我國物聯網豬場應用現狀與發展趨勢

柴 捷

（重慶市畜牧科學院，重慶 榮昌 402460）

物聯網是在互聯網基礎上的衍生和拓展，顧名思義就是通過互聯網實現人與人、物體與人、物體與物體之間的相互聯系的技術。Kevin Ashton在1999年首次提出了物聯網（Internet of things，IoT）這 一概念[1]。目前物聯網朝著超大規模容量（mMTC），超可靠、低延時（URLLC），人工智能物聯網（AIoT）的方向發展。近年來，越來越多的互聯網大佬關注養豬行業的發展，2018年以來國內大量互聯網公司（阿里云、京東、廣州影子公司）與大型養豬企業合作，積極開展布局智能化養豬[2]，智能化養豬逐漸走進人們的視野，鑒于智能化養豬的低勞動力成本、高效率等優勢，逐漸得到人們的認可，但目前我國智能化養豬仍處于初步發展階段，存在著建設成本高，核心技術欠缺，普及率低等明顯的劣勢，因此如何實現低成本、高效率的智能化養豬是現階段我國推廣物聯網養豬所面臨和急需解決的主要問題。

1 豬只識別及健康感知技術

1.1 無線射頻及機器視覺識別技術

目前我國大部分規模化豬場中豬只識別技術通常使用無線射頻識別技術（Radio Frequency Identif ication，RFID）對豬只進行識別、監測、控制豬只的日常行為。射頻識別技術是20世紀80年代興起的一項自動識別技術，2006年5月，RFID電子標簽技術首次在四川邛崍應用于生豬養殖中[3]。RFID技術需要對豬只佩戴電子耳標，隨后在其飲水、采食或生活區安裝RFID讀寫器，從而監測豬只的活動軌跡。RFID自動識別技術具有數據存儲量大、精確度高、抗干擾能力強等優點，也能夠實現對多份目標的自動識別，且使用成本低，因此被廣泛應用于畜牧生產中。以RFID射頻識別技術為基礎，實現對豬只的自動識別、監測，隨后通過計算機技術，對豬只個體體重、采食、飲水、母豬與公豬接觸頻率和時間等數據的收集和分析，更有效地實現對豬群的管理[4]。因此在今后很長一段時間內RFID技術仍是推動我國養豬業高效發展的重要識別技術。

豬場使用RFID方式就需要給豬只佩戴電子耳標，這就存在耳牌掉落以及操作不夠便捷等問題，因此，機器視覺技術逐漸進入科研人員的視野中，該技術能夠通過非接觸方式識別豬只個體，同時實現對豬只個體體重、采食、飲水等數據的收集[5-7]。目前大量互聯網公司參與對豬只識別技術的研究中，2018年3月廣州影子科技股份有限公司發布“豬臉識別”技術，實現對豬只身份的識別，京東農牧也利用人工智能圖像識別技術對豬只進行面部識別，阿里云與四川特驅集團等企業合作發布豬臉識別系統[2]，這些技術能夠顯著地改善RFID方式所帶來的耳牌掉落以及使用不便等問題，目前將機器視覺技術應用于養豬生產仍處于初級階段，但其種種優勢將得到更多科研人員及豬場工作人員的看好，或許將在某一階段取代RFID技術實現對豬場豬只的識別和監測。

1.2 豬只健康感知技術

豬只健康是豬場生產成績和經濟效益的前提和保障，目前大部分豬場通過對豬只行為特征和生理特征的觀察來判斷豬只健康狀態，這種方式通常會存在豬群太大時觀察不夠準確，某些疾病癥狀不明顯無法及時察覺，觀察人員能力不足出現錯判漏判等問題，因此研發高效疾病預測及判斷程序及設備就顯得極為重要。豬只通常會通過叫聲來表達其生理及情緒健康狀況[8]，因此利用音頻分析技術對豬只的叫聲進行分析，能夠實現對豬只健康水平的自動評估。該技術通常是對有呼吸道疾病的豬只咳嗽聲音進行處理，通過對染病豬的咳嗽音頻特征構建參考，然后在生產過程中收集咳嗽聲音判斷豬只是否患有呼吸道疾病[9]，比利時SoundTaIks NV公司以該技術為基礎，發明的豬咳嗽監測系統以及呼吸應激監測系統能夠通過分析豬只咳嗽和呼吸情況來提前確定豬只的健康狀況。同時通過對豬舍聲音的識別分析，也能夠判斷圈舍豬只的打斗、饑餓以及抽搐等狀態，實現對圈舍豬只的全面關注[10]。大量研究發現，使用紅外識別技術能夠對豬只的體溫進行實時監測，通過分析判斷豬只健康、母豬發情等狀態，以便及時對豬只進行相關處理[11]。視頻視覺技術通過圖像或視頻采集豬只個體的信息數據，通過對其進食、飲水、排泄、分娩、躺臥等進行分析，判斷豬只異常行為，做好豬只疾病預警工作[12]。這些健康識別技術具有高效率、高準確率、低勞動力成本等優點，在今后的養豬實踐過程中將逐步得到推廣。

2 智能化豬舍環境控制系統

良好的豬舍環境能夠有效地改善豬只健康狀況，提高生產效率，降低豬場生產成本，優秀的環境控制系統能夠實現豬場環控設備的精準控制。目前我國規模化豬場使用的環境控制系統主要是濕簾風機系統，通過溫度變化控制風機、濕簾的開關，調控舍內溫度。目前該環境控制系統存在管線復雜，控制因子單一等問題，影響環控系統的使用效率。周思林等[13]運用模糊推理規則，并且根據系統實時輸出的溫濕度，實現對PID三個參數的調整，最終通過無線控制系統完成豬舍溫濕度的自動調控。謝秋菊等[14]通過在控制系統加入動態補償控制，優化豬舍環境調控系統，并對不同季節多環境因子進行模糊化及邏輯推理生成不同季節的調控策略及規則。黃神廣[15]針對豬舍中多種環境因子相互耦合的現象，重新設計了模糊控制器，實現對包含6種環境因子的復雜環境進行自動控制。Shen Wei-zheng等[16]同樣設計了兩個模糊控制器，實現對豬舍環境多因子控制。總體看來，對于豬舍環控來說目前需要建立長期的養殖環境監測與報警機制，簡化控制系統，使用傳感技術進行控制，盡可能實現無線控制；豬舍內的多個環境因子耦合對豬產生綜合影響，但我國豬舍環境調控系統多數為單一調控，因此，當前我國豬舍環境的監控系統還不夠完善，亟需找到一個更合適、精準的控制算法計算出各因子的合理輸出值。

3 豬場智能化飼喂技術

目前豬場使用的飼喂系統主要有干料飼喂系統及液態料自動飼喂系統，在歐洲國家養豬主要使用液態料飼喂系統，比如在丹麥、荷蘭約有60%的豬場使用液態料飼喂系統[16]。液態料豬只飼喂系統通常由電腦控制系統、配料攪拌以及輸送部分組成，通過對豬只的識別，控制水料比以及料槽入料重量，嚴格控制豬只采食量；該系統具有適口性好、采食量和飼料轉化效率高、產生粉塵少、呼吸系統發病率低等優點[17]。我國液態料自動飼喂系統的研發仍處于初期階段，規?；i場使用的液態料系統設備通常是高昂的進口產品，這導致養殖投入成本提高，隨著我國豬場生產人員對液態料飼喂系統的認可程度的增加，近幾年對液態料飼喂系統的研究逐漸增多，技術不斷成熟，因此大量新建豬場都在推廣智能化液態料飼喂系統。

相對于液態料飼喂系統，干料飼喂系統可將飼料直接從料塔輸送到指定食槽，減少攪拌過程，降低人工成本，降低勞動強度等優點。因此仍有大量豬場使用干料飼喂系統，雖然其使用方便、簡單，但仍存在一些不足，如利用料線設備只能機械式的輸送，但飼喂管理仍需人工完成。熊本海等[18]研究發現，通過控制電動桿的推桿速率（60 mm/s）、輸入電壓（11.5 V）和電源功率（150 W），且采用預設的個性化采食量模型和變容積的精確控制技術即可實現對哺乳母豬精準飼喂。易烈運等[19]研究發現，利用S7-200型PLC（可編程序控制器）技術和組態系統技術構建一套微電腦可視智能調控系統，可實現對豬舍智能遠程自動化飼喂管理。在今后的飼喂系統研究中，精準化飼喂和智能化管理仍是科研人員及設備開發企業關注的重點。

4 豬肉制品追溯系統

隨著人民生活水平的不斷提高，食用健康、安全、無污染的豬肉制品成為廣大消費者的訴求。近年來，“瘦肉精”的使用、“注水肉”大量流入市場以及“毒火腿”事件的發生，加重了人們對食品安全的擔憂，也間接影響了我國豬肉市場的穩定，因此構建豬肉及相關產品的追溯平臺也成為豬肉市場的當務之急。市場上出現最早的食品追溯系統應該是歐盟在1997年建立的食品追溯系統[20]。近年來我國對食品追溯系統的研發與應用逐漸廣泛，豬肉及相關制品追溯系統逐漸完善，能夠實現對養殖、屠宰、加工、銷售等產業鏈上多個重要環節的追溯。

目前我國構建的豬肉產品追溯系統主要以RFID技術為基礎，構建了使用RFID或條形碼等方法等追溯系統，實現對產品的全程追溯[21-23]。張志明等[21]構建了以RFID技術為基礎的，對生豬養殖、屠宰、分割、銷售、運輸五個過程的全程追溯系統。周朝暉等[22]構建了基于RFID為基礎，以RFID和條形碼手段的豬場養殖、產品加工、產品配送以及產品銷售過程的全程追溯系統。在物聯網技術高速發展的今天，產品追溯系統并不僅僅局限于對豬肉制品的溯源，需要對于豬只的養殖環境、豬只狀態等進行相關的追溯，陳政[23]構建集成應用RFID技術、傳感器技術、無線傳輸技術、自動控制技術和互聯網技術等關鍵因素追溯系統將更加準確地實現生豬從養殖到銷售全過程的全方位追溯。雖然我國產品溯源系統發展迅速，但仍存在著相關法律法規不健全導致的追溯效果不佳，數據標準不規范、不統一，消費者對追溯系統的認識不夠全面等問題。針對這些問題國家可以通過建立統一的管理機構，構建統一便利的可追溯平臺，加大對科研人員的相關資助，提供足夠的技術支撐，同時加大宣傳力度，提高消費者的認可度和可辨別能力，共同促進豬肉制品追溯系統的發展和完善。

5 物聯網豬場管理與生物安全防控

5.1 物聯網豬場的智能化管理系統

一個完備的物聯網豬場需要實現對整個豬場的智能化管理，從生物安全、豬只識別、飼喂、環境控制以及產品追溯等方面全面使用物聯網技術進行管理、控制，從而實現豬場高效率管理，提高生產水平。物聯網豬場的構建需要得到無線智能設備以及物聯網數據平臺兩個主要方面的支持，無線智能設備主要包括個體識別設備、智能傳感器以及傳輸設備等智能設備，同時也需要物聯網數據平臺的支持，對采集數據的整合、分析、建模和展示，實現對豬場豬只以及人員的管理。以目前部分構建成功的智能化豬場管理系統為例，王世敏等[24]構建了基于PLC 和 Wincc 的豬場智能化管理系統，實現對豬場豬群、環境控制、豬場消毒等的全面控制。秦英林等[25]發明了能夠實現遠程監測、自動進行環境控制、自動下料等功能的智能化豬場控制系統。目前我國物聯網豬場的建設仍處于初步研發階段，構建高效、便捷的豬場智能化管理系統仍是今后研究工作的重點。

5.2 物聯網豬場生物安全防控

疫病防控是我國養豬生產中極為重要的環節，高效的疫病體系能夠減少豬群疾病的產生，減少獸藥的使用，提供高品質豬肉。目前我國大部分規模化豬場生物安全體系不夠完善，生物安全防控意識不強，導致豬場疫病頻發，嚴重影響了豬場經濟效益，尤其是自2018年我國非洲豬瘟疫情暴發以來，國內養豬行業損失慘重，因此如何做好豬場疫情防控，是養豬行業必須要關注的重中之重。構建良好的生物安全體系，需要從傳染源、傳播途徑和易感動物這三個傳染性疾病的發生基本環節著手，針對每一個方面開展最為有效的防控措施，才能有效解決疾病的傳播問題。

豬場病毒傳播的主要傳染源分別是飼料、飲水，外來豬只及與豬只接觸的人或物，因此豬場生物安全體系構建需要做好隔離和出入管理。目前豬場生物安全工作大部分僅限于單方面控制，同時存在著執行力不足等問題，比如對人員僅進行隔離處理，未對其進場前及進場后工作狀態進行檢測，車輛運行狀況同樣未進行溯源，沒有豬場外來生物報警系統等問題，不能實現對豬場全方位、高效率的生物安全防控[26-27]。今后豬場生物安全工作將朝著智能化管控方向發展，建立生物安全管控平臺，首先是對人員的管理，對其場外行蹤進行追蹤，同時場內實現人員智能識別、行蹤權限控制、提醒警告系統；其次是對豬場管理事項網格是管理，分區域進行劃分，通過物聯網技術（智能識別、追蹤技術），對圈舍豬只實現嚴格追蹤，同時實現物資、車輛、水料、外來生物、糞污處理以及病死豬等的全程追蹤；最后就是豬場樣品檢查和檢測，對豬場樣品進行檢測，將結果輸入控制平臺，實時更新豬場生物安全狀態，實現對豬場的實時監測及高效管理。

6 小結

鑒于物聯網豬場管理的高效性、智能化、低勞動力成本等優勢，物聯網豬場建設將逐漸增加，目前我國物聯網豬場智能養豬仍處于初步發展階段，在今后的物聯網豬場發展建設過程中將更多地考慮以下幾個方面：

第一，無線將逐步取代有線網絡，使用無線網絡能夠大幅減少豬場的場內布線，同時無線無線網絡在維護性、可靠性以及經濟性上具有顯著的提高，減少圈舍建設負擔的同時也有利于豬場防疫；

第二，豬場設備智能化，智能化設備能夠減少勞動力的投入，同時能夠對豬場警醒精細化管理以及精準化調控；

第三，數據收集自動化，傳輸實時性提高，數據收集傳輸的智能化能夠有效減少人工數據的輸入過程，減少數據的錯誤率，大幅提高數據的及時性與可靠性；

第四，豬場管理智能化，通過對豬場數據的全面收集及深度整合，利用大數據技術針對性形成數據模型，對豬場進行智能化管理，提高豬場生產效率。