張利娟，張 亮

（1.重慶市畜牧科學(xué)院，重慶 402460；2.重慶市養(yǎng)豬工程技術(shù)研究中心，重慶 402460）

母豬的發(fā)情鑒定是豬繁殖生產(chǎn)過程的重要環(huán)節(jié)。母豬發(fā)情鑒定的準(zhǔn)確性會直接影響配種人員對母豬排卵時間的判定以及最佳輸精時機(jī)的把握，對于提高豬場母豬受胎率、產(chǎn)仔數(shù)等繁殖成績具有重要意義[1]。 母豬發(fā)情受其體內(nèi)激素控制，并受外界刺激反饋，其發(fā)情過程伴隨著一系列生理、生化和行為的變化。母豬在發(fā)情前期往往表現(xiàn)出煩躁不安，有爬跨其他母豬等行為。而在發(fā)情期間則表現(xiàn)出接受其他母豬或公豬爬跨，食欲減退等行為，部分母豬還會出現(xiàn)陰戶腫脹、陰道黏液增多等變化。

母豬發(fā)情鑒定有公豬試情、人工試情和行為觀察等方法[2-4]。公豬試情法是目前國內(nèi)外使用最為廣泛，準(zhǔn)確性也最高的母豬發(fā)情鑒定方法。該方法利用發(fā)情母豬在接收到公豬的氣味（主要是外激素）、聲音或直接接觸會表現(xiàn)出接受公豬爬跨的反應(yīng)，即“靜立反射”。人工試情法主要用于限位欄，通常是公豬在場時由有經(jīng)驗的技術(shù)人員按壓母豬背部，并觀察母豬有無靜立反射來判斷。行為觀察法是通過綜合母豬的行為表現(xiàn)和外陰變化來判斷母豬是否處于發(fā)情狀態(tài)。

1 母豬發(fā)情鑒定面臨的問題

隨著豬場規(guī)模的不斷擴(kuò)大，目前的發(fā)情鑒定方法越來越不能適應(yīng)現(xiàn)代養(yǎng)豬生產(chǎn)的發(fā)展。公豬試情法需要公豬對每一頭母豬進(jìn)行充分的直接或間接的接觸，然后根據(jù)母豬的現(xiàn)場表現(xiàn)來進(jìn)行判斷。一般不處于發(fā)情期的母豬不會對公豬的接觸表現(xiàn)出亢奮，而只有處于發(fā)情期的母豬才會對公豬表現(xiàn)出興趣，會出現(xiàn)相互嗅探、爬跨以及靜立等反應(yīng)。這一方法雖然準(zhǔn)確性較高，但所需的人工和時間也比較大。目前國內(nèi)多數(shù)規(guī)?；i場使用限位欄飼養(yǎng)待配母豬，要保證公豬和每頭母豬充分接觸需要3 ～5 min，按照每次需要2 ～3 人參與的情況來進(jìn)行測算，1 h 僅能對12 ～20 頭母豬進(jìn)行發(fā)情鑒定，效率極低。

隨著現(xiàn)代養(yǎng)豬規(guī)模的日益擴(kuò)大，豬場疫病防控壓力也隨之增加，多數(shù)豬場采取批次化管理方式。以公豬接觸為核心的發(fā)情鑒定工作耗時長效率低，并且疾病傳播風(fēng)險等問題日益突顯。此外隨著勞動力成本的上升，操作繁瑣且勞動強(qiáng)度高的試情工作給養(yǎng)豬生產(chǎn)帶來了新的挑戰(zhàn)。

2 母豬發(fā)情的智能化檢測方法

近年來有通過B 超觀察卵巢狀態(tài)[5]、激素水平檢測[6]、陰道電阻[7]和臀部溫度變化[8]等方法來進(jìn)行母豬發(fā)情鑒定的報道，盡管這些方法不需要公豬參與，但由于準(zhǔn)確性和設(shè)備耗材投入等問題，也并未在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下被大規(guī)模使用。所以生產(chǎn)上常常通過檢測母豬發(fā)情周期的體溫、采食量、行為和聲音等情況，結(jié)合各種特征進(jìn)行綜合判斷，從而確定最適配種時間。

2.1 體溫變化

豬只的體溫是重要的生命體征，是反映其健康和生理狀況的重要指標(biāo)之一。傳統(tǒng)的母豬體溫測定是使用獸用水銀溫度計測定其直腸溫度，這種接觸式的測定方法由于操作繁瑣并不適用于集約化養(yǎng)殖。紅外線熱成像溫度測量技術(shù)具有非接觸和實(shí)時獲取的優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛運(yùn)用于豬皮膚溫度的測定[9-10]。

Sykes 通過數(shù)字紅外熱成像技術(shù)測量了發(fā)情期和非發(fā)情期間長白×約克雜交后備母豬的外陰表面溫度。評估了長白×約克雜交后備母豬（n ＝32）以區(qū)分豬發(fā)情周期的發(fā)情期和非發(fā)情期。研究表明發(fā)情期母豬的外陰表面溫度的最大值和平均值（P ＜0.05）顯著高于非發(fā)情期（36.6±0.2 ℃和33.4±0.3 ℃，VS 35.6±0.3 ℃和31.8±0.6℃），而其最小值和標(biāo)準(zhǔn)差在發(fā)情周期的各階段之間沒有差異（P ＞0.05）[11]。Scolari 在研究中引入了外陰皮膚溫度和臀部皮膚溫度2 個指標(biāo)來衡量溫度變化，結(jié)果表明通過紅外成像技術(shù)測量的經(jīng)產(chǎn)母豬和后備母豬的外陰皮膚溫度在發(fā)情期間都有較顯著的變化（P ＜0.05）[12]。此后SimoEs 通過引入外陰-臀肌溫度的差值（VGT）來預(yù)測母豬排卵。其研究表明在VGT 在發(fā)情前期增加，在母豬發(fā)情前24 ～48 h 達(dá)到峰值與母豬排卵時間基本吻合[13]。

紅外熱像儀測定母豬的皮溫具有非侵入性、無輻射損害、簡單快速、可自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)，相較于其他傳統(tǒng)的母豬發(fā)情鑒定方法具有更大的應(yīng)用前景。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)注意距離、發(fā)射率、拍攝角度、設(shè)備校正等方面的因素，以提高紅外熱像儀檢測母豬發(fā)情的可靠性和準(zhǔn)確性。

此外，研究發(fā)現(xiàn)豬在發(fā)情狀態(tài)下體表溫度和體內(nèi)溫度都與未發(fā)情狀態(tài)下的有著顯著的差異。母豬體表溫度和體內(nèi)溫度存在一定的回歸關(guān)系，通過分析擬合出曲線，可計算出校正公式。皮下體溫在發(fā)情期間能夠在一定程度上比較客觀地反映動物發(fā)情期間機(jī)體體溫變化的規(guī)律。但是皮下體溫受環(huán)境等天氣因素影響比較大，所以在研究使用紅外溫度計或紅外圖片測溫時，要注意對環(huán)境的控制。

2.2 采食量

母豬在發(fā)情期間表現(xiàn)食欲不振或采食量下降，在母豬自動飼喂系統(tǒng)中提取采食量的數(shù)據(jù)可作為母豬發(fā)情鑒定的重要依據(jù)。

2012 年藍(lán)靜等對31 批共255頭榮昌經(jīng)產(chǎn)母豬在發(fā)情期間的采食情況進(jìn)行調(diào)查，觀察發(fā)現(xiàn)大部分的榮昌豬在發(fā)情盛期與發(fā)情前后期相比，食欲會有明顯降低，但采食量下降程度有差異。2015 年張子云的研究表明長大后備母豬發(fā)情期和非發(fā)情期的采食量差異不顯著，梅山后備母豬發(fā)情期的采食量極顯著低于非發(fā)情期[14]。以上研究說明地方品種母豬發(fā)情期間食欲、進(jìn)食速度以及采食量均與非發(fā)情期有顯著差異。

由于歐洲出于動物福利的考慮已經(jīng)禁止使用限位欄飼喂母豬，所以目前歐洲的規(guī)?；i場采取母豬自動飼喂系統(tǒng)進(jìn)行養(yǎng)豬生產(chǎn)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對每頭母豬進(jìn)行精確投料并且在記錄其采食行為。Cécile Cornou 通過收集1 年內(nèi)3 個豬群共計2 259 頭母豬的采食信息和其發(fā)情配種、疾病等信息，使用單變量動態(tài)線性模型建立數(shù)據(jù)模型。當(dāng)模型預(yù)測值和觀察值之間的偏差超過某些定義的參數(shù)時，給出3 種狀態(tài)（發(fā)情、跛行、其他）中的每一種的進(jìn)行報警。結(jié)果表明對于發(fā)情檢測，3 個豬群的敏感度分別為59%，70%和75%[15]。

2.3 行為

2.3.1 運(yùn)動量

母豬在發(fā)情前期運(yùn)動量明顯增加，表現(xiàn)為躺臥減少，站立和走動次數(shù)增多，而且常常伴隨爬欄、跳圈等現(xiàn)象。母豬發(fā)情期的行為表現(xiàn)比非發(fā)情期更加活躍，張子云的研究表明長大和梅山后備母豬發(fā)情期夜間起臥次數(shù)極顯著高于非發(fā)情期[14]。

目前的研究多采用加速度傳感器、紅外探測器實(shí)時收集母豬的運(yùn)動狀況進(jìn)而預(yù)測發(fā)情狀態(tài)。Bressers 利用一個含單軸加速度傳感器的頸圈來記錄母豬的行為，以平均幅值及超過限定閾值的信號數(shù)量作為參數(shù)計算運(yùn)動量。當(dāng)加速度閾值設(shè)定為10 m/s2時，母豬發(fā)情期間的加速度變化量顯著增加，運(yùn)動量比發(fā)情前一天提高10 倍[16]。Freson 在母豬斷奶后在身體前部50 cm 處佩戴紅外傳感器收集輸出電壓量化值，將其量化為4 個身體運(yùn)動參數(shù)，當(dāng)使用平均日活動作為選擇參數(shù)時，高達(dá)80%的母豬可以被正確地分類到發(fā)情的類別中[17]。

2.3.2 公豬訪問行為

采用公豬試情是養(yǎng)豬場內(nèi)最經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的人工查情方法。母豬在試情公豬前會出現(xiàn)尋找、靠近公豬、鼻－鼻接觸、靜立反射等行為表現(xiàn)。但人工查情方法工作量大，判定結(jié)果易受主觀因素干擾。因此歐洲的母豬群養(yǎng)系統(tǒng)養(yǎng)殖場中，多采用接觸窗和通過專用通道等方式，來計算母豬接觸公豬的行為特征比如拜訪頻率、時長等，也有通過母豬動態(tài)圖像智能提取技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)母豬對公豬試情的情況反饋，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動發(fā)情鑒定[18]。

Bressers 在母豬群養(yǎng)系統(tǒng)中收集了所有斷奶的母豬訪問公豬的頻率和持續(xù)時間，并將其訪問的區(qū)域和行為進(jìn)行分類。研究表明在進(jìn)一步優(yōu)化了拜訪公豬指數(shù)（BVI）后使得發(fā)情母豬的檢出率達(dá)到了90%，并且使得假陽性的結(jié)果低于5%[19]。

2.4 聲音

聲音是行為的一個重要特征之一，在養(yǎng)豬生產(chǎn)中可以用于圖像識別和其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測的輔助。母豬在發(fā)情周期聲音呈現(xiàn)有規(guī)律的變化。在發(fā)情盛期，母豬哼叫聲明顯增加，因此可以將其作為發(fā)情檢測的特征之一。

目前母豬的聲音識別研究主要集中在哺乳母豬的哺乳聲、采食咀嚼聲、采食聲和飲水聲等聲音特征提取及分類識別，以及通過豬只咳嗽聲的識別來對豬只疾病進(jìn)行預(yù)測[20]，尚未開展針對母豬發(fā)情方面的聲音監(jiān)測研究。

2.5 智能設(shè)備的集成應(yīng)用及發(fā)展方向

中國是世界第一大豬肉生產(chǎn)國，也是第一大豬肉消費(fèi)國。豬肉相關(guān)產(chǎn)業(yè)在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中排名第一。整個豬肉市場的容量，吸引了大量技術(shù)和資本的投入。網(wǎng)易是最早宣布進(jìn)軍養(yǎng)豬業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，采用自有養(yǎng)殖場，全產(chǎn)業(yè)鏈自營的模式生產(chǎn)。阿里云的“ET 大腦”AI 養(yǎng)豬包含各類豬只數(shù)量識別、豬群行為特征分析、疾病識別和預(yù)警、無人稱重等十項功能。京東數(shù)科運(yùn)用神農(nóng)大腦（AI）、神農(nóng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（IoT）和神農(nóng)系統(tǒng)（SaaS）獨(dú)創(chuàng)的養(yǎng)殖巡檢機(jī)器人、飼喂機(jī)器人、3D農(nóng)業(yè)級攝像頭等先進(jìn)設(shè)備與技術(shù)，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖基地的智能化、數(shù)字化和互聯(lián)網(wǎng)化。

隨著越來越多的高科技企業(yè)加入到養(yǎng)豬業(yè)，在此過程中收集并標(biāo)注了越來越多的數(shù)據(jù)。智能攝像頭、機(jī)器人、智能音箱等邊緣計算設(shè)備也開發(fā)出了專用產(chǎn)品，解決了豬場邊緣處的終端設(shè)備需要具備足夠的推斷計算能力。

母豬發(fā)情檢測工作對人的依懶性強(qiáng)，工作量大，依靠機(jī)器又會漏掉很多特征，集成各種智能設(shè)備，多角度采集海量數(shù)據(jù)，引入人工智能，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行特征區(qū)分、聚類和識別，數(shù)據(jù)、算法和算力三管齊下，可降低工人的工作量，提高發(fā)情檢測的準(zhǔn)確性，使養(yǎng)豬業(yè)智能化的發(fā)展成為可能。