智慧畜牧養(yǎng)殖

智慧畜牧養(yǎng)殖第一節(jié)智慧畜牧的主要技術一智慧畜牧核心技術以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)及人工智能為代表的信息技術革命推動粗放式傳統(tǒng)畜牧養(yǎng)殖向知識型、技術型、現(xiàn)代化的智慧畜牧養(yǎng)殖轉(zhuǎn)變，利用信息技術優(yōu)勢已成為驅(qū)動畜牧業(yè)快速發(fā)展的重要因素。1.物聯(lián)網(wǎng)技術為智慧畜牧提供基礎數(shù)據(jù)畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是由大量傳感器節(jié)點構成的監(jiān)控網(wǎng)絡，通過信息傳感設備實時采集畜牧個體的生長狀況、養(yǎng)殖環(huán)境各類參數(shù)等信息，再利用無線或有線傳感網(wǎng)或局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)異構，實時傳送，為智慧畜牧提供了豐富的數(shù)據(jù)基礎，為開展智能化分析奠定數(shù)據(jù)基礎。2.用云計算與大數(shù)據(jù)技術分析畜牧數(shù)據(jù)畜牧數(shù)據(jù)具有多源、跨平臺、異構、跨系統(tǒng)的典型大數(shù)據(jù)特征，采用傳統(tǒng)的技術手段處理這類數(shù)據(jù)非常困難，獨立分散的養(yǎng)殖戶更是無法提供相應的計算能力。云計算為畜牧大數(shù)據(jù)處理提供了強大的技術支撐，核心技術包括基于多模態(tài)特征的知識表示和建模、面向領域的深度知識發(fā)現(xiàn)與預測、特定領域特征的普適知識融合等。3.人工智能是畜牧產(chǎn)業(yè)的核心驅(qū)動力人工智能包含機器視覺、語音識別、虛擬現(xiàn)實和可穿戴設備等核心技術，可以從多方位融入和應用到畜牧生產(chǎn)與管理過程中，改造傳統(tǒng)飼養(yǎng)管理方式，提高生產(chǎn)管理效率，降低人力成本。二感知技術感知技術可以實現(xiàn)畜牧飼養(yǎng)全程環(huán)境及家畜生長、生理信息的監(jiān)測，為畜牧飼養(yǎng)自動化控制、智慧化決策提供可靠數(shù)據(jù)源。傳感器采集的信息種類包括：空氣溫度和濕度，二氧化碳、氨氣、硫化氫濃度等。傳感器實時采集畜舍內(nèi)的環(huán)境數(shù)值，并上傳至終端，實現(xiàn)畜舍內(nèi)環(huán)境參數(shù)（包括CO2、氨氮、H2S濃度及溫度、濕度、光照度、視頻等）的自動監(jiān)測、采集與傳輸。1.溫度和濕度感知傳感器通過溫度和濕度傳感器，實時監(jiān)測采集養(yǎng)殖舍內(nèi)外的溫度和濕度數(shù)值，通過舍內(nèi)、外的溫度對比，及時采取控制溫度和濕度的措施。溫濕度傳感器如圖3-1所示。圖3-1溫濕度傳感器2.光照度感知因為光照影響畜牧生長發(fā)育、食欲、性成熟等，所以，充足的光照時間是保證動物健康、快速成長的重要因素。對于陰天畜舍內(nèi)光線陰暗或冬季日照時間不足的情況，可適當增加輔助照明，彌補光照度的不足。光照度傳感器如圖3-2所示。圖3-2光照度傳感器3.CO2、NH3、H2

S等氣體濃度感知二氧化碳為無色、無臭的氣體。二氧化碳無毒，但畜舍內(nèi)二氧化碳含量過高，氧氣含量會相對不足；氨氣是公認的應激源，氨氣等有害氣體對養(yǎng)殖動物的呼吸道黏膜的刺激，極易誘發(fā)慢性呼吸道病癥，繼而發(fā)生腹水綜合征等，對家畜的危害極大；硫化氫是畜舍內(nèi)濃度比較高的一種有毒氣體，具有臭雞蛋味。這些有害氣體不僅對人和牲畜的健康造成影響，而且容易對周圍環(huán)境產(chǎn)生污染。CO2、NH3、H2S傳感器如圖3-3所示。圖3-3CO2傳感器、NH3傳感器、H2S傳感器4.壓力強度感知某些時候通風差等原因，會造成畜舍內(nèi)外空氣壓力存在差異，不利于氣體流通，導致畜舍內(nèi)有害氣體濃度過高。壓力強度傳感器可以實時監(jiān)測采集畜舍內(nèi)外空氣壓力，當出現(xiàn)壓差時，系統(tǒng)可聯(lián)動控制相關設備運行，以保證空氣流通。壓力強度傳感器如圖3-4所示。圖3-4壓力強度傳感器5.視頻圖像采集在畜舍內(nèi)安裝視頻監(jiān)控，以便隨時查看家畜生長情況，減少人工現(xiàn)場巡查次數(shù)，提高效率。從科學養(yǎng)殖、提高養(yǎng)殖管理水平，從實現(xiàn)現(xiàn)代化養(yǎng)殖的角度來看，視頻監(jiān)控是現(xiàn)代化養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的必然趨勢。采用視頻圖像可以使管理人員隨時監(jiān)控養(yǎng)殖場的實際狀況，實現(xiàn)養(yǎng)殖場的遠程管理，通過視頻看到實際情況，進行遠程操作和監(jiān)控，有利于嚴格按照規(guī)范進行養(yǎng)殖，能夠及時發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖過程中的隱患，盡早采取措施，排除隱患，提高牲畜存活率。視頻圖像采集器如圖3-5所示。圖3-5視頻圖像采集器6.耳標耳標由主標和輔標兩部分組成，主標由主標耳標面、耳標頸、耳標頭組成，主標耳標面的背面與耳標頸相連，使用時耳標頭穿透牲畜耳部、嵌入輔標、固定耳標，耳標頸留在穿孔內(nèi)，耳標面登載編碼信息。畜牧管理中，用戶采用易于管理的耳標形式實現(xiàn)對家畜個體標識，通過為每頭家畜分配帶有唯一編碼的耳標來實現(xiàn)個體的唯一標識，應用在家畜養(yǎng)殖場的耳標主要記錄養(yǎng)殖場編號、家畜舍編號、家畜個體編號等數(shù)據(jù)。在家畜養(yǎng)殖場為每頭家畜打上耳標實現(xiàn)家畜個體的唯一標識后，用戶通過手持機進行讀寫的方式，實現(xiàn)家畜個體的用料管理、免疫管理、疾病管理、死亡管理、稱重管理、用藥管理、出欄記錄等日常信息管理。射頻識別（RadioFrequencyIdentification，RFID）豬耳標如圖3-6所示。圖3-6RFID豬耳標三家畜養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)家畜養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主要包括以下功能：信息采集，完成對畜舍環(huán)境的各種信號的自動檢測、采集和傳輸；自動調(diào)控，完成對畜舍環(huán)境的遠程自動控制；管理平臺，完成對信息的存儲、分析和管理，設置各種采集參數(shù)閾值，并做出智能分析和預警。1.環(huán)境參數(shù)對家畜的影響（1）畜舍中溫度和濕度過高或過低均會導致養(yǎng)殖和育肥資金升高，會侵害家畜的健康和生命。在常溫情況下，濕度對羊的影響很小，但在高溫和低濕情況時，會加劇對羊體損壞的風險。在冬季圈舍溫度過低（綿羊在-15～-5℃）時，羊只食用的飼料很大部分被用于保持體溫而損耗，出現(xiàn)“一年養(yǎng)羊半年長”的現(xiàn)象，嚴重時會造成凍傷；如溫度過高（綿羊在25～30℃）時，則羊只進食量會減少，嚴重時會導致羊只進食停止，導致掉膘和中暑情況。如羊在高溫度和高濕度（綿羊在濕度范圍75%～80%）的條件下，體溫散失熱量的能力低下，會出現(xiàn)體溫過高、呼吸艱難、功能低下狀態(tài)；在溫度過低和濕度過高的情況下，則易患傷風、肩周炎等種種疾病。濕度很高的環(huán)境也會使微生物大量滋生，羊易患皮膚病和腐蹄病。總之，羊不適宜在過高溫度和濕度的條件下成長，干燥的圈舍才是其有利的成長空間。（2）在畜舍內(nèi)，氨氣是由細菌和酶分解尿素而產(chǎn)生的，飼養(yǎng)密度過大、空氣不對流以及不及時清理墊料，也是產(chǎn)生氨氣的主要原因。當舍內(nèi)氨氣濃度為6～35mg/l時，為小含量；當氨氣濃度為150～500mg/l時，為高含量。氨被吸入肺后容易通過肺泡進入血液，與血紅蛋白結合，損毀其運氧功能，導致家畜呼吸道疾病，造成家畜生長緩慢，養(yǎng)殖利益受損。（3）在大規(guī)模的養(yǎng)殖場中，二氧化碳的濃度是圈舍中空氣質(zhì)量、透風狀態(tài)的重要指標。家畜群若居住的環(huán)境里不通風，二氧化碳濃度積累到一定程度就會導致家畜缺氧，出現(xiàn)不良癥狀。同時空氣不對流造成疫病暴發(fā)且發(fā)病后難以節(jié)制。發(fā)病率一般在40%～50%，死亡率在5%～30%。若不綜合考慮室內(nèi)情況盲目開窗通風，家畜會受到冷熱應激刺激，會因免疫調(diào)節(jié)能力低下導致疾病的發(fā)生，甚至死亡。從畜牧養(yǎng)殖營養(yǎng)學角度看，圈舍內(nèi)溫度過低，不利于羊只積累體能，料重比和飼料轉(zhuǎn)化率低下。（4）在圈舍中，硫化氫有毒氣體來源于新鮮糞便和含硫物的厭氧降解。當羊只由于食用高蛋白食品而消化不良時，產(chǎn)生的硫化氫氣體會更多。在通風良好的圈舍中，硫化氫濃度在10mg/l以下；在通風不良的環(huán)境中，硫化氫的濃度會增加。硫化氫是強烈的神經(jīng)毒素，對黏膜有很強的刺激作用，更具有急性劇毒，吸入少量高濃度硫化氫氣體，牲畜可在短時間內(nèi)喪命。2.控制光照強度和時間光照強度與時間是畜禽養(yǎng)殖的重要問題。光照的目的是延長家畜的采食時間，促進其生長。然而如果光照時間過長，會導致家畜死亡。弱光則可使家畜安靜，有利于其生長發(fā)育。光照強度傳感和控制技術，可以輕松滿足這種需求。3.設備加熱降溫控制專用暖氣設施包括鍋爐、地暖管、暖氣片、鼓風爐等，降溫設施包括水簾、噴霧裝置、冷氣機等。通過冬季增溫、夏季降溫，可使養(yǎng)殖室內(nèi)溫度保持在家畜生長繁殖的適宜范圍，為家畜創(chuàng)造舒適的環(huán)境，從而提高生產(chǎn)效率。4.通風系統(tǒng)傳統(tǒng)養(yǎng)殖場是通過門窗自然通風，這種通風方式的缺點是夏天過熱、冬天過冷，嚴重影響畜禽的繁殖和生長發(fā)育。近年的現(xiàn)代化豬場采用聯(lián)合通風系統(tǒng)，全自動控制，夏季采用濕簾加風機的縱向通風措施，降低高溫對家畜的影響；冬季采用橫向通風措施，保證養(yǎng)殖室內(nèi)適宜溫度和最低通風量，豬舍氣候調(diào)控的現(xiàn)代化極大地促進了我國養(yǎng)豬業(yè)的發(fā)展。5.家畜分娩室的空調(diào)使用家畜空調(diào)可解決傳統(tǒng)加熱與通風換氣之間的矛盾。家畜空調(diào)與電空調(diào)不同，它一般由高效多回程無壓鍋爐、水泵、冷熱溫度交換器、空調(diào)機、送風管道和自動控制箱六大部件組成。因正壓通風，所以可給舍內(nèi)補充30%～100%的新鮮空氣，且所送進的空氣都經(jīng)過過濾，降低了舍內(nèi)空氣的污濁度。夏季該設備輸入地下水作為冷源進行降溫，節(jié)省了設備的投資。畜禽空調(diào)具有降溫、換氣和增加空氣中的含氧量等功能，特別適合空間不大的單元式分娩舍和保育舍使用，成本低且環(huán)保。四智慧牧場解決方案在智慧化畜牧養(yǎng)殖過程中，智慧化養(yǎng)殖包括數(shù)值化、自動化和智能化管理，包括環(huán)境監(jiān)測預警、飼養(yǎng)管理與精細投喂等子系統(tǒng)。1.環(huán)境監(jiān)測預警子系統(tǒng)環(huán)境預警子系統(tǒng)的主要任務是使用物聯(lián)網(wǎng)設備完成畜牧養(yǎng)殖環(huán)境數(shù)據(jù)的采集，通過將養(yǎng)殖環(huán)境數(shù)據(jù)與養(yǎng)殖環(huán)境標準進行比較，分析當前養(yǎng)殖環(huán)境的質(zhì)量。典型的養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控與預警模塊的功能主要包括實時數(shù)據(jù)展示、歷史數(shù)據(jù)查看、環(huán)境預警、數(shù)據(jù)服務、標準管理、基本信息管理等，實現(xiàn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控與預警管理系統(tǒng)環(huán)境實時預警。2.飼養(yǎng)管理子系統(tǒng)飼養(yǎng)管理需要對畜牧養(yǎng)殖過程中涉及的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行管理，主要是對種豬繁育過程中涉及的種公（母）豬信息、精液信息和仔豬信息進行管理。種豬繁育管理系統(tǒng)包括個體（種公豬、種母豬、仔豬）信息、繁育環(huán)境監(jiān)控、查詢統(tǒng)計和養(yǎng)殖知識管理等內(nèi)容。其中，種公豬管理模塊包括精液采集、品質(zhì)檢測、精液稀釋和精液保存子模塊，種母豬管理模塊包括配種管理、妊娠管理和分娩管理子模塊，仔豬管理模塊包括飼喂管理、斷奶管理和飼養(yǎng)管理子模塊。3.精細投喂子系統(tǒng)精細投喂的主要功能是為養(yǎng)殖戶和飼養(yǎng)員提供投喂方法和飼料配比等信息，并幫助他們完成飼料的投喂管理。目前，生豬養(yǎng)殖企業(yè)和奶牛養(yǎng)殖企業(yè)采用自動飼喂器實現(xiàn)精細投喂，而家禽養(yǎng)殖企業(yè)則采用自動喂料機實現(xiàn)精細投喂。典型的精細投喂系統(tǒng)功能包括投喂料管理、營養(yǎng)需求分析、飼料配方管理、投喂策略管理及基礎信息管理等。4.動物產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)基于先進溯源技術，建立畜牧產(chǎn)業(yè)鏈，從繁育養(yǎng)殖、屠宰加工、倉儲物流到銷售全程跟蹤與可追溯的信息系統(tǒng)，可實現(xiàn)對動物產(chǎn)品的全程溯源。典型的動物產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)主要功能包括各環(huán)節(jié)信息采集、信息追溯和信息服務。5.動物衛(wèi)生監(jiān)督管理子系統(tǒng)動物檢疫是動物防疫重要的組成部分，也是動物源性食品安全的重要保障措施，是整個食品安全產(chǎn)業(yè)鏈上的重要環(huán)節(jié)之一，是政府管理部門對動物衛(wèi)生進行監(jiān)督的重要工具。通過動物檢疫網(wǎng)絡化的系統(tǒng)管理，使實時有效的真實數(shù)據(jù)及時上報，把動物及其產(chǎn)品檢疫的過程有機地聯(lián)系起來，實時、準確地記錄從發(fā)生到結束的動物檢疫行為全過程，實現(xiàn)動物及動物產(chǎn)品的追溯管理，對于重大動物疫病防控及保障畜牧產(chǎn)品衛(wèi)生安全具有重大意義。6.重大動物疫病預警子系統(tǒng)重大動物疫病預警子系統(tǒng)在監(jiān)控動物疫病發(fā)展、保障人民群眾生命安全和社會公共安全方面具有重要意義。該系統(tǒng)分為動物疫情信息子系統(tǒng)、動物疫病監(jiān)測預警子系統(tǒng)和動物衛(wèi)生監(jiān)測信息統(tǒng)計分析子系統(tǒng)三部分。動物疫情信息子系統(tǒng)負責完成動物疫情相關信息的管理；動物疫病監(jiān)測預警子系統(tǒng)負責完成對疫病的檢測，根據(jù)檢測結果進行預警；動物衛(wèi)生監(jiān)測信息統(tǒng)計分析子系統(tǒng)負責對疾病預警和防控提供數(shù)據(jù)統(tǒng)計及決策支持。典型的重大動物疫病預警系統(tǒng)的功能包括動物疫情信息管理、動物疫病監(jiān)測預警及動物衛(wèi)生監(jiān)測信息統(tǒng)計分析等。7.畜牧生態(tài)環(huán)境監(jiān)管系統(tǒng)隨著國家對生態(tài)環(huán)境問題的重視和一系列環(huán)保法律法規(guī)的出臺，畜牧養(yǎng)殖的污染物排放限制標準也變得愈發(fā)嚴格。采用信息化技術對畜牧生態(tài)環(huán)境進行監(jiān)管迫在眉睫。畜牧生態(tài)環(huán)境監(jiān)管系統(tǒng)主要負責對畜牧養(yǎng)殖的各過程進行監(jiān)管，減少畜牧養(yǎng)殖對生態(tài)環(huán)境的污染，保護生態(tài)環(huán)境。畜牧生態(tài)環(huán)境監(jiān)管主要涉及污染物和糞便排放管理、糞便回收和再利用等關鍵環(huán)節(jié)。有的養(yǎng)殖企業(yè)利用棚舍內(nèi)排灌物封閉式自動負壓回收設施和無害化、資源化處理系統(tǒng)與技術，實現(xiàn)豬糞的實時回收和無害化處理，生產(chǎn)出高端生物碳有機肥和葉面肥，棚子里既干燥又干凈，養(yǎng)殖場內(nèi)無異味、無污染，使豬在清潔、最優(yōu)的環(huán)境中健康成長，實現(xiàn)了養(yǎng)殖污染“零排放”，開辟了現(xiàn)代化養(yǎng)殖場生態(tài)養(yǎng)殖新途徑。8.動物流通監(jiān)管系統(tǒng)動物流通監(jiān)管系統(tǒng)通過對動物及其產(chǎn)品在流通環(huán)節(jié)中的監(jiān)管，實現(xiàn)動物防疫及動物產(chǎn)品的全程可追溯管理。該系統(tǒng)對防止不健康的動物產(chǎn)品流入市場、保證動物及其產(chǎn)品的全程可溯源具有重要的作用。9.糞便清理與消納系統(tǒng)糞污的消納能力是當前環(huán)境保護首先應當考慮的，有效消納糞污成為現(xiàn)代化畜禽場的顯著標志之一。綠色果蔬種植業(yè)的蓬勃興起，菜農(nóng)為生產(chǎn)無公害的綠色果蔬，大量使用有機肥。豬糞以其肥效高、能活化土壤、提高地溫等顯著特點，備受菜農(nóng)的喜愛。由于施用豬糞有機肥，土壤會變得越來越松軟，農(nóng)作物長勢較好，農(nóng)產(chǎn)品口感更是特別好。如今，豬糞已成為生產(chǎn)綠色無公害農(nóng)產(chǎn)品的首選肥料，并且還可以深加工制成其他產(chǎn)品。畜禽糞便發(fā)酵后，產(chǎn)生的沼氣可用于畜禽場食堂（作燃料）、發(fā)電和燃氣鍋爐；沼渣沼液用于菜園、果園和農(nóng)田，或制作成有機肥或生產(chǎn)專用肥料；污水經(jīng)處理后可以用于畜禽場清洗。上述措施可大大節(jié)約畜禽場用水量并減少養(yǎng)畜禽對環(huán)境的污染。許多新建場除擁有畜禽場外，還有自己的大片農(nóng)田、果園林地、魚塘。進行雞-沼-豬，豬-沼-果，豬-沼-菜，豬-沼-林，豬-沼-蚯蚓，黃粉蟲，名特水產(chǎn)，豬-沼-魚等循環(huán)生態(tài)養(yǎng)殖。糞便清理系統(tǒng)主要由信息采集、糞便清理、空氣凈化三部分組成。在養(yǎng)殖場內(nèi)布置多個溫度、濕度、NH3、H2S等傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，實時將養(yǎng)殖場的溫度、濕度、NH3、H2S等變化情況反饋到控制中心。當超過糞便清理的預設值時，系統(tǒng)自動啟動（或者人工授權啟動）糞便清理機，對養(yǎng)殖場內(nèi)的糞便進行自動收集，同時，對養(yǎng)殖場內(nèi)的空氣進行凈化和通氣。目前，糞便清理系統(tǒng)多應用于豬、牛等畜類養(yǎng)殖場中。第二節(jié)智慧畜牧發(fā)展趨勢一養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測技術快速發(fā)展利用科學技術手段對畜牧養(yǎng)殖環(huán)境進行有效監(jiān)管是智慧養(yǎng)殖的基礎。以生豬養(yǎng)殖為例，國內(nèi)外大量的科學實驗和生產(chǎn)實踐表明，環(huán)境參數(shù)對生豬飼養(yǎng)的影響占比為20%～30%，涉及對溫度、濕度、光環(huán)境、氨氣及硫化氫等多方面的監(jiān)測。隨著傳感器、移動通信和物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，通過傳感器獲取環(huán)境參數(shù)，將參數(shù)傳輸?shù)皆贫?，并在手機、掌上電腦、計算機等信息終端進行顯示，已成為規(guī)模化、標準化養(yǎng)殖場普遍采用的信息化管理手段。對于獲取的大量監(jiān)測數(shù)據(jù)如何科學有效地加以利用，或者指導畜牧生產(chǎn)，是當前亟待解決的主要問題。以豬舍、牛舍、羊舍為代表的圈舍類養(yǎng)殖環(huán)境具有多變量共存、結構復雜及密集程度高等特點，為建立精確的調(diào)控分析模型帶來了諸多困難。國內(nèi)已有相關研究取得了一定進展，但如何提高模型的泛化性和魯棒性是在實際應用中面臨的關鍵挑戰(zhàn)。二家畜身份標識技術助力家畜全生命周期管理個體身份標識是現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展的共性問題，是實現(xiàn)行為監(jiān)測、精準飼喂及疫病防控、食品溯源的前提，是實現(xiàn)畜牧智能化生產(chǎn)的必然要求。在傳統(tǒng)畜牧業(yè)養(yǎng)殖模式中，常見的畜牧標識技術手段包括噴號、剪耳、耳標和項圈等。隨著人工智能技術的發(fā)展，面部識別、虹膜識別、姿態(tài)識別等生物識別技術已經(jīng)開始向畜牧業(yè)延伸，為智慧畜牧業(yè)的發(fā)展注入了新的方式和方法，使得生物個體健康檔案的建立和生命狀態(tài)的跟蹤預警變得更加智能。特別是，射頻識別技術已在我國畜牧身份標識中取得了長足發(fā)展，不僅可以集成在耳標、項圈中，更有研究者探索研究微型的植入式RFID芯片，以期通過更加快捷的手段實時獲取畜牧的身份信息。雖然以上技術取得了較大的研究進展，但在畜牧養(yǎng)殖業(yè)中仍然存在維護成本高、操作復雜等推廣問題，導致目前并未得到大規(guī)模應用。因此，研發(fā)更為廉價、操作更方便的新一代智能化個體身份標識技術將是未來的發(fā)展趨勢。三精準飼喂針對豬、牛、羊等中大型牲畜的精準化養(yǎng)殖，主要包括飼喂站、自動分群、自動稱