人工智能養豬設計原理、資源配置研究以及發展前景

肖和良，林秋艷

（1.湖南省洞口縣畜牧水產局，湖南 邵陽 422300；2.湖南省洞口縣竹市鎮動物防疫站，湖南 邵陽 422300）

1 AI人工智能和人工智能養豬概念

1.1 AI人工智能

AI 人工智能是基于互聯網、物聯網以及大數據等技術的發展而提出，其定義是集合工業制造的概念構建網絡平臺，最大限度地取代人工，提高勞動生產效率和經濟效益[1]。

1.2 人工智能養豬概念

把AI 人工智能與養豬業結合在一起，通過互聯網、物聯網、大數據技術的連接，實現豬場生產效率的大幅提升。形成管理數字化、業務電商化、發展金融化，產業生態化的商業模式，探索出一條自動化、信息化、智能化養豬的新路。所以人工智能養豬簡稱AI養豬。

2 人工智能養豬設計原理

依照生豬生物學特性，運用精準飼養、控溫通風、母豬繁殖、疫病防控、機械化養豬方面最新研究成果，用大數據、機器人、互聯網技術全面管理生豬生產全過程，達到節約人工，節料節水節能，降低養豬生產成本，減少疫病損失，極大提高勞動生產率和經濟效益之目的。

3 人工智能養豬技術設備研究的內容

豬臉譜識別技術：通過刷豬臉，了解豬的健康狀況，包括進食量、身份信息、口味喜好等。

養殖巡檢機器人：巡檢機器人安裝在豬舍頂棚，并沿著巡檢車軌道在頂部來回“走動”，利用攝像頭進行巡檢棚內的動向。

精準飼養投料系統：形成營養、料肉比、成本等驗證模型完善的飼喂控制系統和完整的監管鏈。由料倉、投料管道，自動喂料間、喂料間感應器、投料電腦控制器等設備組成。張軍等研制的液態飼喂遠程監控系統，實現了瀏覽器、數據服務器、采集終端、PLC控制器、飼喂設備之間的控制鏈[2]。

紫外線測溫成象技術：結合聲學特征，紫外線測溫成象技術，可通過豬的體溫、咳嗽、叫聲等判斷豬是否患病，預警疫情，則用于疫病早期診斷。

母豬發情和懷孕早期診斷技術：哺乳母豬需斷奶轉舍、配懷舍哪些欄位的待配母豬進入情期、何時誘情查情、清晰呈現哪些母豬需孕檢并標注欄位等。

可記錄注射信息的注射器：以往對豬只注射疫苗的信息都需要人為手動記錄，而新開發的V-ETIC注射器適用于佩戴低頻RFID耳標的豬，可以隨時隨地收集、存儲、共享和利用注射信息[3]。

氣候傳感器：可測量的參數包括空氣溫度、表面溫度、氣流、耗水量、pH、空氣速度、濕度、光照強度、飼料消耗量、耗電量、耗熱量、氨氣、H2S、CO2等[3]。

紅外線溫度傳感器控溫技術：紅外線溫度傳感器位于靠近加熱器的頂棚上，當仔豬哺乳時，傳感器記錄仔豬休息的體表面溫度和地板溫度，可以感知休息區域的變化并做出反應，隨時調整加熱器的熱量輸出[3]。

4 AI養豬經典開發軟件介紹

經過一年的研發、測試，軟硬件的對接與磨合，研制了AI 養豬開發軟件，最佳實踐方案為：“一個核心、四大體系”。

一個核心：AI 系統核心——AID：AID—豬個體認證機制—ETP，將豬ID、機器人、AI 視覺識別、全球唯一碼等眾多技術應用于豬只個體識別，有效解決RFID 成本高、距離短、被動式等問題。AI 智能養殖智能機器人，不間斷循環式運動，實時采集豬身上唯一ID（無法造假），采用時間、空間、ID等多維數據定位并識別、區分個體。

四大體系：生物安全——“護航專家”，360°生物安全保障（Checklists），強化執行層監管。Checklists：ETP 智能養殖系統中重要任務引擎之一，AI智能采集+移動端人工結合方式實現。Checklists涵蓋6大主題、數十項預制清單，依據不同豬場配置生物安全管控內容及執行監管。6 大主題：豬群、人員、車輛、免疫接種、病死豬等廢棄物處理、消毒。任務引擎——數據管理：將安全清單有效自動植入日常工作（移動端或任務看板），降低由人的原因而帶來的安全隱患。電子圍欄，細粒度管理人員行動路徑和范圍，差異化管理員工與訪客、工種之間、疫情發生的人行為。工程師安裝AI 數據自動采集設備：豬場管理——“場長助理”：工作排程智能化，杜絕管理疏漏。自動任務排程（Auto Tasking），ETP 內置業務模塊，自動生成當天及未來幾天需要執行的工作，如：哪些哺乳母豬需斷奶轉舍、配懷舍哪些欄位的待配母豬進入情期、何時誘情查情、清晰呈現哪些母豬需孕檢并標注欄位等，規范豬場業務管理。移動端在線全面監控、實時跟進任務執行情況，有效管控關鍵業務，尤其是豬只免疫和豬場生物安全。精準飼喂——“營養大師”：關注個體，降低飼喂10%飼料、水浪費，優化成本20%。IoT Feeding Applications——ETP 物聯網飼喂系統（營養、料比、成本等驗證模型）形成完善的飼喂控制系統和完整的監管鏈。基于AID、飼喂、背膘、體重、體況等數據，為每頭母豬建立基于改善現體況的飼喂模型和日飼喂曲線，IoT將動態調整并依據飼喂曲線科學飼喂，增加其建仔數、斷奶仔豬數。健康護衛——“健康衛士”：24 h 不間斷監控豬只聲音、體表、體溫、心跳、呼吸等變化，降低死亡率10%。豬只出現、不間斷循環抓取豬只體溫、異常聲音，實時掌握豬只呼吸道、體溫狀況、減少死亡、疫情發生。Boehringer-Ingelheim疾病快檢系統，ETP 簡易便攜式血液快速檢測系統，管理員、養殖戶能夠通過簡單操作定性豬只疾病類型，準確判斷疾病發生并采取有效措施，減少死亡，驗證免疫等。生豬養殖過程中，豬體溫異常導致的經濟效益損失占總損失約80%，但是有了健康衛士，有效彌補并替代人員對每頭豬的監控，及時預警減少死亡率。

5 基于自動喂料間多功能資源利用人工智能養豬設計方案

5.1 投料系統設計

由料倉、投料管道，自動喂料間、喂料間感應器、二維碼耳標芯片，投料電腦控制器等組成。其中1個自動喂料間，包含站位電子稱，電子掃描識別器，料槽及開與關設備。一般1個自動喂料間可對應飼喂10頭豬。每一欄育肥豬根據豬頭數設置自動喂料間個數，如40頭則設置自動喂料間4個。

定量：某頭豬進入喂料間，就掃描了此豬二維碼耳標，確定身份（編號、品種、日齡），站位電子稱稱重，顯示如2019.4.28.6: 32'36''稱重96.23 kg。投料電腦控制器對此豬精確投料。

定時：早、中、晚3 次定時飼喂，也可晚上24: 00 加喂1 次，時間分別為6: 30～7: 30、12: 00～13: 00、18: 30～19: 30。1 個自動喂料間可對應飼喂10 頭豬，每頭豬進入喂料間每歺只開放6 min，6 min后料槽自動關閉，吃料豬退出，另1 頭豬進入喂料間吃料。定時可形成吃料時間條件反射。

精確飼料配方：可以把育肥豬飼料配方精確到每10 kg 階段1 個配方，要求每個欄舍的同欄豬體重相差≤10 kg。

清槽剩料回收：每天晚上進行1次自動清槽剩料回收，烘干利用。由清槽器、回收管道、飼料烘干器來完成。清槽器工作原理與吸塵器相同。

5.2 疫病監控系統設計

在自動喂料間設置疫病監控設備，如紫外線測溫成象設備，利用生豬每天都要進入自動喂料間3次，集中測溫，掃描豬體成像，早期診斷疫病。加之豬發病特點，食欲減退減料，食欲廢絕不吃料，通過自動喂料間可監控到。可減少每天對全欄每頭豬掃描識別難度，提高精準識別和工作效率。

5.3 免疫注射系統設計

利用生豬每天都要進入自動喂料間3次，也可在自動喂料間開展免疫注射工作。

6 人工智能養豬優勢、劣勢和環保制約因素

6.1 人工智能養豬優勢

人工智能可提高生產效率和經濟效益。以養豬中的關鍵指數PSY 為例，歐美PSY 指數＞25，而中國的平均值為18，按照每頭斷奶仔豬300元的利潤來說，相差7 頭就有2 000 元人民幣的收益差距。影響PSY指數的一個關鍵因素是養殖工人判斷母豬發情時的能力。觀察母豬的行為特征：母豬是否會嗅公豬、身體是否僵硬、陰戶是否紅腫且有分泌物。這些行為特征預示著母豬即將排卵，隨后進行人工配種操作。

人工智能可大幅提高人工視覺判斷的準確性。阿里的ET 農業大腦可實現母豬年多產仔3頭，死淘率降低3%。假定一個存欄500 頭基礎母豬數的商品豬場，使用母豬智能飼喂系統以后，只需飼養300頭母豬就能實現年產近萬頭商品豬的生產目標，而母豬存欄數可減少約40%[4]。節約人工成本：筆者對2008—2016 年邵陽天然生態農業發展有限公司種豬擴繁場調查，這個2 萬頭規模場，勞動定員為48 人，員工年工資（含獎金）占年營業收入的3.3%，占年利潤的35.2%[5]。人工智能2 萬頭養豬場只要13 人，減少員工35 人，節省員工72.9%。人工智能養豬場員工為技術工人，相對員工資略高些，但也節省員工工資40%～50%。

人工智能可節約飼料成本。精確飼料配方、精確飼料飼喂、清槽剩料回收可節約飼料10%以上。并改善生長和繁殖性能。減少了疫病損失

人工智能可節約豬場用地。集群式樓房智能化豬場1 棟樓房容納8 800 頭母豬，配套1 棟育肥欄，可年出欄25萬頭肉豬。要實現100萬頭肉豬出欄，傳統養殖方式需要約5 km2，而集群式樓房智能化豬場僅需約0.25 km2即可，節約用地20倍。可做到豬肉生產全過程可追溯，確保肉品質量安全。

6.2 人工智能養豬劣勢和環保制約因素

人工智能養豬場一次性投入建設成本高：預計人工智能豬場比規模場建設投入高30%，比機械化養豬場高15%。養豬業本身就是投入大，資本回收周期長的產業，而人工智能硬件設備昂貴，投入巨大，且其穩定性、匹配性尚未得到很好的整合和驗證，設施設備運轉和維護對專業工人技術人員的知識要求更高，現有設備和系統尚未形成精準指導成熟模式與可靠性。耳標芯片和豬臉識別技術還存在缺陷，有待改進和成熟：耳標芯片經常被豬咬架咬掉而失去識別功能。豬臉識別方面由于同一品種和近親繁殖，豬臉近擬率較高，差異化較低，存在缺陷。人臉具有高度差異性，能過人臉1 個小麻點、小痣就能分辯區不同的人臉。豬是多胎動物，豬臉差異化程度低，同胎的更低，另外就是豬配合度低，難以拍攝豬臉，一般情況下是睡覺和瞇著眼，往往對面部特征拍攝的數據錄入花費很多時間。中山大學陳瑤生團隊對豬臉識別率達85%，有1 692家豬場168 821頭大豬參與了豬臉識別并錄入豬臉數據庫。人工智能化豬場需要大批AI 智能化技術工人。先培訓后上崗，儲備足夠智能化技術工人才興辦智能化豬場，是明智之舉。存在環保制約因素：人工智能化豬場一上陣就是萬頭以上豬場，因此產生糞尿量大處理難度增大，環保壓力大，制約了人工智能化豬場的發展。筆者對人工智能養豬資料學習，幾乎都沒有提到解決糞污污染方案，但這是人工智能化豬場不可回避的問題。

7 討論和建議

7.1 整合中國人工智能養豬技術資源配置

馬云“ET 大腦”養豬項目首期落地了各類豬只數量識別、豬群行為特征分析、疾病識別和預警、無人過磅等十項功能。農信互聯研發了智能養豬機器人“豬小智”，豬小智是豬場的超級連接器，完成豬場的智能環控、智能巡查、智能飼喂等功能，讓養豬更加智能化。京東的神農大腦（AI）”+“神農物聯網設備（IoT）”+“神農系統（SaaS）”三大模塊，實現養殖流程實現全面數字化，全面降低養殖成本，提高養豬效率，可減少人工成本30%～50%，節約飼料成本8%～10%，縮短育肥豬出欄時間5～8 d。廣州影子科技與廣西揚翔合作的“FPF 未來豬場”，則是將豬場的人、豬、物、場連接起來的物聯網智能養豬平臺，能夠實時進行豬場數據采集、分析與決策，輕松實現豬場數字化在線管理。因此整合中國人工智能養豬技術和資源，勢在必行，不然造成人工智能養豬技術數億元開發經費、研發人員和資源極大浪費。

政府安排專項資金，鼓勵人工智能養豬科技創新，成果認定，技術集成與示范推廣，更多引導社會資源投入，聯合攻關。如鼓勵阿里、京東等有實力的領軍企業與科研院校聯合攻關，國家隊（科研院校）積極參加。

7.2 申請人工智能養豬技術專利和專利技術保護

筆者認為京東、馬云、特驅集團、阿里云、德康集團、廣州影子等人工智能養豬技術研究團隊，雖然不是國家隊（科研院校），其人工智能養豬研究成果，超過了國際人工智能養豬技術先進水平，為世界頂級科學成果，應申請人工智能養豬技術專利和專利技術保護，并可申報國家科技進步獎。

7.3 人們對人工智能養豬認知情況調查

王瑞年在養豬行業內小范圍調查問卷共收回200 份，其中有效問卷195 份，63%來自養豬行業內部人員，了解人們對人工智能養豬認知情況[6]。與國外養豬發達的國家相比，我國養豬產業的生產效率低、成本高是行業共識。人工智能技術和產品帶來生產效率的提升、生產成本的下降，應該是養豬行業所關注的。

7.4 人工智能養豬場經受了非洲豬瘟考驗

廣西揚翔股份有限公司和吉林精氣神有機農業股份有限公司等人工智能養豬場經受了非洲豬瘟考驗，沒有一家感染非洲豬瘟，證明人工智能豬場是生物安全級別極高的豬場。非瘟后期，復養豬場與之前最大區別就是生物安全級別更高，意味著設備的增加，要求更加封閉的工作環境和更為嚴格的操作要求，要求從業人員專業化程度更高。這場非洲豬瘟疫情所帶來的不僅是挑戰，更是為AI 養豬技術飛速發展提供了千載難逢的契機[7-8]。2019 年非洲豬瘟可能造成中國生豬產能減產30%，中國生豬年出欄7 億頭，則減少2 億頭，以2 000 元每頭計算，則損失4 000 億元，每頭80～130 元利潤計算，減少養豬利潤160億～260億元。

8 小 結

綜上所述，人工智能養豬極大提高養豬產業勞動生產率和經濟效益，發揮生物安全級別高、抗非實踐典范優勢和強大的生命力，克服其劣勢和環保制約因素，取替傳統養豬產業，實行養豬產業轉型升級，人工智能養豬將成為中國又一朝陽產業，代表著中國先進的養豬生產力，具有廣闊的發展前景。