基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的生豬疫病監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建

摘 要：生豬養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)對(duì)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展及鄉(xiāng)村振興具有重大意義。當(dāng)前，集約化、規(guī)模化養(yǎng)殖已成為必然趨勢(shì)，生豬養(yǎng)殖場(chǎng)的疫病監(jiān)測(cè)與預(yù)警尤為關(guān)鍵。借助大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，可動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)病原種類(lèi)，及時(shí)預(yù)警，開(kāi)展針對(duì)性防控措施，降低傳染病的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。本文結(jié)合實(shí)際，探討生豬疫病的流行特點(diǎn)，分析基于大數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)及構(gòu)建方案，為同行提供參考。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；生豬疫病；監(jiān)測(cè)；預(yù)警系統(tǒng)；構(gòu)建

在養(yǎng)殖管理過(guò)程中，養(yǎng)殖戶(hù)需重點(diǎn)防范疫病，強(qiáng)化科學(xué)監(jiān)測(cè)與預(yù)警，做到早發(fā)現(xiàn)、早處理，避免豬群大批發(fā)病造成死亡從而帶來(lái)經(jīng)濟(jì)的損失。養(yǎng)殖規(guī)模與密度的增加，使防范動(dòng)物疫病成為規(guī)模化豬場(chǎng)的難題。生豬養(yǎng)殖場(chǎng)常面臨各類(lèi)傳染病，且疫病呈現(xiàn)新流行特征，易在養(yǎng)殖場(chǎng)快速暴發(fā)。疫病威脅豬的健康，降低其養(yǎng)殖效益，其中人畜共患病還危及到人類(lèi)的安全。所以，生豬養(yǎng)殖管理要注重疫病識(shí)別與防控。在疫病監(jiān)測(cè)預(yù)警時(shí)，依托大數(shù)據(jù)構(gòu)建智能化體系，監(jiān)測(cè)養(yǎng)殖現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)疫病源頭并及時(shí)處理，保障生豬健康，減少養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。

1 生豬養(yǎng)殖場(chǎng)疫病流行特點(diǎn)

1.1 新發(fā)和突發(fā)傳染性疾病增多

非洲豬瘟病毒（ASFV）2018首次在我國(guó)被發(fā)現(xiàn)，該病毒通過(guò)接觸傳播、蜱蟲(chóng)媒介等途徑擴(kuò)散，致死率近100%，尚無(wú)有效疫苗，導(dǎo)致全球生豬產(chǎn)能劇烈波動(dòng)。豬德?tīng)査跔畈《荆≒DCoV）2014年首次被檢測(cè)到，癥狀是豬出現(xiàn)水樣腹瀉，與豬流行性腹瀉病毒（PEDV）混合感染后死亡率高達(dá)80%～100%。新發(fā)病毒性水皰病2015年在北美和我國(guó)等地暴發(fā)，易與口蹄疫混淆，從而加劇疫病診斷難度。出現(xiàn)這種情況主要是因?yàn)榭鐕?guó)引種、凍肉走私等增加了病原跨境的傳播途徑（如ASF通過(guò)俄羅斯傳入中國(guó)東北），再加上高密度養(yǎng)殖導(dǎo)致豬群免疫力下降，病毒更易突破宿主屏障從而引發(fā)感染。

1.2 跨物種傳播風(fēng)險(xiǎn)增強(qiáng)

當(dāng)前在生豬養(yǎng)殖環(huán)節(jié)中人畜共患病的威脅逐漸上升，豬作為“混合器”，可重組禽、人流感病毒（如H1N1/2009）為甲型流感病毒（IAV），增加病毒大流行風(fēng)險(xiǎn)，鏈球菌病的感染風(fēng)險(xiǎn)逐漸增加，人接觸病豬后感染致死性腦膜炎在東南亞地區(qū)頻發(fā)[1]。此外，林下散養(yǎng)、豬禽混養(yǎng)增加豬與野鳥(niǎo)、嚙齒類(lèi)接觸，促進(jìn)禽流感病毒（如H5N1、H7N9）向豬群傳播， Are豬呼吸道上皮細(xì)胞同時(shí)表達(dá)禽類(lèi)（α-2，3唾液酸受體）和人類(lèi)（α-2，6受體）病毒結(jié)合位點(diǎn)，成為病毒跨種傳播的“橋梁宿主”。

1.3 病原變異與耐藥性增強(qiáng)

當(dāng)前生豬養(yǎng)殖領(lǐng)域的病毒變異快，豬繁殖與呼吸綜合征病毒（PRRSV）北美型（NADC30-like）與歐洲型（Lena株）重組，導(dǎo)致現(xiàn)有疫苗保護(hù)率下降至50%以下，圓環(huán)病毒（PCV2/3）PCV2d亞型取代傳統(tǒng)PCV2b成為優(yōu)勢(shì)毒株，引發(fā)免疫抑制綜合征（PMWS）加劇。細(xì)菌性疾病防控過(guò)程中預(yù)防性用藥（如飼料中添加粘菌素）加速耐藥基因（mcr-1）水平的傳播，豬大腸埃希菌對(duì)氟喹諾酮類(lèi)耐藥率超過(guò)60%，沙門(mén)氏菌對(duì)第三代頭孢菌素耐藥率上升至35%[2]。

1.4 疫病傳播途徑的多樣化

從當(dāng)前生豬疫病的傳播流行途徑來(lái)看，其途徑日益多樣化，例如PRRSV可通過(guò)空氣傳播至3公里外的豬場(chǎng)，而非洲豬瘟病毒則可以通過(guò)胎盤(pán)感染胎兒，導(dǎo)致先天帶毒仔豬成為隱性傳染源，野豬群成為ASFV自然宿主，通過(guò)遷徙或與家豬接觸傳播病毒。未經(jīng)嚴(yán)格消毒的運(yùn)豬車(chē)輛表面ASFV陽(yáng)性率高達(dá)22%（中國(guó)2021年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)）[3]。

2 基于大數(shù)據(jù)的生豬疫病監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)總體架構(gòu)涵蓋感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層。感知層通過(guò)各類(lèi)傳感器（如溫度傳感器、濕度傳感器、視頻監(jiān)控、健康監(jiān)測(cè)設(shè)備等）收集生豬養(yǎng)殖環(huán)境及生豬的健康數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸，包括無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等；平臺(tái)層包含數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心、分析引擎等，對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、分析；應(yīng)用層提供用戶(hù)界面和預(yù)警功能，包括監(jiān)測(cè)界面、預(yù)警界面、管理界面等。

2.2 數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析四個(gè)部分。數(shù)據(jù)采集主要收集生豬養(yǎng)殖場(chǎng)的環(huán)境數(shù)據(jù)（溫度、濕度、空氣質(zhì)量、光照強(qiáng)度等）、生理數(shù)據(jù)（生豬的心率、呼吸頻率、體溫等）、行為數(shù)據(jù)（通過(guò)視頻分析等技術(shù)獲取生豬行為數(shù)據(jù)）和養(yǎng)殖信息（豬的品種、年齡、體重、免疫記錄等）。在數(shù)據(jù)儲(chǔ)存方面，主要應(yīng)用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、NoSQL 數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，這些數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用場(chǎng)景各異。其中，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)養(yǎng)殖信息、交易記錄等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，NoSQL 數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、傳感器原始數(shù)據(jù)等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)經(jīng)過(guò)清洗、轉(zhuǎn)換、加載（ETL）數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行高級(jí)分析。在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，首先去除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)、重復(fù)數(shù)據(jù)，然后將不同來(lái)源、不同格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一轉(zhuǎn)換，接著將清洗和轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)加載到數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中。數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)主要是通過(guò)分析豬的健康狀況、生長(zhǎng)曲線、行為模式等，通過(guò)模式識(shí)別豬的異常行為或生理指標(biāo)變化，進(jìn)而預(yù)測(cè)疫病發(fā)生的可能性及疫情發(fā)展的趨勢(shì)。

2.3 系統(tǒng)功能模塊

系統(tǒng)功能模塊包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、預(yù)警以及用戶(hù)界面等模塊。數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)從傳感器、視頻監(jiān)控等設(shè)備采集數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和備份；數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)清洗、轉(zhuǎn)換、加載；數(shù)據(jù)分析模塊負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、模式識(shí)別、預(yù)測(cè)分析；預(yù)警模塊根據(jù)分析結(jié)果觸發(fā)預(yù)警，并通過(guò)多種方式（如短信、郵件、APP 推送等）通知相關(guān)人員；用戶(hù)界面模塊提供用戶(hù)操作界面，包括數(shù)據(jù)展示、報(bào)表生成、預(yù)警查看等。

2.4 數(shù)據(jù)安全保障

在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，為確保數(shù)據(jù)運(yùn)行和儲(chǔ)存的安全性，需運(yùn)用數(shù)據(jù)加密、訪問(wèn)控制、審計(jì)日志等措施加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全保障。數(shù)據(jù)加密主要對(duì)敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行加密存儲(chǔ)和傳輸，同時(shí)限制對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)，確保只有授權(quán)用戶(hù)才能訪問(wèn)，記錄對(duì)數(shù)據(jù)的所有操作，以便追蹤和審計(jì)。

2.5 系統(tǒng)實(shí)施

在整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程中，需明確系統(tǒng)功能需求、性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)要求，然后根據(jù)需求分析結(jié)果并進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)，并依據(jù)設(shè)計(jì)文檔進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)搭建完成后進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。將搭建好的系統(tǒng)部署到生豬養(yǎng)殖生產(chǎn)環(huán)境中，并做好系統(tǒng)的日常維護(hù)和管理。

3 未來(lái)研究方向與展望

3.1 數(shù)據(jù)層面

目前，生豬疫病監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可能存在不準(zhǔn)確、不完整等問(wèn)題，未來(lái)需要研究更有效的數(shù)據(jù)清洗和預(yù)處理方法，去除噪聲數(shù)據(jù)、糾正錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，并填補(bǔ)缺失數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在進(jìn)行多元數(shù)據(jù)整合過(guò)程中，除了現(xiàn)有的養(yǎng)殖環(huán)境數(shù)據(jù)、生豬生理數(shù)據(jù)和疫病診斷數(shù)據(jù)外，還應(yīng)整合氣象數(shù)據(jù)、市場(chǎng)流通數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)，通過(guò)研究多源數(shù)據(jù)融合的算法和模型，挖掘不同數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，更全面地了解生豬疫病的發(fā)生和傳播規(guī)律。此外，要加快建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保不同地區(qū)、不同養(yǎng)殖場(chǎng)的數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通和共享。這有助于打破數(shù)據(jù)壁壘，形成大規(guī)模的生豬疫病監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，為更精準(zhǔn)地預(yù)警提供數(shù)據(jù)支持。

3.2 技術(shù)融合層面

探索人工智能技術(shù)在生豬疫病監(jiān)測(cè)與預(yù)警中的應(yīng)用，利用深度學(xué)習(xí)算法對(duì)大量的疫病數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和建模，提高疫病預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性；結(jié)合自然語(yǔ)言處理技術(shù)，對(duì)疫病相關(guān)的新聞、報(bào)告等文本信息進(jìn)行挖掘，及時(shí)獲取疫病的流行趨勢(shì)和防控動(dòng)態(tài)；利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)生豬養(yǎng)殖全過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)保障數(shù)據(jù)的安全性；通過(guò)區(qū)塊鏈的分布式賬本，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可追溯性，提高預(yù)警系統(tǒng)的可信度。

3.3 系統(tǒng)應(yīng)用層面

根據(jù)養(yǎng)殖場(chǎng)的規(guī)模、養(yǎng)殖模式、地理位置等因素，為不同用戶(hù)提供個(gè)性化的疫病預(yù)警服務(wù)，深入探究研究個(gè)性化預(yù)警模型和算法，使預(yù)警信息更加精準(zhǔn)地滿足用戶(hù)的需求，提高養(yǎng)殖場(chǎng)的防控效率。基于智能手機(jī)的生豬疫病監(jiān)測(cè)與預(yù)警移動(dòng)應(yīng)用，通過(guò)移動(dòng)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳和交互，提高信息傳遞的及時(shí)性和便捷性。在做好上述工作的基礎(chǔ)上嘗試將生豬疫病監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)與養(yǎng)殖場(chǎng)的養(yǎng)殖管理系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和業(yè)務(wù)流程的協(xié)同，當(dāng)預(yù)警系統(tǒng)發(fā)出疫病警報(bào)時(shí)，養(yǎng)殖管理系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)、安排疫病防控措施，提高養(yǎng)殖場(chǎng)智能化的管理水平。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在生豬養(yǎng)殖管理過(guò)程中，加強(qiáng)疫病的有效監(jiān)測(cè)與防范，加快構(gòu)建智能化疫病監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，對(duì)降低傳染性疾病的發(fā)生與流行風(fēng)險(xiǎn)、提高疫病監(jiān)測(cè)預(yù)警質(zhì)量具有重要意義。在生豬規(guī)模化養(yǎng)殖業(yè)不斷發(fā)展的新時(shí)期，為提升養(yǎng)殖場(chǎng)的疫病監(jiān)測(cè)效率和質(zhì)量，養(yǎng)殖管理人員應(yīng)注重大數(shù)據(jù)技術(shù)在養(yǎng)殖場(chǎng)的應(yīng)用，以此為構(gòu)建系統(tǒng)化的疫病監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，加強(qiáng)對(duì)疫病的針對(duì)性跟蹤與監(jiān)督，規(guī)范養(yǎng)殖場(chǎng)養(yǎng)殖行為，推動(dòng)規(guī)范化養(yǎng)殖技術(shù)的有效應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生豬疫病的有效控制，為生豬養(yǎng)殖業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：2025-03-07

作者簡(jiǎn)介：徐磊（1983—），男，本科，獸醫(yī)師。研究方向：畜牧獸醫(yī)。