“豬臉識別”
——京東農牧的“互聯網+”智慧農業

黃靖然，譚夢琪，黨璟鈺，馬頌昌，鄒禮緒

（對外經濟貿易大學，北京 100000）

將“互聯網+”與農業相結合，不僅是更新農產品的銷售模式，而是進行農業生產和管理的改革，這將開辟電商發展的新領域，為我國農業升級奠定基礎，為智慧農業的發展提供強有力的保障。在我國鄉村振興政策、國家數字農業戰略的引導下，京東、百度、騰訊、阿里、中化等互聯網巨頭以及傳統企業紛紛布局智慧農業，浮現出成功的互聯網+傳統農業案例。

1.中國智慧農業的現狀和問題

智慧農業發展主要經過3個階段：智慧農業概念的初步形成—研發并示范階段—推廣階段。我國智慧農業起步較晚，仍處在研發示范階段，沒有成熟的經驗和配套機制，仍未真正的推廣運用。目前我國智慧農業主要涉及棉花、水稻、玉米等農作物種植領域，采用大規模農場種植的方式進行，主要是在灌溉和收割方式上進行改進，智慧水平仍然處于較低層次，導致我國智慧農業發展相對滯后的原因是：缺乏“智慧農業”所必須依托的互聯網、物聯網等信息技術和掌握專業的人才。全國范圍內地域差異較大，地理、氣候等自然條件也不一致，經濟基礎和科技發展水平參差不齊，智慧農業設備無法廣泛覆蓋；農村人口受教育程度普遍偏低，暫時無法適應智慧農業的要求。

2017年，我國先后出臺《“十三五”農業科技發展規劃》《“十三五”全國農業農村信息化發展規劃》等等文件，強調著國家對農業發展信息化的重視，使得智慧農業逐漸走入大眾的視野并得到重視。2020年，農業農村部發言人在國務院新聞發布會上表示，農業農村部正在組織編制“十四五”農業農村發展規劃，重點圍繞數字農業、動植物疫病防控、重大科學基礎設施等方面，強化現代農業設施裝備支撐。

2.項目背景

2016年，京東推出了“跑步雞”項目，提倡綠色養雞，要求“跑步雞”放養，并且每只雞的腳上都有計步器監督，只有跑夠一百萬步以上的雞才能出欄銷售，每只的價格可高達188元，此次試驗引起了市場熱烈的響應。2018年11月21日，京東在數字科技全球探索者大會上，重磅宣布正式進軍養豬業。根據京東農牧公布的數據，智能化養豬將幫助大中型養殖企業降低人工成本30%以上，節省飼料8%至10%，縮短出欄時間5天至8天。據不完全統計，如果國內養殖業應用這一解決方案，每年至少可以降低行業成本500億元。

2018年，京東通過對“吉林精氣神有機農業股份有限公司”進行戰略投資，“智慧養豬”落地生產。

3.“京東農牧-精氣神”智慧養豬項目

3.1 項目概況

2018年12月京東農牧與“精氣神”正式簽署合作協議，“精氣神”位于吉林省長白山腹地的兩個養殖園區，共100多棟山黑豬豬舍，全面應用京東農牧智能養殖解決方案，這是中國首批AI養殖基地。在養殖園區內運用神農大腦（AI）、神農物聯網設備（IoT）和神農系統（SaaS）所獨創的養殖巡檢機器人、飼喂機器人、3D農業級攝像頭等先進設備與技術，為豬提供了“全生命的管理”。

其中“豬臉識別”技術最引人注目，通過“豬臉識別”可以觀測和記錄豬的體重、生長和健康狀況，根據每頭豬的狀態調配不同的飼料成分，發放相應的豬飼料，保證每頭豬單獨進食，減少體重差異，同時避免出現成本過高的情況；“豬臉識別”和智慧獸醫結合，自動測量豬的體溫，監控進食量，并創造性地引入“聲紋”（觀測豬的叫聲和咳嗽），第一時間發生豬是否生病和懷孕，有效地檢測出檢測豬的身體狀況，解決瘟疫等問題；系統還針對每頭豬生成唯一代碼，記錄豬的父母和后代；并且通過智能感知技術可以24小時對環境數據進行分析，監控溫度，濕度，二氧化碳，氨氣，PM10，自動調節風機、水簾和暖氣設備，控制豬舍的溫度、濕度，有效地保證豬群生活在最佳狀態中；最后，采取將豬糞經過發酵后噴灑到玉米地，最終種植出來的玉米再供給豬吃，既節約了成本，又解決了污染問題，打造了一個閉合回路。

3.2 初步成果

精氣神方面發布具體的數據：投入AI養殖系統后，平均每頭豬增加了92.5元成本，但是在飼料方面每頭能節省30-60元 ；人工成本投入可節省每頭8元；提高成活率方面平均每頭可節約15元；在精準控制出欄體重方面能節省5-8元；合計節約91元。從直接的投入產出來看成本和收益基本相等。

按照京東前期的數據測算，該方案可以將養殖的人工成本減少30%-50%左右，降低飼料使用量8%-10%左右，并且平均可以縮短出欄時間5-8天，成本顯著降低。而根據京東農牧公布對照組的測試數據，通過精準飼喂管理和粥料供給方案，初步統計和計算可幫助每頭豬節約60元左右的飼料成本，如果全部應用智能化養殖技術，按照每年20萬頭山黑豬的產量，全部應用智能養殖系統后，可以每年為企業節約1200萬元的生產費用。

2019年11月，京東農牧和精氣神進一步開展智慧合作，建立“AI智能有機田園綜合體”該項目位于江西省鷹潭市。“AI綜合體”將通過智能現代化的養殖技術，打造集生豬養殖、屠宰、加工、研發、銷售、冷鏈物流為一體的全產業鏈，該項目總投資20億元，計劃建設18000頭核心群及擴繁群種豬場、30萬頭智能化山黑豬農場、年產15萬噸飼料加工廠、年屠宰60萬頭屠宰場，還涉及熟食加工廠、中央廚房、技術研究院及院士工作站等。

4.豬臉識別技術

4.1 理論意義

未引入面部識別技術時，識別主要以RFID耳標識別為主，這是一種非常成熟的牲畜識別方式。但是在使用過程中依然存在難以克服的問題，在場景應用上也存在一些限制。

實際上，RFID耳標僅僅勝任區分和記錄的功能，已經不能滿足現在“智慧農業”大數據的需求，養殖人員需要關于生豬的實時數據，每時每刻對所有生豬的狀態進行監控，提高數據收集的及時性和準確性迫在眉睫。面部識別技術的重要意義在于能與多種識別技術及數據分析技術結合，形成完整的AI養殖管理，將信息從生產端一直傳輸至銷售端，結合育種管理、生產管理、健康管理、食品安全、環境控制等技術，打通這些環節，通過高效精準的數據，解讀連接這些環節，提升養豬水平。

在種豬的購銷過程中，買家無法確認自己購入的種豬是否真的是自己看中的那頭有良好測定成績的那頭種豬，因為RFID電子耳牌可以重寫，耳缺號可以重打，而豬本身特有的特征無法作假，因此，豬臉識別技術可以為解決該問題提供方案。

4.2 技術介紹

技術方面，“豬臉識別”無疑是這新興項目中最核心，最亮眼的技術。豬的面部識別與人的面部識別類似，主要分為四個步驟：檢測、對齊、編碼、匹配。

首先是檢測，想要識別豬臉，首先要找到環境中，也就是圖片中存在的豬臉，檢測的目的便是尋找圖片中存在的豬臉的位置，當在攝像頭拍攝到的范圍出現豬臉時，檢測系統會根據算法自動標記出豬臉所存在的位置坐標，將豬臉切割出來。

然后是對齊，檢測到了豬臉之后，得到了正臉、側臉等可能從多個角度存在的豬臉圖像，因此需要將不同角度的豬臉圖像進行“標準化”，以方便獲取較為準確的信息來進行后續的識別。這里便需要對這些圖像進行“對齊”的操作，對齊是將不同角度的面部圖像對齊成同一種標準的形狀。先定位豬臉上的特征點，然后通過幾何變換（仿射、旋轉、縮放），使各個特征點對齊（將眼睛、嘴等部位移到相同位置），得到標準化后的面部圖像數據。

對齊之后，便需要開始從圖像中提取被識別面部的具體特征數據，就像人臉識別中的特征提取一樣，左眉，右眉，下巴輪廓，鼻子形狀，嘴唇等特征皆會被量化為一定范圍內的數據，從而由圖像得到一個反映面部特征的特征向量，這一特征向量也稱為模板，如上圖右圖所示。同時，與人臉識別不同的是，豬是多胎生物，個體之間的差異性不大，反映到面部更是如此，我們可以較為輕松地通過面相在一群人中認出不同的人，卻較難在一群豬中認出不同的豬。因此，豬臉識別相對于人臉識別，在面部特征的選取上要更為有難度，同時，豬在日常生活中也容易出現把臉弄臟等情況，需要確保在類似不同情況下豬臉識別的可靠性，也是這項技術應用于實踐與未來發展所要面臨的莫大的挑戰。

圖1 人臉識別中由圖像數據提取面部特征

最后便是匹配，在獲取到了反映圖片里豬臉特征的特征向量后，系統便可以將這一特征向量與先前為豬群建立的面部特征庫中的數據進行比對，從而得到一個相似度分數，該分數給出了兩者屬于同一個主體的可能性，便可以得到與該特征向量最為匹配的數據庫中的數據，進而識別出圖片中的豬臉所對應的身份。

豬臉還正在不斷發展完善之中。早期在陳瑤生教授的豬臉識別技術的實驗場中，母豬識別率為98%，肉豬識別率則為85%。這個識別率并不算高，特對是對大規模的養殖場而言。而如今的技術已經可以達到在豬群中實現98%的識別準確率，技術已經發展到可以應用于實際的養豬智能化管理中，“精氣神智慧養豬項目”便是一個很好的實踐案例。

5.未來展望

電商野蠻發展搶占市場份額的熱戰已經非常焦灼，農村市場已經成為電商下沉的目的地。

除了在農村銷售商品，如何最大程度開發農村市場的效用，以適應城市高收入人群對健康食品的消費升級需求，已經吸引了各大電商企業的眼球，2018年被稱為“智慧農業”元年。這一系列行為很可能成為未來農村和城市的連接和創造平衡點。電商企業具互聯網企業的特點，掌握著高新信息技術，還有完善的物流、儲藏、銷售渠道，商品和高水平人力資源將通過電商業務和智慧農業，在農村和城市之間流動，有助于解決就業問題、食品安全問題和電商企業持續發展問題。