“猪脸识别”——京东农牧的“互联网+”智慧农业

黄靖然，谭梦琪，党璟钰，马颂昌，邹礼绪

（对外经济贸易大学，北京 100000）

将“互联网+”与农业相结合，不仅是更新农产品的销售模式，而是进行农业生产和管理的改革，这将开辟电商发展的新领域，为我国农业升级奠定基础，为智慧农业的发展提供强有力的保障。在我国乡村振兴政策、国家数字农业战略的引导下，京东、百度、腾讯、阿里、中化等互联网巨头以及传统企业纷纷布局智慧农业，浮现出成功的互联网+传统农业案例。

1.中国智慧农业的现状和问题

智慧农业发展主要经过3个阶段：智慧农业概念的初步形成—研发并示范阶段—推广阶段。我国智慧农业起步较晚，仍处在研发示范阶段，没有成熟的经验和配套机制，仍未真正的推广运用。目前我国智慧农业主要涉及棉花、水稻、玉米等农作物种植领域，采用大规模农场种植的方式进行，主要是在灌溉和收割方式上进行改进，智慧水平仍然处于较低层次，导致我国智慧农业发展相对滞后的原因是：缺乏“智慧农业”所必须依托的互联网、物联网等信息技术和掌握专业的人才。全国范围内地域差异较大，地理、气候等自然条件也不一致，经济基础和科技发展水平参差不齐，智慧农业设备无法广泛覆盖；农村人口受教育程度普遍偏低，暂时无法适应智慧农业的要求。

2017年，我国先后出台《“十三五”农业科技发展规划》《“十三五”全国农业农村信息化发展规划》等等文件，强调着国家对农业发展信息化的重视，使得智慧农业逐渐走入大众的视野并得到重视。2020年，农业农村部发言人在国务院新闻发布会上表示，农业农村部正在组织编制“十四五”农业农村发展规划，重点围绕数字农业、动植物疫病防控、重大科学基础设施等方面，强化现代农业设施装备支撑。

2.项目背景

2016年，京东推出了“跑步鸡”项目，提倡绿色养鸡，要求“跑步鸡”放养，并且每只鸡的脚上都有计步器监督，只有跑够一百万步以上的鸡才能出栏销售，每只的价格可高达188元，此次试验引起了市场热烈的响应。2018年11月21日，京东在数字科技全球探索者大会上，重磅宣布正式进军养猪业。根据京东农牧公布的数据，智能化养猪将帮助大中型养殖企业降低人工成本30%以上，节省饲料8%至10%，缩短出栏时间5天至8天。据不完全统计，如果国内养殖业应用这一解决方案，每年至少可以降低行业成本500亿元。

2018年，京东通过对“吉林精气神有机农业股份有限公司”进行战略投资，“智慧养猪”落地生产。

3.“京东农牧-精气神”智慧养猪项目

3.1 项目概况

2018年12月京东农牧与“精气神”正式签署合作协议，“精气神”位于吉林省长白山腹地的两个养殖园区，共100多栋山黑猪猪舍，全面应用京东农牧智能养殖解决方案，这是中国首批AI养殖基地。在养殖园区内运用神农大脑（AI）、神农物联网设备（IoT）和神农系统（SaaS）所独创的养殖巡检机器人、饲喂机器人、3D农业级摄像头等先进设备与技术，为猪提供了“全生命的管理”。

其中“猪脸识别”技术最引人注目，通过“猪脸识别”可以观测和记录猪的体重、生长和健康状况，根据每头猪的状态调配不同的饲料成分，发放相应的猪饲料，保证每头猪单独进食，减少体重差异，同时避免出现成本过高的情况；“猪脸识别”和智慧兽医结合，自动测量猪的体温，监控进食量，并创造性地引入“声纹”（观测猪的叫声和咳嗽），第一时间发生猪是否生病和怀孕，有效地检测出检测猪的身体状况，解决瘟疫等问题；系统还针对每头猪生成唯一代码，记录猪的父母和后代；并且通过智能感知技术可以24小时对环境数据进行分析，监控温度，湿度，二氧化碳，氨气，PM10，自动调节风机、水帘和暖气设备，控制猪舍的温度、湿度，有效地保证猪群生活在最佳状态中；最后，采取将猪粪经过发酵后喷洒到玉米地，最终种植出来的玉米再供给猪吃，既节约了成本，又解决了污染问题，打造了一个闭合回路。

3.2 初步成果

精气神方面发布具体的数据：投入AI养殖系统后，平均每头猪增加了92.5元成本，但是在饲料方面每头能节省30-60元 ；人工成本投入可节省每头8元；提高成活率方面平均每头可节约15元；在精准控制出栏体重方面能节省5-8元；合计节约91元。从直接的投入产出来看成本和收益基本相等。

按照京东前期的数据测算，该方案可以将养殖的人工成本减少30%-50%左右，降低饲料使用量8%-10%左右，并且平均可以缩短出栏时间5-8天，成本显著降低。而根据京东农牧公布对照组的测试数据，通过精准饲喂管理和粥料供给方案，初步统计和计算可帮助每头猪节约60元左右的饲料成本，如果全部应用智能化养殖技术，按照每年20万头山黑猪的产量，全部应用智能养殖系统后，可以每年为企业节约1200万元的生产费用。

2019年11月，京东农牧和精气神进一步开展智慧合作，建立“AI智能有机田园综合体”该项目位于江西省鹰潭市。“AI综合体”将通过智能现代化的养殖技术，打造集生猪养殖、屠宰、加工、研发、销售、冷链物流为一体的全产业链，该项目总投资20亿元，计划建设18000头核心群及扩繁群种猪场、30万头智能化山黑猪农场、年产15万吨饲料加工厂、年屠宰60万头屠宰场，还涉及熟食加工厂、中央厨房、技术研究院及院士工作站等。

4.猪脸识别技术

4.1 理论意义

未引入面部识别技术时，识别主要以RFID耳标识别为主，这是一种非常成熟的牲畜识别方式。但是在使用过程中依然存在难以克服的问题，在场景应用上也存在一些限制。

实际上，RFID耳标仅仅胜任区分和记录的功能，已经不能满足现在“智慧农业”大数据的需求，养殖人员需要关于生猪的实时数据，每时每刻对所有生猪的状态进行监控，提高数据收集的及时性和准确性迫在眉睫。面部识别技术的重要意义在于能与多种识别技术及数据分析技术结合，形成完整的AI养殖管理，将信息从生产端一直传输至销售端，结合育种管理、生产管理、健康管理、食品安全、环境控制等技术，打通这些环节，通过高效精准的数据，解读连接这些环节，提升养猪水平。

在种猪的购销过程中，买家无法确认自己购入的种猪是否真的是自己看中的那头有良好测定成绩的那头种猪，因为RFID电子耳牌可以重写，耳缺号可以重打，而猪本身特有的特征无法作假，因此，猪脸识别技术可以为解决该问题提供方案。

4.2 技术介绍

技术方面，“猪脸识别”无疑是这新兴项目中最核心，最亮眼的技术。猪的面部识别与人的面部识别类似，主要分为四个步骤：检测、对齐、编码、匹配。

首先是检测，想要识别猪脸，首先要找到环境中，也就是图片中存在的猪脸，检测的目的便是寻找图片中存在的猪脸的位置，当在摄像头拍摄到的范围出现猪脸时，检测系统会根据算法自动标记出猪脸所存在的位置坐标，将猪脸切割出来。

然后是对齐，检测到了猪脸之后，得到了正脸、侧脸等可能从多个角度存在的猪脸图像，因此需要将不同角度的猪脸图像进行“标准化”，以方便获取较为准确的信息来进行后续的识别。这里便需要对这些图像进行“对齐”的操作，对齐是将不同角度的面部图像对齐成同一种标准的形状。先定位猪脸上的特征点，然后通过几何变换（仿射、旋转、缩放），使各个特征点对齐（将眼睛、嘴等部位移到相同位置），得到标准化后的面部图像数据。

对齐之后，便需要开始从图像中提取被识别面部的具体特征数据，就像人脸识别中的特征提取一样，左眉，右眉，下巴轮廓，鼻子形状，嘴唇等特征皆会被量化为一定范围内的数据，从而由图像得到一个反映面部特征的特征向量，这一特征向量也称为模板，如上图右图所示。同时，与人脸识别不同的是，猪是多胎生物，个体之间的差异性不大，反映到面部更是如此，我们可以较为轻松地通过面相在一群人中认出不同的人，却较难在一群猪中认出不同的猪。因此，猪脸识别相对于人脸识别，在面部特征的选取上要更为有难度，同时，猪在日常生活中也容易出现把脸弄脏等情况，需要确保在类似不同情况下猪脸识别的可靠性，也是这项技术应用于实践与未来发展所要面临的莫大的挑战。

图1 人脸识别中由图像数据提取面部特征

最后便是匹配，在获取到了反映图片里猪脸特征的特征向量后，系统便可以将这一特征向量与先前为猪群建立的面部特征库中的数据进行比对，从而得到一个相似度分数，该分数给出了两者属于同一个主体的可能性，便可以得到与该特征向量最为匹配的数据库中的数据，进而识别出图片中的猪脸所对应的身份。

猪脸还正在不断发展完善之中。早期在陈瑶生教授的猪脸识别技术的实验场中，母猪识别率为98%，肉猪识别率则为85%。这个识别率并不算高，特对是对大规模的养殖场而言。而如今的技术已经可以达到在猪群中实现98%的识别准确率，技术已经发展到可以应用于实际的养猪智能化管理中，“精气神智慧养猪项目”便是一个很好的实践案例。

5.未来展望

电商野蛮发展抢占市场份额的热战已经非常焦灼，农村市场已经成为电商下沉的目的地。

除了在农村销售商品，如何最大程度开发农村市场的效用，以适应城市高收入人群对健康食品的消费升级需求，已经吸引了各大电商企业的眼球，2018年被称为“智慧农业”元年。这一系列行为很可能成为未来农村和城市的连接和创造平衡点。电商企业具互联网企业的特点，掌握着高新信息技术，还有完善的物流、储藏、销售渠道，商品和高水平人力资源将通过电商业务和智慧农业，在农村和城市之间流动，有助于解决就业问题、食品安全问题和电商企业持续发展问题。