拓 軍，趙 云

(1.巴彥淖爾市科學技術研究所；2.巴彥淖爾市瑞安網絡安全有限公司，內蒙古 巴彥淖爾 015000)

“十四五”規(guī)劃綱要指出，要大力發(fā)展現代畜牧業(yè)。現代畜牧業(yè)發(fā)展的核心就是畜牧業(yè)數字化。巴彥淖爾市圍繞發(fā)展農牧業(yè)數字化，在河套學院建成數字經濟大數據中心，開設養(yǎng)殖數據分析、食品安全數據分析等教學、實驗、科研項目。大數據中心的建立，為奶牛健康監(jiān)測、數據分析提供了平臺。巴彥淖爾市瑞安網絡安全有限公司成功研發(fā)了“反芻動物胃電膠囊”，并應用于奶牛養(yǎng)殖健康監(jiān)測中，對提高牛奶產量、提升飼草料轉換利用率、降低勞動強度、改善奶牛養(yǎng)殖戶收入、確保奶源質量安全以及對當地農牧業(yè)數字化建設都具有十分重要的意義。

1 當前奶牛健康監(jiān)測中存在的問題

1.1 奶牛健康監(jiān)測設備使用問題

目前，國內市場穿戴式智能感知設備如項圈、腳環(huán)、尾環(huán)、生殖器等傳感器，都存在容易脫落、體積龐大、電池待機時間短、信號傳輸距離短、數據丟包率高等缺陷。

1.2 奶牛健康監(jiān)測功能不全問題

國內還沒有將各種功能集于一體的傳感器，雖然有進口美國的穿戴傳感器，功能也只具有一種或兩種，而且價格偏高。美國有牛的“胃電膠囊”，但技術封鎖，價格也很昂貴。

2 “胃電膠囊”及其在奶牛健康監(jiān)測中的優(yōu)勢

巴彥淖爾市瑞安網絡安全有限公司研發(fā)的“反芻動物胃電膠囊”(簡稱“胃電膠囊”)將溫度傳感器、pH傳感器、加速度傳感器、三軸陀螺體位傳感器集中在一個Φ3.2×14 cm圓柱體內，通過LoRa技術傳輸通信訊號。

“胃電膠囊”為口服的體內植入式監(jiān)測設備，有四大優(yōu)勢：①體積小；②外殼采用醫(yī)用不銹鋼合金材料和醫(yī)用硅膠做成，安全耐用且對健康沒有影響；③電池可用5年以上；④終身攜帶免維護，利用投藥器通過食道輕松投放至瘤胃內，避免了穿戴式傳感器的易損、易脫落等缺陷。并且具有以下功能：①定位；②持續(xù)測量牲畜的體溫且不受外部環(huán)境影響；③監(jiān)測胃內容物的pH值、步數、活躍度；④監(jiān)測飲水、產犢行為特征等；⑤實時收集和記錄準確可靠的數據，全程可追溯。

3 “胃電膠囊”在奶牛健康監(jiān)測中的應用

“胃電膠囊”牲畜動態(tài)智能感知系統(tǒng)可以實現對牲畜瘤胃溫度、胃部pH值、體態(tài)、胃蠕動量等部分生理信息自動感知、數據自動獲取、分析、做出判斷預警。通過這些關鍵生理參數獲取，可以獲得牲畜進食、飲水、活動、體溫等信息，進而對牛的健康狀況、發(fā)情、懷孕、分娩進行監(jiān)管?！拔鸽娔z囊”的應用可有效預防牛的疾病，準確判斷牛的發(fā)情期，實現牛的精細飼養(yǎng)，保障乳制品質量安全，減輕飼養(yǎng)者勞動強度，提高工作效率，提升奶牛養(yǎng)殖企業(yè)的經濟效益。

3.1 利用“胃電膠囊”監(jiān)測奶牛體溫的變化

通過高精度溫度傳感器檢測牛的體溫。研究牛體溫與疾病、進食、飲水、瘤胃內變化、發(fā)情、妊娠及分娩等事件的規(guī)律性變化。建立大數據信息平臺，預測牛的疾病、發(fā)情、妊娠、分娩及飼料轉化利用。

3.1.1 奶牛體溫檢測方法。由巴彥淖爾市瑞安網絡安全有限公司研發(fā)的“胃電膠囊”，經過8個牧場近1 000頭牛長達5個月的植入示范，目前未造成動物不適，未影響到動物健康和生產，設備運行穩(wěn)定、可靠。該產品在2021年3月8日，被農業(yè)農村部信息中心評定為“農業(yè)農村部信息中心關于推介2021數字農業(yè)農村新技術新產品新模式優(yōu)秀案例”。

3.1.2 奶牛體溫的變化規(guī)律。正常情況下，奶牛體溫變化不明顯。若出現體溫偏高時，多為病原微生物感染引起的炎癥或代謝紊亂等；體溫偏低時，多為嚴重營養(yǎng)不良、休克、大出血及瀕死期等。因此，在實踐應用中，可以利用奶牛體溫變化規(guī)律來確定其健康狀態(tài)。奶牛體溫監(jiān)測情況見圖1。

圖1 奶牛一天內不同時段胃內溫度變化曲線

3.2 利用“胃電膠囊”監(jiān)測奶?；顒恿康淖兓?/h3>

活動量監(jiān)測數據包括：奶牛日常采食、運動、反芻等行為活動?！拔鸽娔z囊”內置了加速度傳感器，實現了“胃電膠囊”計步檢測奶牛活動量變化。每天實時(默認12 min上傳一次)上傳采集數據，并由云端電腦進行數據處理和存儲。利用算法可以得出反芻動物飲水頻次，可以得到反芻動物的運動量、體態(tài)和瘤胃蠕動量。

3.2.1 奶?；顒恿勘O(jiān)測方法。根據胃電膠囊內置的加速度傳感器、陀螺儀數據，利用算法可以得出反芻動物飲水頻次、運動量、瘤胃蠕動量。該設備已對內蒙古8個牧場近1 000頭牛進行了長達5個月的植入示范推廣使用。其中胃活動變化如圖2所示。

圖2 奶牛每日胃活動變化曲線

圖3 奶牛一天內不同時段溫度變化曲線

圖4 利用數據分析出的每日飲水次數

根據一天中反芻動物采食后必然要進行飲水的生理特征，每次飲水后，植入到瘤胃內的“胃電膠囊”會采集到因為飲水而發(fā)生的溫度數據變化值(監(jiān)測到的溫度在飲水前是38 ℃～39.5 ℃，飲水后會降到27 ℃～36 ℃，大約在36 min～60 min會回升到38 ℃～39.5 ℃)，利用算法可以得出反芻動物飲水頻次。

3.2.2 奶?；顒恿康淖兓?guī)律。健康奶牛每天的活動量變化都在一個相對恒定的范圍內。但是，當疾病發(fā)生時，奶?；顒恿繒霈F異常變化。如果奶?；顒恿棵黠@降低，多為行動障礙的肢蹄疾病發(fā)生；如果活動量明顯增加，多為引起精神亢奮的疾病或受驚嚇刺激等導致。當出現監(jiān)測預警時，可結合臨床表現對牛體進行相應處理。

3.3 奶牛體溫與活動量數據在生產中的指導應用

利用奶牛體溫與活動量的變化規(guī)律可以科學合理地判斷奶牛的健康狀況與生理狀態(tài)，也可衡量奶牛疾病與繁育生產管理等指標。在實際生產中，通過“胃電膠囊”牲畜動態(tài)智能感知系統(tǒng)每天實時上傳數據到河套學院數字經濟大數據中心，并由云端電腦進行數據存儲及處理，利用奶牛體溫與活動量的變化規(guī)律及時科學合理地判斷奶牛的健康狀況與生理周期狀態(tài)，也為疾病預防與高效管理提供重要依據。具體應用見圖5、圖6、圖7。

圖5 溫度變化與疾病的關系

圖6 正常牛實時監(jiān)測報告

圖7 異常牛實時預警報告

根據畜牧健康管理平臺各功能模塊，查看奶牛健康狀況，進行科學管理，利用算法排除因生理變化、應激反應而導致的體溫變換數據對因為疾病而導致的體溫變化的數據的干涉，繼而得到有效的、真實的疾病報警信息。及早發(fā)現病牛，并進行相應處理。具體功能：①信息管理，管理年齡、品種、毛色、懷孕狀況等；②健康管理，實時監(jiān)測體溫、進食情況；③發(fā)情管理，發(fā)現發(fā)情并通知、了解受精適當的時期；④疾病管理，行為和體溫預測有疾病跡象的牛；⑤行為管理，了解飲水次數和進食行為；⑥喂養(yǎng)管理，了解瘤胃環(huán)境適當調整喂食配比；⑦歷史管理，記錄發(fā)情、懷孕和分娩的繁殖歷史；⑧進度管理，檢查發(fā)情、分娩、繁殖狀況等。

圖8 畜牧健康管理平臺界面

4 結束語

將“基于?！鸽娔z囊’牧場數字化管理系統(tǒng)”應用到我國反芻動物，如牛、羊、駱駝等養(yǎng)殖業(yè)中，通過監(jiān)測動物體溫與活動量變化值，進行數字化精準管理，及時有效防治疾病。此技術成果也可應用于包括養(yǎng)殖、飼草、獸藥、育種、銀行、保險公司、科研院所在內的畜牧養(yǎng)殖全產業(yè)鏈，可以為管理者精準評估牲畜個體的生理行為提供有效的數據支撐，也為相關的科研人員在牲畜生理體征行為領域，尤其在牲畜的疾病、營養(yǎng)、發(fā)情預警領域的進一步研究提供一種有效、長期的監(jiān)測工具。應用前景十分廣闊。