我国物联网猪场应用现状与发展趋势

柴 捷

（重庆市畜牧科学院，重庆 荣昌 402460）

物联网是在互联网基础上的衍生和拓展，顾名思义就是通过互联网实现人与人、物体与人、物体与物体之间的相互联系的技术。Kevin Ashton在1999年首次提出了物联网（Internet of things，IoT）这 一概念[1]。目前物联网朝着超大规模容量（mMTC），超可靠、低延时（URLLC），人工智能物联网（AIoT）的方向发展。近年来，越来越多的互联网大佬关注养猪行业的发展，2018年以来国内大量互联网公司（阿里云、京东、广州影子公司）与大型养猪企业合作，积极开展布局智能化养猪[2]，智能化养猪逐渐走进人们的视野，鉴于智能化养猪的低劳动力成本、高效率等优势，逐渐得到人们的认可，但目前我国智能化养猪仍处于初步发展阶段，存在着建设成本高，核心技术欠缺，普及率低等明显的劣势，因此如何实现低成本、高效率的智能化养猪是现阶段我国推广物联网养猪所面临和急需解决的主要问题。

1 猪只识别及健康感知技术

1.1 无线射频及机器视觉识别技术

目前我国大部分规模化猪场中猪只识别技术通常使用无线射频识别技术（Radio Frequency Identif ication，RFID）对猪只进行识别、监测、控制猪只的日常行为。射频识别技术是20世纪80年代兴起的一项自动识别技术，2006年5月，RFID电子标签技术首次在四川邛崃应用于生猪养殖中[3]。RFID技术需要对猪只佩戴电子耳标，随后在其饮水、采食或生活区安装RFID读写器，从而监测猪只的活动轨迹。RFID自动识别技术具有数据存储量大、精确度高、抗干扰能力强等优点，也能够实现对多份目标的自动识别，且使用成本低，因此被广泛应用于畜牧生产中。以RFID射频识别技术为基础，实现对猪只的自动识别、监测，随后通过计算机技术，对猪只个体体重、采食、饮水、母猪与公猪接触频率和时间等数据的收集和分析，更有效地实现对猪群的管理[4]。因此在今后很长一段时间内RFID技术仍是推动我国养猪业高效发展的重要识别技术。

猪场使用RFID方式就需要给猪只佩戴电子耳标，这就存在耳牌掉落以及操作不够便捷等问题，因此，机器视觉技术逐渐进入科研人员的视野中，该技术能够通过非接触方式识别猪只个体，同时实现对猪只个体体重、采食、饮水等数据的收集[5-7]。目前大量互联网公司参与对猪只识别技术的研究中，2018年3月广州影子科技股份有限公司发布“猪脸识别”技术，实现对猪只身份的识别，京东农牧也利用人工智能图像识别技术对猪只进行面部识别，阿里云与四川特驱集团等企业合作发布猪脸识别系统[2]，这些技术能够显著地改善RFID方式所带来的耳牌掉落以及使用不便等问题，目前将机器视觉技术应用于养猪生产仍处于初级阶段，但其种种优势将得到更多科研人员及猪场工作人员的看好，或许将在某一阶段取代RFID技术实现对猪场猪只的识别和监测。

1.2 猪只健康感知技术

猪只健康是猪场生产成绩和经济效益的前提和保障，目前大部分猪场通过对猪只行为特征和生理特征的观察来判断猪只健康状态，这种方式通常会存在猪群太大时观察不够准确，某些疾病症状不明显无法及时察觉，观察人员能力不足出现错判漏判等问题，因此研发高效疾病预测及判断程序及设备就显得极为重要。猪只通常会通过叫声来表达其生理及情绪健康状况[8]，因此利用音频分析技术对猪只的叫声进行分析，能够实现对猪只健康水平的自动评估。该技术通常是对有呼吸道疾病的猪只咳嗽声音进行处理，通过对染病猪的咳嗽音频特征构建参考，然后在生产过程中收集咳嗽声音判断猪只是否患有呼吸道疾病[9]，比利时SoundTaIks NV公司以该技术为基础，发明的猪咳嗽监测系统以及呼吸应激监测系统能够通过分析猪只咳嗽和呼吸情况来提前确定猪只的健康状况。同时通过对猪舍声音的识别分析，也能够判断圈舍猪只的打斗、饥饿以及抽搐等状态，实现对圈舍猪只的全面关注[10]。大量研究发现，使用红外识别技术能够对猪只的体温进行实时监测，通过分析判断猪只健康、母猪发情等状态，以便及时对猪只进行相关处理[11]。视频视觉技术通过图像或视频采集猪只个体的信息数据，通过对其进食、饮水、排泄、分娩、躺卧等进行分析，判断猪只异常行为，做好猪只疾病预警工作[12]。这些健康识别技术具有高效率、高准确率、低劳动力成本等优点，在今后的养猪实践过程中将逐步得到推广。

2 智能化猪舍环境控制系统

良好的猪舍环境能够有效地改善猪只健康状况，提高生产效率，降低猪场生产成本，优秀的环境控制系统能够实现猪场环控设备的精准控制。目前我国规模化猪场使用的环境控制系统主要是湿帘风机系统，通过温度变化控制风机、湿帘的开关，调控舍内温度。目前该环境控制系统存在管线复杂，控制因子单一等问题，影响环控系统的使用效率。周思林等[13]运用模糊推理规则，并且根据系统实时输出的温湿度，实现对PID三个参数的调整，最终通过无线控制系统完成猪舍温湿度的自动调控。谢秋菊等[14]通过在控制系统加入动态补偿控制，优化猪舍环境调控系统，并对不同季节多环境因子进行模糊化及逻辑推理生成不同季节的调控策略及规则。黄神广[15]针对猪舍中多种环境因子相互耦合的现象，重新设计了模糊控制器，实现对包含6种环境因子的复杂环境进行自动控制。Shen Wei-zheng等[16]同样设计了两个模糊控制器，实现对猪舍环境多因子控制。总体看来，对于猪舍环控来说目前需要建立长期的养殖环境监测与报警机制，简化控制系统，使用传感技术进行控制，尽可能实现无线控制；猪舍内的多个环境因子耦合对猪产生综合影响，但我国猪舍环境调控系统多数为单一调控，因此，当前我国猪舍环境的监控系统还不够完善，亟需找到一个更合适、精准的控制算法计算出各因子的合理输出值。

3 猪场智能化饲喂技术

目前猪场使用的饲喂系统主要有干料饲喂系统及液态料自动饲喂系统，在欧洲国家养猪主要使用液态料饲喂系统，比如在丹麦、荷兰约有60%的猪场使用液态料饲喂系统[16]。液态料猪只饲喂系统通常由电脑控制系统、配料搅拌以及输送部分组成，通过对猪只的识别，控制水料比以及料槽入料重量，严格控制猪只采食量；该系统具有适口性好、采食量和饲料转化效率高、产生粉尘少、呼吸系统发病率低等优点[17]。我国液态料自动饲喂系统的研发仍处于初期阶段，规模化猪场使用的液态料系统设备通常是高昂的进口产品，这导致养殖投入成本提高，随着我国猪场生产人员对液态料饲喂系统的认可程度的增加，近几年对液态料饲喂系统的研究逐渐增多，技术不断成熟，因此大量新建猪场都在推广智能化液态料饲喂系统。

相对于液态料饲喂系统，干料饲喂系统可将饲料直接从料塔输送到指定食槽，减少搅拌过程，降低人工成本，降低劳动强度等优点。因此仍有大量猪场使用干料饲喂系统，虽然其使用方便、简单，但仍存在一些不足，如利用料线设备只能机械式的输送，但饲喂管理仍需人工完成。熊本海等[18]研究发现，通过控制电动杆的推杆速率（60 mm/s）、输入电压（11.5 V）和电源功率（150 W），且采用预设的个性化采食量模型和变容积的精确控制技术即可实现对哺乳母猪精准饲喂。易烈运等[19]研究发现，利用S7-200型PLC（可编程序控制器）技术和组态系统技术构建一套微电脑可视智能调控系统，可实现对猪舍智能远程自动化饲喂管理。在今后的饲喂系统研究中，精准化饲喂和智能化管理仍是科研人员及设备开发企业关注的重点。

4 猪肉制品追溯系统

随着人民生活水平的不断提高，食用健康、安全、无污染的猪肉制品成为广大消费者的诉求。近年来，“瘦肉精”的使用、“注水肉”大量流入市场以及“毒火腿”事件的发生，加重了人们对食品安全的担忧，也间接影响了我国猪肉市场的稳定，因此构建猪肉及相关产品的追溯平台也成为猪肉市场的当务之急。市场上出现最早的食品追溯系统应该是欧盟在1997年建立的食品追溯系统[20]。近年来我国对食品追溯系统的研发与应用逐渐广泛，猪肉及相关制品追溯系统逐渐完善，能够实现对养殖、屠宰、加工、销售等产业链上多个重要环节的追溯。

目前我国构建的猪肉产品追溯系统主要以RFID技术为基础，构建了使用RFID或条形码等方法等追溯系统，实现对产品的全程追溯[21-23]。张志明等[21]构建了以RFID技术为基础的，对生猪养殖、屠宰、分割、销售、运输五个过程的全程追溯系统。周朝晖等[22]构建了基于RFID为基础，以RFID和条形码手段的猪场养殖、产品加工、产品配送以及产品销售过程的全程追溯系统。在物联网技术高速发展的今天，产品追溯系统并不仅仅局限于对猪肉制品的溯源，需要对于猪只的养殖环境、猪只状态等进行相关的追溯，陈政[23]构建集成应用RFID技术、传感器技术、无线传输技术、自动控制技术和互联网技术等关键因素追溯系统将更加准确地实现生猪从养殖到销售全过程的全方位追溯。虽然我国产品溯源系统发展迅速，但仍存在着相关法律法规不健全导致的追溯效果不佳，数据标准不规范、不统一，消费者对追溯系统的认识不够全面等问题。针对这些问题国家可以通过建立统一的管理机构，构建统一便利的可追溯平台，加大对科研人员的相关资助，提供足够的技术支撑，同时加大宣传力度，提高消费者的认可度和可辨别能力，共同促进猪肉制品追溯系统的发展和完善。

5 物联网猪场管理与生物安全防控

5.1 物联网猪场的智能化管理系统

一个完备的物联网猪场需要实现对整个猪场的智能化管理，从生物安全、猪只识别、饲喂、环境控制以及产品追溯等方面全面使用物联网技术进行管理、控制，从而实现猪场高效率管理，提高生产水平。物联网猪场的构建需要得到无线智能设备以及物联网数据平台两个主要方面的支持，无线智能设备主要包括个体识别设备、智能传感器以及传输设备等智能设备，同时也需要物联网数据平台的支持，对采集数据的整合、分析、建模和展示，实现对猪场猪只以及人员的管理。以目前部分构建成功的智能化猪场管理系统为例，王世敏等[24]构建了基于PLC 和 Wincc 的猪场智能化管理系统，实现对猪场猪群、环境控制、猪场消毒等的全面控制。秦英林等[25]发明了能够实现远程监测、自动进行环境控制、自动下料等功能的智能化猪场控制系统。目前我国物联网猪场的建设仍处于初步研发阶段，构建高效、便捷的猪场智能化管理系统仍是今后研究工作的重点。

5.2 物联网猪场生物安全防控

疫病防控是我国养猪生产中极为重要的环节，高效的疫病体系能够减少猪群疾病的产生，减少兽药的使用，提供高品质猪肉。目前我国大部分规模化猪场生物安全体系不够完善，生物安全防控意识不强，导致猪场疫病频发，严重影响了猪场经济效益，尤其是自2018年我国非洲猪瘟疫情暴发以来，国内养猪行业损失惨重，因此如何做好猪场疫情防控，是养猪行业必须要关注的重中之重。构建良好的生物安全体系，需要从传染源、传播途径和易感动物这三个传染性疾病的发生基本环节着手，针对每一个方面开展最为有效的防控措施，才能有效解决疾病的传播问题。

猪场病毒传播的主要传染源分别是饲料、饮水，外来猪只及与猪只接触的人或物，因此猪场生物安全体系构建需要做好隔离和出入管理。目前猪场生物安全工作大部分仅限于单方面控制，同时存在着执行力不足等问题，比如对人员仅进行隔离处理，未对其进场前及进场后工作状态进行检测，车辆运行状况同样未进行溯源，没有猪场外来生物报警系统等问题，不能实现对猪场全方位、高效率的生物安全防控[26-27]。今后猪场生物安全工作将朝着智能化管控方向发展，建立生物安全管控平台，首先是对人员的管理，对其场外行踪进行追踪，同时场内实现人员智能识别、行踪权限控制、提醒警告系统；其次是对猪场管理事项网格是管理，分区域进行划分，通过物联网技术（智能识别、追踪技术），对圈舍猪只实现严格追踪，同时实现物资、车辆、水料、外来生物、粪污处理以及病死猪等的全程追踪；最后就是猪场样品检查和检测，对猪场样品进行检测，将结果输入控制平台，实时更新猪场生物安全状态，实现对猪场的实时监测及高效管理。

6 小结

鉴于物联网猪场管理的高效性、智能化、低劳动力成本等优势，物联网猪场建设将逐渐增加，目前我国物联网猪场智能养猪仍处于初步发展阶段，在今后的物联网猪场发展建设过程中将更多地考虑以下几个方面：

第一，无线将逐步取代有线网络，使用无线网络能够大幅减少猪场的场内布线，同时无线无线网络在维护性、可靠性以及经济性上具有显著的提高，减少圈舍建设负担的同时也有利于猪场防疫；

第二，猪场设备智能化，智能化设备能够减少劳动力的投入，同时能够对猪场警醒精细化管理以及精准化调控；

第三，数据收集自动化，传输实时性提高，数据收集传输的智能化能够有效减少人工数据的输入过程，减少数据的错误率，大幅提高数据的及时性与可靠性；

第四，猪场管理智能化，通过对猪场数据的全面收集及深度整合，利用大数据技术针对性形成数据模型，对猪场进行智能化管理，提高猪场生产效率。