物聯牧場現代畜牧養殖的新變革

孔繁濤

隨著信息技術的日新月異，物聯網技術迅猛發展，“四化同步”的歷史機遇為發展物聯牧場創造了有利條件。畜牧業現代化的歷史進程中，養殖方式集約化、飼養管理自動化、質量控制追溯化、疫病防治即時化、養殖環境清潔化和畜禽品種良種化，是物聯網應用的重要領域。在物聯網三全理論的指引下，物聯牧場的技術體系已初步呈現，研究重點和方向已基本明確。

建設物聯牧場的重要意義

20世紀中后期以來，信息技術取得了迅猛的發展，并廣泛應用于經濟和社會的各個領域，其中農業是主要的應用領域之一。作為新一代信息技術的重要內容，物聯網表現出強勁的發展勢頭，并深入滲透進農業領域的各個方面。物聯牧場就是物聯網技術在牧場生產、經營、管理和服務中的集中應用，它的發展對促進傳統畜牧業轉型以及建設現代農業方面具有重要意義。

（一）“四化同步”為發展物聯牧場提供了歷史機遇

黨的十八大報告指出，要“促進工業化、信息化、城鎮化、農業現代化同步發展”。其中，信息化是推進其他“三化”的關鍵技術手段。積極促進現代信息技術與農業的融合，將成為實現農業現代化的必然選擇。黨和國家對信息化的高度重視將為信息化發展打開新的空間，為物聯網技術發展增添新的活力。因此，作為物聯網技術在現代畜禽生產和管理領域的應用，物聯牧場面臨難得的歷史機遇。

（二）物聯網已經成為我國新興的戰略支柱產業

當前，物聯網受到世界各國高度重視，我國政府也將物聯網確定為加快培育和發展的新興戰略性支柱產業。在國家《物聯網“十二五”發展規劃》中，農業被列為物聯網重點應用的領域;國務院進一步明確提出，要在農業領域實現物聯網的試點示范應用，做好典型應用示范工程。畜牧業是農業的主要組成，物聯牧場具有廣闊的發展前景。

（三）物聯網技術為傳統畜牧業改造提供了新路徑

當前，我國畜牧業正處在從傳統養殖方式向現代養殖方式過渡的關鍵階段，傳統畜牧業改造對物聯網技術存在重大需求。物聯牧場綜合運用各種先進感知設備，實時采集畜禽的飼養環境以及生長體征等信息，科學分析各類信息，實現對牧場生產的全程監控、實時服務以及科學決策。它的發展將為畜牧業良種繁育、飼養管理、質量控制、疫病防治、生長環境監測等方面帶來重大變革，給傳統畜牧業的轉型升級提供新的手段和路徑。

畜牧業現代化迫切需要物聯網技術支撐

畜牧業現代化需要現代物聯網技術的支撐。

（一） 養殖方式集約化

改革開放以來，我國畜禽養殖方式發生了根本性的改變：由分散飼養向規模化飼養轉變，由家庭副業向支柱產業轉變，由粗放飼養向集約飼養轉變，由勞動密集型向技術、資金密集型轉變，由傳統畜牧業向現代畜牧業轉變。據統計，生豬年出欄50頭以下養殖戶比重由2003年的71.60%下降到2012年的32.08%，而年出欄500頭以上養殖戶比重由2003年的10.60%增加到2012年的38.00%;肉牛年出欄10頭以下養殖戶比重由2003年的68.50%下降到2012年的56.24%;羊年出欄30頭以下養殖戶比重由2003年的56.60%下降到2012年的45.04%。養殖方式的根本性轉變，迫切需要物聯網技術進行實時監測，減少人力物力的投入，提高生產的規模效益。

（二）飼養管理自動化

適應養殖方式規模化、集約化的發展，單純地依靠傳統的人力飼養，很難滿足精準飼喂、自動喂養、科學管理的需要。在物聯牧場中，通過畜禽個體傳感器（如壓力傳感器、紅外傳感器等），實時傳輸畜禽個體生理狀態數據，監測畜禽個體數據異常情況，并將數據及時反饋生產者，同時，通過對不同個體生理狀態的監測，結合專家系統，對畜禽飼料進行科學配比，精細飼喂，既保證畜禽生長所需能量，又能節約生產成本，是自動化飼養的核心內容。目前，我國肉雞、蛋雞、規模養豬的自動化程度相對比較高，而肉牛、肉羊、綿羊的自動化程度和國外相比仍有較大的差距。據統計，2010年我國奶牛養殖量為1258萬頭，產奶3600萬噸，而美國奶牛養殖量僅為910萬頭，產奶量卻高達8750萬噸，是中國的2.43倍，按每頭年產奶量計算，美國是中國的3.36倍。澳大利亞和新西蘭的奶牛單產分別是中國奶牛單產的2.02和1.26倍。世界發達國家普遍使用了DHI（Dairy Herd Improvement ）技術，實施奶牛牛群改良，而我國只是在個別地方才應用。DHI是以物聯網技術為基礎，測定奶牛個體單產數據、牛群基礎資料，綜合評定奶牛生產性能和遺傳性能，是世界公認的飼養管理的科學手段。

（三）質量控制追溯化

畜禽及產品質量安全，涉及到畜牧業的持續、穩定、健康發展，涉及到人民群眾的身體健康和生命安全，已經成為國家安全的重要組成部分;但目前，畜產品質量安全事件頻頻發生，成為了社會和人民群眾關注的焦點問題。畜禽產品質量安全問題主要包括動物疫病、獸藥殘留、加工流通過程中的二次污染，是覆蓋從“牧場到餐桌”的關鍵問題。近年來，隨著信息技術的迅猛發展，利用物聯網的RFID、條形碼、電子“藥丸”等技術，對畜禽生產、加工、流通和消費實施全過程監管，對發現的問題產品進行追蹤溯源，實現全過程、全環節、全方位的可追溯，是有效防止畜禽產品安全事件發生的重要手段。在物聯牧場中，畜產品物聯網溯源平臺已經基本完善，每一種產品都可以通過標識在物聯牧場的溯源平臺中查到其產地、銷地，并通過溯源系統對其質量進行嚴格把關。

（四）疫病防治即時化

重大動物疫病如高致病性禽流感、口蹄疫、新城疫、豬瘟，以及其他流行性動物疫病，不僅關系到畜牧業的發展，而且關系到農民增收和人民群眾健康。近年來，世界各地多次發生動物疫情失控事件，對于畜牧業的發展產生了災難性的影響，造成了嚴重的經濟損失，如何及時有效地開展監測預警工作、進行動物疫病防治，是一直以來困擾畜牧業發展的難題。以物聯網技術為代表的信息化運用于畜禽生產實際，為動物疫病防治工作提供了廣闊的空間。物聯網技術可以感知畜禽個體及群體的生理變化和行為特征，如溫度、采食量、活動量等數據，結合歷史數據，及時監測畜禽個體的差異性，見微知著、防患于未然，進而有效防控動物疫病的產生、發展和蔓延。

（五）養殖環境清潔化

用循環經濟的理念發展現代畜牧業，通過資源利用節約化、生產過程清潔化、廢物利用再生化等環節，減少畜禽生產污染物排放、控制畜禽養殖環境，以達到改善畜禽產品質量的目標，是實現畜禽清潔化生產的重要途徑。畜牧業生長環境是影響畜禽產品產量和質量的關鍵因素，傳統畜禽養殖環境很難做到精確控制，畜禽產品產量和質量都難以保證，物聯網技術為畜禽生長環境的自動控制提供了條件。通過傳感器采集牧場環境信息（光照、溫度、濕度、CO2、H2S等），并將信息通過無線傳輸技術（GPRS、ZigBee等）傳輸到服務器，應用程序通過將收集到的數據與標準數據庫中的數據相比較，結合專家系統，科學準確地計算畜禽養殖環境信息，并通過自動控制技術（溫度控制器、光照強度控制器、CO2發生器等）等對畜禽生長環境進行精確控制，為畜禽提供一個更加良好的生長環境。

（六）畜禽品種良種化

畜禽良種是畜牧業發展的物質基礎，是和畜牧業現代化同步發展的生產要素，屬于技術密集型產業。正在興起的生物信息學是研究生物信息的采集、處理、存儲、傳播、分析和解釋等各方面的學科，它通過綜合利用生物學、計算機科學和信息技術揭示大量復雜的生物數據的生物學奧秘。在分子水平上，進行畜禽品種的選擇、培育，是現代育種的重要方式。利用物聯網技術，通過監測發情期母畜生理變化情況和仔畜生長發育情況，對于畜禽良種選擇具有重要意義。以奶牛為例，發情期的奶牛，其活動量、步行數等都遠遠大于其他奶牛，通過對奶牛行為進行監測，可以實時了解奶牛的發情狀況，科學預測奶牛發情時間，及時進行人工授精，保證奶牛產奶質量。

物聯牧場理論方法與技術體系

以農業物聯網的全要素、全過程和全系統“三全”理論為基礎，物聯牧場針對養殖環境、畜禽生產資料、勞動投入、飼養管理技術等的全要素，和畜禽生產、流通、加工和消費的全過程，以及自然界、人類社會和思維的全系統，形成了以感知、傳輸和應用為主線的技術體系，研究重點和方向也日益明晰。

（一）物聯牧場的相關理論

牧場是經營畜牧業的生產單位，也是包含畜牧、自然、經濟和人類活動的復雜系統。因此物聯牧場必須遵循農業物聯網中的全要素、全過程和全系統的“三全”化發展理念，才能確保其科學持續性發展。

物聯牧場是將物聯網技術應用在牧場的生產、經營、管理和服務中，運用養殖環境監測傳感器、生理體征監測傳感器、視頻信息采集傳感器等設備感知飼料、水、生命體、生產器械、能源動力、運輸、勞動力等生產要素，通過無線傳感網絡、互聯網和智能化處理等現代技術，構建包含牧場正常運轉所涉及的自然、社會、生產、人力資源等的復雜系統，實現牧場產前、產中、產后的過程監控、科學決策和實時服務，達到牧場人、機、牧一體化，進而實現畜牧養殖的高產、優質、集約化和精細化的目標。

（二）物聯牧場的技術體系

要使物聯牧場健康持續發展，必須綜合考慮人、機、牧的綜合配置與協調，實現人機牧一體化發展，才能真正發揮物聯牧場的作用。其技術體系是通過感知、傳輸、處理、控制等現代技術，將人機牧三者相互融合，提供更透明、更智能、更泛在、更安全的一體化服務。

感知技術包括：溫度、濕度、光照、降雨量、風速等氣象環境類傳感器技術;二氧化碳、氧氣、氨氣、甲烷、硫化氫等氣體類傳感器技術;飼料量、飲水量、運動量、產奶量、體表溫度等生命本體傳感器技術;視頻、聲音等多媒體傳感器技術。

傳輸技術包括：互聯網技術、短信通信技術、Zigbee無線傳輸技術、GPRS無線傳輸技術、3G無線通信技術（TD-SCDMA、WSCDMA、SCDMA2000）、4G通信傳輸技術（TD-LTE、FDD-LTE）。

處理技術包括：數據處理技術、圖形圖像處理技術、聲音處理技術、視頻處理技術、多信息融合處理技術、智能信息處理技術。

控制技術包括：最優控制技術、自適應控制技術、專家控制技術（即以專家知識庫為基礎建立控制規則和程序）、模糊控制技術、容錯控制技術、智能控制技術。

（三）物聯牧場的研究重點

物聯牧場是一個包含畜牧、自然、經濟和人類活動的復雜系統，必須找準重點進行系統研究，才能突破發展瓶頸，提升物聯牧場發展水平。物聯牧場的研究重點包括研究領域和技術研發兩個方面。研究領域主要集中在環境、飼養、疫病、繁育等畜牧養殖關鍵環節方面，通過物聯網與現代信息技術，提高畜牧養殖環境的清潔、促進飼料喂養的精細化、降低疫病防治的滯后性、加快畜禽優良品種的推廣。技術研發主要集中在傳感器技術、傳輸技術與智能裝備上，在物聯牧場發展中，傳感器技術仍然是發展的關鍵，是否能研發出低成本、高精端、高靈敏度的傳感設備，將直接影響物聯牧場發展的水平，光纖、紅外、生物等新型傳感器的研發，以及自動化智能化兼具可遠程操控裝備的研制，將為物聯牧場的發展奠定技術基礎。