豬場巡檢機器人技術(shù)及在大數(shù)據(jù)挖掘中的作用

張 護，孔凡勇，陳永軍，趙天永，龍彥蓉，李俄然，高培育，聶 敏，馬振峰，高 雅，王 黎

（1.紅河州畜牧技術(shù)推廣站，云南 蒙自 661199；2.昆明尚霖科技有限公司，云南 昆明 650000；3.個舊市錫城街道農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，云南 個舊 661000；4.紅河州動物衛(wèi)生監(jiān)督所，云南 蒙自 661199；5.蒙自市新安所鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，云南 蒙自 661199；6.蒙自市動物衛(wèi)生監(jiān)督所，云南 蒙自 661199）

農(nóng)業(yè)機器人是一種新型的智能農(nóng)業(yè)機械裝備，是人工智能監(jiān)測、自動控制、圖像識別技術(shù)、環(huán)境建模算法、感應(yīng)器、柔性執(zhí)行等先進技術(shù)的集合[1]。在5G浪潮之下，當今中國生豬產(chǎn)業(yè)迎來了彎道超車的新機遇。特別是發(fā)生非洲豬瘟疫情以來，信息化、智能化進一步撬動著粗放式、低效率的傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)向知識型、技術(shù)型、現(xiàn)代化的高效畜牧養(yǎng)殖業(yè)轉(zhuǎn)變。通過大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)與智能感知、識別的融合，大幅提升了飼養(yǎng)效率[2]。養(yǎng)豬業(yè)因為工廠化程度高、設(shè)施設(shè)備先進、母豬生理的強規(guī)律性等，將率先實現(xiàn)智慧化養(yǎng)殖并從中獲益。智能巡檢機器人在養(yǎng)豬業(yè)中的應(yīng)用，帶來的預(yù)期效益尤其令人振奮。文章以北京小龍潛行科技有限公司研發(fā)的智能巡檢機器人“守望者”為例，介紹巡檢機器人技術(shù)和接入畜牧業(yè)信息化管理平臺的意義，希望以此推動全州800余家規(guī)模豬場智慧化養(yǎng)殖更進一步。

1 智能巡檢機器人的主要硬件組成

整個機器人集成了動力裝置（軌道終端安裝無線充電倉，實現(xiàn)無線充電）、深度攝像頭和廣角攝像頭等硬件設(shè)備（圖1），主要以在豬舍內(nèi)架設(shè)工字型軌道，機器人系統(tǒng)沿軌道進行豬只巡檢掃描來獲取需要的數(shù)據(jù)，整個過程與豬只零接觸。研發(fā)人員可以根據(jù)豬場的不同需要進行軟件系統(tǒng)的深度集成開發(fā)。

2 智能巡檢機器人解決的主要問題

目前，巡檢機器人“守望者”主要集成的功能模塊包括了全流程盤點系統(tǒng)、智能巡檢系統(tǒng)、母豬精準飼喂系統(tǒng)、肥育豬生長管理系統(tǒng)和智能環(huán)控系統(tǒng)等，但不限于此，通過不斷深入的軟件開發(fā)和硬件集成，更多功能會不斷面世，更多豬場實際問題會得到解決。

2.1 全流程盤點系統(tǒng)解決的問題

通過全流程盤點系統(tǒng)，可以實現(xiàn)豬場生物資產(chǎn)的方便管理，減少豬場內(nèi)勤人員對在欄豬只的定期盤點（包括群養(yǎng)欄的豬只、進出通道的豬只等），減少因企業(yè)財務(wù)人員定期進場做生物資產(chǎn)盤點所增加的生物安全風(fēng)險和進場環(huán)節(jié)中長時間的隔離造成財務(wù)人員工作時間的浪費等（圖2）。其功能的實現(xiàn)主要依靠耳標識別、圖像盤點和視頻盤點3種，適用于后備、妊娠、哺乳、保育和肥育在欄豬只及通道中的豬只。

2.2 智能巡檢系統(tǒng)解決的問題

通過智能巡檢系統(tǒng)解決人工巡檢占用場內(nèi)工作人員大量時間、巡檢信息多易出現(xiàn)疏漏、巡檢人員頻繁進出豬舍易引起生物安全隱患、豬只休息時間巡檢造成應(yīng)激等問題。其實現(xiàn)的功能主要包括自主選擇巡檢生產(chǎn)區(qū)域，自主定期、定時巡檢；區(qū)域精準異常監(jiān)測，觀察留檔，實時預(yù)警、處置等（圖3）。例如，根據(jù)算法，發(fā)現(xiàn)豬只扎堆取暖或玩水，發(fā)出豬舍溫度低或高的警報；根據(jù)豬只弓背咳嗽，發(fā)出豬只呼吸系統(tǒng)出現(xiàn)問題的警報；根據(jù)豬只瘸腿、跛行發(fā)出豬只運動系統(tǒng)出現(xiàn)問題的警報等。

2.3 母豬精準飼喂系統(tǒng)解決的問題

通過母豬精準飼喂系統(tǒng)解決飼喂策略維度單一，僅依據(jù)母豬的體況制定策略，不能綜合考慮環(huán)境因素的問題、人工評定體況效率低下的問題、飼喂量調(diào)整周期過長和人工方式難以及時調(diào)整的問題等。系統(tǒng)可以給出行業(yè)公認的經(jīng)典推薦，客戶可根據(jù)自身實際個性化設(shè)置飼喂策略（圖4和圖5）。例如小龍潛行基于權(quán)威院士專家團隊開發(fā)的Feed SaaS大數(shù)據(jù)平臺，可幫助養(yǎng)殖企業(yè)精準地迭代配方，降本增效。

2.4 肥育豬生長管理系統(tǒng)解決的問題

肥育場的布局往往比較分散，尤其是現(xiàn)在發(fā)展較為廣泛的“公司+農(nóng)戶”養(yǎng)豬模式，從而導(dǎo)致養(yǎng)殖企業(yè)難以對這些生物資產(chǎn)進行有效管控。肥育豬生長管理系統(tǒng)正好解決了精準把控肥育豬的生長速度（圖6）并及時干預(yù)非正常豬群，提前為各個肥育場做銷售計劃實現(xiàn)批次化銷售，與屠宰場、購豬客戶形成穩(wěn)定合作關(guān)系乃至提高溢價等。其實現(xiàn)的功能主要包括肥育豬的生長性能追蹤預(yù)警（日增重、日采食量、料重比等）、體重均勻度追蹤預(yù)警、銷售預(yù)測等，也可以閉環(huán)應(yīng)用在后備母豬培育階段，做到調(diào)控合理的初配體重、日齡。

2.5 智能環(huán)控系統(tǒng)解決的問題

目前的豬場對溫濕度監(jiān)測往往以單點數(shù)據(jù)為主，對豬舍氨氣、光照強度等的監(jiān)測一般均無法做好。借助巡檢機器人的平面巡視功能，智能環(huán)控的數(shù)據(jù)實現(xiàn)從點到面的跨越，幫助豬場更深入、全面地監(jiān)測環(huán)境參數(shù)。結(jié)合環(huán)控設(shè)備的調(diào)控軟件接口，可實現(xiàn)對豬場環(huán)境的智能管理，從而實現(xiàn)對氨氣和光照強度等的數(shù)字化監(jiān)測。結(jié)合其智能測重功能，也可實現(xiàn)基于豬只體重的精細化智能環(huán)控。

3 對接信息化管理平臺實現(xiàn)大數(shù)據(jù)挖掘

規(guī)模養(yǎng)殖場的存出欄變化是行業(yè)管理部門非常重視的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一，但行業(yè)內(nèi)目前針對絕大多數(shù)規(guī)模養(yǎng)殖場的數(shù)據(jù)收集仍然以人工收集填報為主，人為因素多，不利于真實情況的掌握和對市場的及時研判。紅河州規(guī)模豬場僅母豬存欄數(shù)量就超過8.6萬頭，將機器人采集的數(shù)據(jù)處理后接入紅河州開發(fā)的畜牧業(yè)發(fā)展信息化管理平臺，形成全州母豬大數(shù)據(jù)，可進一步做到全局、動態(tài)、準確挖掘利用相關(guān)數(shù)據(jù)，有利于統(tǒng)籌調(diào)控和趨勢研判，實現(xiàn)數(shù)據(jù)預(yù)警等功能。例如，根據(jù)母豬在欄和淘汰大數(shù)據(jù)變化預(yù)判市場走向，根據(jù)背膘等數(shù)據(jù)分析母豬品種、營養(yǎng)、體況之間關(guān)系等。

4 結(jié)語與展望

我國養(yǎng)豬業(yè)的粗放型模式一直是養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的痛點。隨著養(yǎng)殖業(yè)人工成本、資源成本的不斷攀升，粗放型的散養(yǎng)模式不斷暴露出來的疫病防控和管理風(fēng)險，精準飼喂、精準管理需求的攀升等，利用機器人自動采集、大數(shù)據(jù)計算、云計算管理等從根本上解決數(shù)據(jù)準確性問題和管理問題的智慧化養(yǎng)殖將成為提升養(yǎng)殖企業(yè)判斷和決策的利器，有望打破我國一直以來養(yǎng)豬規(guī)模大、但效率較低的瓶頸問題。

巡檢機器人系統(tǒng)在高壓輸電線路[3]、鋼鐵企業(yè)電纜隧道[4]、危化品倉庫安全[5]、海上無人井口平臺[6]等領(lǐng)域研究較多。在畜牧養(yǎng)殖方面，曾志雄等[7]為使巡檢機器人適應(yīng)規(guī)模化豬場過道狹窄、道路縱橫多的特點，設(shè)計了一款適合在規(guī)模豬舍環(huán)境內(nèi)進行自主機器巡檢作業(yè)的底盤結(jié)構(gòu)；連京華等[8-10]設(shè)計了一種具有自主移動和自動避障功能，并搭載舍內(nèi)環(huán)境指標監(jiān)測、家禽體溫檢測、家禽聲音監(jiān)聽、家禽行為監(jiān)視以及病死禽定位等多項功能模塊的巡檢機器人。相關(guān)內(nèi)容以地面巡檢機器人為主，除此之外，國內(nèi)少有養(yǎng)殖用巡檢機器人的報道。

在母豬飼養(yǎng)管理方面，我國大部分母豬場仍然以限位欄飼養(yǎng)妊娠期母豬為主。母豬妊娠期位置的相對固定、強規(guī)律性生理周期、強規(guī)律性料量變化曲線等，使巡檢機器人很容易介入各項指標測定從而進行更加精細化的飼養(yǎng)管理。因此，母豬飼養(yǎng)率先使用巡檢機器人有很大優(yōu)勢和重要意義。

2021年6月8日，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部信息中心向全國通報推介了2021數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村新技術(shù)新產(chǎn)品新模式優(yōu)秀案例[農(nóng)信息（2021）11號]，其中紅河州畜牧技術(shù)推廣站聯(lián)合昆明尚霖科技有限公司提出了“畜牧業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺的構(gòu)建與實踐應(yīng)用”技術(shù)，北京小龍潛行科技有限公司、牧原食品股份有限公司分別提出了“豬場軌道巡視機器人技術(shù)”和“信息管理系統(tǒng)及自動化巡檢預(yù)警技術(shù)”。目前，我們通過華為公司牽頭，已經(jīng)和北京小龍潛行科技有限公司在巡檢機器人數(shù)據(jù)采集與畜牧業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺對接方面進行了相關(guān)探討，相信不久的將來豬場巡檢機器人將廣泛應(yīng)用于全州各大豬場特別是母豬場智慧化管理，而行業(yè)管理部門在推進畜牧業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)方面，借助機器人技術(shù)打通養(yǎng)殖業(yè)大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)最后一公里，進一步提升服務(wù)和全局把控能力也指日可待。