淺談肉牛智能化稱重存在的問題與發展趨勢

趙慧兵，王德重，孫明明，馬 娟，張 杰，，馮 斌,※

（1.新疆農業大學機電工程學院，新疆烏魯木齊830052；2.庫爾勒市培訓中心；3.新疆農業科學院農業機械化研究所）

0 引言

體重是畜牧業中對動物評估的重要指標，由于動物的活動難以控制以及需要測量的動物數量基數較大等原因，在誤差范圍內快速測得動物的體重變得尤為重要。我國肉牛存欄4 000余萬頭，肉牛養殖業正處于高速發展時期。科學化、精細化的肉牛養殖技術不僅提高養殖生產效益而且能夠快速達到預期的育肥效果。實現肉牛智能化養殖精準飼喂技術的核心是及時掌握牛只體重信息的變化情況，因此需定期對肉牛體重進行監測[1-3]。根據肉牛飼料配方及肉牛飼料的采食量生成最佳生長發育曲線，以達到最佳的育肥效果。因此，監測肉牛的體重信息變化情況是實現肉牛精細化養殖的基礎工作；也是得到肉料比的關鍵環節。另一方面，肉牛的體重是衡量牛體健康發育的重要指標，是作為分欄以及出欄的標準；是肉牛選種、確定采食量、營養供給、初配年齡、用藥劑量、測定生產性能的依據[4]。

1 肉牛稱重分群設備研究現狀

肉牛稱重分群設備分為三部分：（1）整形通道。包括謎道整形和牛只獨立通過稱臺裝置。（2）稱重平臺。有地磅圍欄式、保定架式、“S”門障礙式等。（3）分群門。根據肉牛養殖場的規模、月齡分布及重量范圍確定分群門[5-6]。

1.1 肉牛整形通道

1.1.1 直行排隊整形通道

直行排隊整形通道一般用于保定稱重設備。一頭牛稱重結束，下一頭牛再進入稱重設備，依次有序稱重。保證牛只稱重數據采集的獨立性，避免其他牛只對數據采集時造成干擾。肉牛通過直行通道極易產生擁擠現象，不利于無障礙稱重平臺數據采集[7]。

1.1.2 半圓形彎道排隊整形通道

牛只通過半圓形彎道整形通道時行走通過效率高。稱重平臺前需安裝自動控制門，牛只依次有序稱重；彎道可增加牛只排隊頭數，節省牛場空間。但牛只之間容易產生擁擠，不利于無障礙稱重平臺進行數據采集。肉牛半圓形整形通道簡圖如圖1。

圖1 肉牛半圓形排隊整形通道

1.1.3 “S”形排隊整形通道

“S形”排隊整形通道，肉牛通過性較強，不易產生擁擠，排隊整齊程度較好；適合無障礙稱重平臺，但肉牛通過稱重平臺速度較快時，振動性大，稱重精度不高。

1.2 稱重平臺

1.2.1 保定架式

帶保定架的稱重平臺，對肉牛排隊整齊程度要求不高，當肉牛四蹄進入稱重設備后，前后門自動關閉，完成肉牛的耳標識別、稱重、激光視覺攝像機掃描3D形體數據等。根據肉牛的重量等級再控制打開相對應的分群門。依次有序完成牛只的稱重分群任務。平均每頭牛的稱重分群時間為15秒左右；平均稱重誤差在0.5kg左右。

在國內，國科農牧公司研發的肉牛智能稱重設備采用保定稱重模式和前擋門稱重模式兩種，兩模式可相互切換。對成年肉牛采用保定稱重模式，每分鐘稱重分群3到5頭牛，稱重精度高但效率較低，成年肉牛經訓練不會產生應激反應。若對犢牛稱重需切換為前檔門稱重模式，犢牛快速通過稱重平臺，前一犢牛稱重數據獲取之后，前擋門再次打開后面牛只依次進入稱重平臺。由于犢牛重量輕、振動小，系統能夠較準確鎖定犢牛的體重數據[8-9]。國科農牧公司研發的保定式智能稱重設備如圖2。

圖2 保定式智能稱重設備

1.2.2 “S門”式

“S門”稱重設備是通過在稱重過道中安裝S形障礙門，采用S門控制稱重平臺上只允許一頭牛經過，前一牛只稱重結束，S形門恢復初始位置，下一牛只進入稱重平臺，依次有序完成肉牛稱重分群。

“S門”具體稱重技術介紹：肉牛經過單行排隊整形通道依次進入“S門”稱重平臺，當牛只靠近“S門”時，耳標讀卡器識別牛只編號，并將耳標上傳至控制器；當肉牛頭部經過“S門”首端位置時第一組紅外光電動作，調用顯示程序"Inthetest"；當肉牛經過稱重平臺中間位置時，第二組紅外光電動作，調用數據采集程序并開啟A/D轉換；當肉牛頭部處于稱重平臺末端時，第三組紅外光電開關動作，結束A/D轉換，調用數據處理程序。再根據肉牛重量等級打開相對應的分群門[10]。有障礙“S門”稱重平臺如圖3。

圖3 肉牛有障礙"S門"稱重平臺

“S門”的另一作用是防止牛只識別混亂。目前市場上主推的耳標讀卡器有一定的識別距離和范圍，在肉牛稱重過程中要保證牛只耳標和體重一一對應，所以“S門”的作用是防止其他肉牛對稱重牛只數據采集造成影響。

1.2.3 “蝴蝶門”式

“蝴蝶門”稱重平臺是采用蝴蝶形的門控制稱重平臺上只允許一頭牛經過，一頭牛稱重結束蝴蝶門再次打開，避免其他牛只對數據采集造成影響。依次有序完成稱重，“蝴蝶門”稱重平臺如圖4。

圖4 有障礙“蝴蝶門”稱重平臺

相比之下，肉牛通過“S門”需要前期訓練，在肉牛熟悉稱重設備之后，牛只稱重效率得以提高，同時應激反應漸漸消失。而肉牛通過“蝴蝶門”時，成年肉牛不會產生應激反應，稱重效率較高。而對犢牛而言，通過"蝴蝶門"也會產生應激反應。

1.3 分群門

國內外分群門依據牛只重量等級依次分為“二級分群門”、“三級分群門”、“四級分群門”。結合牛只養殖場地形，按照牛只出口位置分為同側出和異側出兩種。分群門等級簡化圖如圖5。

圖5 分群門等級

2 存在的問題

目前，國內外肉牛稱重設備基本是通過地磅圍欄或保定裝置將牛只圈在稱重設備上。出現的問題有：第一，稱重效率低。第二，肉牛在稱重過程中產生應激。第三，沒有實現按照肉牛重量等級精準分群。第四，并且稱重系統、安裝位置、效率等方面難以滿足肉牛育肥場群體快速稱重需求[11-12]。

3 展望

為提高肉牛場牛只稱重效率和避免肉牛在稱重過程中產生應激反應。在肉牛自然行走狀態下無障礙獲取牛只體重數據。無障礙稱重設備更適合肉牛稱重管理。原因有以下幾點：（1）肉牛需要頻繁稱重來評估牛只健康狀況和計算料肉比評估養殖經濟效益以及為了及時完成出欄和分欄等任務。（2）肉牛脾氣倔，采用無障礙稱重設備肉牛無需稱重訓練同時也不會產生應激反應。（3）在大型牧場和無人放養牧場，因肉牛體型大、流動性及隨意性，若采用傳統方式稱重，不僅費力、費時，而且十分困難。

因此，研發一種準確的、無保定的、效率高的無應激或少應激的智能化無障礙稱重設備對肉牛育肥及精準飼喂技術構建尤為重要。無障礙智能化稱重設備為肉牛精準飼喂提供了技術支撐。將肉牛稱重管理平臺的數據并入精準飼喂模塊，形成一個以數據為核心，設備為基礎的肉牛智能化養殖平臺。基于PC端+APP的一體化肉牛場管理服務平臺，致力于肉牛場生產管理、育種分析、物資管理等一站式解決方案，肉牛場管理人員可通過本系統管控肉牛場數據，包括基礎數據、飼養管理、繁育管理、統計分析等功能，幫助規模肉牛場全面實現生產信息化、提升成本核算水平和管理效能[13-14]。