楊 亮 高華杰 夏阿林 熊本海*

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所/動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；2.北京大北農(nóng)科技集團(tuán)股份有限公司，北京 100080；3.北京農(nóng)信互聯(lián)科技集團(tuán)有限公司，北京 100080）

1 引言

中國(guó)是世界養(yǎng)豬大國(guó)，盡管受到2018 年秋季爆發(fā)并在全國(guó)蔓延的非洲豬瘟的影響，但在強(qiáng)大的內(nèi)在需求及各級(jí)政府的高度重視背景下，生豬的補(bǔ)欄復(fù)產(chǎn)工作穩(wěn)步推進(jìn)。2021 年中國(guó)生豬出欄超6.7 億頭，同比增長(zhǎng)27.4%；豬肉產(chǎn)量5 296萬噸，同比增長(zhǎng)28.8%；生豬存欄、能繁母豬存欄同比分別增長(zhǎng)10.5%、4.0%，基本恢復(fù)到中國(guó)養(yǎng)豬業(yè)鼎盛時(shí)期的水平[1]。但是，與養(yǎng)豬業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家比較，中國(guó)規(guī)?；i場(chǎng)的養(yǎng)殖技術(shù)、指標(biāo)水平還存在較大差距，主要體現(xiàn)在種母豬的生產(chǎn)力指標(biāo)PSY 偏低，平均只有20 頭左右，而丹麥、挪威的PSY 達(dá)到28 頭以上。其次，國(guó)外商品豬的全程飼料轉(zhuǎn)化效率為2.5∶1，中國(guó)基本上在2.8～3.0∶1，這主要是由死淘率高而導(dǎo)致的。歐盟是國(guó)際上最早提出禁用抗生素的組織[2]，歐盟國(guó)家丹麥繁殖豬場(chǎng)的死淘率在9%左右，而中國(guó)規(guī)模化繁殖豬場(chǎng)的死淘率高達(dá)20%～25%，特別是當(dāng)非洲豬瘟等烈性傳染病來襲時(shí)死淘率更高，嚴(yán)重時(shí)甚至全軍覆沒。此外，受國(guó)際貿(mào)易戰(zhàn)[3]、新冠肺炎疫情[4]、俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)[5]、全球供應(yīng)鏈及物流不暢等因素影響，主要飼糧如玉米及大豆價(jià)格不斷上漲，加之人工成本的不斷增加，全面推高了養(yǎng)豬業(yè)的綜合成本[6]，使得自2021年初進(jìn)入的新一輪豬周期低谷的現(xiàn)象延續(xù)至今[7]，此時(shí)的豬糧比不到4∶1，導(dǎo)致養(yǎng)豬企業(yè)的虧損嚴(yán)重。因此，面對(duì)養(yǎng)豬業(yè)面臨的重大風(fēng)險(xiǎn)及養(yǎng)殖成本壓力，如何提高規(guī)?；i場(chǎng)的智能化、數(shù)字化及精細(xì)化管控水平，特別是提高豬場(chǎng)的生物安全預(yù)警水平及生豬個(gè)體的健康監(jiān)測(cè)水平，減少人、豬、車和物的接觸頻率，確保豬場(chǎng)的生物安全尤為重要。此外，提高生豬養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的精細(xì)化、在線化感知、數(shù)據(jù)分析及實(shí)時(shí)控制水平，實(shí)現(xiàn)智能化、數(shù)字化管理，實(shí)現(xiàn)主要生產(chǎn)要素如飼料、水、獸藥、設(shè)備及人員的精準(zhǔn)投放、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，達(dá)到人財(cái)物投入的最優(yōu)化、生產(chǎn)效率及效益的最大化。實(shí)現(xiàn)人工智能養(yǎng)豬，已經(jīng)成為中國(guó)規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)必然發(fā)展的趨勢(shì)，關(guān)鍵技術(shù)與智能裝備的研發(fā)勢(shì)在必行，為此，國(guó)家“十四五”重大專項(xiàng)“工廠化農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)及智能農(nóng)機(jī)裝備”制定了揭榜掛帥項(xiàng)目“綠色高效智能養(yǎng)豬工廠創(chuàng)制及應(yīng)用”，該項(xiàng)目集成應(yīng)用人工智能技術(shù)，創(chuàng)制主要智能養(yǎng)豬設(shè)施及裝備，構(gòu)建生豬養(yǎng)殖場(chǎng)的全程數(shù)字化智能管控平臺(tái)。

在非洲豬瘟可能常態(tài)化背景下，規(guī)?；i場(chǎng)大部分采用自繁自養(yǎng)模式[8]，無需從外場(chǎng)采購(gòu)仔豬，可從豬只來源上切斷疫病的傳播，因此豬場(chǎng)的數(shù)智化管控一般是從種母豬開始的，包括國(guó)外的PIGWIN 系統(tǒng)[9]、porcitec 系統(tǒng)[10]，以及國(guó)內(nèi)的孫德林[11]、熊本海[12]、柴琦麗[13]等研發(fā)的系統(tǒng)都是從種豬的管理為切入點(diǎn)，延伸到商品豬的生產(chǎn)與管理。盡管有上述的多種豬場(chǎng)管控系統(tǒng)，但受控于研發(fā)時(shí)的數(shù)據(jù)感知技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的制約，部分系統(tǒng)采用手持式的PDA 或App 系統(tǒng)來采集數(shù)據(jù)，存在著采集效率不高的弊端，還需要人工干預(yù)的場(chǎng)合較多，這對(duì)于維護(hù)豬場(chǎng)的生物安全非常不利。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，先進(jìn)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及基于機(jī)器視覺技術(shù)的人工智能技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，使得遠(yuǎn)程、非接觸及無應(yīng)激采集生豬養(yǎng)殖過程數(shù)據(jù)尤其是豬只的生理、生長(zhǎng)等行為數(shù)據(jù)成為可能[14]。其次，隨著自動(dòng)采集數(shù)據(jù)相對(duì)容易，數(shù)據(jù)樣本量不斷積累，甚至可達(dá)海量數(shù)據(jù)，使后期進(jìn)行大數(shù)據(jù)挖掘、分析成為可能。例如，通過紅外熱成像技術(shù)估測(cè)蛋雞體表溫度[15]、通過圖像識(shí)別及大數(shù)據(jù)算法對(duì)育肥豬進(jìn)行估重[16]及計(jì)數(shù)[17]，通過感知行為估測(cè)母豬發(fā)情[18]等，成為現(xiàn)代豬場(chǎng)智能管理的熱點(diǎn)及發(fā)展方向。因此，本研究以自繁自養(yǎng)的規(guī)模化豬場(chǎng)為研究模型，以繁殖種豬的生產(chǎn)及健康行為的管控為重點(diǎn)，構(gòu)建智能化豬場(chǎng)的數(shù)字化管控平臺(tái)，為豬場(chǎng)的高效智能遠(yuǎn)程控制提供現(xiàn)代化手段。

2 平臺(tái)構(gòu)建及重要生產(chǎn)模型

2.1 豬場(chǎng)智能管控總體思路

平臺(tái)開發(fā)以互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G 和AI 等技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合產(chǎn)業(yè)生態(tài)思維的豬場(chǎng)智能養(yǎng)殖為目標(biāo)，通過對(duì)各智能管控模塊的集成，構(gòu)建高效的豬場(chǎng)多維度預(yù)警體系、智能化管理體系和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策體系，為豬場(chǎng)生物安全、資產(chǎn)安全和生產(chǎn)過程經(jīng)營(yíng)保駕護(hù)航，對(duì)豬只養(yǎng)殖過程進(jìn)行全維度地監(jiān)測(cè)及環(huán)境控制。平臺(tái)將重點(diǎn)打造對(duì)豬場(chǎng)遠(yuǎn)程化管理、精細(xì)化生產(chǎn)和可視化決策的能力，通過智能網(wǎng)關(guān)連接豬場(chǎng)設(shè)備，實(shí)時(shí)采集、處理各類數(shù)據(jù)，依托養(yǎng)豬大腦[19]與邊緣計(jì)算技術(shù)，指揮設(shè)備執(zhí)行系統(tǒng)指令，全面接管豬場(chǎng)的人、豬、場(chǎng)和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)豬只從出生到出欄全生產(chǎn)周期的智能化管控。通過智能設(shè)備應(yīng)用、大數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖企業(yè)生產(chǎn)效益的提升，降低養(yǎng)殖場(chǎng)經(jīng)營(yíng)成本。

2.2 智能管控模塊設(shè)計(jì)

管控平臺(tái)以豬場(chǎng)的生物防控[20]為前提，以監(jiān)管豬場(chǎng)的人、豬、場(chǎng)、設(shè)備為基本要素，以事件驅(qū)動(dòng)為切入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)豬場(chǎng)全生產(chǎn)過程的數(shù)字化、智能化及可視化。主要智能管控模塊設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 智能豬場(chǎng)人、豬、場(chǎng)、設(shè)的功能模塊設(shè)計(jì)Fig.1 Design of functional module of intelligent pig farm

2.3 繁殖母豬生產(chǎn)過程數(shù)字化功能設(shè)計(jì)

管控平臺(tái)以豬只個(gè)體的全部狀態(tài)數(shù)據(jù)及歷史過程的管控為突破口，對(duì)豬場(chǎng)實(shí)施數(shù)智一體化控制[21]。平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的功能管理模塊包括首頁(yè)狀態(tài)信息、檔案信息、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、采食數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、生產(chǎn)分析、預(yù)警預(yù)報(bào)、參數(shù)閾值及運(yùn)行狀態(tài)等。其中首頁(yè)狀態(tài)信息可以將選定豬只個(gè)體的標(biāo)識(shí)與位置、體征、采食、環(huán)境及保溫等信息從不同的數(shù)據(jù)庫(kù)中提取出來，對(duì)異常信息進(jìn)行突出顯示。

2.4 繁殖母豬數(shù)據(jù)分析的主要模型

智能豬場(chǎng)數(shù)智化管控的主要目的，是對(duì)采集的豬只個(gè)體的狀態(tài)數(shù)據(jù)，按豬只生產(chǎn)的業(yè)務(wù)邏輯及養(yǎng)豬學(xué)理論，基于相關(guān)的模型開展數(shù)據(jù)的挖掘分析，展示豬只、豬群及豬場(chǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)豬場(chǎng)的生產(chǎn)運(yùn)行過程中哪些環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，便于生產(chǎn)管理人員及時(shí)進(jìn)行干預(yù)，保證豬場(chǎng)的生產(chǎn)向著制定的目標(biāo)前行。描述繁殖母豬群體生產(chǎn)力的指標(biāo)較多，下面簡(jiǎn)要列出部分計(jì)算指標(biāo)作為實(shí)例。

（1）青年豬從入群到首次配種的間隔。定義：在報(bào)告期間，在繁殖豬群入群日期和對(duì)于那些未配過種的繁殖母豬(青年母豬)的首次配種日期之間的平均間隔天數(shù)。該指標(biāo)反映后備青年母豬的初情狀態(tài)。

（2）青年母豬首次配種到受孕的平均間隔天數(shù)。定義：在未配種青年母豬的首次配種日期和導(dǎo)致產(chǎn)仔(或者是期望能導(dǎo)致產(chǎn)仔)的最后一次重復(fù)配種之間的平均間隔天數(shù)。主要反映青年母豬的配種效率。

（3）從首次配種到淘汰平均間隔(青年母豬)。定義：在繁殖母豬的首次配種日期和從未配過種的青年母豬淘汰日之間的平均間隔天數(shù)。主要反映小母豬不宜配種而淘汰的情況。

（4）未配種繁殖母豬的平均存欄。定義：在報(bào)告期間，指未配種的繁殖母豬群的平均規(guī)模。

（5）配種青年豬平均存欄數(shù)。定義：在報(bào)告期間，指配種的青年母豬群的平均規(guī)模。

（6）平均胎次。定義：豬群中繁育母豬的平均胎次，不包括后備繁育母豬。

（7）非生產(chǎn)性天數(shù)（NPD）。定義：指繁殖母豬在自然年里既不懷孕、也不哺乳和必要的等待發(fā)情之外的天數(shù)之和。NPD 數(shù)越大，表明母豬怠工不出力的天數(shù)越多，反之表明母豬繁殖的效率高。

例如，如果年產(chǎn)胎數(shù)為2.3 胎，斷奶天數(shù)21d，懷孕天數(shù)114d，且斷奶后7d發(fā)情并配上種，則最理想的NPD=365-2.3*（21+114+7）≈39d。實(shí) 際 上 豬 場(chǎng) 的NPD 經(jīng)常大于39d，假如7d 發(fā)情后進(jìn)行了配種，但是在孕檢時(shí)發(fā)現(xiàn)沒有配上種，就得等18～23d 后的下一個(gè)發(fā)情期，假設(shè)按21d 計(jì)算，則可得NPD 為39+21=60d。因此，NPD 可全面反映豬場(chǎng)的管理水平，包括發(fā)情識(shí)別及配種效率等技術(shù)環(huán)節(jié)水平。

（8）繁殖母豬的生產(chǎn)力PSY。定義：一頭繁殖母豬年可提供斷奶的仔豬數(shù)量，綜合反映繁殖母豬的生產(chǎn)力水平。既可以是一頭豬的PSY，也可以有一個(gè)豬群或豬場(chǎng)的PSY，或者是一個(gè)地區(qū)或國(guó)家的能繁母豬的PSY。例如，因各國(guó)的豬場(chǎng)及管理水平有較大差別，PSY 也相差較大，某些國(guó)家如丹麥、挪威的PSY達(dá)到30頭左右，中國(guó)PSY的平均水平在20頭左右。

因描述豬群的數(shù)字化指標(biāo)較多，僅列出以上8 項(xiàng)指標(biāo)。

2.5 選用的遠(yuǎn)程監(jiān)控及邊緣計(jì)算設(shè)備

平臺(tái)選用了?？低旳I 攝像頭，型號(hào)為DS-2CD3T25D-I3，最高分辨率1920 × 1080 @25 fps，在該分辨率下可輸出實(shí)時(shí)圖像；支持用戶登錄鎖定機(jī)制，設(shè)置有密碼復(fù)雜度提示，滿足數(shù)據(jù)庫(kù)安全的要求；支持2 項(xiàng)智能偵測(cè)即越界偵測(cè)和區(qū)域入侵偵測(cè)；支持ROI 感興趣區(qū)域增強(qiáng)編碼，Smart265/264 編碼，可根據(jù)場(chǎng)景情況自適應(yīng)調(diào)整碼率分配，有效節(jié)省存儲(chǔ)成本，為人、場(chǎng)及豬的遠(yuǎn)程高精度監(jiān)控及圖像采集提供支撐。邊緣計(jì)算設(shè)備采用農(nóng)信數(shù)科的農(nóng)芯云盒，硬件參數(shù)：Intel Jetson 架構(gòu)，21T 算力，4T Sata 硬盤且支持12 路720p 攝像頭；安裝要求：部署在豬場(chǎng)機(jī)房，攝像頭Onvif 協(xié)議18.12 以上，云盒與攝像頭在同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)，不能跨網(wǎng)段，路由器支持配置端口映射。

2.6 背膘厚度與體重估測(cè)方法

種母豬背膘厚度的測(cè)定或估測(cè)方法：以膘情感官評(píng)定的5 分制為基礎(chǔ)，結(jié)合機(jī)器視覺AI 算法[22]，建立不同豬種在不同生理及妊娠階段的評(píng)分與背膘厚度之間的估測(cè)模型。

豬只體重的估測(cè)方法：采用以機(jī)器視覺為基礎(chǔ)的算法，間接估測(cè)豬只的體重。首先獲取目標(biāo)區(qū)域內(nèi)豬只的背部深度圖像數(shù)據(jù)；對(duì)背部深度圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)標(biāo)注，得到完整豬只圖像數(shù)據(jù)，完整豬只圖像數(shù)據(jù)標(biāo)注有全部豬只關(guān)鍵點(diǎn)，將完整豬只圖像數(shù)據(jù)輸入到預(yù)先構(gòu)建的以豬只全圖像面積為自變量的豬只體重估測(cè)模型，得到目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的豬只數(shù)量及每個(gè)豬只的體重?cái)?shù)據(jù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 豬場(chǎng)安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警

以某豬場(chǎng)為例，圖2 為當(dāng)日豬場(chǎng)出現(xiàn)的預(yù)警統(tǒng)計(jì)情況。其中，當(dāng)日的生物安全預(yù)警有37 件，其中關(guān)鍵預(yù)警有27 件，并且列出預(yù)警高發(fā)在不同位置出現(xiàn)的次數(shù)等信息，為豬場(chǎng)的生物防控進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖2 某豬場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化的預(yù)警統(tǒng)計(jì)分析Fig.2 Early warning statistical analysis of dynamic changes in a pig farm

如圖2 所示，若選定關(guān)鍵預(yù)警的統(tǒng)計(jì)，則可以看到27 種預(yù)警的具體場(chǎng)景。如圖3 所示的預(yù)警事件為人員消毒作業(yè)，發(fā)生位置、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及具體時(shí)間的可視化顯示。工作人員可進(jìn)一步點(diǎn)擊圖片，遠(yuǎn)程查詢事件發(fā)生時(shí)的視頻，為追責(zé)提供證據(jù)。

圖3 豬場(chǎng)生物安全事件的捕獲及遠(yuǎn)程查詢Fig.3 Capture and remote inquiry of biosafety events in pig farms

3.2 豬只檔案與生產(chǎn)分析

豬場(chǎng)的核心是繁殖母豬基礎(chǔ)群，其生產(chǎn)周期就是發(fā)情、配種、妊娠、產(chǎn)仔、哺乳、斷奶到空懷，為商品豬的生產(chǎn)不斷提供斷奶仔豬，其生產(chǎn)斷奶仔豬的數(shù)量及斷奶重體現(xiàn)了繁殖母豬生產(chǎn)力水平，也影響商品豬的生產(chǎn)成績(jī)，最終影響到整個(gè)智能豬場(chǎng)的運(yùn)行效益及效率。因此，對(duì)繁殖母豬的數(shù)字化管控是整個(gè)豬場(chǎng)管控的核心[23]，其中核心管理突破口就是繁殖母豬的檔案管理，如圖4 所示，主要包括狀態(tài)信息、檔案信息、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、采食數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析、預(yù)警列表和參數(shù)閾值等功能模塊。

圖4 繁殖母豬檔案及生產(chǎn)過程信息管理Fig.4 Breeding sow archives and production process information management

其中，豬只狀態(tài)信息對(duì)生產(chǎn)管理者最具參考價(jià)值[24]，系統(tǒng)在線顯示指定豬只的所有狀態(tài)信息，尤其是異常信息，為一線管理者及時(shí)干預(yù)豬只生產(chǎn)提供依據(jù)。圖4 所示為個(gè)體編號(hào)為N002385 的母豬信息，通過基于參數(shù)閾值為基準(zhǔn)分析的狀態(tài)與異常數(shù)據(jù)提醒，發(fā)現(xiàn)該母豬目前主要的異常包括：體表溫度39.5℃，溫度偏高；當(dāng)日采食量7.12kg，為理論采食量的80%，采食量不足；所處環(huán)境溫度為24℃，對(duì)于哺乳母豬而言偏高；其他如背膘厚度、運(yùn)動(dòng)量、飲水量、累計(jì)采食量及濕度等數(shù)值在正常閾值內(nèi)。上述豬只的行為與環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)及預(yù)警是豬場(chǎng)智慧管理的日常性工作，為實(shí)時(shí)監(jiān)管豬只的生產(chǎn)提供在線的依據(jù)。

3.3 豬只檔案管理

繁殖母豬的檔案重要的是記錄其不同胎次的數(shù)據(jù)，包括發(fā)情及鑒定、配種、分娩、哺乳及斷奶等基本信息。依據(jù)上述信息可開展重要的數(shù)據(jù)分析，包括動(dòng)態(tài)計(jì)算個(gè)體或群體在指定區(qū)間內(nèi)的發(fā)情率、配種成功率、分娩率、健仔率、胎間距及綜合反映母豬生產(chǎn)力的PSY 等。圖5 顯示了繁殖母豬N002385 的檔案信息，包括了所處位置、狀態(tài)、日齡（從出生計(jì)算起）、出生場(chǎng)地、品系/品種、配種次數(shù)/已產(chǎn)胎次、窩均產(chǎn)仔總數(shù)/窩均健仔數(shù)、非生產(chǎn)性天數(shù)（NPD）、當(dāng)前體溫及背膘厚度等，同時(shí)列出該繁殖母豬過往每胎的分娩數(shù)據(jù)及哺乳成績(jī)，如斷奶均重這一重要指標(biāo)。

對(duì)圖5 所示的原始狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)處理，可以派生更多有價(jià)值的數(shù)據(jù)。例如，配種成功率為3/9=33.33%，產(chǎn)仔的健仔率為10/11=91%，自發(fā)情配種后的NPD 為156 d。此外，系統(tǒng)可動(dòng)態(tài)提供繁殖母豬的背膘厚度。該指標(biāo)是反映母豬體況的重要指標(biāo)，不僅反映妊娠母豬的營(yíng)養(yǎng)狀況，也與繁殖母豬在不同胎次及不同發(fā)情階段的繁殖性能相關(guān)。對(duì)于后備母豬，背膘厚度與初次發(fā)情日期有關(guān)，背膘過薄或過厚都會(huì)影響初情期，最適宜的背膘厚度與豬的品種有直接關(guān)系。陳方琴[25]研究發(fā)現(xiàn)，大白、長(zhǎng)白純種后備母豬最早初次發(fā)情平均日齡的背膘厚度為11.00～12.00 mm，初情期最晚的背膘厚度＜10.00 mm，居中間的背膘厚度＞13.00 mm。其次，妊娠母豬的背膘厚度直接反映了母豬的營(yíng)養(yǎng)狀況，調(diào)控整個(gè)妊娠期的背膘厚度，實(shí)質(zhì)上是保持母豬合適的體脂沉積，維持胎盤的正常功能，這對(duì)于提高母豬的繁殖性能如健仔數(shù)、出生重量等十分關(guān)鍵。鄭梓[26]研究的長(zhǎng)大二元后備母豬結(jié)果顯示，妊娠前期（30 d）、中期（60 d）、后期（90 d）和產(chǎn)前生產(chǎn)性能最佳的背膘厚度范圍分別為14～19 mm、19～22 mm、14～16 mm 和21～24 mm。當(dāng)然，母豬的不同品種、不同養(yǎng)殖模式及不同生理階段及胎次，最適宜的背膘厚度是有差異的，這需要不斷積累數(shù)據(jù)，形成參數(shù)閾值數(shù)據(jù)庫(kù)錄入系統(tǒng)中，通過形成標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)每頭母豬的背膘狀態(tài)做出科學(xué)評(píng)判，為母豬的營(yíng)養(yǎng)調(diào)控提供依據(jù)。圖5 顯示的背膘厚度為19mm，其在合適的范圍內(nèi)。

圖5 繁殖母豬的檔案信息的初始頁(yè)面Fig.5 Initial page for profile information of breeding sows

3.4 豬只生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析與預(yù)警

如圖6 所示，綜合分析了豬場(chǎng)各類運(yùn)行的狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括豬只當(dāng)日存欄信息，包括各類性質(zhì)的豬只數(shù)、當(dāng)日的生產(chǎn)預(yù)警統(tǒng)計(jì)與執(zhí)行處理情況、母豬的生產(chǎn)力PSY的動(dòng)態(tài)分析進(jìn)展等。當(dāng)選擇“PSY紅綠燈”，就可以進(jìn)一步顯示豬場(chǎng)或豬群的整體PSY 數(shù)據(jù)的詳細(xì)指標(biāo)以及分析結(jié)果，如圖7所示。

圖6 指定豬場(chǎng)的運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)Fig.6 Operation status detection and data analysis statistics of selected piggery

如圖7 所示，PSY 的分析數(shù)據(jù)是針對(duì)選定豬場(chǎng)的2021 年6 月至2022 年5 月時(shí)間區(qū)間的分析結(jié)果。該選定豬場(chǎng)是一個(gè)投入運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)的繁殖場(chǎng)，其中繁殖母豬頭數(shù)為76 頭，繁殖群中1～2 胎所占比例達(dá)81.94%，豬群以青年母豬為主，年產(chǎn)胎次僅為1.63胎，非生產(chǎn)天數(shù)NPD 達(dá)159.38d，導(dǎo)致繁殖豬群的PSY 偏低，僅為17.83 頭。其他生產(chǎn)技術(shù)參數(shù)方面亮紅燈的指標(biāo)，包括配種分娩率、斷奶7d 內(nèi)發(fā)情配種率、受胎率、妊娠陰性率、流產(chǎn)率及空胎率等。其中，關(guān)于指標(biāo)配種分娩率，對(duì)于全面進(jìn)行狀態(tài)的繁殖母豬場(chǎng)全群的分娩率應(yīng)在85%～90%，對(duì)于新建豬場(chǎng)的預(yù)期目標(biāo)一般在75%左右，可見圖7所示選定豬場(chǎng)的這一指標(biāo)明顯偏低，僅為預(yù)期目標(biāo)的一半左右，在其右側(cè)的5 項(xiàng)指標(biāo)詳細(xì)分析了配種分娩率低的相關(guān)指標(biāo)。因此，豬場(chǎng)應(yīng)該針對(duì)這5 項(xiàng)指標(biāo)分別采取措施，提高精準(zhǔn)管理及配種技術(shù)水平，通過提高發(fā)情配種率、受胎率，降低妊娠陰性率、流產(chǎn)率及空胎率等方面，達(dá)到配種分娩率指標(biāo)的改善，最終促進(jìn)該豬場(chǎng)PSY 的提升。

圖7 指定豬場(chǎng)的“PSY”分析結(jié)果Fig.7 PSY analysis results of selected piggery

3.5 豬只遠(yuǎn)程無應(yīng)激點(diǎn)數(shù)及體重估測(cè)

在非洲豬瘟可能常態(tài)化的情形下，如何利用AI技術(shù)在非接觸及無應(yīng)激的前提下獲取豬場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)及豬只個(gè)體信息，包括豬只數(shù)量及體征等信息，是目前所有規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)，特別是種豬的繁殖車間迫切需要的。只有這樣，才能最大限度減少人與生豬尤其種豬的直接接觸，隨時(shí)了解豬只的生長(zhǎng)、健康及發(fā)情情況，為豬場(chǎng)的精準(zhǔn)控制及個(gè)性化調(diào)控豬只健康及營(yíng)養(yǎng)提供決策依據(jù)。圖8 顯示的是遠(yuǎn)程在線對(duì)生長(zhǎng)肥育豬舍的豬只計(jì)數(shù)、估重及體長(zhǎng)與體寬的估測(cè)結(jié)果。圖9 顯示的是選定豬群的體征數(shù)據(jù)，包括豬只均重、均長(zhǎng)及均寬的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，通過可視化分析不同豬群的生長(zhǎng)情況，為對(duì)豬群的營(yíng)養(yǎng)調(diào)控提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支撐。

圖9 選定豬群的體征數(shù)據(jù)（體重、體長(zhǎng)、體寬）連續(xù)變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)Fig.9 Dynamic monitoring of continuous changes in physical signs of selected pigs

如圖10 所示，基于在線監(jiān)測(cè)不同豬群的體征動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)，結(jié)合采集的豬群日采食量數(shù)據(jù)，則可動(dòng)態(tài)計(jì)算飼料轉(zhuǎn)化效率即FCR（g/g）。系統(tǒng)對(duì)舍內(nèi)所有豬只個(gè)體的平均估重，結(jié)合飼喂設(shè)備記錄的消耗飼料總量，可得到該豬舍所有豬只個(gè)體平均的FCR。如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)豬舍的FCR 明顯偏低，則預(yù)示著該欄內(nèi)部分豬只采食量不足，需要查清具體原因。

圖10 豬舍（保育舍）豬群累計(jì)采食量及平均采食次數(shù)的自動(dòng)記錄及可視化Fig.10 Automatic recording and visualization of cumulative feed intake and average feeding times of pigs

3.6 豬舍環(huán)境監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析

豬場(chǎng)智能管控平臺(tái)除了上述的“生物安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警”“豬只的檔案管理”“豬只生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析”“豬只遠(yuǎn)程無應(yīng)激點(diǎn)數(shù)及體重估測(cè)”和“采食數(shù)據(jù)記錄與分析”等功能外，還具有對(duì)豬舍環(huán)境的監(jiān)測(cè)與控制功能。如圖11 所示，顯示的是選定豬舍的環(huán)控?cái)?shù)據(jù)信息，環(huán)控指標(biāo)包括溫度、濕度、二氧化碳、氨氣、光照、硫化氫等。豬舍環(huán)控系統(tǒng)，為豬只提供了舒適的生長(zhǎng)環(huán)境，解決了豬只“住得好”的問題，有利于豬只的健康生長(zhǎng)，有效提高豬場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。

圖11 豬舍環(huán)控?cái)?shù)據(jù)分析Fig.11 Analysis of environmental control data in piggery

4 結(jié)論與展望

數(shù)字化管理是規(guī)模化豬場(chǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前，養(yǎng)豬行業(yè)面臨著非洲豬瘟疫情時(shí)有發(fā)生、飼料成本居高不下的難題，持續(xù)萎靡的市場(chǎng)行情使養(yǎng)豬業(yè)進(jìn)入了市場(chǎng)寒冬，規(guī)模化養(yǎng)殖企業(yè)面臨著深度虧損的狀態(tài)。傳統(tǒng)的人工散養(yǎng)養(yǎng)殖模式弊端明顯，必將向著集約化、規(guī)模化和智能化的養(yǎng)殖方式發(fā)展。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和5G通信技術(shù)融入到畜牧業(yè)生產(chǎn)中，特別是在中國(guó)養(yǎng)豬業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期，上述技術(shù)對(duì)于解決環(huán)境壓力、資源約束等問題將會(huì)發(fā)揮重要的作用。智能化設(shè)備可以有效緩解勞動(dòng)力需求，數(shù)字化管理可以有效提高生豬生產(chǎn)力水平，兩者共同促進(jìn)中國(guó)養(yǎng)豬業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)了智能豬場(chǎng)的建立，真正實(shí)現(xiàn)綠色、高效和智慧養(yǎng)豬。

本研究創(chuàng)建的智能化豬場(chǎng)數(shù)字化管控平臺(tái)，系統(tǒng)集成物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)，構(gòu)建豬場(chǎng)多維度預(yù)警體系、智能化管理體系和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策體系，保障豬場(chǎng)生物安全與資產(chǎn)安全，實(shí)現(xiàn)豬只從出生到出欄全生產(chǎn)周期的遠(yuǎn)程化管理、精細(xì)化生產(chǎn)及可視化決策，實(shí)現(xiàn)豬只的智慧養(yǎng)殖，有效提高養(yǎng)殖收益。

智能化豬場(chǎng)數(shù)字化管控平臺(tái)的功能還需進(jìn)一步拓展與完善。在豬只智能精準(zhǔn)飼喂方面，智能精準(zhǔn)飼喂技術(shù)根據(jù)豬只所處不同生長(zhǎng)階段，通過自動(dòng)計(jì)算營(yíng)養(yǎng)需要量調(diào)整飼料配比，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)下料，可顯著提高母豬受胎率、繁殖性能和生產(chǎn)性能，有效提高豬只飼料利用效率，減少飼料浪費(fèi)，降低料肉比，此部分模塊將豐富豬場(chǎng)數(shù)字化管控平臺(tái)的功能，顯著提高管理水平，減少投入成本。在豬只健康狀態(tài)感知方面，生物傳感器與巡檢機(jī)器人的發(fā)展日新月異，可以快速感知獲取豬只的生理狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)豬只發(fā)情、疫病的監(jiān)測(cè)與預(yù)警，有效提高豬只的生產(chǎn)力水平，降低疫病傳播的風(fēng)險(xiǎn)隱患。在后期大數(shù)據(jù)分析方面，生豬養(yǎng)殖數(shù)據(jù)涉及到產(chǎn)前、產(chǎn)中和產(chǎn)后各個(gè)環(huán)節(jié)，通過物聯(lián)網(wǎng)獲取的海量數(shù)據(jù)，后期還需要進(jìn)行更加深入地智能分析，發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖過程中存在的問題，為養(yǎng)殖場(chǎng)的發(fā)展提供有益的生產(chǎn)決策。綜上所述，智能化豬場(chǎng)數(shù)字化管控平臺(tái)的發(fā)展，還需要進(jìn)一步完善智能精準(zhǔn)飼喂系統(tǒng)、健康狀態(tài)感知系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)3 個(gè)方面的功能，隨著智能化豬場(chǎng)數(shù)字化管控平臺(tái)的完善，無人值守式豬場(chǎng)必將實(shí)現(xiàn)。