智慧養(yǎng)豬與智能豬場(chǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與分析

陳紅躍，馮露秋，張 晨，王乃秀，汪 凱，林海爛，黃子晴，何道領(lǐng)，朱 燕，甘 玲*

（1.西南大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院，重慶 402460；2.重慶市畜牧技術(shù)推廣總站，重慶 401121）

我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)正處于傳統(tǒng)散養(yǎng)逐步被集約化、規(guī)?；B(yǎng)殖所取代的關(guān)鍵時(shí)期，同時(shí)也伴隨著傳統(tǒng)的人工養(yǎng)殖逐步被智能養(yǎng)殖所取代。在當(dāng)前信息化時(shí)代，養(yǎng)豬人只有站在時(shí)代前沿，才能在養(yǎng)豬業(yè)內(nèi)立于不敗之地。相比傳統(tǒng)人工養(yǎng)殖，智能裝備下進(jìn)行智慧養(yǎng)豬有著巨大的優(yōu)勢(shì)，各大互聯(lián)網(wǎng)公司也紛紛加入智慧養(yǎng)豬的隊(duì)列，養(yǎng)豬逐漸成為“國(guó)民行業(yè)”。

1 智能飼喂系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與分析

1.1 豬場(chǎng)智能飼喂系統(tǒng)的重要性

研究表明，應(yīng)用智能飼喂能顯著提高母豬受胎率、繁殖性能和生產(chǎn)性能[1]，提高豬只飼料利用效率，降低料重比[2]。此外，智能飼喂技術(shù)還顯著地提升了管理水平、減少投入成本。因此，高度自動(dòng)化、智能化養(yǎng)殖技術(shù)相繼出現(xiàn)。目前，在集約化豬場(chǎng)中，采用的智能飼喂系統(tǒng)主要包括：“格式塔”繁殖母豬智能化飼喂管理系統(tǒng)、大群母豬智能飼喂系統(tǒng)、液態(tài)料智能飼喂系統(tǒng)、育肥豬分欄系統(tǒng)等。

1.2 “格式塔”繁殖母豬智能化飼喂管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)由加拿大JYGA科技公司創(chuàng)建，是全世界第一套電腦化母豬飼喂系統(tǒng)。該系統(tǒng)能根據(jù)母豬不同的體況、年齡、胎次和乳豬數(shù)目，在哺乳期有針對(duì)性地對(duì)每頭母豬進(jìn)行個(gè)性化飼喂管理，從而動(dòng)態(tài)獲取各豬只的采食情況。該套管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)母豬哺乳期健康狀況的有效監(jiān)控，不僅能通過(guò)靈活調(diào)整飼喂量，減少母豬哺乳期體重的損失，也使母豬產(chǎn)乳量達(dá)到最大化，從而提高了母豬的繁殖性能。該系統(tǒng)自2011年起，已在我國(guó)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，并開始了大量的普及和應(yīng)用[3]。

1.3 大群母豬飼喂系統(tǒng)（Velos）

大群母豬飼喂系統(tǒng)的智能性主要基于在母豬耳標(biāo)中進(jìn)行電子芯片的安裝，然后采用無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)識(shí)別電子耳標(biāo)。一旦種母豬靠近自動(dòng)飼喂器進(jìn)行采食，該系統(tǒng)能通過(guò)識(shí)別母豬個(gè)體檔案，制定飼喂方案，記錄采食量、采食時(shí)間和體重等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)個(gè)體精確飼喂[4]。由于該智能飼喂系統(tǒng)的自動(dòng)飼養(yǎng)管理單位為50頭母豬，因此，在小、中、大型豬場(chǎng)中均能得到有效的使用。加之其降低生產(chǎn)成本、減少飼料污染、提供良好飼養(yǎng)環(huán)境、提高精準(zhǔn)飼喂管理水平等優(yōu)點(diǎn)，得到廣大養(yǎng)殖者的認(rèn)可，普及范圍越來(lái)越廣。

1.4 液態(tài)料智能飼喂系統(tǒng)

液態(tài)料智能飼喂系統(tǒng)主要包括三大部件：電腦程序控制部件、配料攪拌部件、輸送部件。電腦程序部件作用在于計(jì)算飼喂的液料總量，然后在電腦飼喂配方的指令下，由配料攪拌部件將適當(dāng)比例的水和飼料原料攪拌混合均勻。然后，依次下料到食槽。期間，混合罐稱重感應(yīng)器將對(duì)罐體重量變化進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)，從而使下料量受到精確控制[5]。液態(tài)料智能飼喂系統(tǒng)具有液態(tài)料適口性好、增加豬只采食量、顯著提高其生長(zhǎng)性能及飼料轉(zhuǎn)化率等特點(diǎn)。此外，由于水介質(zhì)能夠更快地溶解藥物，因此在投藥期間，采用這套系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確地拌料，并減少應(yīng)激反應(yīng)。目前，鄧凱熠等[6]已經(jīng)設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了液態(tài)料智能飼喂系統(tǒng)的精準(zhǔn)性、可靠性及穩(wěn)定性。但由于液態(tài)料飼喂技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，因此在國(guó)內(nèi)普及率相對(duì)較低。

1.5 育肥豬分欄系統(tǒng)

育肥豬分欄系統(tǒng)是一種根據(jù)育肥豬體重差異，自動(dòng)把豬只分配到不同區(qū)域的飼養(yǎng)模式。該種模式使不同生長(zhǎng)階段豬的飼喂方式和營(yíng)養(yǎng)需求可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化管理。其原理在于：基于育肥豬可以進(jìn)行大群飼養(yǎng)管理的方式，該系統(tǒng)通過(guò)安裝在每頭豬體上的電子耳標(biāo)，對(duì)每頭豬的體重進(jìn)行實(shí)時(shí)地追蹤、記錄和統(tǒng)計(jì)，并基于獲得的數(shù)據(jù)對(duì)整場(chǎng)豬群的體重進(jìn)行科學(xué)的分析，從而對(duì)不同區(qū)域的豬只提供差異化生長(zhǎng)需要的營(yíng)養(yǎng)供給。并預(yù)測(cè)豬只的出欄信息，以科學(xué)地指導(dǎo)生產(chǎn)計(jì)劃和屠宰計(jì)劃，切實(shí)地整合畜牧資源。目前，該系統(tǒng)已在國(guó)內(nèi)具有一定規(guī)模的應(yīng)用，可為智能育肥生產(chǎn)模式積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。

2 智能環(huán)控系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與分析

2.1 豬場(chǎng)環(huán)控的重要性

養(yǎng)豬業(yè)的生產(chǎn)效益與諸多影響因素有關(guān)。而品種、飼料品質(zhì)、疫病防控及環(huán)境等是其主要的影響因素。其中，環(huán)境因素占了1/3左右[7]。母豬的繁殖性能、豬只的生長(zhǎng)性能、豬肉的品質(zhì)等都與環(huán)境的好壞密切相關(guān)。不良的環(huán)境條件也是疫病發(fā)生和傳播的關(guān)鍵所在。尤其是環(huán)境中存在的應(yīng)激源是疾病發(fā)生的主要誘因[8]。在養(yǎng)豬過(guò)程中，防寒保暖及通風(fēng)換氣對(duì)豬舍溫度、濕度、有害氣體濃度的控制至關(guān)重要，因此，豬場(chǎng)智能環(huán)控設(shè)備在智慧養(yǎng)豬中具有舉足輕重的作用。

2.2 環(huán)控系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

郭宗義[9]采用RFID電子溫濕度傳感標(biāo)簽對(duì)豬場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的溫濕度控制管理。朱偉興等[10]基于物聯(lián)網(wǎng)對(duì)保育豬的保育舍環(huán)境實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)、精準(zhǔn)和遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。此外，目前傳感器技術(shù)在自動(dòng)化養(yǎng)豬場(chǎng)的環(huán)控上也有新的進(jìn)展。漆向軍等[11]基于傳感器技術(shù)設(shè)計(jì)并制作了環(huán)衛(wèi)養(yǎng)豬場(chǎng)模型，該模型對(duì)豬場(chǎng)的糞污清理環(huán)節(jié)及豬舍保持恒溫等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化精確控制。周景文等[12]基于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的豬舍監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)將豬舍環(huán)境參數(shù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，遠(yuǎn)程用戶可以通過(guò)連接Internet查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境、設(shè)備和人之間的信息交換。

由上可見，不管是基于物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)?；i養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，還是基于不同的傳感技術(shù)所研發(fā)的設(shè)備，都反映出現(xiàn)代畜牧業(yè)高度智能化的發(fā)展趨勢(shì)。

3 監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與分析

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)的重要性

為了疾病防控和豬場(chǎng)安全生產(chǎn)，在豬舍內(nèi)安裝監(jiān)控系統(tǒng)有助于管理者監(jiān)督豬場(chǎng)的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，觀察監(jiān)督豬場(chǎng)的生產(chǎn)情況，盡可能地減少進(jìn)入養(yǎng)殖場(chǎng)的人數(shù)，以避免人豬之間的交叉感染[13]。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

視頻監(jiān)控在養(yǎng)豬生產(chǎn)管理中主要發(fā)揮以下作用。（1）監(jiān)督豬只，減少人力資源浪費(fèi)。（2）遠(yuǎn)程指導(dǎo)和診療服務(wù)。（3）監(jiān)督飼養(yǎng)人員，避免違規(guī)現(xiàn)象。（4）展示豬場(chǎng)情況。（5）收集數(shù)據(jù)。智能豬場(chǎng)的建立離不開大數(shù)據(jù)的支持，AI只有通過(guò)不斷地學(xué)習(xí)與分析大量數(shù)據(jù)，才能逐步成長(zhǎng)，以應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的突變情況。（6）與智能投喂系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)協(xié)同發(fā)揮作用。如，張軍等[14]開發(fā)了液態(tài)飼喂遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了豬舍液態(tài)飼喂的自動(dòng)化、飼喂信息的精準(zhǔn)調(diào)控和遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。王京威[15]設(shè)計(jì)了基于4G網(wǎng)絡(luò)的妊娠母豬精準(zhǔn)飼喂遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)母豬養(yǎng)殖的數(shù)字化管理。王輝民等[16]設(shè)計(jì)了集監(jiān)測(cè)、控制和管理為一體的養(yǎng)豬場(chǎng)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和光伏技術(shù)的不斷發(fā)展，智能監(jiān)控系統(tǒng)將更加完善，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在養(yǎng)豬業(yè)中的覆蓋率也將提高。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展是向全面智能化、數(shù)字精確化方向發(fā)展。比如，根據(jù)豬舍環(huán)境溫度、養(yǎng)殖的營(yíng)養(yǎng)需求、飼料供給量等控制管理工作與電子監(jiān)控進(jìn)行連接[17]，從而提高養(yǎng)豬的生產(chǎn)管理水平和效率。

4 AI在豬場(chǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與分析

AI是圍繞養(yǎng)豬生產(chǎn)，為養(yǎng)豬生產(chǎn)構(gòu)建更充分完善的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，采集養(yǎng)豬生產(chǎn)中實(shí)際數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而更好地實(shí)現(xiàn)自我分析、自我學(xué)習(xí)、開發(fā)出符合實(shí)際養(yǎng)豬生產(chǎn)的場(chǎng)景、相應(yīng)的配套設(shè)備以及服務(wù)等。智能飼喂、環(huán)控設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)都是在AI架構(gòu)之下進(jìn)行工作的。目前AI的研究與應(yīng)用主要集中在環(huán)控運(yùn)用、圖像分析、營(yíng)養(yǎng)分析、人機(jī)交互、疾病診斷及預(yù)測(cè)等領(lǐng)域[18]。

4.1 環(huán)控運(yùn)用

環(huán)控系統(tǒng)通過(guò)采用遠(yuǎn)程監(jiān)督和環(huán)控設(shè)備，自動(dòng)地維持著豬舍最適環(huán)境的穩(wěn)定。但設(shè)備不能根據(jù)歷史數(shù)據(jù)自我更新。設(shè)備的自我改善和修護(hù)以及精準(zhǔn)數(shù)據(jù)的提供需要AI維護(hù)。AI通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的自我學(xué)習(xí)和自我更新，不斷優(yōu)化調(diào)節(jié)方案，使環(huán)控系統(tǒng)提供足夠多的數(shù)據(jù)支持，從而更準(zhǔn)確地、智能地調(diào)節(jié)豬舍的環(huán)境變化。

4.2 圖像分析

人為觀察和分析監(jiān)控系統(tǒng)有著極強(qiáng)的主觀性，且浪費(fèi)了大量的時(shí)間。AI基于監(jiān)控系統(tǒng)，可以對(duì)監(jiān)控的畫面自主進(jìn)行分析，進(jìn)而給出報(bào)告。提供的應(yīng)用場(chǎng)景包括豬只識(shí)別、體重估計(jì)、行為監(jiān)測(cè)、疾病診斷等。目前應(yīng)用結(jié)合的難點(diǎn)在于對(duì)豬的行為學(xué)特征研究不足，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型缺乏理論支撐，需要做長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)積累，再?gòu)闹刑釤捯?guī)律性模板。

4.3 營(yíng)養(yǎng)分析

智能飼喂系統(tǒng)相比人工飼喂有諸多優(yōu)點(diǎn)，但其只能根據(jù)豬只不同的生長(zhǎng)階段進(jìn)行精準(zhǔn)飼喂，智能飼喂設(shè)備仍然需要提供數(shù)據(jù)支持和不斷地制定飼喂策略，并經(jīng)常性地進(jìn)行調(diào)整[19-20]。當(dāng)部分豬只發(fā)生疾病或有怪癖時(shí)，智能飼喂系統(tǒng)不具有自我調(diào)節(jié)飼料配比的能力。而AI系統(tǒng)通過(guò)大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)后，可以參考類似情況的解決方案，自主給出最佳營(yíng)養(yǎng)方案，最大程度保證既能對(duì)癥下料，又減少因飼料配比的改變?cè)斐傻膽?yīng)激。同時(shí)，自主飼喂系統(tǒng)需要不斷地與時(shí)俱進(jìn)，當(dāng)AI與自主飼喂系統(tǒng)鏈接時(shí)，才能不斷地獲取新數(shù)據(jù)，更好地為養(yǎng)殖場(chǎng)服務(wù)。

4.4 人機(jī)交互

人機(jī)交互是實(shí)現(xiàn)機(jī)器與人交流互動(dòng)的技術(shù)。一個(gè)比較實(shí)用的場(chǎng)景是語(yǔ)音的人機(jī)交互，通過(guò)問(wèn)答形式獲取市場(chǎng)行情、豬只檔案、生產(chǎn)成績(jī)、豬群健康狀況、豬舍環(huán)境條件等信息。該類技術(shù)應(yīng)用的前景取決于機(jī)器對(duì)自然語(yǔ)音的理解能力。目前人工智能公司的應(yīng)用開發(fā)已有很大的提升。

4.5 疾病診斷及預(yù)測(cè)

在疾病診斷方面，AI對(duì)得到的聲音、視頻等數(shù)據(jù)進(jìn)行快速比對(duì)，從而對(duì)豬只的疾病進(jìn)行快速而有效的預(yù)警和檢測(cè)，為豬只疾病的輔助診斷和治療提供了有效的工具。除此之外，AI在豬精液品質(zhì)智能檢測(cè)、母豬發(fā)情智能檢測(cè)、體重智能分析以及仔豬生長(zhǎng)性能智能測(cè)定等方面均有應(yīng)用。

綜上，AI是處于智能飼喂、環(huán)控系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)之上的系統(tǒng)。它擁有自我學(xué)習(xí)、自我進(jìn)化、自我調(diào)節(jié)的功能。但是，AI需要大數(shù)據(jù)的支持才能發(fā)揮作用。

5 大數(shù)據(jù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與分析

畜牧業(yè)大數(shù)據(jù)來(lái)自于對(duì)畜牧行業(yè)的數(shù)據(jù)分析和挖掘，它涉及畜牧產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后各個(gè)鏈條及環(huán)節(jié)[21]。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)的養(yǎng)豬場(chǎng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)獲取大數(shù)據(jù)，深度參與市場(chǎng)交易已獲得越來(lái)越多人的認(rèn)同[22]。數(shù)據(jù)積累僅僅作為管理的基礎(chǔ)，而更多在于對(duì)數(shù)據(jù)匯總后進(jìn)行數(shù)據(jù)的智能分析[23]。在豬場(chǎng)的管理上，AI能基于對(duì)數(shù)據(jù)的收集和積累，做出快速而精準(zhǔn)的分析，這類似于獸醫(yī)對(duì)豬場(chǎng)進(jìn)行了一場(chǎng)全面的體檢，核查出該豬場(chǎng)存在的問(wèn)題和短板，并與國(guó)內(nèi)同類豬場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比分析，找出差距及其關(guān)鍵原因，從而查漏補(bǔ)缺，進(jìn)一步做出快速改進(jìn)和完善[23]。

5.1 大數(shù)據(jù)與疫苗免疫程序的監(jiān)測(cè)與分析

對(duì)于養(yǎng)豬管理者而言，疫苗接種時(shí)間、接種疫苗的種類、免疫次數(shù)、免疫注射劑量等都是非常重要的問(wèn)題[24]。大數(shù)據(jù)可以通過(guò)監(jiān)測(cè)全國(guó)各地不同豬群體內(nèi)的抗體水平，為養(yǎng)殖者預(yù)測(cè)應(yīng)該免疫的時(shí)間。也可以通過(guò)監(jiān)測(cè)不同豬群的免疫水平，為豬場(chǎng)免疫程序的制定提供參考[24]。如，宋慶慶等[25]通過(guò)對(duì)全國(guó)大型豬場(chǎng)偽狂犬病臨床數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，建議對(duì)豬偽狂犬病陽(yáng)性場(chǎng)1～3 d滴鼻，45 d、75 d肌肉注射豬偽狂犬病疫苗，種豬群適當(dāng)?shù)卦黾訉?duì)豬偽狂犬病免疫次數(shù)，對(duì)偽狂犬病野毒的抑制有一定的效果。

5.2 大數(shù)據(jù)與精細(xì)化管理

提高豬場(chǎng)的生產(chǎn)水平，需要對(duì)豬場(chǎng)進(jìn)行精細(xì)化的管理，而充分地利用大數(shù)據(jù)是關(guān)鍵要素[26]。如，精細(xì)化管理需要知道豬日糧中氨基酸的比例是否平衡，含量是否滿足營(yíng)養(yǎng)需要。AI通過(guò)分析這些數(shù)據(jù)，能夠較好地掌握豬的營(yíng)養(yǎng)動(dòng)態(tài)搭配。事實(shí)上，豬的生產(chǎn)成本、管理、屠宰等一系列的環(huán)節(jié)均可做到數(shù)據(jù)化，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從而提高效率[27]。在實(shí)踐中，數(shù)據(jù)分析可幫助AI或者養(yǎng)殖者做出判斷，以便進(jìn)一步采取適當(dāng)行動(dòng)。因此，純粹的數(shù)據(jù)收集毫無(wú)意義，更重要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以此來(lái)挖掘豬場(chǎng)管理中存在的問(wèn)題，并及時(shí)做出修正和調(diào)整，以提高豬場(chǎng)養(yǎng)殖效益。此外，大數(shù)據(jù)和AI緊密的聯(lián)系在一起。AI通過(guò)分析大數(shù)據(jù)，能在豬場(chǎng)復(fù)雜的環(huán)境下做出判斷，進(jìn)而通過(guò)控制智能系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)控。不僅如此，大數(shù)據(jù)還為其他諸多服務(wù)提供支持，如疾病的診斷，疫苗的接種，飼料的營(yíng)養(yǎng)搭配等。

6 展望

智慧養(yǎng)豬需要智能飼喂系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)同合作，同時(shí)結(jié)合AI及大數(shù)據(jù)分析才能發(fā)揮其最大的作用。目前這些智能系統(tǒng)已在集約化豬場(chǎng)大量普及，但AI和大數(shù)據(jù)還有待充實(shí)。除了成本因素， AI技術(shù)相對(duì)的不成熟以及全國(guó)豬場(chǎng)大數(shù)據(jù)體系構(gòu)建尚未完全也有一定的制約?？傮w而言，建設(shè)智能豬場(chǎng)進(jìn)行智慧養(yǎng)豬是養(yǎng)豬業(yè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，也是社會(huì)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。相信在不久的將來(lái)，豬場(chǎng)生產(chǎn)區(qū)沒有一個(gè)工人也能有條不紊地運(yùn)行。