud×LAG。 其 中，LAG=1-e-［（0.564-0.124×PKMK）×（WOL+P）］；熊本海等［30-31］構(gòu)建主要泌乳牛的乳成分與自然月份之間的關(guān)系模型，即：MPP（乳蛋白，%）=3.094X-0.0464*e0.0117X，MFP（乳脂肪，%）=4.2116X-0.0344*e0.0276X，MLP（乳糖率，%）=4.9824X-0.0196*e0.0106X，式中：x代表自然月份1，2，…，12。

在畜禽精準(zhǔn)飼喂設(shè)備與相關(guān)裝備研制方面，隨著養(yǎng)殖智能化、自動(dòng)化設(shè)備的需求急劇增加，一批從事智能設(shè)備生產(chǎn)的企業(yè)不斷創(chuàng)新，研發(fā)與推廣了相應(yīng)的設(shè)備。主要研制的典型智能設(shè)備包括妊娠母豬飼喂站、產(chǎn)床母豬飼喂系統(tǒng)、仔豬補(bǔ)奶機(jī)、保育豬干濕飼喂器、奶牛精準(zhǔn)飼喂系統(tǒng)、奶羊智能飼喂系統(tǒng)及種豬性能測定裝置等。這里所謂的智能設(shè)備是指每個(gè)設(shè)備必須具有下位機(jī)控制系統(tǒng)，通過該控制系統(tǒng)按預(yù)制的控制程序及飼喂的數(shù)量實(shí)施個(gè)性化的精準(zhǔn)飼喂，并記錄實(shí)際發(fā)生的數(shù)據(jù)、時(shí)間長度或時(shí)間點(diǎn)，便于生產(chǎn)者進(jìn)行飼喂數(shù)據(jù)的分析。圖14給出了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所與河南南商農(nóng)牧科技股份有限公司聯(lián)合研制的部分專利技術(shù)智能飼喂設(shè)備。

圖14中的設(shè)備①為第4代國產(chǎn)飼喂站［32］，改進(jìn)后的特點(diǎn)是組件式安裝、電動(dòng)式入口門、必要時(shí)通過后豬拱前豬的非物理損傷模式提供設(shè)備的飼喂效率，其次，將接近傳感器與下料系統(tǒng)相結(jié)合，有效控制剩余料的發(fā)生，提高實(shí)際喂料數(shù)據(jù)的系統(tǒng)可靠性；設(shè)備②［28］為產(chǎn)床母豬飼喂系統(tǒng)，完全改變傳統(tǒng)的螺旋供料方式，采用電動(dòng)推桿產(chǎn)生的改變?nèi)莘e的方式下料，避免了殘余料的發(fā)生與料倉結(jié)拱現(xiàn)象；設(shè)備③可根據(jù)體重或日糧的變化分幾級調(diào)整水和干飼料的比例，滿足干物質(zhì)采食或養(yǎng)分?jǐn)z入量的動(dòng)態(tài)變化；設(shè)備④的飼喂原理與設(shè)備②基本相同，顯示的群體飼喂的場景；設(shè)備⑤［33］集成了電子標(biāo)識(shí)、采食時(shí)間點(diǎn)記錄、傳感器稱重自動(dòng)記錄，為研究奶牛個(gè)體的采食頻率、自由采食量或采食量精準(zhǔn)控制提供了智能化方法。除智能精準(zhǔn)飼喂外，在國家“十三五”重大專項(xiàng)“重大畜禽疫病防控及健康高效養(yǎng)殖”中也部署了關(guān)于畜禽的智能節(jié)水技術(shù)與設(shè)備及精準(zhǔn)投藥設(shè)備的項(xiàng)目研究，由此構(gòu)成涉及飼料、水及藥3種投入品的智能化技術(shù)與設(shè)備的協(xié)同創(chuàng)新研究，有望在“十三五”計(jì)劃結(jié)束后，獲得一批自主創(chuàng)新的畜禽智能裝備產(chǎn)品。

圖14 自主研制的幾種典型的家畜智能飼喂設(shè)備Fig.14 Self-made intelligent feeding equipment for domestic animals

1.4 種畜生產(chǎn)數(shù)字化監(jiān)管與分析計(jì)算平臺(tái)

畜牧業(yè)生產(chǎn)中，種畜的生產(chǎn)過程極為復(fù)雜，尤其在奶牛及種豬的生產(chǎn)周期中，不斷發(fā)生的生理與生產(chǎn)節(jié)律的變化。從發(fā)情、配種、孕檢、妊娠到分娩、空懷或干奶或斷奶，直到下一個(gè)繁殖周期或淘汰，不斷地產(chǎn)生個(gè)體及群體的狀態(tài)數(shù)據(jù)及周期性數(shù)據(jù)，周而復(fù)始。因此需要不斷的記錄和模型化分析繁殖性能、泌乳性能、斷奶性能等參數(shù)的變化，及時(shí)對繁殖、育種及營養(yǎng)調(diào)控方案進(jìn)行優(yōu)化，以保持種畜的高效與穩(wěn)定的生產(chǎn)。國際上在種豬生產(chǎn)的信息化領(lǐng)域，代表性協(xié)同有PIG WIN系統(tǒng)［34］，及西班牙農(nóng)業(yè)技術(shù)軟件公司開發(fā)的porcitec系列系統(tǒng)［35］等。

隨著信息技術(shù)尤其是移動(dòng)通信技術(shù)與設(shè)備的成熟及大眾化，畜禽養(yǎng)殖專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫平臺(tái)，均配置有相應(yīng)的移動(dòng)端數(shù)據(jù)采集器或系統(tǒng)，以及支撐硬件及系統(tǒng)運(yùn)行的、完整的數(shù)據(jù)采集規(guī)范。相比較而言，PIG WIN系統(tǒng)的數(shù)據(jù)規(guī)范更完整，還提供通過已有數(shù)據(jù)派生其他綜合的、不同時(shí)間區(qū)段的繁殖性能指標(biāo)，如不同要求的近交系數(shù)、綜合繁殖率、母豬生產(chǎn)力（PSY）、成活率及死淘率等，具有大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘特征。國際上在奶牛精準(zhǔn)飼喂物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)方面進(jìn)行了更多的開發(fā)研究。其中，與奶牛發(fā)情監(jiān)測計(jì)步器及牛奶品質(zhì)在線檢測系統(tǒng)物理連接的阿菲牧管理軟件系統(tǒng)［36］是一個(gè)典型的牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，在各國大型奶牛養(yǎng)殖企業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。其優(yōu)勢在于研發(fā)的系統(tǒng)與擠奶設(shè)備相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了閱讀器、傳感器及計(jì)量設(shè)備，與數(shù)據(jù)的采集、傳輸及計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行了內(nèi)在的嵌入，可將動(dòng)物個(gè)體體況、乳品品質(zhì)與產(chǎn)奶量，以及繁殖與營養(yǎng)狀況之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)在的關(guān)聯(lián)，然后通過業(yè)務(wù)邏輯模型在線分析采集的數(shù)據(jù)后，給出各種智能提醒或閾值的報(bào)告。總之，整個(gè)系統(tǒng)的感知—傳輸—分析—控制的閉環(huán)效果明顯。

在國內(nèi)，研制開發(fā)種畜場計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的企業(yè)及科研隊(duì)伍逐步壯大。其中，孫德林等［37］最早開發(fā)了我國第一套單機(jī)版的“工廠化養(yǎng)豬信息化管理系統(tǒng)”，提出了工廠化養(yǎng)豬信息化的基本功能框架；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所聯(lián)合江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)等一直結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，充分融合畜牧業(yè)的專業(yè)領(lǐng)域模型與種畜禽場的生產(chǎn)實(shí)際，主要研制了種豬場及奶牛場的全程生產(chǎn)過程與數(shù)據(jù)分析網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)及出版多部專著［38-39］，還專門針對山黑豬的繁殖與生產(chǎn)特點(diǎn)，開發(fā)了山黑豬繁殖數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)［40］。取得了一系列的計(jì)算機(jī)軟件版權(quán)登記。在2013版的管理軟件分析系統(tǒng)中，特別增強(qiáng)了從已知錄入或采集的數(shù)據(jù)中，通過數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)與業(yè)務(wù)邏輯模型的嵌入，挖掘出最大量的繁殖與生產(chǎn)性能參數(shù)，并進(jìn)行在線可視化分析（圖15），為管理者提升數(shù)據(jù)的升值服務(wù)。

圖15 山黑種豬生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)及數(shù)據(jù)挖掘分析結(jié)果Fig.15 Internet management platform for breeding pigs and data mining visual results

圖15僅針對一個(gè)規(guī)?；B(yǎng)殖企業(yè)開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)，但從一個(gè)地區(qū)或者國家層面開展種豬生產(chǎn)性能比較研究則需要云計(jì)算平臺(tái)。這樣的平臺(tái)管理與分析的不是一個(gè)種豬場，而且通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫群將數(shù)以百計(jì)或千計(jì)的種豬場的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用規(guī)范的元數(shù)據(jù)規(guī)范進(jìn)行物理的或虛擬的集中式管理與分析，實(shí)時(shí)云存貯與云計(jì)算。該項(xiàng)基礎(chǔ)性工作已由國家種豬改良評估中心、中國奶業(yè)協(xié)會(huì)等部門組織全國相關(guān)的育種單位，構(gòu)建所謂的云計(jì)算平臺(tái)，限于篇幅不在展開。

1.5 領(lǐng)域計(jì)算軟件的開發(fā)與應(yīng)用

在畜牧業(yè)科學(xué)尤其產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域，與科學(xué)計(jì)算與智能判斷最為密切的領(lǐng)域是畜禽的育種理論、飼料配方優(yōu)化理論及畜禽疾病的決策診斷。因此隨著本領(lǐng)域的育種、配方理論與診斷模型的不斷更新及軟件開發(fā)技術(shù)的日新月異，對應(yīng)的軟件產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化也非?；钴S，軟件系統(tǒng)的推廣應(yīng)用大大提高畜禽育種的效率與數(shù)據(jù)的積累速度，提高了畜禽飼料配方的便捷性、科學(xué)性及提高飼料資源的轉(zhuǎn)化效率，最終為緩解我國日益緊張的飼料資源供給量，監(jiān)控畜禽的健康狀況等做出了貢獻(xiàn)，提高科技貢獻(xiàn)率水平。

在國內(nèi)最早開發(fā)的種豬育種軟件GBS系統(tǒng)是由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)開發(fā)［41］，并在國內(nèi)的種豬場得到較好的推廣應(yīng)用，尤其是近些年借助于專業(yè)的畜牧業(yè)軟件開發(fā)公司，對GBS不斷升級換代，至目前的最新版本為豐頓種豬管理與育種分析系統(tǒng)GBS5.0［42］，同時(shí)還開發(fā)了豐頓種羊場管理與育種分析系統(tǒng)軟件 SGBS V2.0［43］，較好地通過計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)與育種理論的融合，為實(shí)施畜禽的育種提供了快捷的使用產(chǎn)品。

在飼料配方技術(shù)領(lǐng)域，不同版本軟件系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用已經(jīng)有30多年的歷程。最早的配方軟件是在具有計(jì)算功能的PC1211便攜計(jì)算器上開發(fā)的，開發(fā)語言為BASIC語言，是我國最早的飼料配方計(jì)算模塊，但計(jì)算速度慢，計(jì)算與處理功能弱。隨著計(jì)算機(jī)的內(nèi)存、軟件系統(tǒng)的升級，配方系統(tǒng)不斷改進(jìn)，直到1993年才有第4代配方系統(tǒng)——CMIX系統(tǒng)［44］的商品化，大大促進(jìn)了配方技術(shù)電算化的發(fā)展。該產(chǎn)品1994年獲得浙江省科技進(jìn)步2等獎(jiǎng)。其次，隨著PC計(jì)算機(jī)的操作平臺(tái)從DOS版本向Windows桌面過渡，計(jì)算機(jī)軟件也需要隨著平臺(tái)的變化而升遷，因此又出現(xiàn)了三新飼料配方系統(tǒng)［45］、資源配方師［46］等。盡管這些系統(tǒng)是在Windows平臺(tái)上使用，但仍然是單機(jī)版本，不能實(shí)現(xiàn)多人在線使用與遠(yuǎn)程后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的共享。進(jìn)入21世紀(jì)后，具有網(wǎng)絡(luò)特征的第六代飼料配方，率先由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所開發(fā)成功，其成果“網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程畜禽飼料知識(shí)咨詢與配方系統(tǒng)”［47］2004年獲北京市科技進(jìn)步2等獎(jiǎng)。其后，還有不少涉足畜牧業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)軟件公司，也相繼開發(fā)了具有不同功能特點(diǎn)的動(dòng)物飼料配方系統(tǒng)，典型的有北京佑格科技發(fā)展公司［48］，進(jìn)一步推動(dòng)了飼料配方系統(tǒng)的商業(yè)化應(yīng)用。移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)，android技術(shù)與智能手機(jī)終端的快速發(fā)展，為從遠(yuǎn)程獲取飼料養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)及移動(dòng)計(jì)算提供了比過去PC機(jī)還要強(qiáng)大的功能。為此，新一代移動(dòng)智能手機(jī)端的飼料配方系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。中國飼料數(shù)據(jù)庫情報(bào)網(wǎng)中心率先開發(fā)了手機(jī)端的“奶牛安卓版飼料配方”，產(chǎn)品很快投入商品化應(yīng)用。

畜禽疾病診斷專家系統(tǒng)領(lǐng)域的研究起步于20世紀(jì)90年代，從知識(shí)庫的構(gòu)建，到病理圖譜的采集與數(shù)字化，借助于早期的智能開發(fā)工具Prolog 2.0來獲取領(lǐng)域知識(shí)并相繼開發(fā)了針對多種畜禽、水產(chǎn)動(dòng)物的疾病診斷專家系統(tǒng)，并隨著國際互聯(lián)網(wǎng)及無線通訊技術(shù)（2G/3G/4G）的發(fā)展，又逐步拓展到開發(fā)網(wǎng)絡(luò)版本的遠(yuǎn)程診斷與移動(dòng)智能診斷系統(tǒng)的開發(fā)。總之，信息及通訊技術(shù)的快速發(fā)展，為開發(fā)針對各種畜禽的疾病診治專家系統(tǒng)提供了技術(shù)上的保障。此外，在通過計(jì)算機(jī)實(shí)施疾病診斷的理論研究上，診斷系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)對象和應(yīng)用領(lǐng)域的特點(diǎn)，通過集成控制決策、智能推理、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能、模擬仿真等技術(shù)來提高系統(tǒng)決策的精確性、智能性和實(shí)用性，為研究和構(gòu)建農(nóng)場動(dòng)物的疾病診斷系統(tǒng)或公共平臺(tái)積累了較好的前期理論基礎(chǔ)與經(jīng)驗(yàn)。典型的畜禽疾病診斷系統(tǒng)有“雞常見疾病計(jì)算機(jī)臨床診斷專家系統(tǒng)”［49］、雞病診斷多媒體專家系統(tǒng)［49］、魚病診斷推理系統(tǒng)［50］、動(dòng)物健康管理信息系統(tǒng)［51］，以及“基于安卓的動(dòng)物疫病遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)”［52］等。盡管目前開發(fā)的各種類型的畜禽疾病診斷系統(tǒng)在診斷疑似病癥的準(zhǔn)確率上與實(shí)際情況有出入，但在促進(jìn)疾病診斷科學(xué)的研究與信息技術(shù)的應(yīng)用上發(fā)揮了作用，當(dāng)然隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來還有巨大的發(fā)展空間。

2 畜牧業(yè)信息化與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究存在的問題

盡管我國畜禽智能裝備與畜牧業(yè)信息化的應(yīng)用順應(yīng)規(guī)?；B(yǎng)殖企業(yè)生產(chǎn)的需求與政府監(jiān)管的要求，從軟、硬件的開發(fā)到解決方案的優(yōu)化方面，獲得了一批自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，形成了一批產(chǎn)品，得到了不同程度的應(yīng)用，但從開發(fā)系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)而言，我國畜禽養(yǎng)殖的智能化與數(shù)字化還處于初級研究階段，主要體現(xiàn)在如下幾方面。

2.1 數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)及數(shù)據(jù)采集規(guī)范研究落后，已有的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范需重新制定或完善

就家畜個(gè)體的編碼標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)則而言，農(nóng)業(yè)部的67號令發(fā)布《畜禽標(biāo)識(shí)及養(yǎng)殖檔案管理辦法》中的畜禽編碼，一是未與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，二是標(biāo)準(zhǔn)缺乏可讀性，應(yīng)盡快重新修訂。而上海的及新疆的地方標(biāo)準(zhǔn)雖然考慮了與國際標(biāo)準(zhǔn)的接軌及RFID技術(shù)的應(yīng)用，但在編碼上不宜在全國范圍內(nèi)推廣開。因此，應(yīng)從編碼的前瞻性、國際性、唯一性、可讀性及可擴(kuò)展性等方面，做好中國家畜個(gè)體編碼的頂層設(shè)計(jì)。其次，在規(guī)?；曫B(yǎng)的家禽編碼規(guī)范上還是空白，需盡快考慮將養(yǎng)殖場代碼與生產(chǎn)批次結(jié)合起來進(jìn)行編碼，不能停滯不前。在采集畜禽生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)上，目前還是各行其是，處于無約束狀態(tài)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的整合難度大，數(shù)據(jù)的重復(fù)建設(shè)頻繁，人力資源浪費(fèi)嚴(yán)重。因此，亟待從不同畜禽的繁殖、育種、飼養(yǎng)與健康管理等技術(shù)層面及管理層面，標(biāo)準(zhǔn)化采集數(shù)據(jù)的單元與定義，數(shù)據(jù)采集的方法及派生數(shù)據(jù)的計(jì)算模型等，為實(shí)現(xiàn)行業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的構(gòu)建、數(shù)據(jù)的交換與共享解決最基本的元數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)問題。

2.2 智能化產(chǎn)品缺乏統(tǒng)一的行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

目前，瞄準(zhǔn)畜禽智能化裝備產(chǎn)品研發(fā)的企業(yè)及產(chǎn)品增加迅速，但同類型的產(chǎn)品毫無規(guī)范可言，基本上處在相互模仿階段，在實(shí)踐應(yīng)用中摸索前行，缺乏行業(yè)的指導(dǎo)。一是相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)沒有納入國家或行業(yè)層面的標(biāo)準(zhǔn)研制計(jì)劃中；二是設(shè)備使用的對象，例如豬的品種、生長生理階段的不同，體型也差異明顯，導(dǎo)致對飼喂設(shè)備的要求也不盡相同，甚至對飲水的高度也是動(dòng)態(tài)變化的。因此，需要在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)層面將共性的需求和個(gè)性化的差異結(jié)合起來，指導(dǎo)智能化產(chǎn)品的研發(fā)。

2.3 缺乏關(guān)鍵的感知技術(shù)與產(chǎn)品

表現(xiàn)在專業(yè)的感知生命信息的傳感器或識(shí)別產(chǎn)品類型少，能選用的產(chǎn)品價(jià)格高，投入大規(guī)模的應(yīng)用對于畜禽養(yǎng)殖企業(yè)有困難。其次，高通量、低資費(fèi)的通訊技術(shù)沒有整體解決途徑，采用市面上的3G或4G通信技術(shù)于畜牧行業(yè)不可行。再者，基于牧業(yè)生產(chǎn)的知識(shí)模型及應(yīng)用控制閾值研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，缺乏像PIGWIN或阿菲牧這樣的將軟件及硬件高度融合的專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案。因?yàn)椴煌貐^(qū)、不同養(yǎng)殖模式及不同管理水平的養(yǎng)殖動(dòng)物，實(shí)施環(huán)境精準(zhǔn)控制閾值應(yīng)差異化，即使是針對同一類型的畜種，控制閾值也是有別的，需要領(lǐng)域?qū)＜?、飼養(yǎng)管理專家與信息專家協(xié)同制定，才能讓物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)具有智能性、區(qū)域性及物種差異性的特點(diǎn)。

2.4 政府層面對畜禽智能裝備和信息技術(shù)認(rèn)識(shí)要提升高度

從政府層面對畜禽智能裝備及信息化技術(shù)在畜牧業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的作用與發(fā)展前景，盡管從認(rèn)識(shí)上在近些年提升到一定的高度，甚至提到“信息化是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的制高點(diǎn)”［53］。但是從政府的配套政策上往往關(guān)注的是品種的改良、生物技術(shù)大的應(yīng)用等，導(dǎo)致信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，特別是智能裝備技術(shù)應(yīng)用規(guī)模小、分散，應(yīng)用的環(huán)境單一，穩(wěn)定的維護(hù)運(yùn)行投入不足，在將來更需要設(shè)立養(yǎng)殖企業(yè)信息化與智能裝備的專項(xiàng)政策補(bǔ)貼，全面提供企業(yè)的信息化與設(shè)備裝備水平。

2.5 缺乏可持續(xù)發(fā)展的商業(yè)模式

包括缺乏成熟的技術(shù)應(yīng)用模式及商業(yè)運(yùn)作模型。前已述及，中國最新一代的母豬電子飼喂站解決了多項(xiàng)技術(shù)瓶頸，因其價(jià)格優(yōu)勢，特別適合在中國中小規(guī)模種豬場推廣應(yīng)用，但國家的農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼目錄中還未列上相關(guān)的智能畜牧機(jī)械產(chǎn)品，或者列出的較少。因此有關(guān)從事畜禽智能裝備與信息化技術(shù)的運(yùn)營者需要探索成熟的商業(yè)運(yùn)作模式，力爭政府的政策支持，將好的產(chǎn)品包裝進(jìn)入市場，發(fā)展壯大中國牧業(yè)裝備及信息化產(chǎn)業(yè)。

2.6 缺乏真正含義上行業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)

盡管目前一些旗艦式的畜牧業(yè)上市公司建立有企業(yè)級或者跨企業(yè)的一些物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺(tái)，象前已述及的溫氏集團(tuán)內(nèi)部的數(shù)據(jù)集成平臺(tái)、北京農(nóng)信互聯(lián)建立的“豬聯(lián)網(wǎng)”平臺(tái)，以及“中國飼料網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫”［54-55］、“中國家養(yǎng)動(dòng)物資源網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫［56］”，但從大數(shù)據(jù)的定義來評價(jià)目前構(gòu)建的行業(yè)數(shù)據(jù)庫及企業(yè)級數(shù)據(jù)庫，還不是真正的大數(shù)據(jù)。行業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)需要行業(yè)的實(shí)體運(yùn)行企業(yè)將不斷產(chǎn)生的過程數(shù)據(jù)，生產(chǎn)資料需求數(shù)據(jù)，科學(xué)研究數(shù)據(jù)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)與政策數(shù)據(jù)，通過不同的數(shù)據(jù)采集模式與數(shù)據(jù)共享機(jī)制，有序在線進(jìn)入到行業(yè)數(shù)據(jù)庫中，使數(shù)據(jù)平臺(tái)具有海量、高速、多維及可變的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)覆蓋的相關(guān)領(lǐng)域廣和年限長，才能通過數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建，建立不同類型數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)行業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的構(gòu)建與運(yùn)行。

3 討論

中國是畜牧產(chǎn)業(yè)大國，但不是強(qiáng)國。畜牧業(yè)總產(chǎn)值到2017年總量超過了2萬億元，但占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的比例并未達(dá)到農(nóng)業(yè)部規(guī)劃末期的36%［57］，實(shí)際為30.04%［58］，遠(yuǎn)低于畜牧業(yè)發(fā)達(dá)的國家平均50%以上水平，這表明中國畜牧業(yè)發(fā)展空間較大，尤其在提高勞動(dòng)生產(chǎn)率及降低單位產(chǎn)出的生產(chǎn)成本上，我國畜牧業(yè)還有相當(dāng)大的差距，如何實(shí)現(xiàn)突破，彎道超車，任務(wù)艱巨。例如，國際上追求高產(chǎn)的奶牛養(yǎng)殖發(fā)達(dá)國家如以色列、美國和加拿大，奶母牛年單產(chǎn)都超過10t，追求生乳高品質(zhì)的和生產(chǎn)綜合效益的澳大利亞及新西蘭，盡管單產(chǎn)目前低于我國平均6.5t以上的水平，但生乳產(chǎn)出成本優(yōu)勢明顯，分別為2.56元/kg及1.79元/kg，遠(yuǎn)低于我國的3.6元/kg［59］，而且國產(chǎn)生乳的品質(zhì)更不能與之相提并論。實(shí)現(xiàn)上述的生產(chǎn)效率，上述國家基本采用了奶牛養(yǎng)殖設(shè)備及擠奶信息化管理系統(tǒng)，采用了個(gè)體及群體的精準(zhǔn)飼喂技術(shù)。其次，在養(yǎng)豬業(yè)領(lǐng)域，養(yǎng)殖最發(fā)達(dá)的西歐國家如丹麥、挪威及荷蘭等，長期以來推行與實(shí)施動(dòng)物福利，去限位欄飼喂模式，研究推廣母豬電子飼喂站的圈養(yǎng)模式，大大提高繁殖母豬的生產(chǎn)力，使得丹麥的母豬年可提供斷奶的仔豬數(shù)即PSY高達(dá)30頭，并提供向35頭邁進(jìn)的計(jì)劃，遠(yuǎn)高于我國平均17頭的水平［60］。據(jù)初步測算，如果中國存欄的能繁母豬約50%以上采用母豬電子飼喂站，將妊娠母豬從圍欄飼養(yǎng)模式中解放出來，并配合使用哺乳母豬的電子自動(dòng)飼喂技術(shù)，因綜合提高母豬的繁殖率水平，在保證提供相同數(shù)量的出欄商品豬的前提下，可減少能繁母豬的存欄數(shù)在1 000萬頭以上。僅此一項(xiàng)可大大緩解對土地、環(huán)境、勞動(dòng)力及飼料資源的需求壓力，還能最終穩(wěn)定豬肉的供給量，維護(hù)CPI的穩(wěn)定；第三，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為特征的信息化向畜牧業(yè)生產(chǎn)全過程的應(yīng)用，將大大提高對各個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)控能力，提高對各種投入品的監(jiān)控能力，尤其提供對畜產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管的能力，對保障食品質(zhì)量安全，維護(hù)社會(huì)的公共衛(wèi)生秩序，同樣意義深遠(yuǎn)與重大。

4 結(jié)論

我國畜牧業(yè)向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化與智能裝備化的發(fā)展態(tài)勢不可逆轉(zhuǎn)，迫切需要現(xiàn)代智能裝備及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐，需要信息化技術(shù)的全覆蓋。這也是在畜牧業(yè)領(lǐng)域踐行“四化”同步與鄉(xiāng)村振興的發(fā)展戰(zhàn)略。沒有信息技術(shù)的應(yīng)用，何談畜牧業(yè)的現(xiàn)代化！而信息—農(nóng)藝（畜牧業(yè)）—智能設(shè)備等技術(shù)的融合，才能發(fā)揮協(xié)同共贏的效果，實(shí)現(xiàn)畜牧業(yè)生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化和服務(wù)現(xiàn)代化。相信在不遠(yuǎn)的未來，通過移動(dòng)手機(jī)終端，完全可實(shí)現(xiàn)對養(yǎng)殖環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制，飼料、水與藥的投放遠(yuǎn)程精準(zhǔn)控制，對糞尿的自動(dòng)檢測、收集與處理等，并實(shí)現(xiàn)可視化的數(shù)據(jù)分析，即實(shí)現(xiàn)所謂手機(jī)養(yǎng)殖不是夢，“互聯(lián)網(wǎng)+養(yǎng)殖業(yè)”將使得搞養(yǎng)殖的新牧人或牧場主成為體面的業(yè)主或牛人。

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