保育幼猪生长性能测定系统的研究与应用

豆 姣，王开云，耿 玮，周昆乐，罗土玉

（1.广东省现代农业装备研究所，广东 广州 510630；2.广东广兴牧业机械设备有限公司，广东 广州 510520）

0 引言

生猪育种作为生猪养殖产业链的重要一环，是产业链中专业化程度最高、耗时最长、经济效益最持久的工作，因此需要大量的资本投入。我国生猪育种行业起步较晚、发展相对落后。国内核心育种场规模小，专业化程度不高。场内没有大规模地开展规范细致的生长性能测定，数据积累不够[1-3]。

生长性能测定是将测定猪群置于相对一定的环境条件和营养水平下饲养到目标体质量时，对测定目标进行一定参数的度量，在测定过程中，需要连续记录测定对象的采食量和体重变化数据[4]。当测定的猪只头数较多时，人工测定的准确度难以保证。因此，智能化生长性能测定系统成为获取大群体生长性能数据的关键。

1 国内外研究现状

生长性能测定是选育优良种猪最基本的手段，是针对种猪饲养生长发育和饲料转化效率的有效测定。美国、荷兰、丹麦等养猪发达国家很早就重视优良品种的选择和培育，丹麦建立了全球第一个种猪性能测定站和测定方案。美国奥饲本工业公司研究开发了FIRE 全自动种猪性能测定系统（Feed Intake Recording Equipment），利用RFID 电子耳牌的识别技术，能从一个群体中识别出每个个体，并对个体进行测定和记录，记录猪采食量和每天体重数据，用于种猪的遗传评估或跟踪猪的生长性能从而进行饲料、药物、疫苗的筛选[5]。荷兰睿保乐公司开发的种猪性能测定系统（Nedap PPT），可以精准可靠地测定和记录种猪性能指标，并具有独特功能，即允许用户基于猪只日常性能对个体猪只和各猪群进行排序，用于饲料配方试验、育种选育，或者有关饲料配比的深度营养研究[6]。种猪性能测定系统的应用，对种猪群的遗传改良具有重要作用，加快了世界优良品种的种猪培育速度。

中国生猪育种技术与发达国家存在较大的差距，大型养猪企业受即时效益观念的影响，普遍存在国外种猪依赖性高，重引进、轻选育的情况。但国外引种易陷入“引种—退化—引种”的恶性循环，导致种猪的饲养与生产成本增加[7]。为此，国内亟需进行生猪育种工作，培育出自己的优良种猪。科研工作者针对国内养猪业和育种技术的实际情况，开展了种猪性能测定系统的研究。重庆理工大学徐世军等[8]将猪生产性能测定系统与环境温、湿度传感器及猪只体温自动测定装置结合起来，不仅能收集猪生产性能相关数据，还能研究猪体表温度的变化。广东省现代农业装备研究所黄瑞森等[9-11]结合国内养猪业的现状，设计开发了9ZC-170 智能型种猪测定系统，填补了该领域空白。该系统能24 h 不间断地记录群体饲养条件下每只种猪的电子身份、自由采食量、采食时间及其体重信息，为种猪的遗传选育提供数据依据。中国农业科学院北京畜牧兽医研究所熊本海等[12]开展了种猪采食行为学和生产性能智能化测定研究，设计了一种集自动识别、体质量感知、采食行为数据采集、数据分析与处理于一体的智能种猪生产性能测定系统，该系统测定的数据可长期保存或升迁，便于数据量的积累和大数据挖掘分析。

现有的种猪生长性能测定系统以生长育肥阶段为基础，主要针对30～100 kg 阶段的育肥猪进行测定。保育阶段的幼猪断奶后失去与母猪共同生活的环境，饲料类型和环境均发生改变，对其生长发育是很大的应激，这一阶段的猪体质虚弱，很容易掉膘，保育阶段幼猪的饲养管理也十分关键，对其开展采食行为与生长特性研究至关重要。本文以保育期的幼猪为研究对象，设计开发一种适用于6～30 kg 阶段的幼猪生长性能测定系统。

2 系统总体设计及工作流程

2.1 系统总体设计

幼猪生长性能测定系统总体设计上由一台终端计算机及多个测定站组成，如图1 所示。测定系统以现代计算机技术、微电子技术和通信技术为核心，把RFID 识别、计算机远程控制、远程通讯和数据库管理等技术与测定指标有机结合起来。测定站主要具有身份识别、饲料称重和体重称重的功能，其机械结构如图2 所示，由控制器、RFID 识别装置、自动下料装置、限位护栏装置、饲喂食槽、称重传感器等组成。测定系统的设计参数和性能指标如表1所示，系统能够在群体饲养情况下为猪只自动定量供给饲料，并完成猪只身份的自动识别、采食量和体重的自动称量及数据的自动记录、存储，主控机根据上传的原始数据建立数据库，处理输出猪生长性能测定报告，可应用于种猪选育、新品种生长性能测定、精准饲料配方的分析试验。

图1 幼猪生长性能测定系统

图2 测定系统机械结构

表1 设计参数和性能指标

2.2 工作流程

幼猪生长测定系统利用RFID 射频无源电子耳标的识别技术，能从群体中识别出个体的身份，并对采食行为进行动态测定和记录。测定系统每个测定栏安装1 台测定站，每个测定站可以饲养8～15 头测定幼猪，测定站需要的饲料由自动送料系统供给。系统的工作流程如图3 所示，通过设定食槽内最小余量，以满足测定猪的日采食量。当佩带电子耳标的幼猪进入测定站采食时，测定站可以识别、记录测定猪的耳标号，测量猪采食时的体重值，并记录测定猪进入/退出测定站的时间和测定猪进入前/退出后食槽的重量，其中食槽的重量差即为测定猪此次的采食量。在采食过程中，若食槽的剩余饲料低于设定的最小余量，系统将按投料设定的标准值进行自动补料；采食结束后，称取食槽的重量，此次的采食量为食槽的重量差与投料标准值之和。由于自由采食的缘故，断奶后保育阶段的幼猪日采食次数约为10～12 次[13]。测定系统将每头猪每次的采食量自动累加即为每天的采食量记录，并从当日测定的体重值中取中间值作为测定猪当天的体重，以此作为计算日增重和饲料报酬的数据基础，生成整个测定期间的日增重和料肉比等测定数据，为幼猪生长性能评估和种猪的早期选育提供科学依据。

图3 系统工作流程图

幼猪生长测定控制系统由主控制器模块和RFID模块、食槽称重模块、体重称量模块、下料电机驱动模块、网络通讯模块6 个功能模块组成，核心为主控模块，全面负责功能模块的调用，对系统全部运行状态进行管理，如图4 所示。RFID 模块通过射频的方式读取佩戴在猪只耳标信息；食槽称重模块用于称取食槽内饲料的重量，根据料重加减确定幼猪采食量；体重称量模块用于称量测定幼猪每次采食时的体重值；下料电机驱动模块用于食槽内剩余饲料低于设定值时进行自动补料；主控模块接收食槽需要补料的信号，向下料装置的电机发送打开或关闭的信号；网络通讯模块用于将主控模块接收的耳标信息和主控模块发送的控制信息发送到终端控制端，终端控制端用于监控进食猪只的耳标信息和进食情况，并向通讯模块发送设置的猪只进食成长信息；终端控制端由计算机控制，计算机能够实时显示猪只编号、体重、采食量、采食次数、采食时间及异常事件早期预警，并根据客户要求绘制生长性能曲线、自动生成各种报表等功能。

图4 主控流程图

3 关键部件设计

为实现幼猪自由采食状态下生长性能精确和高效的测定，幼猪生长性能测定系统的关键部件主要是饲料供给装置、料重称量装置、单体限位装置和体重称量装置。其中饲料供给及料重称量装置的功能是下料、饲喂和料重采集，单体限位及体重称量装置是用于猪体限位和称量体重。

3.1 饲料供给及料重称量装置

如图5 所示，饲料供给及料重称量装置由料桶、下料机构、食槽、称重传感器、RFID 识别机构、支撑框体组成。下料机构与猪舍内自动送料系统连接，采用拨料盘式下料，可以自动计量和精确供给饲料，当食槽内剩余饲料低于设定值时进行，系统将进行自动补料。RFID 识别机构安装在饲喂食槽侧面，当佩戴电子耳标的幼猪进入测定站采食时，可以自动识别个体身份，实现在动态饲养环境下无应激的猪只个体自动识别。称重传感器固定在支撑框体上，另一端连接食槽底部，用于计量食槽中饲料的重量，从而获取猪的采食量信息。食槽处于无称量障碍状态，与支撑框体底部无机械粘结，可以准确地测出食槽内饲料重量。当测定幼猪进入测定站采食时，称重传感器自动计量重量信息，并把该重量信息经信号处理装置放大和转换后传送到主控制器，当测定幼猪离开饲养测定站后，传感器再次计量和传送食槽内饲料的重量信息，幼猪进入前及退出后料重之差定为该次的采食量。

图5 饲料供给及料重称量装置

3.2 单体限位及体重称量装置

如图6 所示，单体限位及体重称量装置主要由限位护栏板、站台、称重传感器、支撑框体等组成。工作时，测定站一端连接在保育舍出口处，支撑框体、限位护栏板和站台构成了独立的采食空间，保证仅有1 头幼猪进入，避免产生采食干扰，影响体重测量精度。根据保育猪体尺的变化，2 块护栏板之间的宽度可以通过限位螺杆进行调节，站台与支撑框体底部设置3～4 个称重传感器进行猪只体重的称量。

图6 单体限位及体重称量装置

4 试验与讨论

幼猪生长测定系统由广东广兴牧业机械设备有限公司生产，并在实验室内对电子耳标识别率、称量准确性和下料正确率3 个主要性能指标进行了测试，以此来判断系统是否符合设计要求。

4.1 电子耳标识别测试

电子耳标的准确获取是生长测定系统统计幼猪采食量和体重情况的首要条件，可有效避免猪只进行了采食，系统却不能获取猪只身份，导致记录数据缺失的现象发生。本研究随机选取100 个电子耳标放置在幼猪站立框内进行识别，显示屏上有电子耳标显示则表示读取成功，反之则失败，重复进行3 次。测试情况如表2 所示，统计得出电子耳标识别率为100%。

表2 电子耳标识别测试情况

4.2 称量精度测试

保证采食量计量准确度和体重测量准确性，是实现幼猪生长性能测定的关键环节。本研究采用在食槽内放置100～800 g 不同质量的砝码，依次记录装置显示值，根据式（1）计算饲料称量精度，即采食量精度，试验重复3 次，统计数据如表3 所示，取最大绝对值得出采食量称量精度为±5 g。相同测试方法得出体重测量误差为±100 g。

表3 饲料称量测试情况 单位：g

式中 ：

Mmax——饲料称量精度，g；

Fi——为每次放置的砝码质量，g；

Si——为装置显示值，g。

4.3 下料正确率测试

下料正确率是指当食槽内饲料低于设定的最小余量时，自动下料装置能否及时投料的情况。试验分别设定4 组食槽内最小余量（50、100、150、200 g），各重复进行15 次，投料正确率按式（2）计算得到，统计情况如表4 所示，计算得出当食槽内饲料量低于最小余量时，自动投料装置能及时投料，正确率达到100%。

式中：

G——投料正确率，%；

Gi——及时投料的次数。

该幼猪生长性能测定系统已对外推广销售20 余台，用户应用情况良好，图7 是某育种公司的现场使用情况。系统能够在群养自由采食的情况下自动记录每头猪的体重、采食量、采食次数及采食时间，以此作为统计日增重和饲料报酬的数据基础。

图7 幼猪生长性能测定系统的现场使用情况

5 结语

本文以保育幼猪为研究对象，设计开发了一种适用于6～30 kg 阶段幼猪的生长性能测定系统。该测定系统扩大了猪只生长性能测定范围，能够在幼龄时期反映每头猪的生产水平，及时淘汰相对较差的猪只，加快种猪遗传育种的进程。测定系统还可应用于畜禽饲料研发公司，为其提供早期保育幼猪的生长性能资料，以开展精准饲料配方的分析实验，提高饲料转化效率，从而为养殖场提供最佳饲养方案，降低饲养成本，增加经济效益。