畜牧业现代化亟需物联网的技术支撑

朱孟帅赵璞刘佳佳熊露张建华

（1，中国农业科学院农业信息研究所 100081；2，农业部农业信息服务技术重点实验室 100081）

畜牧业现代化亟需物联网的技术支撑

朱孟帅1,2赵璞1,2刘佳佳1,2熊露1,2张建华1,2

（1，中国农业科学院农业信息研究所 100081；2，农业部农业信息服务技术重点实验室 100081）

物联网技术的不断发展，给畜牧养殖带来了发展的契机，孕育出前程似锦的物联牧场。物联网技术的应用，将极大促进我国畜牧养殖水平的提高以及我国畜牧养殖业的发展。自动控制光温水气，精确模拟养殖生长环境，实时反馈畜禽生长状态，对畜禽进行精细饲养，及时监测动物疫病，严格控制疫情发展，实时传输母畜数据，动态监测畜禽繁育，精确控制质量管理，可持续化产品溯源等的运用，将会为我国畜牧养殖带来巨大的变革。

物联网；畜牧；养殖；变革；物联牧场；发展趋势；综述

1 物联牧场的概念

物联牧场是指将物联网技术应用在牧场的生产、经营、管理和服务中，运用养殖环境监测传感器、生理体征监测传感器、音频信息采集传感器、视频信息采集传感器等感知设备，采集牧场中畜禽生长环境信息、个体体征信息等，通过无线传感网络、移动通信网络和互联网等现代信息传输手段，将获取到的大量牧场信息进行融合、处理，最后通过智能化的操作终端，实现牧场产前、产中、产后的过程监控、科学决策和实时服务，达到牧场的人、机、物一体化互联，进而达到畜牧养殖的高产量、高效益、高效率、优质量、集约化和精细化的目标。

2 畜牧养殖的趋势

畜牧业，作为农业的重要组成部分，是农民就业增收的重要途径，是建设我国社会主义农业现代化的重要内容，是持续推动农业稳定发展的必然选择。国际上也把畜牧业发展水平作为衡量一个国家现代农业发展的重要标志，据统计，在欧美发达国家，畜牧业占农业的比重一般都高达70%至80%[1-2]。因此，大力促进畜牧业的发展，具有重要的意义。

2.1 畜牧养殖总体发展趋势

我国是世界上畜牧业大国，自改革开放以来，随着科学技术的不断进步，国家政策的不断调整，国家投入的不断增加，以及畜牧养殖品种的优化，防疫卫生水平的提高，饲料科学技术的普及，我国畜牧养殖在养殖数量及养殖规模上均有了较大的变化。

从养殖数量来讲，以牛、猪、羊为例，自1980年以来，我国牛、猪、羊存栏量均有大幅提升，其中猪、羊存栏量总体呈上升趋势，2012年达到历史最高水平，牛存栏量1980～1999年呈上升趋势，1999年达到历史最高水平，1999～2012年牛存栏量呈下降趋势。据中华人民共和国国家统计局2014年公布的最新统计数据显示（图1），2012年，我国牛存栏量达10343.4万头，较1980年增加3175.8万头，猪存栏量达47592.2万头，较1980年增加17049.1万头，羊存栏量达28504.1万头，较1980年增加9773.0万头。

图1 1980年～2012年牛、猪、羊养殖存栏量情况

从养殖规模来讲，以肉牛、猪、羊为例，自2003年以来，肉牛、猪、羊养殖散户所占比重不断减少，规模养殖户比重不断增加，其中，尤以猪规模养殖情况变动最为明显。2003年，年出栏50头以下养殖户占比达71.60%，到2012年，其比重下降到32.08%，下降了39.52%，而年出栏规模达500头以上的养殖户由2003年的10.60%增加到2012年的38%，增加了27.94%（附表）。相较而言，根据中国畜牧业年鉴资料显示，肉牛年出栏10头以下的养殖户占比由2003年的68.50%下降到2012年的56.24%，下降了12.26%。羊年出栏30头以下的养殖户占比由2003年的56.60%下降到2012年的45.04%，下降了11.56%。

2.2 畜牧养殖品种的转变

优良的畜牧养殖品种是现代化畜牧养殖的关键，目前，我国的优良品种率占整个畜禽存栏的比率不断增加，各个地区均不断引进高质优产的外国品种，在此基础上，建立了现代化的品种繁育和推广体系[3]。各地区结合当地实际情况，通过育种研究，繁育出适合当地特色、适合市场需求的特色品种，养殖品种逐步从土杂品种向优良品种转变。以猪为例，杜洛克和长白杂交模式以其体型优良、肉质鲜美、出肉率高、经济价值高得到养殖户和消费者的认可，为农民增收做出了重要的贡献。

2.3 畜牧养殖方式的转变

目前，我国畜牧养殖处在传统养殖方式向现代化养殖方式过渡的阶段。传统养殖方式是以农户为单位、规模小、品种多、人畜混居、混放混养的粗放型养殖方式[4]。从全国的角度看，我国的畜牧养殖方式仍然以传统养殖方式为主，就个别品种和个别地区看，养殖方式已经基本实现了现代化。畜牧养殖方式的变革主要体现在以下三个方面。在育种方面，人们已经不局限于传统的本交方式，人工授精技术逐步推广，对加快猪优良品种的推广、提高受胎率、延长种公猪的使用年限、防止疫病传播起到了积极的作用。在饲养方面，传统的粗放式养殖正逐步被科学合理的精细化饲养取代，精细化饲养根据畜禽不同的生理和生长阶段，采用不同的日粮配方，降低了畜禽饲养成本，提高了畜禽养殖经济效益。在管理方面，用现代化科学技术来管理和经营畜牧养殖各个过程，将信息技术应用于养殖的各个环节，通过使用电脑、手机等科技产品，人们能随时随地获取相关信息并进行日常管理，促进了畜牧养殖管理方式的飞跃式发展。

3 物联网给畜牧养殖带来的变革

物联网的发展，给畜牧业全过程都带来了巨大的变革。在物联网技术快速发展的今天，畜牧生产在繁育、环境、饲养、疫病、质量追溯等各个方面，都发生了革命性的影响，以物联牧场为代表的畜牧业，正朝着更智能、更高效的方向发展。物联牧场的示意图如图2所示。

3.1 光温水气自动控制，生长环境精确模拟

畜禽的生长环境对畜禽产品产量和质量的影响尤为重要，现阶段，我国大部分养殖场都无法做到对畜禽养殖环境进行精确控制，因而无法进一步提高畜禽产品的产量和质量，物联网技术为畜禽生长环境的自动控制、精确模拟提供了必要的条件。通过光照、温湿度、气体传感器等采集牧场环境信息，将采集到的信息通过无线传输技术（WSN）和移动通讯技术，如蓝牙、Wi-Fi、Zig Bee、3G技术等传输到服务器[5]，应用程序将收集到的数据与数据库中的标准数据进行对比，集合专家系统、畜禽生长模型等科学准确的计算畜禽养殖环境数据，然后将指令发往终端设备，通过自动控制技术（温度控制器、光照强度控制器、CO2发生器等）对畜禽生长环境进行精确控制，从而提供一个良好的畜禽生长环境，促进畜产品产量和质量的提高[6]。

3.2 生长状态实时反馈，畜禽生长精细饲养

畜禽在生长过程中，其个体的生长状态（如身高、体重、年龄、体温等）会发生巨大的变化，针对不同的个体生长状态，采用适合不同个体生长的饲料配方，进行畜禽生长精细饲养，才能更有效的促进畜禽生长，进而提高畜禽产品产量和质量。在物联牧场中，通过畜禽体征指标传感器，如压力传感器、红外传感器等，实时搜集畜禽个体生理状态数据，并将数据及时传输到服务器，集合畜禽精细饲喂模型，对畜禽饲料配方进行科学配比，从而保证畜禽生长所需能量，节约生产成本，提高畜禽产品产量和质量，同时，监测畜禽个体数据异常情况，将数据及时反馈给生产者，做到实时监测、实时反馈、实时处理。

附表 猪规模养殖情况

图2 物联牧场的示意图

3.3 动物疫病实时监测，疫情预警严格控制

动物疫病是影响畜禽产量的重要因素，尤其是传染病，对畜禽养殖是一个极大的威胁。动物疫病在发生前都有征兆，物联网技术的发展为动物疫病的监测与预警提供了技术支撑。通过对畜禽个体情况的实时监测，及时了解个体生长状态，传感器将畜禽个体的生理数据（如体重、体温等）通过传输网络传到数据库，应用程序通过监测数据库中的实时数据，了解畜禽生长的实时信息，并将畜禽生长信息与最新的畜禽疫病数据相对比，及时监测畜禽生长状况，对疫情进行严格控制。

3.4 母畜数据实时传输，畜禽繁育动态监测

畜禽繁育是畜牧业养殖的重要方面，在养殖产业环节中，占据着一个相当重要的地位。随着物联网技术的发展，尤其是以RFID、二维码、传感器等采集技术的进步，母畜在发情期的各种生理数据都会发生变化，通过发情期母畜生理变化情况，科学地对畜禽进行配种和生育。以奶牛为例，发情期的奶牛，其活动量、步行数等都远远大于其他奶牛，通过对奶牛行为进行监测，可以实时了解奶牛的发情状况，科学预测奶牛发情时间，及时进行人工授精，保证奶牛产奶质量。在奶牛怀孕期，通过对奶牛身体状态进行监测，及时了解奶牛生长状况，保证奶牛顺利产仔。

3.5 质量管理精确控制，产品溯源可持续化

随着经济生活的发展，尤其是近几年食品安全事件频发的影响，农产品溯源技术越来越受到重视，物联网技术的进步，极大提高了农产品溯源技术的水平。在物联牧场中，以二维码和RFID技术为主的个体标识技术已经得到了广泛的应用，畜牧业物联网溯源平台已经基本完善。每一种物联牧场出产的产品，都可以通过标识在物联牧场的溯源平台中查到其产地、销地，并通过溯源系统对其质量进行严格把关[7]。

4 物联牧场未来展望

4.1 传感器技术将是物联牧场发展的关键

在农业物联网感知层、传输层、应用层中，感知层中传感器技术的发展水平是农业物联网发展的关键[8]。我国畜牧业物联网现处在发展的初级阶段，尤其是在传感器技术方面，与其他行业差距较大。在畜牧物联网发展中，传感器技术仍然是物联牧场发展的关键，是否能研发出低成本、高精端、高灵敏度的传感设备，将直接制约物联牧场发展的水平。光照、温度、湿度、CO2、H2S等传统传感器和光纤、红外、生物等新型传感器的研发，将为畜牧业的发展奠定技术基础。

4.2 低成本、高效益的物联网设备将是物联牧场应用的主要途径

将物联网技术应用于畜牧业，要将提高畜牧业经济效益作为最终目标。与工业和服务业相比，我国农业产业化水平低，利润回报率低，因此，在未来物联牧场中，研制低成本、高效益的物联网设备，将是物联牧场应用的主要途径[9]。将物联网应用层与智能手机、平板电脑等移动终端相结合，已经成为农业物联网发展的特色，开发更适合畜牧业发展的物联网设备，将为畜牧业发展带来更多的效益。

4.3 物联网技术人才将是物联牧场发展的核心

物联网涉及传感器技术、通讯技术、网络技术、计算机技术、软件技术等多种技术，是一个综合性的技术运用，而以物联牧场为代表的畜牧业物联网技术，又涉及多个农业方面的专业知识，需要懂农业、懂技术的复合型人才。在现代畜牧业中，人才将是物联牧场发展的核心，尤其是精通多种学科的专业人才，将决定我国畜牧业未来的发展水平。

[1]车清明.我国畜牧业发展的现状与对策[J].国外畜牧学-猪与禽,2012,32(7):55-56.

[2]申秋红.浅谈畜牧业发展和社会主义新农村建设[J].河南农业科学,2007(11):29-30.

[3]农业部关于推进畜禽现代化养殖方式的指导意见[J].饲料与畜牧.2004(6):1-3.

[4]于潇萌,刘爱民.促使畜牧业养殖方式变化的因素分析[J].畜牧经济,2007,43(10):51-55.

[5]何勇,聂鹏程,刘飞,等.农业物联网与传感仪器研究进展[J].农业机械学报,2013,44(10):216-226.

[6]孙忠富,杜克明,尹首一.物联网发展趋势与农业应用展望[J].农业网络信息,2010,21(5):5-8.

[7]熊本海,罗清尧,杨亮,等.家畜精细饲养物联网关键技术的研究[J].中国农业科技导报,2011,13(5):64-69.

[8]徐开先,马丽敏.传感器是国内物联网发展的瓶颈[J].仪表技术与传感器,2010(12):1-4,21.

[9]许世卫.我国农业物联网发展现状及对策[J].中国科学院院刊,2013,26(6):686-692.

朱孟帅（1989-），男，在读硕士研究生，研究方向：农业监测预警。

张建华（1982-），博士，助理研究员，从事农产品监测预警、农业物联网建设研究。