任國(guó)棟 靳傳道

摘要 ? ?豬個(gè)體特征包含體溫、體重、運(yùn)動(dòng)軌跡等因素，及時(shí)掌握豬個(gè)體的體征對(duì)豬舍環(huán)境控制、飼喂管理、疾病預(yù)防等有重要作用。本文針對(duì)豬個(gè)體特征進(jìn)行了分析，并列出了具體獲得方法，以供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞 ? ?豬;個(gè)體特征;識(shí)別方法

中圖分類號(hào) ? ?S828 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ? ?A

文章編號(hào) ? 1007-5739（2019）18-0171-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

養(yǎng)豬行業(yè)是我國(guó)的傳統(tǒng)行業(yè)，也是畜牧業(yè)的重要支柱產(chǎn)業(yè)。2015年，我國(guó)畜牧業(yè)總產(chǎn)值超過(guò)2.98萬(wàn)億元，其中，生豬養(yǎng)殖總產(chǎn)值達(dá)1.2萬(wàn)億元，2016年，生豬總產(chǎn)值約為1.35萬(wàn)億元，增長(zhǎng)率達(dá)4.6%，養(yǎng)豬業(yè)始終占畜牧業(yè)產(chǎn)值半壁江山。國(guó)家十三五規(guī)劃明確要求，十三五末畜牧業(yè)養(yǎng)殖自動(dòng)化率達(dá)50%以上，隨著國(guó)家宏觀調(diào)控政策的落地，養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)也在快速轉(zhuǎn)型，由粗放式的個(gè)體養(yǎng)殖快速向集約化養(yǎng)殖過(guò)渡，養(yǎng)豬設(shè)備的自動(dòng)化率顯著提升，并且還有相當(dāng)大的發(fā)展空間。2018年8月以來(lái)我國(guó)暴發(fā)了非洲豬瘟（ASF）疫情，該疫情具有發(fā)病快、傳染率、致死率高、病毒耐低溫等特性，國(guó)內(nèi)除個(gè)別省份未發(fā)現(xiàn)疫情外，其他省份均有上報(bào)，而且還有逐步擴(kuò)大趨勢(shì)。截至2019年4月，已經(jīng)捕殺生豬102萬(wàn)頭，農(nóng)業(yè)部及時(shí)頒布了《非洲豬瘟緊急排查工作方案》，對(duì)疫情起到了有力的遏制[1]。

豬是一種群居動(dòng)物，在健康情況下常成群活動(dòng)，在發(fā)病時(shí)往往獨(dú)自休息，通常受到其他豬的排斥，甚至?xí)艿揭欢ǔ潭鹊墓?。因此，?dāng)欄位內(nèi)豬體溫異常、厭食、狂躁、豬躺臥姿勢(shì)發(fā)生改變、豬群扎堆等情況發(fā)生，必須進(jìn)行更加細(xì)致的檢查，進(jìn)行必要的人工干預(yù)，避免事態(tài)進(jìn)一步擴(kuò)大。由于養(yǎng)豬場(chǎng)正處于粗放式管理到工廠集約化管理轉(zhuǎn)型階段，飼喂高效的同時(shí)，管理人員有限，而豬的養(yǎng)殖密度又高，如何及時(shí)提前預(yù)判豬個(gè)體特征異常狀態(tài)，成為當(dāng)下養(yǎng)殖設(shè)備廠商研究的重點(diǎn)。本文對(duì)豬個(gè)體特征識(shí)別方法進(jìn)行了闡述，以為正處于轉(zhuǎn)型階段的養(yǎng)豬業(yè)主提供參考。

1 ? ?豬個(gè)體特征

豬個(gè)體特征包含體溫、體重、運(yùn)動(dòng)軌跡等因素，及時(shí)掌握豬個(gè)體的體征對(duì)豬舍環(huán)境控制、飼喂管理、疾病預(yù)防等有重要作用。

1.1 ? ?體溫

豬是恒溫動(dòng)物，在適宜的溫度下，靠熱傳導(dǎo)、熱輻射、熱蒸發(fā)以及空氣對(duì)流進(jìn)行散熱調(diào)節(jié)，靠攝食量進(jìn)行自我調(diào)節(jié)產(chǎn)熱。豬的正常體溫為38.0～39.5 ℃[2]（直腸溫度），不同年齡的豬體溫略有差別，如剛出生的豬體溫為39.0 ℃，哺乳仔豬體溫為39.3 ℃，中豬體溫為39.0 ℃，肥豬體溫為38.8 ℃，妊娠母豬體溫為38.7 ℃，公豬體溫為38.4 ℃。一般傍晚豬的正常體溫比上午高0.5 ℃。掌握豬個(gè)體溫度是判斷豬個(gè)體當(dāng)前健康與否的重要因素之一。

1.2 ? ?體重

不同豬品種、配方飼料、環(huán)境控制等都是影響豬體重的重要因素，在適宜的生長(zhǎng)環(huán)境下，豬采食量不斷增加，豬體重隨日齡增長(zhǎng)而增加。具體的日齡體重和采食量可根據(jù)飼喂豬類型的養(yǎng)殖手冊(cè)中查閱。

1.3 ? ?運(yùn)動(dòng)軌跡

豬的日?；顒?dòng)如進(jìn)食、飲水、排泄、追逐等路線即為其運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)對(duì)其運(yùn)動(dòng)軌跡的追蹤，分析豬只每天采食、飲水次數(shù)，可以判斷豬個(gè)體的健康狀態(tài)。

2 ? ?豬個(gè)體特征識(shí)別方法

2.1 ? ?總體方案

根據(jù)豬群生活習(xí)性及管理模式，豬個(gè)體特征識(shí)別必須滿足可移動(dòng)、多節(jié)點(diǎn)、異步觸發(fā)采集、低延遲等技術(shù)，當(dāng)前流行的RFID[3]（Radio Frequency Identification，又稱無(wú)線射頻識(shí)別）技術(shù)可較好地滿足豬個(gè)體身份識(shí)別，熱紅外測(cè)溫傳感器、自動(dòng)稱重系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集豬個(gè)體體溫、重量，通過(guò)RFID識(shí)別觸發(fā)，將特定身份信息的豬個(gè)體體征信息記錄至PLC控制單元，PLC具備以太網(wǎng)接口，與計(jì)算機(jī)建立通信機(jī)制，計(jì)算機(jī)分析采集的數(shù)據(jù)，并通過(guò)圖表顯示出豬個(gè)體完整的特征信息，當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí)發(fā)出預(yù)警信息。

2.2 ? ?RFID技術(shù)

RFID電子標(biāo)識(shí)管理在歐美已經(jīng)使用多年，除了企業(yè)內(nèi)部在飼養(yǎng)的自動(dòng)配給和產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)方面應(yīng)用之外，還可用于動(dòng)物標(biāo)識(shí)、疾病監(jiān)控、質(zhì)量控制及追蹤動(dòng)物品種等方面。R-FID技術(shù)在畜牧行業(yè)的優(yōu)勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：一是非接觸自動(dòng)識(shí)讀，數(shù)據(jù)采集方法實(shí)時(shí)有效。RFID技術(shù)是利用非接觸的射頻識(shí)別方式，對(duì)安置于動(dòng)物耳垂或體內(nèi)的電子標(biāo)識(shí)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并進(jìn)行系統(tǒng)管理，是掌握動(dòng)物健康狀況和控制動(dòng)物疫情發(fā)生的極為有效的管理方法。二是防水，可以應(yīng)用于動(dòng)物機(jī)體。采用超高頻標(biāo)簽，可以穿透水和動(dòng)物機(jī)體，對(duì)水和金屬不敏感，不論標(biāo)簽是安放在動(dòng)物體內(nèi)還是耳朵上，都可以方便快捷地進(jìn)行識(shí)讀。三是號(hào)碼唯一，不易偽造，便于管理。當(dāng)動(dòng)物處于養(yǎng)殖周期內(nèi)，電子標(biāo)識(shí)統(tǒng)一編號(hào)、號(hào)碼唯一，通過(guò)對(duì)個(gè)體追蹤管理，進(jìn)行精密喂養(yǎng)，提高料肉比，同時(shí)進(jìn)行健康預(yù)警和品質(zhì)監(jiān)控，提高豬肉品質(zhì)，極大地增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

圖1、圖2分別為射頻采集模塊和耳標(biāo)標(biāo)簽，該產(chǎn)品已經(jīng)商用化、系列化。采用超高頻頻段（868 MHz EU/913 MHz USA），主要原因?yàn)樨i個(gè)體的快速移動(dòng)及活動(dòng)范圍大，采用10 m檢測(cè)距離，能夠較好地滿足應(yīng)用要求。在需要識(shí)別的圈養(yǎng)區(qū)安裝射頻采集模塊，進(jìn)行豬個(gè)體特征身份信息收集，這種無(wú)線通信識(shí)別技術(shù)可滿足密閉豬場(chǎng)特定豬個(gè)體信息拾取點(diǎn)區(qū)域范圍內(nèi)信息的收集。

圖3為RFID總體控制方案圖，每臺(tái)讀寫(xiě)器最多可接入4套射頻采集模塊，每套射頻采集模塊可以收集識(shí)別最遠(yuǎn)10 m范圍豬個(gè)體信息，根據(jù)應(yīng)用情況需要，可以對(duì)識(shí)別距離進(jìn)行調(diào)節(jié)。射頻采集模塊收集設(shè)定區(qū)域內(nèi)射頻標(biāo)簽信息，收集方式為無(wú)線方式，通過(guò)同軸電纜傳送信號(hào)到讀寫(xiě)控制器。射頻采集模塊可以同時(shí)采集上萬(wàn)個(gè)標(biāo)簽信息，讀寫(xiě)控制器最多可以連接4套射頻采集模塊。讀寫(xiě)控制器與PLC執(zhí)行控制器通過(guò)以太網(wǎng)連接，接口數(shù)量不受限制。計(jì)算機(jī)收集PLC上傳數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、整理及顯示。

2.3 ?溫度采集

豬個(gè)體身份信息可以通過(guò)RFID識(shí)別，其體溫特征通過(guò)固定架設(shè)測(cè)溫點(diǎn)位的熱紅外測(cè)溫傳感器實(shí)時(shí)傳遞至PLC控制器，PLC控制器將同步采集豬個(gè)體身份信息與采集體溫特征配對(duì)，實(shí)現(xiàn)豬個(gè)體體溫信息采集與識(shí)別。雖然這種識(shí)別方式速率快、連續(xù)，但會(huì)帶來(lái)一定的識(shí)別誤差。這種誤差主要體現(xiàn)在豬個(gè)體身份信息和實(shí)時(shí)采集溫度的配對(duì)關(guān)系上，但這可以在PLC軟件設(shè)計(jì)中濾除。此外，熱紅外測(cè)溫傳感器架設(shè)點(diǎn)、測(cè)溫距離與射頻采集模塊布置點(diǎn)需要良好配合，采用異步觸發(fā)采集控制，盡可能減少匹配誤差出現(xiàn)的概率。

圖4為熱紅外傳感器采溫圖示，該型傳感器激光射束光斑直徑5 mm，視場(chǎng)角為10.2°，精度為讀數(shù)的1.5%，響應(yīng)時(shí)間150 ms，測(cè)溫范圍0～100 ℃，接口多種（4～20 mA，0～5 Vdc，0～10 Vdc），讀數(shù)可以在控制器端校準(zhǔn)。

2.4 ? ?體重采集

在豬只過(guò)道內(nèi)安裝一套稱重裝置，通道只允許單只豬個(gè)體通過(guò)，當(dāng)豬通過(guò)時(shí)，電子標(biāo)識(shí)觸發(fā)一次記錄功能，射頻采集模塊將豬個(gè)體身份信息傳至讀寫(xiě)器，讀寫(xiě)器聯(lián)結(jié)至PLC控制單元，與此同時(shí)，對(duì)應(yīng)豬個(gè)體重量信息傳至PLC控制單元，如此一次完整的豬個(gè)體重量信息采集完成。

2.5 ? ?運(yùn)動(dòng)軌跡

豬個(gè)體運(yùn)動(dòng)軌跡通常有2種采集方式，電子攝像機(jī)實(shí)時(shí)拍照豬個(gè)體輪廓，以此來(lái)判斷豬個(gè)體信息，然后通過(guò)后臺(tái)數(shù)據(jù)分析每只豬的運(yùn)動(dòng)路線，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是能夠準(zhǔn)確識(shí)別豬個(gè)體運(yùn)動(dòng)路線，缺點(diǎn)是實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)量巨大，要求的硬件資源高，豬只輪廓圖的側(cè)視圖屬性正確識(shí)別率為91.7%[4]，存在一定誤判。另一種方式較簡(jiǎn)單，在飼喂欄區(qū)域內(nèi)食槽、飲水器、排便區(qū)、活動(dòng)區(qū)等安裝射頻采集模塊，當(dāng)豬個(gè)體到達(dá)該區(qū)域內(nèi)，采集模塊識(shí)別豬個(gè)體信息，并記錄一次行動(dòng)路線，通過(guò)后臺(tái)數(shù)據(jù)綜合分析，基本可判斷豬個(gè)體的運(yùn)動(dòng)軌跡，此外這種識(shí)別方式利用了電子識(shí)別標(biāo)簽，發(fā)揮了設(shè)備最大利用效率。

2.6 ? ?PLC控制及分析技術(shù)

PLC控制器連接讀寫(xiě)控制器及其他采集傳感器，讀寫(xiě)控制器作為RFID較為獨(dú)立的裝置，數(shù)據(jù)通信協(xié)議與PLC設(shè)備不能完全兼容，因而通信機(jī)制的建立在選型PLC設(shè)備端完成。PLC控制器將完成區(qū)域內(nèi)采集數(shù)據(jù)的過(guò)濾及傳輸工作。

圖5為PLC控制框圖，圖中PLC控制器作為主機(jī)，內(nèi)嵌網(wǎng)絡(luò)通信模塊、RFID通信模塊、觸摸屏控制及通信模塊、模擬量采集模塊（多個(gè)）、邏輯開(kāi)關(guān)控制模塊。PLC控制選型尤為關(guān)鍵，可采用西門(mén)子S7-200控制器，該控制器內(nèi)嵌模塊標(biāo)準(zhǔn)化程度高，模擬口、數(shù)字口可擴(kuò)展，邏輯順序執(zhí)行，此外編程環(huán)境友好，性價(jià)比高。

2.7 ? ?數(shù)據(jù)分析與處理

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)完成收集數(shù)據(jù)的管理，通過(guò)對(duì)收集豬個(gè)體溫度、重量、運(yùn)動(dòng)軌跡等信息處理，形成圖表，與不同日齡豬只正常的體溫、重量和采食次數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)有異常狀況時(shí)，發(fā)出預(yù)警信息。用戶可以直觀地掌握豬舍內(nèi)的豬群健康狀態(tài)，同時(shí)也可為后期的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)提供便捷接口。

3 ? ?結(jié)語(yǔ)

豬個(gè)體特征包含個(gè)體體溫、體重、運(yùn)動(dòng)軌跡等，提前掌握豬個(gè)體信息，對(duì)突發(fā)疫情提前進(jìn)行人工干預(yù)，極大地降低了養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)，確保了養(yǎng)殖收益。隨著工業(yè)自動(dòng)化和智能化的快速發(fā)展，越來(lái)越多的工業(yè)先進(jìn)技術(shù)被應(yīng)用到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。因此，需要養(yǎng)殖設(shè)備廠商開(kāi)拓思維，將先進(jìn)成熟的技術(shù)運(yùn)用到養(yǎng)殖領(lǐng)域，為快速發(fā)展的養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)作出貢獻(xiàn)。

4 ? ?參考文獻(xiàn)

[1] 肖和良，覃文兵，陳遠(yuǎn)清.非洲豬瘟對(duì)中國(guó)豬周期的影響以及對(duì)策研究[J].飼料博覽，2019（2）：53-56.

[2] 韓哲.淺談?dòng)绊懾i體溫的因素[J].山東畜牧獸醫(yī)，2012，33（7）：41-42.

[3] 段華位，無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）簡(jiǎn)述[J].智慧工廠，2019（1）：59-62.

[4] 馬麗，紀(jì)濱，劉宏申，等.單只豬輪廓圖的側(cè)視圖識(shí)別[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29（10）：168-174.