畜禽智慧養殖研究進展與發展趨勢

張昌楨，雷小朋，白維維

（凱里學院，貴州 凱里 556011）

目前我國畜禽養殖業正向集約化、智能化和標準化方向綠色轉型升級。以信息技術為基礎的數據、物聯網及人工智能技術逐步滲透到畜禽生產養殖的各個領域，研究者通過集成或自主開發的方式，不斷研究報道畜禽信息智慧感知、養殖環境監測與智慧調控和畜禽智慧化飼養等內容。在硬件層面，養殖智能化不僅需要成本低、小型化及多功能的信息采集與診斷設備，而且還需要取替人工勞動力的畜禽養殖機器人。同時在軟件層面上，需要能夠實現系統、設備和生產環節之間的實時數據匯集與信息共享，實現數據高度融合和多維數據分析，提供生產預測和決策建議。

目前，智慧養殖逐漸成為現代畜禽養殖業研究的重點領域，將會越來越被業界認可，對推動畜禽養殖業產業升級、合理利用畜禽養殖業生產全要素資源和提高畜禽養殖業數字化管理水平至關重要。畜禽智慧養殖的發展重心是更廣泛地感知、更全面地連接、更深入的智能控制和更貼心的用戶支持，下文將圍繞這些內容進行論述。

1 畜禽生物信息獲取與行為監測

畜禽信息和行為的智能感知是智慧養殖的基礎，只有準確、實時地獲取畜禽生物信息，才能客觀地評估畜禽生長和健康狀況，人為介入，采取及時預防和治療措施，盡量減少損失。近年來，畜禽個體識別裝備發展迅速，越來越多的高新技術被應用于動物生理感知標識。21世紀以來，利用機器視覺、物聯網等先進技術開發了一系列智慧感知設備，為動物個體、生理指標和行為活動等進行自動識別提供了有力的支撐。

1.1 個體標識

個體標識的任務是對畜禽個體和小群體的編碼與標記，是個性化養殖、精細飼喂和管理，實現畜禽產品跟蹤溯源的基礎。智能可穿戴技術目前在畜牧養殖領域已經廣泛應用，在畜禽管理、個體身份識別、畜禽產品溯源和疾病控制等方面起到重要作用[1]。近幾年運用便攜式工具來讀寫操作已經成為應用開發的主流，浙江利爾達物聯網技術有限公司生產的射頻識別（RFID）耳標產品，整套產品包括耳標、采集器和網關，如圖1所示。可以實現個體的飼喂、用藥、疾病、稱重和出欄記錄等信息管理[2]。基于機器視覺技術的個體標識也是目前研究的熱點，出現的新方法能夠準確識別、快速準確地跟蹤視頻中的生豬，能夠應對部分遮擋[3]。然而圈養動物過多時，個體識別出現困難，還需進行大量的研究和實踐。

圖1 RFID耳標系統

1.2 生理、行為指標識別監測

目前，畜禽健康檢測更多依賴養殖人員的經驗知識，主觀性強、效率低，不能滿足現代規模化養殖需求[4]。國內研究者構建了單視角點云鏡像、基于雙目視覺原理和徑向基函數（RBF）神經網絡等測算方法，實現動物體尺、體重的評估，準確率較高[5]。林惠強等[6]采用穿戴式傳感器設備實現了實時檢測生豬體溫、心率和運動量等生理信息的目的。由于對畜禽個體健康情況進行識別監測生理指標復雜和監測難度普遍較大，這些領域的研究還處于起步階段。另外，動物日常生理、行為指標和動物健康狀況關系密切。

2 養殖環境監測與智慧調控

在畜禽養殖過程中，畜禽的養殖環境與畜禽的健康狀況關系密切，良好的養殖環境可以有效地預防和控制畜禽疾病的發生，使動物在更合適的環境中成長，保證其健康和快速成長。畜禽養殖舍環境調控主要包括空氣質量、熱環境及光照調控。

2.1 空氣調控

畜禽舍內，糞尿、飼料和墊料等產生的粉塵，以及積存發酵產生的氣體，易引發動物出現各種疾病。控制規模化畜禽舍的空氣質量有過程控制和終端凈化2種方法，程龍梅等[7]測試證明了雞舍傳送帶干清糞工藝方式較地溝刮板清糞方式可顯著改善舍內空氣質量；Lim等[8]通過254 mm厚度的生物過濾裝置把育肥豬舍糞溝氣體的氨氣和硫化氫排出舍外，這些方法都很好地提高了畜禽舍內的空氣質量。

2.2 熱環境調控

環境應激對畜禽健康會產生很大影響，環境溫度舒適時，動物的健康水平比較好，生產性能更好，飼料的利用率也比較高，環境溫度過高或過低都會影響畜禽生產力。我國夏季大部分地區高溫就使得畜禽業生產蒙受了巨大的損失。

溫度控制技術中，畜禽舍加溫方式有畜禽舍燃油熱風爐、燃煤熱風爐、燃氣熱風爐、集中熱水供暖系統和電熱地板等[9]。然而這些加熱裝備中主要用在幼年畜禽身上，很少在畜禽育成上應用。在降溫技術上，運用噴水、噴淋等方式成為主流。

2.3 光照調控

在畜禽舍內，不僅要保持所需的光照強度，而且需要根據畜禽品種、年齡、生產工藝和生產方向（包括育肥和養殖）適當使用光照。現代雞舍通常是人工來控制光照的時長和節律，在蛋雞和種雞生產過程中，通常進行光照時間和光照強度的調節，以影響和控制雞的飼料消耗、性成熟、產蛋率和改善蛋的品質等[10]。近年來，光照強度、光色和光周期等對畜禽生產性能的影響得到深入研究，適合的參數可以提高免疫力，降低死亡率和發病率。

3 畜禽飼養精準管理技術

畜禽智能化飼養不僅解放了生產力，而且滿足了動物福利標準，優化了個性化和精確的畜禽飼養需求。當前我國的畜禽現代化養殖的發展模式主要借鑒西方發達國家工業化、集約化的養殖模式，國內研究成果并不突出。

3.1 自動飼喂

當前國內主要是通過科研院所與具有相關設備制造能力的廠商進行自動飼喂的合作研究，其中在智能精準飼喂設備、飼喂理論、家禽自動飼喂流水線和飲水設備等方面得到了進一步發展，取得了較多項可實施的發明專利[11]。畜禽集約化養殖的發展導致自動化、智能化飼喂設備需求劇增，從事智能設備制造的研究人員和相關制造商進行了不斷研發和創新，目前市面上出現了奶牛精準飼喂系統、產床母豬飼喂系統、保育豬干濕飼喂器、妊娠母豬飼喂站、仔豬補奶機和奶羊智能飼喂系統等一系列設備[12]。這些設備綜合運用了機電系統、移動通信技術、無線網絡技術和人工智能技術等，實現了飼喂設備的信息感知與智能控制。

3.2 自動清糞

我國畜禽養殖場的清糞工作主要還是通過人工進行，存在工作效率低、勞動強度大和清掃環境惡劣等問題，因此進行自動清糞技術的研究與開發已經迫在眉睫。目前，主要綜合了畜禽養殖環境、智能控制技術和機械設備從傳送帶清糞、機械刮板清糞和清糞機器人等方面進行研究[13]。雖然自動清糞技術在中國仍然處于起步階段，但隨著計算機軟硬件技術與人工智能的飛速發展，使得生產出具有工作穩定、安全可靠、易于控制、工作效率高、成本低廉，并且適合不同的養殖場地等特點的自動清糞機器人或設備成為可能。

3.3 畜禽產品自動收集

結合智能傳感技術、計算機視覺和自動控制技術的高效畜禽產品自動收集設備成為研究的潮流。瑞典、荷蘭和德國等歐美發達國家已有不少廠商生產商品化畜禽產品自動收集機器人，但這一領域的核心技術在我國研究成果較少[14]。國內養雞場自動集蛋技術相對成熟，河南銀星畜牧設備有限公司生產的階梯式自動撿蛋機，如圖2所示，實現了雞蛋的自動采集和篩選。然而我國的畜禽產品自動采集設備無論是在控制策略上還是在智能程度上都落后于西方發達國家，進口設備價格高、能耗大，而且不一定適合國內的養殖環境，會出現“水土不服”的情況，基于此，技術和設備的國產化將是未來的發展方向。

圖2 階梯式自動撿蛋機

4 結束語

從近年來國內外研究現狀來看，我國畜禽智慧養殖還處在初級階段，智慧養殖的研究成果大多停留在理論上，能實現商業化的產品比較少，大量多功能畜禽智能監測設備仍處于傳感器和計算機算法的研發階段，現有的技術未能達到高效、準確、易維護和低成本等需求。針對當前我國畜禽智慧養殖發展出現的問題，需要將理論研究成果轉換成實際應用。生產實際過程，綜合自動控制、大數據和人工智能等技術，設計低成本、高穩定性的智慧養殖技術與設備。同時，畜禽業需要加快向標準化規模養殖進行升級轉型，以規模化、標準化、信息化和智能化為導向，構建綠色、高質量的發展模式。