畜牧业智能化建设研究进展

邓 兵，邵中宝，叶胜强，王丽霞，杨 宇，龚 萍，陈 星，凌明湖，周 莉，周 华，谭珺隽，王莲芳，冉志平

（武汉市农业科学院，武汉 430208）

1 畜牧业的发展现状

畜牧业是中国传统产业之一，近年来畜牧产值每年以10%的速度递增，中国已成为世界上最大的畜产品生产国家，畜牧业在农业和农村经济中的地位进一步提高。畜牧养殖除了在生态、资源、市场、技术等方面发展外，还进行了标准化和规范化的养殖改革。标准化养殖基地具有完善的饲养设备及统一的管理方式，由于技术的改进，养殖成本不断降低，经济效益显著提高。市场上形成了一批标准化的养殖龙头企业，如山东六和集团有限公司、温氏集团有限公司等［1］。这些企业的发展也形成了良好的品牌和示范效应，畜牧产业进一步升级。各种形式的标准化养殖基地应运而生，极大地促进了畜牧业的发展。中国畜牧业已由最初的传统农户养殖方式走向了规模化集约化的发展道路［2］。

2 畜牧业智能化的发展趋势

规模化、集约化养殖场的增加给畜牧业带来经济效益的同时，也带来了一系列新的问题，如饲养密度增加、养殖环境变差、疾病频发等；同时也增加了管理者对养殖动物的健康状况、动物生长性能以及养殖舍环境参数的监管难度［3］。由于养殖规模的扩大，畜牧养殖档案管理也越来越困难。养殖档案对全面掌握生产全程信息、推进规模养殖、保障畜禽产品安全等有重要意义［4］。主要体现在畜禽的品种、数量、繁殖记录，标识情况，来源和进出场日期等［5］。

近年来现代信息技术快速发展，畜牧信息智能化监测方法和技术快速发展，使得养殖生产者可精准采集畜牧生产信息，并结合先进的计算机分析技术挖掘信息背后所反映的动物生产、健康等信息［3］。同时在畜禽养殖智能化建设过程中可对养殖过程所涉及的生产数据、档案数据等进行智能化监管，这对保障畜禽生产安全、食品安全、提高经济效益有着重要指导意义［6］。

3 畜牧业智能化建设的层次

畜牧智能化建设是指借助新一代物联网和移动互联技术，对畜牧养殖、防疫、检疫、屠宰、流通、分销、无害化处理、畜产品安全、重大疫病预警等方面进行在线监管服务，实现畜牧业的资源整合、数据共享和业务协同，从而推动现代畜牧产业转型升级［7］。畜禽智能化管理框架构建包括生产感知层、传输层和应用层等几个方面。

3.1 生产感知层

畜禽养殖场感知层搭建是指利用多传感器实时采集畜禽生产场的相关数据（包括畜禽舍环境数据、生产性能、生产安全等），主要包括畜禽个体标识、畜禽体型参数、生命体征、行为及畜禽养殖环境参数等的感知［7］。

畜禽体型参数的感知主要指对畜禽体重、体尺（体长、体宽、体高、臀宽、臀高等）等进行非接触性估测，间接判断动物的生长状况［7］。 张海亮等［8］分析和检测了自然条件下肉牛图像，并对体长、胸宽、体高、腰角、胸深等指标进行了测量，通过与人工测量结果相比，构建了相应的估测模型，最大相对误差为2.73%。

畜禽生命体征对疾病早期诊断具有重要意义。主要是对畜禽行走方式、体温、呼吸频率以及瞳孔对光反射等方面进行测量，实时监测畜禽健康［7］。蒋晓新等［9］通过将计步器引入到奶牛管理中，分析了奶牛步履活动与肢蹄病发病率的关系，该方法可将奶牛蹄病治愈率提高19.60%。

动物叫声与其情绪状态、生理状况、生存舒适度等密切相关［10－12］。 主要是通过图像、声音等信息，判断畜禽采食、饮水、排泄、活动量、叫声、步态和攻击行为等［7］。 闫丽等［13］通过研究梅山母猪的哺乳声、饮水声、采食声及无食咀嚼声等，统计分析了各类声音的发声时长，成功建立哺乳的声音模式，识别率达96.61%以上，实现了对哺乳母猪的母性能力及其健康状况的实时监测。

动物的行为特征与某些生理状况密切相关［14］。蒋晓新等［15］利用计步器分析了奶牛发情与行动的关系，发现其建立的方法与人工观察相比发情检出率提高了 24.01%。田富洋等［16］则根据奶牛发情期活动量上升、静卧时间变短和体温升高等生理特征建立相关检测方法，将发情检测准确率提高到100%，预测成功率达70%。Arney等［17］研究发现奶牛在发情前80 h活动量开始明显增加。Felton等［18］依此原理，在奶牛上安装电子计步器，自动、实时地量化评估动物的活动量，以判断是否发情，有效检测率超过92%。

畜禽的生长环境对畜禽产品的产量和质量均有重要影响。利用现有的物联网技术对畜禽场的光照、温湿度、气体（有害气体氨气、硫化氢、一氧化碳和甲烷气体浓度）等环境信息进行实时采集，智能分析后可通过对畜禽生长环境进行精准控制，从而为畜禽提供良好生长环境［19］。

3.2 传输层

传输层的建设主要是通过有线或无线网络将感知层获得的养殖环境数据、个体行为数据、视频等生产过程中的多源信息数据传输到应用层［7］。尹令等［20］利用无线传感器网络设计了一套奶牛行为特征监测系统，主要是通过在奶牛颈部安装无线传感器，通过对奶牛的体温、脉搏、呼吸频率和运动行为特征进行感知，从而达到实时监测奶牛活动状态的目的。高云［21］则对规模化猪场的无线传感器网络节点覆盖性能、部署方案等进行了研究，并设计了一套网络化养猪综合精准监测系统的整体框架。

3.3 应用层

应用层是畜禽养殖智能化的最高层，是根据养殖户的需求搭建的一个应用平台。包括对养殖环境的智能化监控管理、精准饲喂、精准管理、疾病的实时诊断和预警以及对感知层获得的数据进行数据融合，特征提取，并进行智能判别等处理［7］。可减少畜禽疾病发病率、饲料浪费、提高管理效率及养殖效益。较成熟的应用有高万林等［22］设计的猪场信息管理系统，该系统包含用户信息、猪场和生猪信息、饲料管理、环境监测、疾病诊断和销售管理6个模块。杨亮等［23］设计了一套妊娠母猪自动饲喂机电控制系统，实现了针对不同妊娠期（前期、中期及后期）的母猪，有差异的精细饲喂，极大提高了饲料利用效率。

4 智能化对畜牧业的推动作用

智能化对畜牧业的推动作用主要体现在劳动强度降低、生产效率提高、养殖成本降低及问题提前预判等方面。通过对固定设备改造升级，安装自动化、半自动化设备后虽然短期内提高了固定资产成本，但相应可减少养殖工人的数量及降低劳动强度，同时工人的工作效率也会得到大幅提高［24］。精准饲喂系统、个体行为特征检测、疾病的实时诊断和预警等系统的应用，可实现对饲料、饮水、药物等的精准控制，节约养殖成本［7］。对养殖场的环境和个体状况实时检测，可对畜禽生理状况及养殖场的运营状况提前评估，当出现问题或有苗头时可及时发现，及时解决，避免不必要的损失［24］。

畜禽养殖智能化是精准畜牧业发展的关键。其对降低畜牧业生产成本，提高养殖生产效率和健康可持续发展有重要意义。与发达国家相比，中国在此领域还处于起步阶段，还应在此领域加大研发力度和生产投入，促进智能畜牧业的健康快速可持续发展。