張昌楨，雷小朋，白維維

（凱里學(xué)院，貴州 凱里 556011）

目前我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)正向集約化、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化方向綠色轉(zhuǎn)型升級。以信息技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)及人工智能技術(shù)逐步滲透到畜禽生產(chǎn)養(yǎng)殖的各個領(lǐng)域，研究者通過集成或自主開發(fā)的方式，不斷研究報(bào)道畜禽信息智慧感知、養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測與智慧調(diào)控和畜禽智慧化飼養(yǎng)等內(nèi)容。在硬件層面，養(yǎng)殖智能化不僅需要成本低、小型化及多功能的信息采集與診斷設(shè)備，而且還需要取替人工勞動力的畜禽養(yǎng)殖機(jī)器人。同時在軟件層面上，需要能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)、設(shè)備和生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的實(shí)時數(shù)據(jù)匯集與信息共享，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高度融合和多維數(shù)據(jù)分析，提供生產(chǎn)預(yù)測和決策建議。

目前，智慧養(yǎng)殖逐漸成為現(xiàn)代畜禽養(yǎng)殖業(yè)研究的重點(diǎn)領(lǐng)域，將會越來越被業(yè)界認(rèn)可，對推動畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)業(yè)升級、合理利用畜禽養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)全要素資源和提高畜禽養(yǎng)殖業(yè)數(shù)字化管理水平至關(guān)重要。畜禽智慧養(yǎng)殖的發(fā)展重心是更廣泛地感知、更全面地連接、更深入的智能控制和更貼心的用戶支持，下文將圍繞這些內(nèi)容進(jìn)行論述。

1 畜禽生物信息獲取與行為監(jiān)測

畜禽信息和行為的智能感知是智慧養(yǎng)殖的基礎(chǔ)，只有準(zhǔn)確、實(shí)時地獲取畜禽生物信息，才能客觀地評估畜禽生長和健康狀況，人為介入，采取及時預(yù)防和治療措施，盡量減少損失。近年來，畜禽個體識別裝備發(fā)展迅速，越來越多的高新技術(shù)被應(yīng)用于動物生理感知標(biāo)識。21世紀(jì)以來，利用機(jī)器視覺、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)開發(fā)了一系列智慧感知設(shè)備，為動物個體、生理指標(biāo)和行為活動等進(jìn)行自動識別提供了有力的支撐。

1.1 個體標(biāo)識

個體標(biāo)識的任務(wù)是對畜禽個體和小群體的編碼與標(biāo)記，是個性化養(yǎng)殖、精細(xì)飼喂和管理，實(shí)現(xiàn)畜禽產(chǎn)品跟蹤溯源的基礎(chǔ)。智能可穿戴技術(shù)目前在畜牧養(yǎng)殖領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用，在畜禽管理、個體身份識別、畜禽產(chǎn)品溯源和疾病控制等方面起到重要作用[1]。近幾年運(yùn)用便攜式工具來讀寫操作已經(jīng)成為應(yīng)用開發(fā)的主流，浙江利爾達(dá)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的射頻識別（RFID）耳標(biāo)產(chǎn)品，整套產(chǎn)品包括耳標(biāo)、采集器和網(wǎng)關(guān)，如圖1所示?？梢詫?shí)現(xiàn)個體的飼喂、用藥、疾病、稱重和出欄記錄等信息管理[2]?；跈C(jī)器視覺技術(shù)的個體標(biāo)識也是目前研究的熱點(diǎn)，出現(xiàn)的新方法能夠準(zhǔn)確識別、快速準(zhǔn)確地跟蹤視頻中的生豬，能夠應(yīng)對部分遮擋[3]。然而圈養(yǎng)動物過多時，個體識別出現(xiàn)困難，還需進(jìn)行大量的研究和實(shí)踐。

圖1 RFID耳標(biāo)系統(tǒng)

1.2 生理、行為指標(biāo)識別監(jiān)測

目前，畜禽健康檢測更多依賴養(yǎng)殖人員的經(jīng)驗(yàn)知識，主觀性強(qiáng)、效率低，不能滿足現(xiàn)代規(guī)?；B(yǎng)殖需求[4]。國內(nèi)研究者構(gòu)建了單視角點(diǎn)云鏡像、基于雙目視覺原理和徑向基函數(shù)（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等測算方法，實(shí)現(xiàn)動物體尺、體重的評估，準(zhǔn)確率較高[5]。林惠強(qiáng)等[6]采用穿戴式傳感器設(shè)備實(shí)現(xiàn)了實(shí)時檢測生豬體溫、心率和運(yùn)動量等生理信息的目的。由于對畜禽個體健康情況進(jìn)行識別監(jiān)測生理指標(biāo)復(fù)雜和監(jiān)測難度普遍較大，這些領(lǐng)域的研究還處于起步階段。另外，動物日常生理、行為指標(biāo)和動物健康狀況關(guān)系密切。

2 養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測與智慧調(diào)控

在畜禽養(yǎng)殖過程中，畜禽的養(yǎng)殖環(huán)境與畜禽的健康狀況關(guān)系密切，良好的養(yǎng)殖環(huán)境可以有效地預(yù)防和控制畜禽疾病的發(fā)生，使動物在更合適的環(huán)境中成長，保證其健康和快速成長。畜禽養(yǎng)殖舍環(huán)境調(diào)控主要包括空氣質(zhì)量、熱環(huán)境及光照調(diào)控。

2.1 空氣調(diào)控

畜禽舍內(nèi)，糞尿、飼料和墊料等產(chǎn)生的粉塵，以及積存發(fā)酵產(chǎn)生的氣體，易引發(fā)動物出現(xiàn)各種疾病。控制規(guī)?；笄萆岬目諝赓|(zhì)量有過程控制和終端凈化2種方法，程龍梅等[7]測試證明了雞舍傳送帶干清糞工藝方式較地溝刮板清糞方式可顯著改善舍內(nèi)空氣質(zhì)量；Lim等[8]通過254 mm厚度的生物過濾裝置把育肥豬舍糞溝氣體的氨氣和硫化氫排出舍外，這些方法都很好地提高了畜禽舍內(nèi)的空氣質(zhì)量。

2.2 熱環(huán)境調(diào)控

環(huán)境應(yīng)激對畜禽健康會產(chǎn)生很大影響，環(huán)境溫度舒適時，動物的健康水平比較好，生產(chǎn)性能更好，飼料的利用率也比較高，環(huán)境溫度過高或過低都會影響畜禽生產(chǎn)力。我國夏季大部分地區(qū)高溫就使得畜禽業(yè)生產(chǎn)蒙受了巨大的損失。

溫度控制技術(shù)中，畜禽舍加溫方式有畜禽舍燃油熱風(fēng)爐、燃煤熱風(fēng)爐、燃?xì)鉄犸L(fēng)爐、集中熱水供暖系統(tǒng)和電熱地板等[9]。然而這些加熱裝備中主要用在幼年畜禽身上，很少在畜禽育成上應(yīng)用。在降溫技術(shù)上，運(yùn)用噴水、噴淋等方式成為主流。

2.3 光照調(diào)控

在畜禽舍內(nèi)，不僅要保持所需的光照強(qiáng)度，而且需要根據(jù)畜禽品種、年齡、生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)方向（包括育肥和養(yǎng)殖）適當(dāng)使用光照?，F(xiàn)代雞舍通常是人工來控制光照的時長和節(jié)律，在蛋雞和種雞生產(chǎn)過程中，通常進(jìn)行光照時間和光照強(qiáng)度的調(diào)節(jié)，以影響和控制雞的飼料消耗、性成熟、產(chǎn)蛋率和改善蛋的品質(zhì)等[10]。近年來，光照強(qiáng)度、光色和光周期等對畜禽生產(chǎn)性能的影響得到深入研究，適合的參數(shù)可以提高免疫力，降低死亡率和發(fā)病率。

3 畜禽飼養(yǎng)精準(zhǔn)管理技術(shù)

畜禽智能化飼養(yǎng)不僅解放了生產(chǎn)力，而且滿足了動物福利標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化了個性化和精確的畜禽飼養(yǎng)需求。當(dāng)前我國的畜禽現(xiàn)代化養(yǎng)殖的發(fā)展模式主要借鑒西方發(fā)達(dá)國家工業(yè)化、集約化的養(yǎng)殖模式，國內(nèi)研究成果并不突出。

3.1 自動飼喂

當(dāng)前國內(nèi)主要是通過科研院所與具有相關(guān)設(shè)備制造能力的廠商進(jìn)行自動飼喂的合作研究，其中在智能精準(zhǔn)飼喂設(shè)備、飼喂理論、家禽自動飼喂流水線和飲水設(shè)備等方面得到了進(jìn)一步發(fā)展，取得了較多項(xiàng)可實(shí)施的發(fā)明專利[11]。畜禽集約化養(yǎng)殖的發(fā)展導(dǎo)致自動化、智能化飼喂設(shè)備需求劇增，從事智能設(shè)備制造的研究人員和相關(guān)制造商進(jìn)行了不斷研發(fā)和創(chuàng)新，目前市面上出現(xiàn)了奶牛精準(zhǔn)飼喂系統(tǒng)、產(chǎn)床母豬飼喂系統(tǒng)、保育豬干濕飼喂器、妊娠母豬飼喂站、仔豬補(bǔ)奶機(jī)和奶羊智能飼喂系統(tǒng)等一系列設(shè)備[12]。這些設(shè)備綜合運(yùn)用了機(jī)電系統(tǒng)、移動通信技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了飼喂設(shè)備的信息感知與智能控制。

3.2 自動清糞

我國畜禽養(yǎng)殖場的清糞工作主要還是通過人工進(jìn)行，存在工作效率低、勞動強(qiáng)度大和清掃環(huán)境惡劣等問題，因此進(jìn)行自動清糞技術(shù)的研究與開發(fā)已經(jīng)迫在眉睫。目前，主要綜合了畜禽養(yǎng)殖環(huán)境、智能控制技術(shù)和機(jī)械設(shè)備從傳送帶清糞、機(jī)械刮板清糞和清糞機(jī)器人等方面進(jìn)行研究[13]。雖然自動清糞技術(shù)在中國仍然處于起步階段，但隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)與人工智能的飛速發(fā)展，使得生產(chǎn)出具有工作穩(wěn)定、安全可靠、易于控制、工作效率高、成本低廉，并且適合不同的養(yǎng)殖場地等特點(diǎn)的自動清糞機(jī)器人或設(shè)備成為可能。

3.3 畜禽產(chǎn)品自動收集

結(jié)合智能傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺和自動控制技術(shù)的高效畜禽產(chǎn)品自動收集設(shè)備成為研究的潮流。瑞典、荷蘭和德國等歐美發(fā)達(dá)國家已有不少廠商生產(chǎn)商品化畜禽產(chǎn)品自動收集機(jī)器人，但這一領(lǐng)域的核心技術(shù)在我國研究成果較少[14]。國內(nèi)養(yǎng)雞場自動集蛋技術(shù)相對成熟，河南銀星畜牧設(shè)備有限公司生產(chǎn)的階梯式自動撿蛋機(jī)，如圖2所示，實(shí)現(xiàn)了雞蛋的自動采集和篩選。然而我國的畜禽產(chǎn)品自動采集設(shè)備無論是在控制策略上還是在智能程度上都落后于西方發(fā)達(dá)國家，進(jìn)口設(shè)備價格高、能耗大，而且不一定適合國內(nèi)的養(yǎng)殖環(huán)境，會出現(xiàn)“水土不服”的情況，基于此，技術(shù)和設(shè)備的國產(chǎn)化將是未來的發(fā)展方向。

圖2 階梯式自動撿蛋機(jī)

4 結(jié)束語

從近年來國內(nèi)外研究現(xiàn)狀來看，我國畜禽智慧養(yǎng)殖還處在初級階段，智慧養(yǎng)殖的研究成果大多停留在理論上，能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的產(chǎn)品比較少，大量多功能畜禽智能監(jiān)測設(shè)備仍處于傳感器和計(jì)算機(jī)算法的研發(fā)階段，現(xiàn)有的技術(shù)未能達(dá)到高效、準(zhǔn)確、易維護(hù)和低成本等需求。針對當(dāng)前我國畜禽智慧養(yǎng)殖發(fā)展出現(xiàn)的問題，需要將理論研究成果轉(zhuǎn)換成實(shí)際應(yīng)用。生產(chǎn)實(shí)際過程，綜合自動控制、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)，設(shè)計(jì)低成本、高穩(wěn)定性的智慧養(yǎng)殖技術(shù)與設(shè)備。同時，畜禽業(yè)需要加快向標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)模養(yǎng)殖進(jìn)行升級轉(zhuǎn)型，以規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化和智能化為導(dǎo)向，構(gòu)建綠色、高質(zhì)量的發(fā)展模式。