智慧養豬與智能豬場的應用現狀與分析

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

（1.西南大學動物醫學院，重慶 402460；2.重慶市畜牧技術推廣總站，重慶 401121）

我國養豬業正處于傳統散養逐步被集約化、規模化養殖所取代的關鍵時期，同時也伴隨著傳統的人工養殖逐步被智能養殖所取代。在當前信息化時代，養豬人只有站在時代前沿，才能在養豬業內立于不敗之地。相比傳統人工養殖，智能裝備下進行智慧養豬有著巨大的優勢，各大互聯網公司也紛紛加入智慧養豬的隊列，養豬逐漸成為“國民行業”。

1 智能飼喂系統的應用現狀與分析

1.1 豬場智能飼喂系統的重要性

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

1.2 “格式塔”繁殖母豬智能化飼喂管理系統

該系統由加拿大JYGA科技公司創建，是全世界第一套電腦化母豬飼喂系統。該系統能根據母豬不同的體況、年齡、胎次和乳豬數目，在哺乳期有針對性地對每頭母豬進行個性化飼喂管理，從而動態獲取各豬只的采食情況。該套管理系統實現了對母豬哺乳期健康狀況的有效監控，不僅能通過靈活調整飼喂量，減少母豬哺乳期體重的損失，也使母豬產乳量達到最大化，從而提高了母豬的繁殖性能。該系統自2011年起，已在我國進行了試驗驗證，并開始了大量的普及和應用[3]。

1.3 大群母豬飼喂系統（Velos）

大群母豬飼喂系統的智能性主要基于在母豬耳標中進行電子芯片的安裝，然后采用無線射頻識別技術識別電子耳標。一旦種母豬靠近自動飼喂器進行采食，該系統能通過識別母豬個體檔案，制定飼喂方案，記錄采食量、采食時間和體重等數據，實現個體精確飼喂[4]。由于該智能飼喂系統的自動飼養管理單位為50頭母豬，因此，在小、中、大型豬場中均能得到有效的使用。加之其降低生產成本、減少飼料污染、提供良好飼養環境、提高精準飼喂管理水平等優點，得到廣大養殖者的認可，普及范圍越來越廣。

1.4 液態料智能飼喂系統

液態料智能飼喂系統主要包括三大部件：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，混合罐稱重感應器將對罐體重量變化進行嚴格的監測，從而使下料量受到精確控制[5]。液態料智能飼喂系統具有液態料適口性好、增加豬只采食量、顯著提高其生長性能及飼料轉化率等特點。此外，由于水介質能夠更快地溶解藥物，因此在投藥期間，采用這套系統能夠快速準確地拌料，并減少應激反應。目前，鄧凱熠等[6]已經設計并驗證了液態料智能飼喂系統的精準性、可靠性及穩定性。但由于液態料飼喂技術相對復雜，因此在國內普及率相對較低。

1.5 育肥豬分欄系統

育肥豬分欄系統是一種根據育肥豬體重差異，自動把豬只分配到不同區域的飼養模式。該種模式使不同生長階段豬的飼喂方式和營養需求可以實現個性化管理。其原理在于：基于育肥豬可以進行大群飼養管理的方式，該系統通過安裝在每頭豬體上的電子耳標，對每頭豬的體重進行實時地追蹤、記錄和統計，并基于獲得的數據對整場豬群的體重進行科學的分析，從而對不同區域的豬只提供差異化生長需要的營養供給。并預測豬只的出欄信息，以科學地指導生產計劃和屠宰計劃，切實地整合畜牧資源。目前，該系統已在國內具有一定規模的應用，可為智能育肥生產模式積累寶貴經驗。

2 智能環控系統的應用現狀與分析

2.1 豬場環控的重要性

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

2.2 環控系統的應用現狀分析

郭宗義[9]采用RFID電子溫濕度傳感標簽對豬場環境進行實時的溫濕度控制管理。朱偉興等[10]基于物聯網對保育豬的保育舍環境實現了自動、精準和遠程實時監控。此外，目前傳感器技術在自動化養豬場的環控上也有新的進展。漆向軍等[11]基于傳感器技術設計并制作了環衛養豬場模型，該模型對豬場的糞污清理環節及豬舍保持恒溫等環節實現了全自動化精確控制。周景文等[12]基于ZigBee無線傳感網絡的豬舍監控系統及時將豬舍環境參數傳輸到上位機監控系統，遠程用戶可以通過連接Internet查看實時數據，實現環境、設備和人之間的信息交換。

由上可見，不管是基于物聯網的規模化生豬養殖環境監控系統的設計，還是基于不同的傳感技術所研發的設備，都反映出現代畜牧業高度智能化的發展趨勢。

3 監控系統的應用現狀與分析

3.1 監控系統的重要性

為了疾病防控和豬場安全生產，在豬舍內安裝監控系統有助于管理者監督豬場的整個生產過程，觀察監督豬場的生產情況，盡可能地減少進入養殖場的人數，以避免人豬之間的交叉感染[13]。

3.2 監控系統的應用現狀分析

視頻監控在養豬生產管理中主要發揮以下作用。（1）監督豬只，減少人力資源浪費。（2）遠程指導和診療服務。（3）監督飼養人員，避免違規現象。（4）展示豬場情況。（5）收集數據。智能豬場的建立離不開大數據的支持，AI只有通過不斷地學習與分析大量數據，才能逐步成長，以應對各種復雜的突變情況。（6）與智能投喂系統、環控系統協同發揮作用。如，張軍等[14]開發了液態飼喂遠程監控系統，實現了豬舍液態飼喂的自動化、飼喂信息的精準調控和遠程實時監控。王京威[15]設計了基于4G網絡的妊娠母豬精準飼喂遠程監控系統，實現母豬養殖的數字化管理。王輝民等[16]設計了集監測、控制和管理為一體的養豬場環境監控系統。

隨著物聯網技術和光伏技術的不斷發展，智能監控系統將更加完善，視頻監控系統在養豬業中的覆蓋率也將提高。視頻監控系統的未來發展是向全面智能化、數字精確化方向發展。比如，根據豬舍環境溫度、養殖的營養需求、飼料供給量等控制管理工作與電子監控進行連接[17]，從而提高養豬的生產管理水平和效率。

4 AI在豬場的應用現狀與分析

AI是圍繞養豬生產，為養豬生產構建更充分完善的網絡平臺，采集養豬生產中實際數據信息，進而更好地實現自我分析、自我學習、開發出符合實際養豬生產的場景、相應的配套設備以及服務等。智能飼喂、環控設備、監控系統都是在AI架構之下進行工作的。目前AI的研究與應用主要集中在環控運用、圖像分析、營養分析、人機交互、疾病診斷及預測等領域[18]。

4.1 環控運用

環控系統通過采用遠程監督和環控設備，自動地維持著豬舍最適環境的穩定。但設備不能根據歷史數據自我更新。設備的自我改善和修護以及精準數據的提供需要AI維護。AI通過對數據的自我學習和自我更新，不斷優化調節方案，使環控系統提供足夠多的數據支持，從而更準確地、智能地調節豬舍的環境變化。

4.2 圖像分析

人為觀察和分析監控系統有著極強的主觀性，且浪費了大量的時間。AI基于監控系統，可以對監控的畫面自主進行分析，進而給出報告。提供的應用場景包括豬只識別、體重估計、行為監測、疾病診斷等。目前應用結合的難點在于對豬的行為學特征研究不足，基礎數據模型缺乏理論支撐，需要做長期的監測數據積累，再從中提煉規律性模板。

4.3 營養分析

智能飼喂系統相比人工飼喂有諸多優點，但其只能根據豬只不同的生長階段進行精準飼喂，智能飼喂設備仍然需要提供數據支持和不斷地制定飼喂策略，并經常性地進行調整[19-20]。當部分豬只發生疾病或有怪癖時，智能飼喂系統不具有自我調節飼料配比的能力。而AI系統通過大數據學習后，可以參考類似情況的解決方案，自主給出最佳營養方案，最大程度保證既能對癥下料，又減少因飼料配比的改變造成的應激。同時，自主飼喂系統需要不斷地與時俱進，當AI與自主飼喂系統鏈接時，才能不斷地獲取新數據，更好地為養殖場服務。

4.4 人機交互

人機交互是實現機器與人交流互動的技術。一個比較實用的場景是語音的人機交互，通過問答形式獲取市場行情、豬只檔案、生產成績、豬群健康狀況、豬舍環境條件等信息。該類技術應用的前景取決于機器對自然語音的理解能力。目前人工智能公司的應用開發已有很大的提升。

4.5 疾病診斷及預測

在疾病診斷方面，AI對得到的聲音、視頻等數據進行快速比對，從而對豬只的疾病進行快速而有效的預警和檢測，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在豬精液品質智能檢測、母豬發情智能檢測、體重智能分析以及仔豬生長性能智能測定等方面均有應用。

綜上，AI是處于智能飼喂、環控系統、監控系統之上的系統。它擁有自我學習、自我進化、自我調節的功能。但是，AI需要大數據的支持才能發揮作用。

5 大數據的應用現狀與分析

畜牧業大數據來自于對畜牧行業的數據分析和挖掘，它涉及畜牧產業的產前、產中、產后各個鏈條及環節[21]。當前，國內的養豬場通過物聯網獲取大數據，深度參與市場交易已獲得越來越多人的認同[22]。數據積累僅僅作為管理的基礎，而更多在于對數據匯總后進行數據的智能分析[23]。在豬場的管理上，AI能基于對數據的收集和積累，做出快速而精準的分析，這類似于獸醫對豬場進行了一場全面的體檢，核查出該豬場存在的問題和短板，并與國內同類豬場進行對比分析，找出差距及其關鍵原因，從而查漏補缺，進一步做出快速改進和完善[23]。

5.1 大數據與疫苗免疫程序的監測與分析

對于養豬管理者而言，疫苗接種時間、接種疫苗的種類、免疫次數、免疫注射劑量等都是非常重要的問題[24]。大數據可以通過監測全國各地不同豬群體內的抗體水平，為養殖者預測應該免疫的時間。也可以通過監測不同豬群的免疫水平，為豬場免疫程序的制定提供參考[24]。如，宋慶慶等[25]通過對全國大型豬場偽狂犬病臨床數據的監測，建議對豬偽狂犬病陽性場1～3 d滴鼻，45 d、75 d肌肉注射豬偽狂犬病疫苗，種豬群適當地增加對豬偽狂犬病免疫次數，對偽狂犬病野毒的抑制有一定的效果。

5.2 大數據與精細化管理

提高豬場的生產水平，需要對豬場進行精細化的管理，而充分地利用大數據是關鍵要素[26]。如，精細化管理需要知道豬日糧中氨基酸的比例是否平衡，含量是否滿足營養需要。AI通過分析這些數據，能夠較好地掌握豬的營養動態搭配。事實上，豬的生產成本、管理、屠宰等一系列的環節均可做到數據化，通過數據分析，發現問題，從而提高效率[27]。在實踐中，數據分析可幫助AI或者養殖者做出判斷，以便進一步采取適當行動。因此，純粹的數據收集毫無意義，更重要是對數據進行分析，以此來挖掘豬場管理中存在的問題，并及時做出修正和調整，以提高豬場養殖效益。此外，大數據和AI緊密的聯系在一起。AI通過分析大數據，能在豬場復雜的環境下做出判斷，進而通過控制智能系統來進行生產調控。不僅如此，大數據還為其他諸多服務提供支持，如疾病的診斷，疫苗的接種，飼料的營養搭配等。

6 展望

智慧養豬需要智能飼喂系統、環控系統、監控系統協同合作，同時結合AI及大數據分析才能發揮其最大的作用。目前這些智能系統已在集約化豬場大量普及，但AI和大數據還有待充實。除了成本因素， AI技術相對的不成熟以及全國豬場大數據體系構建尚未完全也有一定的制約。總體而言，建設智能豬場進行智慧養豬是養豬業未來的發展趨勢，也是社會發展到一定階段的產物。相信在不久的將來，豬場生產區沒有一個工人也能有條不紊地運行。