人工智能养猪设计原理、资源配置研究以及发展前景

肖和良，林秋艳

（1.湖南省洞口县畜牧水产局，湖南 邵阳 422300；2.湖南省洞口县竹市镇动物防疫站，湖南 邵阳 422300）

1 AI人工智能和人工智能养猪概念

1.1 AI人工智能

AI 人工智能是基于互联网、物联网以及大数据等技术的发展而提出，其定义是集合工业制造的概念构建网络平台，最大限度地取代人工，提高劳动生产效率和经济效益[1]。

1.2 人工智能养猪概念

把AI 人工智能与养猪业结合在一起，通过互联网、物联网、大数据技术的连接，实现猪场生产效率的大幅提升。形成管理数字化、业务电商化、发展金融化，产业生态化的商业模式，探索出一条自动化、信息化、智能化养猪的新路。所以人工智能养猪简称AI养猪。

2 人工智能养猪设计原理

依照生猪生物学特性，运用精准饲养、控温通风、母猪繁殖、疫病防控、机械化养猪方面最新研究成果，用大数据、机器人、互联网技术全面管理生猪生产全过程，达到节约人工，节料节水节能，降低养猪生产成本，减少疫病损失，极大提高劳动生产率和经济效益之目的。

3 人工智能养猪技术设备研究的内容

猪脸谱识别技术：通过刷猪脸，了解猪的健康状况，包括进食量、身份信息、口味喜好等。

养殖巡检机器人：巡检机器人安装在猪舍顶棚，并沿着巡检车轨道在顶部来回“走动”，利用摄像头进行巡检棚内的动向。

精准饲养投料系统：形成营养、料肉比、成本等验证模型完善的饲喂控制系统和完整的监管链。由料仓、投料管道，自动喂料间、喂料间感应器、投料电脑控制器等设备组成。张军等研制的液态饲喂远程监控系统，实现了浏览器、数据服务器、采集终端、PLC控制器、饲喂设备之间的控制链[2]。

紫外线测温成象技术：结合声学特征，紫外线测温成象技术，可通过猪的体温、咳嗽、叫声等判断猪是否患病，预警疫情，则用于疫病早期诊断。

母猪发情和怀孕早期诊断技术：哺乳母猪需断奶转舍、配怀舍哪些栏位的待配母猪进入情期、何时诱情查情、清晰呈现哪些母猪需孕检并标注栏位等。

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[3]。

气候传感器：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、氨气、H2S、CO2等[3]。

红外线温度传感器控温技术：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，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[3]。

4 AI养猪经典开发软件介绍

经过一年的研发、测试，软硬件的对接与磨合，研制了AI 养猪开发软件，最佳实践方案为：“一个核心、四大体系”。

一个核心：AI 系统核心——AID：AID—猪个体认证机制—ETP，将猪ID、机器人、AI 视觉识别、全球唯一码等众多技术应用于猪只个体识别，有效解决RFID 成本高、距离短、被动式等问题。AI 智能养殖智能机器人，不间断循环式运动，实时采集猪身上唯一ID（无法造假），采用时间、空间、ID等多维数据定位并识别、区分个体。

四大体系：生物安全——“护航专家”，360°生物安全保障（Checklists），强化执行层监管。Checklists：ETP 智能养殖系统中重要任务引擎之一，AI智能采集+移动端人工结合方式实现。Checklists涵盖6大主题、数十项预制清单，依据不同猪场配置生物安全管控内容及执行监管。6 大主题：猪群、人员、车辆、免疫接种、病死猪等废弃物处理、消毒。任务引擎——数据管理：将安全清单有效自动植入日常工作（移动端或任务看板），降低由人的原因而带来的安全隐患。电子围栏，细粒度管理人员行动路径和范围，差异化管理员工与访客、工种之间、疫情发生的人行为。工程师安装AI 数据自动采集设备：猪场管理——“场长助理”：工作排程智能化，杜绝管理疏漏。自动任务排程（Auto Tasking），ETP 内置业务模块，自动生成当天及未来几天需要执行的工作，如：哪些哺乳母猪需断奶转舍、配怀舍哪些栏位的待配母猪进入情期、何时诱情查情、清晰呈现哪些母猪需孕检并标注栏位等，规范猪场业务管理。移动端在线全面监控、实时跟进任务执行情况，有效管控关键业务，尤其是猪只免疫和猪场生物安全。精准饲喂——“营养大师”：关注个体，降低饲喂10%饲料、水浪费，优化成本20%。IoT Feeding Applications——ETP 物联网饲喂系统（营养、料比、成本等验证模型）形成完善的饲喂控制系统和完整的监管链。基于AID、饲喂、背膘、体重、体况等数据，为每头母猪建立基于改善现体况的饲喂模型和日饲喂曲线，IoT将动态调整并依据饲喂曲线科学饲喂，增加其建仔数、断奶仔猪数。健康护卫——“健康卫士”：24 h 不间断监控猪只声音、体表、体温、心跳、呼吸等变化，降低死亡率10%。猪只出现、不间断循环抓取猪只体温、异常声音，实时掌握猪只呼吸道、体温状况、减少死亡、疫情发生。Boehringer-Ingelheim疾病快检系统，ETP 简易便携式血液快速检测系统，管理员、养殖户能够通过简单操作定性猪只疾病类型，准确判断疾病发生并采取有效措施，减少死亡，验证免疫等。生猪养殖过程中，猪体温异常导致的经济效益损失占总损失约80%，但是有了健康卫士，有效弥补并替代人员对每头猪的监控，及时预警减少死亡率。

5 基于自动喂料间多功能资源利用人工智能养猪设计方案

5.1 投料系统设计

由料仓、投料管道，自动喂料间、喂料间感应器、二维码耳标芯片，投料电脑控制器等组成。其中1个自动喂料间，包含站位电子称，电子扫描识别器，料槽及开与关设备。一般1个自动喂料间可对应饲喂10头猪。每一栏育肥猪根据猪头数设置自动喂料间个数，如40头则设置自动喂料间4个。

定量：某头猪进入喂料间，就扫描了此猪二维码耳标，确定身份（编号、品种、日龄），站位电子称称重，显示如2019.4.28.6: 32'36''称重96.23 kg。投料电脑控制器对此猪精确投料。

定时：早、中、晚3 次定时饲喂，也可晚上24: 00 加喂1 次，时间分别为6: 30～7: 30、12: 00～13: 00、18: 30～19: 30。1 个自动喂料间可对应饲喂10 头猪，每头猪进入喂料间每歺只开放6 min，6 min后料槽自动关闭，吃料猪退出，另1 头猪进入喂料间吃料。定时可形成吃料时间条件反射。

精确饲料配方：可以把育肥猪饲料配方精确到每10 kg 阶段1 个配方，要求每个栏舍的同栏猪体重相差≤10 kg。

清槽剩料回收：每天晚上进行1次自动清槽剩料回收，烘干利用。由清槽器、回收管道、饲料烘干器来完成。清槽器工作原理与吸尘器相同。

5.2 疫病监控系统设计

在自动喂料间设置疫病监控设备，如紫外线测温成象设备，利用生猪每天都要进入自动喂料间3次，集中测温，扫描猪体成像，早期诊断疫病。加之猪发病特点，食欲减退减料，食欲废绝不吃料，通过自动喂料间可监控到。可减少每天对全栏每头猪扫描识别难度，提高精准识别和工作效率。

5.3 免疫注射系统设计

利用生猪每天都要进入自动喂料间3次，也可在自动喂料间开展免疫注射工作。

6 人工智能养猪优势、劣势和环保制约因素

6.1 人工智能养猪优势

人工智能可提高生产效率和经济效益。以养猪中的关键指数PSY 为例，欧美PSY 指数＞25，而中国的平均值为18，按照每头断奶仔猪300元的利润来说，相差7 头就有2 000 元人民币的收益差距。影响PSY指数的一个关键因素是养殖工人判断母猪发情时的能力。观察母猪的行为特征：母猪是否会嗅公猪、身体是否僵硬、阴户是否红肿且有分泌物。这些行为特征预示着母猪即将排卵，随后进行人工配种操作。

人工智能可大幅提高人工视觉判断的准确性。阿里的ET 农业大脑可实现母猪年多产仔3头，死淘率降低3%。假定一个存栏500 头基础母猪数的商品猪场，使用母猪智能饲喂系统以后，只需饲养300头母猪就能实现年产近万头商品猪的生产目标，而母猪存栏数可减少约40%[4]。节约人工成本：笔者对2008—2016 年邵阳天然生态农业发展有限公司种猪扩繁场调查，这个2 万头规模场，劳动定员为48 人，员工年工资（含奖金）占年营业收入的3.3%，占年利润的35.2%[5]。人工智能2 万头养猪场只要13 人，减少员工35 人，节省员工72.9%。人工智能养猪场员工为技术工人，相对员工资略高些，但也节省员工工资40%～50%。

人工智能可节约饲料成本。精确饲料配方、精确饲料饲喂、清槽剩料回收可节约饲料10%以上。并改善生长和繁殖性能。减少了疫病损失

人工智能可节约猪场用地。集群式楼房智能化猪场1 栋楼房容纳8 800 头母猪，配套1 栋育肥栏，可年出栏25万头肉猪。要实现100万头肉猪出栏，传统养殖方式需要约5 km2，而集群式楼房智能化猪场仅需约0.25 km2即可，节约用地20倍。可做到猪肉生产全过程可追溯，确保肉品质量安全。

6.2 人工智能养猪劣势和环保制约因素

人工智能养猪场一次性投入建设成本高：预计人工智能猪场比规模场建设投入高30%，比机械化养猪场高15%。养猪业本身就是投入大，资本回收周期长的产业，而人工智能硬件设备昂贵，投入巨大，且其稳定性、匹配性尚未得到很好的整合和验证，设施设备运转和维护对专业工人技术人员的知识要求更高，现有设备和系统尚未形成精准指导成熟模式与可靠性。耳标芯片和猪脸识别技术还存在缺陷，有待改进和成熟：耳标芯片经常被猪咬架咬掉而失去识别功能。猪脸识别方面由于同一品种和近亲繁殖，猪脸近拟率较高，差异化较低，存在缺陷。人脸具有高度差异性，能过人脸1 个小麻点、小痣就能分辩区不同的人脸。猪是多胎动物，猪脸差异化程度低，同胎的更低，另外就是猪配合度低，难以拍摄猪脸，一般情况下是睡觉和眯着眼，往往对面部特征拍摄的数据录入花费很多时间。中山大学陈瑶生团队对猪脸识别率达85%，有1 692家猪场168 821头大猪参与了猪脸识别并录入猪脸数据库。人工智能化猪场需要大批AI 智能化技术工人。先培训后上岗，储备足够智能化技术工人才兴办智能化猪场，是明智之举。存在环保制约因素：人工智能化猪场一上阵就是万头以上猪场，因此产生粪尿量大处理难度增大，环保压力大，制约了人工智能化猪场的发展。笔者对人工智能养猪资料学习，几乎都没有提到解决粪污污染方案，但这是人工智能化猪场不可回避的问题。

7 讨论和建议

7.1 整合中国人工智能养猪技术资源配置

马云“ET 大脑”养猪项目首期落地了各类猪只数量识别、猪群行为特征分析、疾病识别和预警、无人过磅等十项功能。农信互联研发了智能养猪机器人“猪小智”，猪小智是猪场的超级连接器，完成猪场的智能环控、智能巡查、智能饲喂等功能，让养猪更加智能化。京东的神农大脑（AI）”+“神农物联网设备（IoT）”+“神农系统（SaaS）”三大模块，实现养殖流程实现全面数字化，全面降低养殖成本，提高养猪效率，可减少人工成本30%～50%，节约饲料成本8%～10%，缩短育肥猪出栏时间5～8 d。广州影子科技与广西扬翔合作的“FPF 未来猪场”，则是将猪场的人、猪、物、场连接起来的物联网智能养猪平台，能够实时进行猪场数据采集、分析与决策，轻松实现猪场数字化在线管理。因此整合中国人工智能养猪技术和资源，势在必行，不然造成人工智能养猪技术数亿元开发经费、研发人员和资源极大浪费。

政府安排专项资金，鼓励人工智能养猪科技创新，成果认定，技术集成与示范推广，更多引导社会资源投入，联合攻关。如鼓励阿里、京东等有实力的领军企业与科研院校联合攻关，国家队（科研院校）积极参加。

7.2 申请人工智能养猪技术专利和专利技术保护

笔者认为京东、马云、特驱集团、阿里云、德康集团、广州影子等人工智能养猪技术研究团队，虽然不是国家队（科研院校），其人工智能养猪研究成果，超过了国际人工智能养猪技术先进水平，为世界顶级科学成果，应申请人工智能养猪技术专利和专利技术保护，并可申报国家科技进步奖。

7.3 人们对人工智能养猪认知情况调查

王瑞年在养猪行业内小范围调查问卷共收回200 份，其中有效问卷195 份，63%来自养猪行业内部人员，了解人们对人工智能养猪认知情况[6]。与国外养猪发达的国家相比，我国养猪产业的生产效率低、成本高是行业共识。人工智能技术和产品带来生产效率的提升、生产成本的下降，应该是养猪行业所关注的。

7.4 人工智能养猪场经受了非洲猪瘟考验

广西扬翔股份有限公司和吉林精气神有机农业股份有限公司等人工智能养猪场经受了非洲猪瘟考验，没有一家感染非洲猪瘟，证明人工智能猪场是生物安全级别极高的猪场。非瘟后期，复养猪场与之前最大区别就是生物安全级别更高，意味着设备的增加，要求更加封闭的工作环境和更为严格的操作要求，要求从业人员专业化程度更高。这场非洲猪瘟疫情所带来的不仅是挑战，更是为AI 养猪技术飞速发展提供了千载难逢的契机[7-8]。2019 年非洲猪瘟可能造成中国生猪产能减产30%，中国生猪年出栏7 亿头，则减少2 亿头，以2 000 元每头计算，则损失4 000 亿元，每头80～130 元利润计算，减少养猪利润160亿～260亿元。

8 小 结

综上所述，人工智能养猪极大提高养猪产业劳动生产率和经济效益，发挥生物安全级别高、抗非实践典范优势和强大的生命力，克服其劣势和环保制约因素，取替传统养猪产业，实行养猪产业转型升级，人工智能养猪将成为中国又一朝阳产业，代表着中国先进的养猪生产力，具有广阔的发展前景。