畜禽智慧养殖研究进展与发展趋势

张昌桢，雷小朋，白维维

（凯里学院，贵州 凯里 556011）

目前我国畜禽养殖业正向集约化、智能化和标准化方向绿色转型升级。以信息技术为基础的数据、物联网及人工智能技术逐步渗透到畜禽生产养殖的各个领域，研究者通过集成或自主开发的方式，不断研究报道畜禽信息智慧感知、养殖环境监测与智慧调控和畜禽智慧化饲养等内容。在硬件层面，养殖智能化不仅需要成本低、小型化及多功能的信息采集与诊断设备，而且还需要取替人工劳动力的畜禽养殖机器人。同时在软件层面上，需要能够实现系统、设备和生产环节之间的实时数据汇集与信息共享，实现数据高度融合和多维数据分析，提供生产预测和决策建议。

目前，智慧养殖逐渐成为现代畜禽养殖业研究的重点领域，将会越来越被业界认可，对推动畜禽养殖业产业升级、合理利用畜禽养殖业生产全要素资源和提高畜禽养殖业数字化管理水平至关重要。畜禽智慧养殖的发展重心是更广泛地感知、更全面地连接、更深入的智能控制和更贴心的用户支持，下文将围绕这些内容进行论述。

1 畜禽生物信息获取与行为监测

畜禽信息和行为的智能感知是智慧养殖的基础，只有准确、实时地获取畜禽生物信息，才能客观地评估畜禽生长和健康状况，人为介入，采取及时预防和治疗措施，尽量减少损失。近年来，畜禽个体识别装备发展迅速，越来越多的高新技术被应用于动物生理感知标识。21世纪以来，利用机器视觉、物联网等先进技术开发了一系列智慧感知设备，为动物个体、生理指标和行为活动等进行自动识别提供了有力的支撑。

1.1 个体标识

个体标识的任务是对畜禽个体和小群体的编码与标记，是个性化养殖、精细饲喂和管理，实现畜禽产品跟踪溯源的基础。智能可穿戴技术目前在畜牧养殖领域已经广泛应用，在畜禽管理、个体身份识别、畜禽产品溯源和疾病控制等方面起到重要作用[1]。近几年运用便携式工具来读写操作已经成为应用开发的主流，浙江利尔达物联网技术有限公司生产的射频识别（RFID）耳标产品，整套产品包括耳标、采集器和网关，如图1所示。可以实现个体的饲喂、用药、疾病、称重和出栏记录等信息管理[2]。基于机器视觉技术的个体标识也是目前研究的热点，出现的新方法能够准确识别、快速准确地跟踪视频中的生猪，能够应对部分遮挡[3]。然而圈养动物过多时，个体识别出现困难，还需进行大量的研究和实践。

图1 RFID耳标系统

1.2 生理、行为指标识别监测

目前，畜禽健康检测更多依赖养殖人员的经验知识，主观性强、效率低，不能满足现代规模化养殖需求[4]。国内研究者构建了单视角点云镜像、基于双目视觉原理和径向基函数（RBF）神经网络等测算方法，实现动物体尺、体重的评估，准确率较高[5]。林惠强等[6]采用穿戴式传感器设备实现了实时检测生猪体温、心率和运动量等生理信息的目的。由于对畜禽个体健康情况进行识别监测生理指标复杂和监测难度普遍较大，这些领域的研究还处于起步阶段。另外，动物日常生理、行为指标和动物健康状况关系密切。

2 养殖环境监测与智慧调控

在畜禽养殖过程中，畜禽的养殖环境与畜禽的健康状况关系密切，良好的养殖环境可以有效地预防和控制畜禽疾病的发生，使动物在更合适的环境中成长，保证其健康和快速成长。畜禽养殖舍环境调控主要包括空气质量、热环境及光照调控。

2.1 空气调控

畜禽舍内，粪尿、饲料和垫料等产生的粉尘，以及积存发酵产生的气体，易引发动物出现各种疾病。控制规模化畜禽舍的空气质量有过程控制和终端净化2种方法，程龙梅等[7]测试证明了鸡舍传送带干清粪工艺方式较地沟刮板清粪方式可显著改善舍内空气质量；Lim等[8]通过254 mm厚度的生物过滤装置把育肥猪舍粪沟气体的氨气和硫化氢排出舍外，这些方法都很好地提高了畜禽舍内的空气质量。

2.2 热环境调控

环境应激对畜禽健康会产生很大影响，环境温度舒适时，动物的健康水平比较好，生产性能更好，饲料的利用率也比较高，环境温度过高或过低都会影响畜禽生产力。我国夏季大部分地区高温就使得畜禽业生产蒙受了巨大的损失。

温度控制技术中，畜禽舍加温方式有畜禽舍燃油热风炉、燃煤热风炉、燃气热风炉、集中热水供暖系统和电热地板等[9]。然而这些加热装备中主要用在幼年畜禽身上，很少在畜禽育成上应用。在降温技术上，运用喷水、喷淋等方式成为主流。

2.3 光照调控

在畜禽舍内，不仅要保持所需的光照强度，而且需要根据畜禽品种、年龄、生产工艺和生产方向（包括育肥和养殖）适当使用光照。现代鸡舍通常是人工来控制光照的时长和节律，在蛋鸡和种鸡生产过程中，通常进行光照时间和光照强度的调节，以影响和控制鸡的饲料消耗、性成熟、产蛋率和改善蛋的品质等[10]。近年来，光照强度、光色和光周期等对畜禽生产性能的影响得到深入研究，适合的参数可以提高免疫力，降低死亡率和发病率。

3 畜禽饲养精准管理技术

畜禽智能化饲养不仅解放了生产力，而且满足了动物福利标准，优化了个性化和精确的畜禽饲养需求。当前我国的畜禽现代化养殖的发展模式主要借鉴西方发达国家工业化、集约化的养殖模式，国内研究成果并不突出。

3.1 自动饲喂

当前国内主要是通过科研院所与具有相关设备制造能力的厂商进行自动饲喂的合作研究，其中在智能精准饲喂设备、饲喂理论、家禽自动饲喂流水线和饮水设备等方面得到了进一步发展，取得了较多项可实施的发明专利[11]。畜禽集约化养殖的发展导致自动化、智能化饲喂设备需求剧增，从事智能设备制造的研究人员和相关制造商进行了不断研发和创新，目前市面上出现了奶牛精准饲喂系统、产床母猪饲喂系统、保育猪干湿饲喂器、妊娠母猪饲喂站、仔猪补奶机和奶羊智能饲喂系统等一系列设备[12]。这些设备综合运用了机电系统、移动通信技术、无线网络技术和人工智能技术等，实现了饲喂设备的信息感知与智能控制。

3.2 自动清粪

我国畜禽养殖场的清粪工作主要还是通过人工进行，存在工作效率低、劳动强度大和清扫环境恶劣等问题，因此进行自动清粪技术的研究与开发已经迫在眉睫。目前，主要综合了畜禽养殖环境、智能控制技术和机械设备从传送带清粪、机械刮板清粪和清粪机器人等方面进行研究[13]。虽然自动清粪技术在中国仍然处于起步阶段，但随着计算机软硬件技术与人工智能的飞速发展，使得生产出具有工作稳定、安全可靠、易于控制、工作效率高、成本低廉，并且适合不同的养殖场地等特点的自动清粪机器人或设备成为可能。

3.3 畜禽产品自动收集

结合智能传感技术、计算机视觉和自动控制技术的高效畜禽产品自动收集设备成为研究的潮流。瑞典、荷兰和德国等欧美发达国家已有不少厂商生产商品化畜禽产品自动收集机器人，但这一领域的核心技术在我国研究成果较少[14]。国内养鸡场自动集蛋技术相对成熟，河南银星畜牧设备有限公司生产的阶梯式自动捡蛋机，如图2所示，实现了鸡蛋的自动采集和筛选。然而我国的畜禽产品自动采集设备无论是在控制策略上还是在智能程度上都落后于西方发达国家，进口设备价格高、能耗大，而且不一定适合国内的养殖环境，会出现“水土不服”的情况，基于此，技术和设备的国产化将是未来的发展方向。

图2 阶梯式自动捡蛋机

4 结束语

从近年来国内外研究现状来看，我国畜禽智慧养殖还处在初级阶段，智慧养殖的研究成果大多停留在理论上，能实现商业化的产品比较少，大量多功能畜禽智能监测设备仍处于传感器和计算机算法的研发阶段，现有的技术未能达到高效、准确、易维护和低成本等需求。针对当前我国畜禽智慧养殖发展出现的问题，需要将理论研究成果转换成实际应用。生产实际过程，综合自动控制、大数据和人工智能等技术，设计低成本、高稳定性的智慧养殖技术与设备。同时，畜禽业需要加快向标准化规模养殖进行升级转型，以规模化、标准化、信息化和智能化为导向，构建绿色、高质量的发展模式。