馮澤猛 ，張?jiān)迫A，賀玉敏, ，王荃，周腳根，葉侖，李鐵軍，印遇龍,*

（1.中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)生理與代謝過(guò)程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，畜禽養(yǎng)殖污染控制與資源化技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，湖南省畜禽健康養(yǎng)殖工程技術(shù)研究中心，農(nóng)業(yè)部中南動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，湖南 長(zhǎng)沙 410125；2.中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心，北京 100190；3.湖南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與人體健康實(shí)驗(yàn)室,湖南 長(zhǎng)沙 410081；4.中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所，陜西 西安 710119；5.淮陰師范學(xué)院城市與環(huán)境學(xué)院，江蘇 淮安 223399）

近年來(lái)，以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能等為代表的新一代信息技術(shù)在全球范圍內(nèi)獲得了蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。信息技術(shù)與各行業(yè)領(lǐng)域的深度融合已是當(dāng)前全球信息化發(fā)展的顯著特征。生豬智能養(yǎng)殖是生豬養(yǎng)殖未來(lái)發(fā)展的重要方向[1]。我國(guó)是生豬養(yǎng)殖和豬肉消費(fèi)大國(guó)，但不是生豬養(yǎng)殖強(qiáng)國(guó)。在生豬品種選擇和飼料營(yíng)養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行都與國(guó)外相差無(wú)幾的情況下，我國(guó)豬場(chǎng)每頭母豬每年所能提供的斷奶仔豬頭數(shù)（Pigs weaned per Sow per Year,PSY）和出欄肥豬頭數(shù)（Market pigs per Sow per Year,MSY）普遍低于生豬養(yǎng)殖強(qiáng)國(guó)，凸顯生豬養(yǎng)殖過(guò)程控制是生豬養(yǎng)殖的行業(yè)短板。生豬養(yǎng)殖過(guò)程是聯(lián)系產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)鏈條的中樞環(huán)節(jié)，對(duì)此環(huán)節(jié)的規(guī)模信息數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)收集，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖過(guò)程智能控制，是我國(guó)生豬養(yǎng)殖轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵。

生豬行為是生豬養(yǎng)殖過(guò)程中最具豐富信息的載體。精準(zhǔn)掌握生豬群體行為，可使養(yǎng)殖企業(yè)或養(yǎng)殖戶能夠監(jiān)控養(yǎng)殖過(guò)程中動(dòng)物的健康和福利狀態(tài)[2]。國(guó)內(nèi)外早已開(kāi)始關(guān)注動(dòng)物行為學(xué)研究，尤其是行為與生長(zhǎng)狀態(tài)的關(guān)聯(lián)分析，但對(duì)生豬行為的研究相對(duì)滯后，多數(shù)研究局限于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，缺少規(guī)?；?、集約化飼養(yǎng)條件下生豬群體行為的研究平臺(tái)[3-4]。具體來(lái)講，目前生豬行為研究主要聚焦在母豬生產(chǎn)精準(zhǔn)管理[5]與生豬疫病預(yù)警[6]。本研究通過(guò)領(lǐng)域文獻(xiàn)調(diào)研，全面梳理了生豬行為的細(xì)化分類，分析遺傳、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和日糧組成、養(yǎng)殖環(huán)境、養(yǎng)殖管理、健康狀況等因素對(duì)生豬行為的影響，探討比較基于射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification,RFID）和加速度等傳感器、機(jī)器視覺(jué)、聲音等生豬行為監(jiān)測(cè)方式，提出生豬行為監(jiān)測(cè)技術(shù)在規(guī)?；瘧?yīng)用時(shí)所面臨的挑戰(zhàn)，為生豬養(yǎng)殖的智能化發(fā)展提供決策參考。

1 生豬行為細(xì)化

在豬的生命周期內(nèi)，無(wú)時(shí)無(wú)刻不伴隨著各種行為的產(chǎn)生，可以說(shuō)生豬行為數(shù)據(jù)將持續(xù)產(chǎn)于生豬的整個(gè)養(yǎng)殖環(huán)節(jié)。生豬行為是最具豐富信息的載體，是實(shí)現(xiàn)生豬養(yǎng)殖過(guò)程監(jiān)測(cè)的首選指標(biāo)[7]。對(duì)生豬群體行為的監(jiān)測(cè)將有助于精準(zhǔn)掌握豬的行為習(xí)性，創(chuàng)造適于豬生長(zhǎng)的飼養(yǎng)環(huán)境，指導(dǎo)與細(xì)化生豬養(yǎng)殖管理，進(jìn)而提高生豬養(yǎng)殖產(chǎn)能。生豬的行為由活動(dòng)形式、發(fā)聲、身體姿勢(shì)以及外表上可辨認(rèn)的變化組成。經(jīng)不斷馴化，生豬常見(jiàn)的行為模式已從野豬的20多種減少到家豬擁有的10 余種，近百種細(xì)化行為[8]，詳見(jiàn)表1。

2 生豬行為的影響因素

2.1 遺傳

生豬行為首先受到遺傳背景的影響，不同品種生豬之間行為有所差異?？傮w來(lái)講軟耳豬比豎耳豬存在更多咬尾現(xiàn)象。就生豬養(yǎng)殖過(guò)程中最為關(guān)注的攝食行為而言，杜洛克和長(zhǎng)白豬單次采食時(shí)間長(zhǎng)于大白豬，且總體上呈現(xiàn)隨日齡和體重增長(zhǎng)而增加的趨勢(shì)，而大白豬則相反；日采食次數(shù)表現(xiàn)為“大白＞杜洛克＞長(zhǎng)白”；日總采食時(shí)間則表現(xiàn)為“杜洛克＞大白＞長(zhǎng)白”[9]。隨著生豬的發(fā)育，在不同的發(fā)育階段也存在不同的行為模式。在同一品種，不同性別的豬也存在明顯行為模式差異，公豬咬尾頻率比母豬更高[10]。

比較我國(guó)地方品種豬（民豬、大花白豬、藍(lán)塘豬）與現(xiàn)主流養(yǎng)殖的外來(lái)豬種（大白豬、長(zhǎng)白豬）行為發(fā)現(xiàn)，地方品種豬母性更好，對(duì)周圍環(huán)境較敏感，姿勢(shì)轉(zhuǎn)換頻率較低，對(duì)仔豬保護(hù)性更強(qiáng)[11]。對(duì)同豬種而言，未有壓死仔豬經(jīng)歷的母豬表現(xiàn)出更多仔豬保護(hù)行為[12]；防御性攻擊行為高的母豬產(chǎn)仔時(shí)間較短，產(chǎn)后恢復(fù)較快，可為仔豬提供充足營(yíng)養(yǎng)需要和安全防護(hù)，仔豬成活率更高[13]。因此，生豬行為也可作為生豬育種的參考指標(biāo)，并且已經(jīng)應(yīng)用于生豬育種[14-15]。

2.2 營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)與日糧組成

不同營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下的生豬表現(xiàn)出不同的行為模式。饑餓或蛋白、氨基酸、纖維、礦物質(zhì)和食鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏狀態(tài)下，豬保持較高水平的采食動(dòng)機(jī)，豬群會(huì)出現(xiàn)大量口部刻板、咬尾和咬耳等行為[16]。氨基酸配比失衡也可導(dǎo)致咬尾、咬耳行為的爆發(fā)[17]；日糧組成也將影響生豬行為。高能飼料下生長(zhǎng)肥育豬規(guī)癖行為（包含無(wú)食咀嚼、與地面和食槽有關(guān)的行為、口部刻板行為和咬尾率）頻率變低，趴臥時(shí)間最長(zhǎng)，呈現(xiàn)良好福利狀態(tài)。攝入抗性淀粉等升糖較快的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，會(huì)減少生豬采食相關(guān)行為，增加探究行為[18]。甜味、肉味和奶酪味的食物，尤其是糖類，也將促進(jìn)斷奶仔豬采食，其中蔗糖效果最好；近半數(shù)人工甜味劑也可以促進(jìn)生豬采食，效果最好的是N-(4-氰苯基)-N-(2,3-亞甲二氧芐基)胍乙酸（Lugduname）與N-[(3,5-二氯苯基)氨基][(二苯基甲基)氨基]亞甲基]甘氨酸（Carrelame）[19]。日糧形態(tài)也會(huì)影響生豬行為，給予粉料的生豬采食時(shí)間更長(zhǎng)，采食后的不良行為更少[20]。

表1 生豬細(xì)化行為列表Table 1 The list of pig’s refinement behaviors

2.3 養(yǎng)殖環(huán)境

生豬行為受其所處的養(yǎng)殖環(huán)境的影響，具體包括光照、溫濕度、養(yǎng)殖密度和聲環(huán)境等。因?yàn)轲B(yǎng)殖環(huán)境是生豬養(yǎng)殖過(guò)程相對(duì)容易控制的因素，所以養(yǎng)殖環(huán)境對(duì)生豬行為的研究比較多。

生豬喜光，采食行為呈晝夜節(jié)律性變化，且主要集中在6:00—9:00 和15:00—19:00。

環(huán)境溫濕度對(duì)生豬攝食行為的影響最為明顯。冷應(yīng)激下，生豬日采食次數(shù)和攝入速度明顯增加，單次攝食量和攝食時(shí)間顯著下降，總攝食量減少；在相對(duì)舒適的23～33 ℃下，30 kg 的生長(zhǎng)豬采食次數(shù)隨溫度升高呈現(xiàn)出先增高后降低的趨勢(shì)。環(huán)境溫濕度對(duì)生豬行為的影響也最為直觀。冷應(yīng)激狀態(tài)，生豬扎堆取暖且易出現(xiàn)咬尾現(xiàn)象；當(dāng)環(huán)境溫度升高超過(guò)16.6 ℃時(shí)，蜷縮行為減少；超過(guò)18.8 ℃時(shí)，更多時(shí)間側(cè)躺于漏縫地板，刻板行為發(fā)生率較低；當(dāng)溫度高于20 ℃時(shí)，咬尾現(xiàn)象普遍出現(xiàn)[21]；長(zhǎng)時(shí)間溫度超過(guò)35 ℃，生豬會(huì)大量出現(xiàn)往返踱步的刻板行為，并盡量避免與其他生豬擠靠。養(yǎng)殖溫度每上升1 ℃，生豬側(cè)躺率增加1.8%，豬相互之間接觸率下降3.7%。在適宜溫度下生豬不隨意排便；溫度超過(guò)25 ℃時(shí)，生豬躺在漏縫地板的比例及在水泥地板上的排泄幾率增加。此外，濕度會(huì)加劇溫度對(duì)生豬行為的影響[22]。通過(guò)對(duì)生豬行為的觀察，以及加熱板、風(fēng)機(jī)、濕簾等設(shè)備設(shè)施的優(yōu)化控制，是保障生豬處于舒適生長(zhǎng)狀態(tài)的最為直接的方式。

高密度飼養(yǎng)是造成生豬表現(xiàn)咬耳、咬尾等攻擊行為的重要因素。飼養(yǎng)密度超過(guò)110 kg/m2時(shí)，生長(zhǎng)育肥豬會(huì)出現(xiàn)舉止不安、對(duì)外部刺激敏感、食欲減弱、目光兇狠、咬尾概率大幅度增加等現(xiàn)象[23]。高密度的母豬群體接觸和躺臥行為減少，行為多樣性減少，表現(xiàn)出更多站立、飲水和刻板行為；產(chǎn)房限位欄內(nèi)的母豬都有不同程度的行為規(guī)癖，以無(wú)食咀嚼和啃槽最多；圈飼懷孕母豬也有高達(dá)46%的刻板行為發(fā)生率；圈養(yǎng)密度超過(guò)0.56 頭/m2時(shí)，泌乳母豬出現(xiàn)空嚼等刻板行為。適當(dāng)擴(kuò)大群體規(guī)模有利于避免生豬異常行為的發(fā)生，更重要的是擴(kuò)大生豬活動(dòng)空間，比如使用雙層豬舍設(shè)計(jì)，更利于生豬保持安靜，出現(xiàn)更多的躺臥行為，減少敲頭行為[24]。

生豬也會(huì)對(duì)不同聲環(huán)境做出行為反應(yīng)。突然的噪音會(huì)使生豬感到厭煩，會(huì)導(dǎo)致生豬心率加快和后退行為[25]。

2.4 養(yǎng)殖管理

不同管理狀態(tài)下，生豬表現(xiàn)的行為存在差異。集約養(yǎng)殖狀態(tài)下，水泥地面或漏縫地板被普遍使用，母豬絮窩行為被限制，使其產(chǎn)生挫折感，形成了啃欄、犬坐和長(zhǎng)時(shí)間站立等刻板行為，也導(dǎo)致生豬惡意打斗和咬尾咬耳現(xiàn)象增加。在豬舍添置少量干草和其他玩具，或提供拱土機(jī)會(huì)明顯降低生豬咬尾率和攻擊頻率，增加其探究行為[26]。添置玩耍物的安放位置會(huì)影響效果，靠近料槽置放更能激發(fā)仔豬的探索行為，減少其休息時(shí)間[27]。相比使用飲水器，使用飲水碗的斷奶2 天后的仔豬花費(fèi)較少的時(shí)間攝入更多的飲水[28]。

生豬是社會(huì)性群居動(dòng)物，具有明顯的社會(huì)等級(jí)。養(yǎng)殖過(guò)程中混群后，社會(huì)地位需重新建立，會(huì)在多天內(nèi)發(fā)生普遍的爭(zhēng)斗行為。高密度飼養(yǎng)會(huì)増加混群后豬攻擊打斗頻率。大群體中參與打斗的豬打斗持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)；體重相近生豬混群打斗行為更加嚴(yán)重[29]；大日齡豬打斗行為較小日齡的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，且再次相遇時(shí)打斗依然頻繁[30]?；烊耗肛i表現(xiàn)出更多的俯臥、站立和攻擊行為，更少的探索和躺臥[31]。生長(zhǎng)豬的攻擊行為隨著混群時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸減少[32]。哺乳期間，對(duì)仔豬進(jìn)行撫摸可以增加其運(yùn)動(dòng)和增強(qiáng)其社會(huì)探索行為[33]。斷奶應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致仔豬出現(xiàn)較多的異常行為，采食行為大幅減少，而飲水、啃咬圈欄內(nèi)物體的行為顯著增加。雖然豬安撫信息素噴劑的使用可以降低斷奶仔豬混群產(chǎn)生的不良影響[34]，但實(shí)際生產(chǎn)中更多采用剪牙和斷尾的方法。剪牙和磨牙處理過(guò)程中仔豬的嚕嚕聲和磨牙的頻率顯著增加，之后上述行為減少，表現(xiàn)出較多的尖叫、夾尾和搖尾、逃跑等行為[35]。斷尾方式也會(huì)引發(fā)仔豬不同的行為變化，其中側(cè)鉗斷尾引起疼痛較大，使得仔豬表現(xiàn)出更多夾尾和疾病行為等[36]。剪牙和斷尾總體還是增加了仔豬積極社會(huì)行為，使得仔豬表現(xiàn)出更多單獨(dú)躺臥行為和較少的玩耍和打斗[37]。

去勢(shì)管理可以降低公豬的性行為和攻擊行為，使得公豬更易管理。在70～80 日齡，小母豬、去勢(shì)公豬具有更活躍的飲水、玩耍和性行為，隨著發(fā)育生長(zhǎng)，這些行為強(qiáng)度降低。去勢(shì)公豬在70～80 日齡擁有更多的運(yùn)動(dòng)，但在111～140 日齡明顯降低。去勢(shì)方法包括物理去勢(shì)和免疫去勢(shì)。相比而言，免疫去勢(shì)擁有較低的致死率，同時(shí)使得運(yùn)輸過(guò)程中生豬更為安靜[38]。免疫去勢(shì)隨著時(shí)間影響生豬的躺臥、攻擊和站立行為。免疫去勢(shì)公豬在81～100 日齡表現(xiàn)出更多的攻擊行為和性行為，增加其采食時(shí)間，但在第二次免疫（110 日齡）后這些行為弱化。在對(duì)人—豬交互影響方面，免疫去勢(shì)的豬對(duì)人褲腿和靴子的咀嚼和摩擦力度更大。

2.5 健康狀態(tài)

生豬的行為因其生理狀態(tài)變化而變化，生豬異常行為也會(huì)擾動(dòng)免疫和激素等，引起損傷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致疼痛和感染，甚至發(fā)炎與膿腫，這是獸醫(yī)臨床上根據(jù)異常行為診斷疾病的依據(jù)?；加形笣兊呢i站立時(shí)間或步行時(shí)間更多，且躺在左側(cè)的時(shí)間較少[39]。溶血性貧血、支氣管疾病、疥癬和虱子的存在都會(huì)加重生豬咬尾、咬耳等不良群體行為。采食行為常被用來(lái)粗評(píng)生豬健康狀況。豬群對(duì)不健康豬的排斥行為也可作為判定豬是否健康的依據(jù)。

3 生豬行為信息的監(jiān)測(cè)方式

作為最具潛在應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的生豬智能養(yǎng)殖過(guò)程的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，對(duì)動(dòng)物行為數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)采集變得尤為重要。傳統(tǒng)的人工觀察已不能滿足智能養(yǎng)殖中規(guī)模數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集要求；RFID、紅外線探測(cè)、超聲波和機(jī)器視覺(jué)等傳感技術(shù)，結(jié)合各種算法，對(duì)規(guī)模生豬行為信息數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)采集提供了實(shí)現(xiàn)途徑。

3.1 傳感器

最早用于生豬個(gè)體識(shí)別的RFID 技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，借助登記豬在飲水器、料槽和游戲設(shè)備的訪問(wèn)記錄，進(jìn)而可以大致上確定豬的行為[40]。已有學(xué)者開(kāi)展了基于RFID 的豬只個(gè)體飲水行為、采食行為、豬場(chǎng)產(chǎn)量與健康問(wèn)題的相關(guān)分析。結(jié)合RFID讀卡器和動(dòng)物耳標(biāo)，統(tǒng)計(jì)母豬在“接觸窗”訪問(wèn)頻率，可實(shí)現(xiàn)對(duì)群養(yǎng)母豬發(fā)情個(gè)體的自動(dòng)標(biāo)識(shí)和檢測(cè)，發(fā)情期母豬的訪問(wèn)頻率不斷增加最終達(dá)到峰值。但是，基于RFID 的監(jiān)控方式需要給豬只加釘耳標(biāo)，為侵入方式，且耳標(biāo)易受豬破壞，給管理帶來(lái)不便。

可穿戴的微型傳感器因其質(zhì)輕價(jià)廉，可對(duì)生豬行為進(jìn)行一段時(shí)間的持續(xù)監(jiān)測(cè)，備受研究人員青睞?；诳纱┐魑T性傳感器可采集站、走、臥、躺4類生豬行為下對(duì)應(yīng)的加速度、角速度和姿態(tài)角等信息，進(jìn)行LM（Levenberg-Marquardt）模型訓(xùn)練，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確率92.64%生豬行為識(shí)別。利用地毯式壓力傳感器監(jiān)測(cè)母豬筑窩所表現(xiàn)的刨地、拱地等行為可用以綜合預(yù)測(cè)分娩時(shí)間[41]。利用三軸加速度傳感器，可辨識(shí)出母豬側(cè)躺和立臥姿態(tài)，結(jié)合多線程卡爾曼濾波方法，建立動(dòng)態(tài)線性模型預(yù)測(cè)分娩時(shí)間，準(zhǔn)確率達(dá)到89%[42]；結(jié)合K-均值聚類識(shí)別母豬產(chǎn)前的筑窩行為，建立二值Logistic 回歸的分娩預(yù)測(cè)模型，平均誤差為2.17 小時(shí)[43]。同樣，可穿戴傳感器依賴于耳標(biāo)、腳環(huán)等載體使用的缺點(diǎn)限制。專門(mén)應(yīng)用于生豬行為監(jiān)測(cè)的可穿戴傳感器研發(fā)緩慢以及成本還未達(dá)到普惠程度，更是限制了傳感器的規(guī)模應(yīng)用。

紅外線以其熱成像原理和熱效應(yīng)被廣泛運(yùn)用于豬體溫及豬舍環(huán)境溫度的監(jiān)測(cè)。基于紅外線探測(cè)技術(shù)的光離子氣體傳感器（Photo Ionization Detector,PID）（低成本被動(dòng)紅外探測(cè)傳感器）可提供實(shí)時(shí)、連續(xù)和定量數(shù)據(jù)，反映與行為相關(guān)的豬活動(dòng)。使用紅外探測(cè)器測(cè)定日運(yùn)動(dòng)量可監(jiān)測(cè)母豬發(fā)情，正確率達(dá)到80.5%[44]。在分娩限位欄內(nèi)仔豬活動(dòng)區(qū)域設(shè)置熱紅外傳感器，可監(jiān)測(cè)母豬生產(chǎn)時(shí)間。紅外邊界傳感器與超聲波測(cè)距傳感器以及射頻信號(hào)讀取器組成一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可同時(shí)測(cè)定豬的采食次數(shù)和每次采食時(shí)間?；谟蓧毫Π宸治鐾茖?dǎo)的壓力姿態(tài)變量和由圖像預(yù)處理推導(dǎo)的視覺(jué)姿態(tài)變量所開(kāi)發(fā)的跛腳檢測(cè)系統(tǒng)可客觀和準(zhǔn)確使用步態(tài)視覺(jué)評(píng)分進(jìn)行評(píng)估母豬跛行[45]。紅外設(shè)備使用的短板是對(duì)生豬養(yǎng)殖相對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)性，包括高溫、高濕、氧化和粉塵等不利因素。

3.2 機(jī)器視覺(jué)

作為一種非侵入的方式，應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)能夠較好的實(shí)現(xiàn)生豬實(shí)時(shí)行為監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常行為，提高相關(guān)疾病防控和自動(dòng)化管理水平[46]。目前，機(jī)器視覺(jué)在生豬上的應(yīng)用主要集中于躺臥、移動(dòng)、爬跨、攻擊、飲水和飲食等行為的識(shí)別[47]。袁登廳等[48]利用支持向量機(jī)理論設(shè)計(jì)了多種姿態(tài)分類器，可對(duì)豬的正常行走、低頭行走、抬頭行走和躺臥等4 種姿態(tài)進(jìn)行識(shí)別。類似地，通過(guò)對(duì)豬只二值輪廓數(shù)據(jù)分析背部弧線曲率，可根據(jù)最近鄰分類完成對(duì)豬的異常行為的判別。基于二值化圖像，借助豬只輪廓關(guān)鍵點(diǎn)與質(zhì)心的距離來(lái)識(shí)別豬只頭部，進(jìn)而確定飲水行為的發(fā)生，得到飲水次數(shù)與持續(xù)時(shí)間，可建立豬飲水量與其飲水時(shí)間的關(guān)聯(lián)模型，但該方法對(duì)豬只頭部的識(shí)別，且過(guò)度依賴于圖像分割結(jié)果[49]?；跁r(shí)空興趣點(diǎn)的生豬行為識(shí)別系統(tǒng)通過(guò)對(duì)比分析生豬扎堆取暖、采食、探究和慢走行為的時(shí)空興趣點(diǎn)能有效地檢測(cè)出生豬四種行為的運(yùn)動(dòng)部位和各自規(guī)律，準(zhǔn)確率達(dá)到90%以上。

圖像自動(dòng)分析是基于視頻監(jiān)控的又一常見(jiàn)生豬行為監(jiān)測(cè)方法。采用電荷耦合器件（CCD）相機(jī)和橢圓擬合算法可用來(lái)實(shí)現(xiàn)生豬活躍狀態(tài)的監(jiān)測(cè)[50]；采用圖像直方圖匹配的橢圓近似分析手段可監(jiān)控群養(yǎng)豬特定區(qū)域的運(yùn)動(dòng)信息以及行為軌跡追蹤[51]。基于視頻圖像處理的方式，可通過(guò)最小歐幾里德距離計(jì)算，對(duì)妊娠舍的環(huán)境溫度對(duì)仔豬的影響程度作出評(píng)價(jià)[52]；通過(guò)優(yōu)化的角度直方圖算法，可對(duì)屠宰車間的生豬行為研究，確保其福利需求[53]。通過(guò)改進(jìn)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法和基于像素塊對(duì)稱特征的圖像識(shí)別算法定位具有異常行為的疑似病豬，病豬檢測(cè)正確率為78.38%[54]。結(jié)合顏色和面積等圖像特征的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)監(jiān)測(cè)方法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)第1 頭新生仔豬的圖像識(shí)別，識(shí)別率達(dá)到100%[55]。此外，基于視頻監(jiān)控的豬只行為自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)不勝枚舉，包含基于行為學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)的豬只行為分類、基于支持向量機(jī)—隱馬爾可夫（Support Vector Machine-Hidden markov model,SVM-HMM）混合模型的生豬姿態(tài)識(shí)別方法、基于Gabor 方向直方圖和支持向量機(jī)的豬個(gè)體身份識(shí)別等。

利用景深攝像機(jī)設(shè)計(jì)的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)可以完成生豬躺臥、坐立、站立、跪立、進(jìn)食、飲水、抖動(dòng)和攻擊等行為的實(shí)時(shí)監(jiān)控[56-57]。利用機(jī)器視覺(jué)相關(guān)技術(shù)，基于星狀骨架模型，可實(shí)現(xiàn)對(duì)豬正常行走和異常行走兩種行為的自動(dòng)判別，借助3D 相機(jī)，也可通過(guò)對(duì)豬尾部姿勢(shì)識(shí)別監(jiān)控，進(jìn)行群體咬尾事件的發(fā)生預(yù)警[58]。

3.3 聲學(xué)監(jiān)測(cè)

發(fā)聲是生豬的一種日常行為，受機(jī)體健康狀態(tài)、體重、年齡和性別等因素的影響。生豬發(fā)聲和行為之間存在著80%的相關(guān)性，一定程度上能反映生豬機(jī)體狀況以及生豬對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境的適應(yīng)能力。采用拾音器錄制豬只咳嗽聲音，分析計(jì)算建立豬只異常聲音數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)計(jì)算在咳嗽發(fā)作中連續(xù)咳嗽之間的均方根、峰值頻率、持續(xù)時(shí)間和時(shí)間等因素，可實(shí)現(xiàn)對(duì)生豬咳嗽病情的自動(dòng)辨識(shí)[60]。

利用聲波來(lái)監(jiān)測(cè)豬行為理論上可行，試驗(yàn)也證明利用聲音特征與運(yùn)動(dòng)特征相結(jié)合的方式可較高正確率地辨識(shí)生豬犬坐、左臥和右臥行為[59]。利用超聲波定位技術(shù)進(jìn)行豬只軌跡數(shù)據(jù)的采集，分析豬采食、排泄、休息和運(yùn)動(dòng)等行為軌跡，可實(shí)現(xiàn)豬只異常行為的自動(dòng)分析。通過(guò)超聲波傳感器監(jiān)測(cè)產(chǎn)前母豬頭部、尾部和背部的活動(dòng)量信息，將采集到的距離數(shù)據(jù)利用K-means聚類算法進(jìn)行行為識(shí)別與分類，設(shè)計(jì)的豬產(chǎn)前行為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠檢測(cè)出母豬筑窩、站立和躺臥等行為，正確率達(dá)到90.47%。不過(guò)，超聲波監(jiān)測(cè)容易受到障礙物影響因而在豬行為監(jiān)測(cè)上應(yīng)用也相當(dāng)有限。通過(guò)聲學(xué)技術(shù)對(duì)生豬行為監(jiān)測(cè)的難點(diǎn)是生豬養(yǎng)殖群體較大，相互間具有干擾，難以實(shí)現(xiàn)個(gè)體識(shí)別。

4 生豬行為研究與應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)

生豬行為繁多且具實(shí)時(shí)性，對(duì)其監(jiān)控可實(shí)現(xiàn)生豬生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保其動(dòng)物福利。豬的飲水次數(shù)及飲水量在健康和生病時(shí)存在顯著差異，可用于識(shí)別病豬。通過(guò)24 小時(shí)監(jiān)控群養(yǎng)豬的排泄次數(shù)異常來(lái)確定疑似病豬，正確率達(dá)78.38%[54]。利用Matlab對(duì)視頻中豬的脊腹線波動(dòng)進(jìn)行分析來(lái)判斷豬呼吸急促癥狀。通過(guò)咳嗽音頻的標(biāo)準(zhǔn)化壓力均方差、峰值頻率均值、咳嗽持續(xù)時(shí)間和咳嗽頻率變化也可以用來(lái)發(fā)現(xiàn)染病豬[61]。通過(guò)監(jiān)測(cè)站立姿勢(shì)和飲水行為也可以區(qū)分出生長(zhǎng)緩慢的保育豬[62]。異常行為，包括斷奶豬的吮吸肚臍、吮吸包皮、吮吸耳朵和咬尾；生長(zhǎng)豬咬尾、耳壞死、嚼蹄和咬腹等；妊娠母豬和斷奶母豬會(huì)存在咬食外陰等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)有利于在更早的階段預(yù)警疾病的發(fā)生，完成病豬的盡早隔離，有效避免群體傳染和經(jīng)濟(jì)損失。

目前，多數(shù)生豬行為研究更多關(guān)注品種、日糧組成、飼養(yǎng)環(huán)境、飼養(yǎng)管理等多種因素對(duì)生豬行為的影響，對(duì)生豬行為的生理機(jī)制鮮有研究，且多為實(shí)驗(yàn)室水平的幾頭或者幾十頭豬的行為監(jiān)測(cè)分析，而對(duì)大規(guī)模群體行為的研究尚未開(kāi)展。母豬生產(chǎn)是生豬養(yǎng)殖的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，信息化進(jìn)程最為快速，對(duì)母豬行為的研究較為豐富，而在精細(xì)控制要求不高的其他生長(zhǎng)階段生豬的試驗(yàn)結(jié)果較少。目前有關(guān)于豬的行為研究多數(shù)集中在不同條件下生豬的某些特定行為的差異性，最適生產(chǎn)狀態(tài)下的豬行為信息少有研究涉及，這使得我們?cè)趯?shí)際利用生豬行為信息時(shí)缺少參照。對(duì)生豬行為的研究主要受研究方法和研究設(shè)備的限制，雖然生豬行為監(jiān)測(cè)方式方法和裝備目前來(lái)說(shuō)發(fā)展迅猛，但從整體來(lái)看，國(guó)內(nèi)外對(duì)生豬行為的研究手段相對(duì)局限，除了針對(duì)生豬采食出現(xiàn)了商品化的全自動(dòng)采食測(cè)定系統(tǒng)，缺少進(jìn)行規(guī)?；i群體行為研究的平臺(tái)。

5 應(yīng)用案例

基于生豬行為可作為生豬運(yùn)動(dòng)功能、健康狀態(tài)和精神狀態(tài)的評(píng)估依據(jù)以及防疫耳標(biāo)使用的現(xiàn)狀，ZKJY 公司研發(fā)了基于三軸加速度傳感器的可實(shí)現(xiàn)生豬行為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的一體化智能耳標(biāo)（圖1A），具備小型化、強(qiáng)養(yǎng)殖環(huán)境適用性、低功耗長(zhǎng)期運(yùn)行和加釘操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)；借助自主研發(fā)的數(shù)據(jù)匯聚網(wǎng)關(guān)（圖1B），可完成生豬行為數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、存儲(chǔ)和傳輸，能組成多通道、廣區(qū)域?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)規(guī)模生豬群體的行為監(jiān)測(cè)。經(jīng)在湖南岳陽(yáng)某豬場(chǎng)小規(guī)模應(yīng)用（圖1C），可在公司北京本部進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與處理。構(gòu)建生豬行為識(shí)別模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)生豬行為類別的辨別和長(zhǎng)時(shí)序地監(jiān)測(cè)，及早發(fā)現(xiàn)病豬與健康豬的行為模式差別，助力非洲豬瘟等生豬疫情的科學(xué)防控。

圖2 為截取2019 年8 月17 日18:00—22:00 期間保育豬行為的部分?jǐn)?shù)據(jù)，結(jié)果顯示保育豬的采食、飲水、玩耍（站立、伏地）等日常行為具有明顯差異化的三軸加速度傳感數(shù)字化特征，再次證明基于三軸加速度傳感器實(shí)現(xiàn)生豬行為監(jiān)測(cè)的可行性。

6 結(jié)語(yǔ)

互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)領(lǐng)域的相互交叉和各新技術(shù)分支的不斷引入，為低成本生豬行為信息采集傳感器研發(fā)、大數(shù)據(jù)云平臺(tái)構(gòu)建、生豬行為信息數(shù)據(jù)深度發(fā)掘等提供了支撐。作為生豬養(yǎng)殖過(guò)程中最豐富的信息載體，生豬行為的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可作為生豬運(yùn)動(dòng)功能、健康狀態(tài)和精神狀態(tài)的重要評(píng)估依據(jù)。深化構(gòu)建生豬行為與生豬生長(zhǎng)狀態(tài)、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)、健康狀態(tài)等關(guān)聯(lián)模型，將為生豬智能養(yǎng)殖提供環(huán)境監(jiān)控、體況估測(cè)之外的另一有力數(shù)據(jù)抓手，助推生豬養(yǎng)殖過(guò)程控制的智能化發(fā)展。生豬個(gè)體行為的時(shí)空特異性和連貫性，可用來(lái)進(jìn)行生豬個(gè)體識(shí)別，支持區(qū)域生豬數(shù)量、日齡及分布動(dòng)態(tài)監(jiān)控，進(jìn)一步指導(dǎo)依據(jù)區(qū)域資源條件和環(huán)境承載能力，提出補(bǔ)欄與停止補(bǔ)欄的重要建議，戰(zhàn)略性調(diào)整生豬養(yǎng)殖區(qū)域布局；動(dòng)態(tài)監(jiān)控區(qū)域生豬群體疾病狀況及預(yù)警；進(jìn)行病死豬數(shù)量、分布監(jiān)測(cè)及資源化處理監(jiān)管。