奶牛健康監測及疾病早期預警的智能化

奶牛的個體信息如采食、反芻、發情、飲水、體溫、活動量、呼吸頻率以及體況評分等，通過監測這些參數的變化可以發現奶牛疾病，并發出預警，系統地了解奶牛的身體健康狀況。同時，可以構建健康奶牛的生長模型，并通過實時采集的大量真實健康奶牛數據信息豐富模型，提高模型容錯彈性，降低奶牛養殖風險，為未發生的疾病預警提供支撐。應用智能化技術建立奶牛行為監測系統，不僅可以監測奶牛異常狀態并作出預警從而預防奶牛疾病發生，盡早發現奶牛已發生的疾病，正確診斷并匹配治療方案，還可以及時和準確識別奶牛的發情期，便于及時調整生產安排，延長奶牛產乳期，提高產奶總量。

1 物聯網技術

隨著物聯網技術逐漸融入社會分工，大數據采集、智能化機械已經慢慢融入社會各領域。據統計，2020年，大約500億個物體連接到互聯網上，物聯網技術被廣泛應用于精準農業、環境監測、云計算等領域。物聯網技術在奶牛生產中的應用主要體現在個體識別、體重測定、精準飼喂、產奶性能、發情鑒定、環境監測等環節。

2 機器學習技術

在奶牛生產領域，研究人員可以利用機器學習對牛奶的生產量、運動數據、消化等生理指標進行分析，將這些數據轉化為數學模型，并使用這些模型來預測奶牛的健康狀況。由于現代生活水平的提高，人們對食品的安全和質量要求也越來越高，企業需要投入更多資源來應對這些變化。因此，在奶牛精準育種、群體管理和疾病監測等領域機器學習具有廣泛的研究和應用前景。在這些領域中，利用機器學習算法和訓練奶牛疾病來預測和監測奶牛疾病已成為精準乳業的研究方向。應用機器學習預測奶牛代謝性疾病、乳房炎、傳染病、熱應激和跛行等疾病也已成為國際上的研究熱點。

3 國內外奶牛健康監測研究

目前，國內外主要通過傳感器等信息采集傳輸設備對奶牛的直腸溫度、活動量、產奶量等指標進行監測，并借助健康指數和體況評分等手段建立奶牛健康預警系統。一般來說，奶牛的活動量、產奶量和體溫都可以作為對奶牛疾病預警的監測指標，對奶牛活動量、產奶量的實時監測可以及時了解奶牛的健康狀況，對疾病的預防和早期治療具有重要意義。對奶牛體溫進行實時監測可以推測奶牛發情期，從而合理安排生產活動。劉忠超等基于無線Wi-Fi和STM32單片機系統，采用DS18B20數字溫度傳感器，可以自動接觸測量奶牛體溫，并能將測量結果上傳到Android手機平臺。Y.Lee等在奶牛的肩胛骨附近和頸部區，借助手術將溫度記錄儀植入奶牛體內，可以實時監測奶牛的體溫。何東健等以PT100熱電阻為溫度探頭，設計了基于ZigBee網絡的植入式奶牛體溫傳感器，實現了無線實時監測奶牛體溫。

4 奶牛疾病的早期預警

疾病預警系統可以在疾病發生前發出警示信息并采取預防措施，這樣可以將因疾病造成的損失降到最低。在畜牧業中，疾病預警系統已經得到了廣泛的應用。在充分收集奶牛疾病相關方面信息后，已經基本確定了奶牛狀態異常的預警指標。病前監測、早期診斷的觀念幾乎融入奶牛經濟最大化的各個階段，且隨著牧場中新型設備如電子項圈、二代計步器和擠奶監控系統等的廣泛應用，使奶牛健康監測和信息收集更加便利，能夠更及時地對疾病早期預兆作出預警。

目前，大部分奶牛場預警系統的依據是獸醫的巡檢經驗。雖然這種方法較為成熟，但仍然有一些問題存在。首先，該預警系統過多地依賴獸醫的觀察和臨床經驗，其耗費資源較多，且需要專業知識扎實的獸醫。其次，該系統不能很好地滿足大規模奶牛場所需的快速性和高效預警需求。

5 奶樣體細胞數測定技術

奶樣體細胞數測定技術是國內奶牛場常用的初步診斷隱性乳腺炎的方法之一，通常采用體細胞檢測儀進行快速檢測，該技術方便快捷，但對于奶樣體細胞數陽性的樣品仍需要進行額外的細菌培養和檢測，以確定診斷結果。

6 奶牛群體改良測定技術

奶牛群體改良是用于改進奶牛生產性能的系統測定體系，能夠對牛場的不合理管理情況進行調整，有助于提前預警奶牛乳腺炎和酮病等疾病。脂蛋比和乳脂率都是DHI測定中最主要的指標。脂蛋比大于1.4，乳脂率超過4.5%，表明奶牛體脂動員較多，牛群發生酮病的風險較高。

7 計步器及發情、反芻項圈預警技術

計步器及發情、反芻項圈預警技術在畜牧業中廣泛應用。該技術最早于1979年研制而成，通過佩戴在奶牛身上并實時記錄，可以準確記錄奶牛每天行走的步數。隨著技術的不斷發展，2006年推出了SCR監測項圈，該技術不僅可以監測奶牛的發情情況，而且可以進行反芻監測。

8 大數據挖掘技術

在動物疫病防控領域，大數據挖掘技術扮演著極其重要的角色。該技術涵蓋了數據采集、數據集成與存儲、數據挖掘與分析等多個方面，目的在于提供動物疫病暴發的預警信息。在大面積收集傳染病發病前兆和規律數據后，通過特殊算法模擬了相應的模型，從而對疫病可能爆發的區域和爆發趨勢進行預測，對生產者起警示作用。此類系統已經通過驗證，具有可靠性高、準確率高等諸多優點，進而提高奶牛場對相關疫病的抵抗力，盡可能減少生產者損失。

9 智能化體溫連續遠程監測及預警技術

智能化體溫連續遠程監測及預警技術是一項新穎的疫病監測預警技術，可以通過監測和分析動物的體溫變化來預警口蹄疫等重大傳染病。但無法完全替代臨床診斷，不能監測病原微生物。

10 基于AI和群體熱成像的奶牛行為分析技術

通過可見光與紅外成像設備，隨時記錄所監控奶牛的體溫和行為，上傳和存儲奶牛數據，并將其與正常模型進行對比，篩查與正常模型有差異的奶牛，做到疾病及時預警。未來奶牛疫病預警技術將進一步融合人工智能、大數據等新興技術，不斷增強奶牛的疾病防控能力，為生產者減少成本，提供便利，促進奶牛養殖業健康發展。

基金項目：中央引導地方科技發展專項（2023JH6/100100069），遼寧省創新能力提升聯合基金（2021-NLTS-11-05）。

作者單位：

1.沈陽農業大學動物科學與醫學學院

2.斯坦達伊（蘇州）生物科技有限公司

3.認養一頭牛控股集團股份有限公司