淺析智能化技術(shù)在生豬養(yǎng)殖中的應(yīng)用

趙許平，李莉，趙秀淵，裴彤

（河南省畜牧業(yè)信息中心，河南 鄭州 450008）

智能化養(yǎng)豬作為現(xiàn)代畜牧業(yè)的標(biāo)志之一，在畜牧業(yè)生產(chǎn)上起著至關(guān)重要的作用。智能化養(yǎng)豬把工業(yè)上智能制造的理念遷移到養(yǎng)豬業(yè)，圍繞養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建更廣泛的網(wǎng)絡(luò)化平臺(tái)，在此平臺(tái)基礎(chǔ)上可以更廣泛地協(xié)同集成各類軟硬件和最新技術(shù)，從而基于養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)等多場(chǎng)景開發(fā)相應(yīng)的產(chǎn)品和服務(wù)，帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。隨著信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等高新科技的快速發(fā)展，極大地促進(jìn)了生豬養(yǎng)殖模式的進(jìn)步。利用一些智能識(shí)別管理技術(shù)，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要進(jìn)行變量投入的精準(zhǔn)管理生產(chǎn)模式，精準(zhǔn)養(yǎng)殖模式便是其中的重要方面之一。通過智能技術(shù)對(duì)養(yǎng)殖個(gè)體、群體、環(huán)境等信息進(jìn)行精準(zhǔn)采集，為養(yǎng)殖者提供科學(xué)養(yǎng)殖的決策支持，實(shí)現(xiàn)生豬智能養(yǎng)殖的目標(biāo)。

1 FIRE全自動(dòng)種豬生產(chǎn)性能測(cè)定

FIRE（Feed Intake Recording Equipment）全自動(dòng)種豬生產(chǎn)性能測(cè)定利用RFID電子耳牌的識(shí)別技術(shù)，從一個(gè)群體中識(shí)別出每一個(gè)個(gè)體，并對(duì)識(shí)別出的個(gè)體進(jìn)行測(cè)定和記錄。FIRE 系統(tǒng)通過被動(dòng)方式獲取測(cè)定數(shù)據(jù)，系統(tǒng)在獲得測(cè)定豬采食量和體質(zhì)量數(shù)據(jù)時(shí)完全不干擾測(cè)定豬的正常生活方式，因此所獲得的測(cè)定數(shù)據(jù)非常接近于實(shí)際生產(chǎn)狀況下的豬生長模式。FIRE獲得的測(cè)定數(shù)據(jù)可以認(rèn)為是實(shí)際生產(chǎn)狀況下的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，F(xiàn)IRE 的測(cè)定數(shù)據(jù)也可直接用于生產(chǎn)實(shí)際，如種豬選擇或選育，或用于計(jì)算生產(chǎn)中豬生長發(fā)育曲線。由于FIRE 系統(tǒng)能取得連續(xù)的體質(zhì)量記錄，因而為種豬選育提供了一個(gè)新的重要的選擇指標(biāo)，即任何生長階段的日增重和飼料報(bào)酬。育種工作者可以通過FIRE 系統(tǒng)所獲得的測(cè)定數(shù)據(jù)，對(duì)不同測(cè)定豬的任何生長階段的日增重和飼料報(bào)酬數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從中選擇理想的種豬。另外，利用智能稱重、智能測(cè)溫等技術(shù)，對(duì)生豬生長狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，飼養(yǎng)者及時(shí)掌握生豬生長情況，及時(shí)采取相應(yīng)的管理措施，提高養(yǎng)殖效益。

RFID（Radio Frequency IDentification）技術(shù)，即射頻識(shí)別，是利用射頻信號(hào)通過空間耦合實(shí)現(xiàn)無接觸傳遞信息的一種技術(shù)。RFID主要由電子標(biāo)簽、天線、閱讀器3部分組成。電子標(biāo)簽是RFID的核心，并且每個(gè)電子標(biāo)簽具有全球惟一的識(shí)別號(hào)。電子耳牌和天線的穩(wěn)定性是個(gè)體精確管理的前提，如果電子耳牌不穩(wěn)定，種豬的信息成為空白，系統(tǒng)無法對(duì)種豬進(jìn)行飼喂。遵循農(nóng)業(yè)部“一畜一標(biāo)”的要求，為每只豬佩戴RFID 電子耳牌，并為其建立電子檔案。對(duì)進(jìn)入測(cè)定站的豬只個(gè)體通過RFID電子耳牌實(shí)現(xiàn)快速識(shí)別，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)記錄和統(tǒng)計(jì)每頭豬的體質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)豬只個(gè)體的自動(dòng)監(jiān)控和精準(zhǔn)養(yǎng)殖。同時(shí)，對(duì)整場(chǎng)豬群的體質(zhì)量進(jìn)行分析和出欄預(yù)測(cè)，科學(xué)地指導(dǎo)豬場(chǎng)和屠宰場(chǎng)的生產(chǎn)計(jì)劃，減少資源浪費(fèi)。自動(dòng)化的種豬生產(chǎn)性能測(cè)定可以通過自動(dòng)化個(gè)體飼喂管理，幫助種豬場(chǎng)提高測(cè)定的準(zhǔn)確性和可靠性，更科學(xué)地指導(dǎo)育種生產(chǎn)管理和遺傳改良。

2 Web Service 技術(shù)

Web Services 是在開放互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上逐步建立并發(fā)展起來的，使原來互相孤立的站點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享、信息通信的一種接口技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)中因應(yīng)用戶的身份權(quán)限和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，為客戶端提供服務(wù)以及基于服務(wù)的接口。采用基于Web Services 來實(shí)現(xiàn)RFID 信息管理系統(tǒng)，可使企業(yè)服務(wù)器安全快速地獲取RFID 電子標(biāo)簽信息以及各松散養(yǎng)殖環(huán)境的數(shù)據(jù)集成，及時(shí)分析和管理企業(yè)的養(yǎng)殖過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)養(yǎng)殖環(huán)境實(shí)時(shí)養(yǎng)殖數(shù)據(jù)的快速獲取，將這些分散養(yǎng)殖環(huán)境的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一匯總、分析和管理，為企業(yè)高層和養(yǎng)殖人員提供統(tǒng)一的管理接口。為了應(yīng)對(duì)大規(guī)模養(yǎng)殖企業(yè)在不同養(yǎng)殖領(lǐng)域的具體需求，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化的RFID 智能養(yǎng)豬管理系統(tǒng)，就必須結(jié)合Web Services 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖企業(yè)各分散養(yǎng)殖環(huán)境的信息交互和集成管理的應(yīng)用需求，采用不同的子系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)豬群的智能養(yǎng)殖。

3 計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)是基于信號(hào)和圖像處理、概率統(tǒng)計(jì)、計(jì)算幾何、機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)處理視覺信息。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)顯著改變了人與世界的交互方式，可完成突破人類視覺局限的任務(wù)。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)可通過識(shí)別豬的體型、外貌、面部等特征細(xì)節(jié)，提取每頭豬的特征，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)識(shí)別和定位每頭豬。人工觀察豬的行為存在費(fèi)時(shí)費(fèi)力、干預(yù)豬生活環(huán)境、難以實(shí)時(shí)監(jiān)控等缺點(diǎn)。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)可以估計(jì)豬只的飲水量，識(shí)別豬只飲水行為，較好區(qū)分飲水狀態(tài)和非飲水狀態(tài)，可以連續(xù)識(shí)別和跟蹤斷奶仔豬的活動(dòng)。在豬運(yùn)動(dòng)信息方面，通過計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對(duì)豬的進(jìn)食、飲水、躺臥、走動(dòng)、排泄行為進(jìn)行識(shí)別，研究結(jié)果表明，計(jì)算機(jī)視覺可有效獲取豬運(yùn)動(dòng)信息，能夠滿足長時(shí)間、大數(shù)據(jù)量的運(yùn)動(dòng)信息計(jì)算，與人工識(shí)別的結(jié)果吻合程度較高。采用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)監(jiān)測(cè)豬只采食、飲水狀態(tài)、攻擊行為、過度爬跨、母豬分娩、豬群活動(dòng)、環(huán)境舒適度等，可為精準(zhǔn)投喂提供依據(jù)，并可提高豬的福利飼養(yǎng)。目前來看，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在養(yǎng)豬上的應(yīng)用大多數(shù)還處于探索階段，但在未來，隨著技術(shù)的不斷成熟和與產(chǎn)業(yè)的深度融合，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)必將為養(yǎng)豬業(yè)帶來一場(chǎng)變革。

4 精準(zhǔn)飼喂管理技術(shù)

以精準(zhǔn)、高效、個(gè)性化定制為主要特征，根據(jù)動(dòng)物營養(yǎng)、生長狀態(tài)、生長環(huán)境、效益目標(biāo)等多種因素，形成針對(duì)不同養(yǎng)殖對(duì)象的飼喂配方和飼喂方案。以自動(dòng)分階段飼養(yǎng)為例，簡單介紹下精準(zhǔn)飼喂管理的模式。把豬場(chǎng)分為兩個(gè)部分：采食區(qū)和飲水區(qū)，并且在采食區(qū)和飲水區(qū)之間安裝了具有體質(zhì)量分類功能的個(gè)體秤。采食區(qū)的生長育肥豬可以自由進(jìn)入飲水區(qū)，但飲水區(qū)的生長育肥豬必須通過個(gè)體秤才能進(jìn)入采食區(qū)。個(gè)體秤可以根據(jù)豬的體質(zhì)量將豬分為2～4欄，并根據(jù)測(cè)定秤獲得的數(shù)據(jù)，可以清楚知道每欄有多少頭豬，以及其真實(shí)的平均體質(zhì)量，并給不同體質(zhì)量的豬欄投放不同生長階段的飼料，從而實(shí)現(xiàn)精確的分階段飼養(yǎng)。自動(dòng)分階段飼養(yǎng)會(huì)使豬在分階段飼養(yǎng)中飼料轉(zhuǎn)換更有效。飼料完全配合豬的生長速度，既不會(huì)因?yàn)轱暳蠣I養(yǎng)物質(zhì)不足而影響豬的生長發(fā)育速度，也不會(huì)因?yàn)轱暳现袪I養(yǎng)物質(zhì)過剩而造成浪費(fèi)，這大大節(jié)省了飼料成本和減少了對(duì)環(huán)境的污染。對(duì)不同體質(zhì)量的豬喂以不同營養(yǎng)的飼料，這樣可以使體質(zhì)量較輕的豬增加生長速度，對(duì)體質(zhì)量較大的豬則追求更好的飼料報(bào)酬。通過調(diào)整飼料中的營養(yǎng)成分，更容易使生豬達(dá)到預(yù)計(jì)出欄重量，從而實(shí)現(xiàn)精確飼養(yǎng)的目的。自動(dòng)分階段飼養(yǎng)系統(tǒng)還提供了豬的生長曲線，管理員可以獲得各欄的平均日增重?cái)?shù)據(jù)，由此可以預(yù)計(jì)達(dá)到出欄體質(zhì)量的天數(shù)和頭數(shù)，為經(jīng)營銷售工作做好長期或短期的計(jì)劃。

5 豬舍環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)

穩(wěn)定舒適的生活環(huán)境是動(dòng)物健康和福利以及獲得更安全、更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品的前提，因此，調(diào)控舍內(nèi)環(huán)境（氨氣水平、灰塵、濕度、溫度等），管理食物和水的攝入以及其他對(duì)生產(chǎn)力至關(guān)重要的任何事情是非常關(guān)鍵的。通常，使用傳感器測(cè)量豬舍內(nèi)水的消耗量、溫濕度、氣壓、二氧化碳和氨氣水平等，測(cè)量的數(shù)據(jù)被發(fā)送到處理數(shù)據(jù)的中央計(jì)算機(jī)，結(jié)果以精美的圖表顯示并可根據(jù)用戶要求進(jìn)行配置。用戶可以讀取圖表中應(yīng)包含哪些參數(shù)以及數(shù)據(jù)應(yīng)顯示的時(shí)間段，還可以基于實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)設(shè)置警報(bào)并在發(fā)生事故時(shí)采取緊急措施。此外，監(jiān)測(cè)豬舍氣壓對(duì)豬群安全也尤為重要。豬場(chǎng)的入口閘門可分成幾個(gè)正壓力下降的區(qū)域，以防止當(dāng)工作人員、動(dòng)物或飼料進(jìn)出時(shí)，傳染源進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)。如果氣壓設(shè)置是錯(cuò)誤的，豬場(chǎng)可能面臨生物安全的風(fēng)險(xiǎn)。通過對(duì)豬舍環(huán)境氣候管理進(jìn)行研究，可以為進(jìn)一步改善肉品質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

6 小結(jié)

智能養(yǎng)豬是大數(shù)據(jù)、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)在養(yǎng)豬上的整合，在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和決策控制等方面賦予機(jī)器學(xué)習(xí)能力，并使各種數(shù)據(jù)信息互連，形成一個(gè)協(xié)調(diào)高效的自動(dòng)化系統(tǒng)，部分替代人的思維進(jìn)行智慧管理。隨著人工智能技術(shù)的突破和低成本云基礎(chǔ)設(shè)施的布設(shè)，智能化養(yǎng)豬已成為可能，并逐步應(yīng)用于養(yǎng)豬生產(chǎn)。新技術(shù)的飛速發(fā)展日新月異，這需要我們養(yǎng)豬從業(yè)者順應(yīng)潮流，在緊跟時(shí)代發(fā)展的同時(shí)也要助力新技術(shù)的成熟。智能化養(yǎng)豬相關(guān)技術(shù)的推進(jìn)對(duì)我國養(yǎng)豬業(yè)健康化、標(biāo)準(zhǔn)化、福利化、精確化等都具有重要意義。