智能化设备在养猪生产上的应用

吴 丹，王 凯，蔡更元

（温氏食品集团股份有限公司，广东 云浮 527400；国家生猪种业工程技术研究中心，广东 广州 510000）

猪肉作为一种健康蛋白质，一直都是人们肉类消耗的大部分，目前的需求主要是消费者日益高涨的更安全更优质的猪肉以及政府对动物福利和健康的迫切要求。生产商必须考虑智能化设备如何更好地为他们服务以及采用哪些技术以提高生产效率和盈利能力，因为这是养猪业的未来发展方向。

1 基于传感器的智能设备

目前猪舍内很多智能设备是基于传感器开发的。传感器允许生产商跟踪动物并实时监测其健康状况，可以提醒生产商及早发现疾病，调控舍内环境（氨气水平，灰尘，湿度，温度等），管理食物和水的摄入以及其他对生产力至关重要的任何事情。

1.1 气候传感器

稳定的气候是动物健康和福利以及生产成绩提高的重要前提。使用传感器测量猪舍内水的消耗量、温湿度、气压、CO2和氨气水平等, 测量数据被发送到处理数据的中央计算机，测量结果以精美的图表显示，可根据用户要求进行配置。只需要手机、电脑或平板即可获取以上参数的情况，用户可以读取图表中应包含哪些参数以及数据应显示的时间段；用户还可以基于实时传感器数据设置警报并在发生事故时采取紧急措施。此外，通过将传感器记录的数据结合肉质的情况，抗生素的使用与猪舍环境气候管理进行研究，可以为进一步改善肉品质量奠定基础。

以往可能会存在测量不同参数需要使用不同的数据记录器，但并非所有数据记录器都链接到互联网，导致记录的数据通常需要重新计算才具有意义；或者可用设备对环境相对苛刻，比如多尘、寒冷、潮湿的环境导致其无法运作，但这些目前都可以通过基于中央控制器进行延伸开发来解决所有数据收集的问题。可测量的参数包括空气温度、表面温度、气流、耗水量、pH、空气速度、湿度、光照强度、饲料消耗量、耗电量、耗热量、电池使用情况、氨气、H2S、CO2等。

对于最低通风量的设置在多数猪场可能是一个比较困难的事情，但VengSystem公司认为可以通过对CO2含量进行控制，而无需设置最小通风量。系统以分钟间隔测量CO2浓度，CO2含量的记录可确保正确设置。

如果猪场对生物安全的需求很高，监测气压也尤为重要。猪场的入口闸门可分成几个正压力下降的区域，以防止当工作人员、动物或饲料进出时，传染源进入动物体内。如果气压设置是错误的，猪场可能面临生物安全的风险。

1.2 压力传感器

SmartGuard可以监测到母猪是否碾压到仔猪并采取及时的措施来制止。通过利用传感器读取数据，SmartGuard可以准确定位仔猪被压的位置并通过使用振动信号提醒母猪翻身或站立。据统计，每套SmartGuard设备每年可以服务150头母猪，提高每窝产仔数0.3头。另外对这个设备可以进行升级改造，创建实时报告，为每头母猪的健康和行为，以及猪舍环境提供可操作的建议，见图1。

1.3 测定育肥猪的脂肪—肌肉比率

育肥猪的体况监测设备，可确定脂肪－肌肉比率。生物电阻的测量借助于四个可移动的传导传感器滚轮进行，这四个滚轮与猪的身体非常匹配，在与动物建立接触后，电脉冲通过猪的身体进行传递。身体一侧的两个传感器用于发出信号，而身体另一侧的两个传感器则接收信号，借助于现有的称重设备确定动物体重，然后与动物尺寸和生物电阻一起计算，得到的测量数据可以通过动物的无线射频识别（RFID）分配给个体动物，并且可以集成到现有的管理程序中。计算值构成了猪优化销售管理的基础。

图1 在分娩栏上使用的SmartGuard

1.4 红外线温度传感器

红外线温度传感器位于靠近加热器的顶棚上，当仔猪哺乳时，传感器记录仔猪休息的体表面温度和地板温度，它可以感知休息区域的变化并做出反应，随时调整加热器的热量输出，这个区域是最适合仔猪休息的，加热器消耗最少的能量，却准确地补充了仔猪所需要的精确热量。红外线温度传感器通过微型总线电缆将固定控制器连接计算机，计算机监控每个栏舍的活动情况，并指出存在异常情况的栏舍，同时也可以通过互联网集中启动栏舍温控。据统计，使用智能加热器可提高断奶仔猪存活率1%（见图2）。

2 脸部识别技术

对猪的脸部进行识别并做出决策似乎听起来是天方夜谭，但是人们通过目前的AI技术已成功实现。将AI算法与收集数据的硬件技术（例如机器人，传感器和机器视觉识别系统）结合使用，对猪舍中的每个个体进行分析处理，监测它们饲料和水的摄入量，运动情况等，确定猪的理想饲喂计划。

2.1 监测咬尾

通过使用机器视觉系统和3D摄像头来监控猪尾的姿势，以确定猪咬尾的可能性，让生产商做好足够的预防措施。

2.2 监测体重

图2 红外线温度传感器

关注动物体重是性能监测和日常工作的重要指标，但由于各种原因，养猪从业者很难进行监测。而3D称重应该有助于消除这些限制。3D称重设备包括一个“架子”（3 m长，1.80 m宽，1.80 m高），5台位于同一水平面的摄像机（1台位于中心，4台位于每个架子角落，中央相机将在最佳时刻触发5台摄像机的同步拍摄，从而可以全面查看动物。相机每秒最多可拍摄30张快照，并从每张照片中生成深度图。这些数据由微控制器发送和排序用于重建动物的体积，然后转换为动物的体重。

当生产商需要对猪群进行分类并将其送到屠宰场时，可将猪只安排到架子处，在其出口处，如果动物体重超过预期，则分拣门将打开以将动物送到待屠宰的地方，或者如果动物的体重未达标则将动物带到其初始位置。如果所有动物都经过RFID芯片单独识别，则生产商可以通过驱赶它们到“架子”中定期跟踪其体重，然后微控制器可以归档每个动物的体重并生成生长曲线。

2.3 监测情绪

研究已经表明：猪可以使用不同的面部表情向其他猪发出意图信号，当它们处于痛苦或应激之下时，也有不同表达的证据；母猪对食物具有高度欲望，在其满足时显得平静和满意。在英国的研究机构中现代面部识别技术正被用于试图检测猪的不同情绪状态，猪的面部识别准确率为97%。通过监控个体猪只的面部，以提醒饲养者猪只的任何健康和福利问题。机器视觉技术提供了实现低成本，非侵入性的实用方法，可用于生物识别农场中的个体动物。

3 疫病监控器

3.1 咳嗽监测器

Fancom公司的自动咳嗽监测器，包括一台具有特殊声音分析功能的计算机和两个悬挂在栏舍中的麦克风，使用声音分析功能，过滤猪的其他声音，记录猪的咳嗽行为，可用于早期发现猪的呼吸问题，减少甚至避免抗生素的使用。

3.2 红外热成像仪检测疫病

传感器除了可以夹在电缆上，用于监测猪舍的温度、湿度、CO2、氨气等，另外还可以使用红外热成像仪用于检测猪的疾病。EuroTier公司的“Degree2act”应用程序是一款适用于iOS和Android的简单手机应用程序，可帮助养猪生产商较快检测出发烧的猪只，因此可以更早，更精确的治疗（见图3）。

该应用程序有2个不同的版本。简单的版本针对生产者，只有扫描选项，可以帮助识别发烧的动物。兽医可以使用更精细的版本，包括录制选项，拍摄和存储功能，因此可以建立猪的发烧相关问题档案。

红外热成像仪的屏幕上，动物身体的某些部分变成红色，这表明设备正在读取这头猪的数据。测量结果将显示在与交通信号灯类似的系统中。绿色意味检测到动物；黄色意味你最好关注下这个动物；红色表示这个动物体温过高，需检查下温度。最后一种情况可以标记特定的猪，并且容易找回它以用于后续处理。

大体而言，母猪的温度为38.3℃，育肥猪的温度为39.3℃，而体重15～20 kg的仔猪温度为39.5℃。仅用300头母猪的数据，就可以正确地校准用于繁殖动物的应用程序。将来使用应用程序的猪只越多，它就越精确。

3.3 检测应激行为

Arv气候计算机可以防止育肥猪受到冷应激和热应激，通过3个饮水器提供不同的温度的水，来保证它们的热量健康。猪的饮水行为反应了有关其健康的信息,饮用温度适宜的水表明其健康，而对冷水的偏好表明其受到热应激。Arv气候计算机根据动物行为，可以控制猪舍的降温设施或加热系统。

图3 红外热成像仪

4 可移动栏舍

MS Schippers公司提出了hycare的概念，这是指妊娠母猪和仔猪饲养在可移动栏舍的一种创新实践。这种栏舍是一个大型塑料容器，猪只产生的粪尿可以被收集，并且各自的基础系统放置在塑料容器内,塑料容器依次稳定在可移动的金属底座上，猪场工作人员可以利用自动运输系统移动个别塑料容器栏舍。母猪分娩是在一个特别准备的分娩舍内进行。塑料容器内的粪尿可以直接通过管道运输到外面。栏舍的清洁区域位于栏舍附近，可以确保100%清洗和消毒已完成在阶段任务的栏舍。与目前其他的饲养方式相比，这种饲养方式可以大大提高猪舍的卫生条件，改善动物健康和优化工作程序，提高工作效率（见图4）。

5 运输全程监控

生猪运输过程中的环境条件越来越受到关注，考虑到成本问题，猪只运输过程中的所占空间很小，在密闭空间内，如此多的动物缺氧是一个真正的风险，它们必须保证有足够的新鲜空气供应，但实际上车速和侧风强度的变化会改变空气供应，而动物活动增加也需要更多的氧气。因此可以通过测量猪只的表面温度以获取它们的感受，利用这些信息，我们可以在必要时限制新鲜空气的供应，使猪只保持温暖。

VengSystem（见图5）可以记录温度和CO2，并以短时间间隔测量的值存储在存储器中，可以将数据提供给接收动物的人以表明他们已经在良好条件下运输。通过使用笔记本电脑，现场可以检查行程记录并确定所有规定都已得到满足，包括装载时间，救济帮助，装卸，饮水量，新鲜空气，采食量，温度和氧气等。

VengSystem能够通过带有微小喷嘴的高压冷却系统喷洒细雾，迅速蒸发并冷却空气以保持温度低于30℃，由于在直流24 V下运行并消耗低电流，因此紧急运行并不需要大电池。另外控制也是一个不可或缺的设施，通过在VE总线上增加控制装置，可以根据动物的体重大小和测量值自动调节热量，风扇开启和风机帘开口角度。

VengSystem上的VE18C多传感器测量CO2水平，CO2的水平表示动物是否有足够的氧气，其高浓度表示缺氧，驾驶员可以加大通风以解决问题。水表记录动物的耗水量。所有信息均可通过驾驶室内的大型彩色显示屏获取。驾驶员可以通过触摸显示屏调节风扇和冷却，当读数接近或超过设定限制时，字段会改变颜色。VE49可以连接到GPS系统，从而定位车辆的位置，如果他们在运输过程中被发现任何错误，运送猪只的公司能够迅速采取行动。

图4 可移动栏舍

图5 VengSystem内部设置

6 智能小设备

6.1 仔猪智能护理机

MS公司开发的仔猪护理机具备多种功能，剪牙、补铁、注射疫苗、断尾等操作可同时进行，效率极高。机器上的剪切刀片始终保持适当的温度，从而减少感染机会，还配有垫片，可以将所有尾部剪切为保留有相同的长度（见图6）。

护理机上的半自动给药器可以对仔猪进行补铁。咬嘴易于频繁更换，每头仔猪使用单独的咬嘴可以大大限制交叉污染的可能性，当仔猪压住咬嘴，机器直接将精确的剂量释放到仔猪嘴里。工作人员操作起来相当方便，可以双手握住仔猪。

护理机上的注射器升级为一种无针注射系统。压力源（CO2气体罐或压缩空气）负责将液体渗透到皮肤及下面的组织层，而不会造成类似注射针头的交叉污染，液体的均匀分布确保了更好的效果，同时由于没有脓肿和组织损伤，减轻仔猪的疼痛和应激，改善了肉质。

6.2 可记录注射信息的注射器

以往对猪只注射疫苗的信息都需要人为手动记录，而新开发的V-ETIC注射器适用于佩戴低频RFID耳标的猪，可以随时随地收集，存储，共享和利用注射信息。该设备重量轻，由电池供电，通过蓝牙连接，具有10 h的连续工作时间，可存储多达130 000条记录。

6.3 产仔检测系统

图6 仔猪护理机

密切监测母猪产仔过程可以有效降低死胎数量和仔猪死亡率。LISA 2系统是一套有效交互检测母猪产仔的工具（见图7），母猪待产时进行视觉提示，产仔过程实施监管，对于新员工培训起到很好的作用，使得工人更好地留意产仔的母猪；另外系统可以安全记录产仔过程的全部数据，用于农场联网系统的数据分析。当员工终止检查待产母猪并将LISA挂在栏舍上，预设时间过后，LISA闪烁红灯来呼叫产房值班人员再检查，几分钟后人不到，闪烁变得更加频闪，当员工来到栏舍时，在手持终端的列表中选择他的名字并更新上述信息，对于员工的工作内容对外界来说是完全透明的。手机还可以移动到另一个栏舍，那里获取的数据被传输到电脑。LISA可以帮助猪场减少了死产仔猪的数量并提高了仔猪的存活率,据统计，仔猪断奶前死亡率减少3%，全天24 h监控每窝可减少1头死胎，PSY平均提高了2.33。

7 总结

数字化是全球的创新驱动力，台式电脑或平板电脑和智能手机等移动设备正成为养猪场标配的新标准，数字化解决方案使许多任务更容易、更快速、更安全地解决。生产者和消费者如何从这些技术中受益，以及这些技术在提高生产力和效率的同时，如何对人类和动物更安全，则是我们未来需要进一步探讨的问题。

图7 产仔检测系统LISA 2