智慧豬場(chǎng)的建設(shè)與應(yīng)用

章紅兵 陳立平 鄭志浩 朱劍軍

（1金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江金華 321007；2浙江金華烏啦烏兩頭烏產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，浙江金華 321000；3北京農(nóng)信互聯(lián)科技集團(tuán)有限公司，北京海淀 100089；4中潤農(nóng)牧科技 (浙江)有限公司，浙江金華 321000）

傳統(tǒng)集約化養(yǎng)豬生產(chǎn)存在因工人自身素質(zhì)的差異而難以保持生產(chǎn)過程的標(biāo)準(zhǔn)化操作、因人員變動(dòng)或工作過程中人員頻繁出入豬舍而導(dǎo)致管理和疫病控制難度加大等多種問題。21世紀(jì)以來，規(guī)模化豬場(chǎng)借助5G、人工智能等高科技，大力發(fā)展智慧豬場(chǎng)[1]。“智慧豬場(chǎng)”是指利用射頻識(shí)別(RFID)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)、現(xiàn)代信息3S技術(shù)、云計(jì)算(Cloud Computing)、大數(shù)據(jù)(Big Data)、物聯(lián)網(wǎng)(Io T)、第5代移動(dòng)通信技術(shù)(5G)、區(qū)塊鏈(Blockchain)和人工智能(AI)等技術(shù)，融合豬場(chǎng)生產(chǎn)管理和疫病防控，對(duì)豬乃全生命周期進(jìn)行快捷、高效監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)豬生產(chǎn)的數(shù)字化、可視化、可控化，提高了養(yǎng)豬場(chǎng)的精細(xì)管理能力和有效管理水平。目前，我國大部分豬場(chǎng)智能化水平比較低，生產(chǎn)過程盲點(diǎn)多，缺少生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)無法及時(shí)呈現(xiàn)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析不全面等，很難精準(zhǔn)找到生產(chǎn)中存在的問題并針對(duì)性地解決[2]。浙江金華烏啦烏兩頭烏產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司的烏啦烏兩頭烏國際牧場(chǎng)在建場(chǎng)之初就將現(xiàn)代信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)裝備與現(xiàn)代養(yǎng)豬技術(shù)深度融合、系統(tǒng)集成與綜合運(yùn)用，建成了智慧豬場(chǎng)。通過分析智慧豬場(chǎng)的建設(shè)內(nèi)容和應(yīng)用效果，以期為養(yǎng)豬企業(yè)建設(shè)智慧豬場(chǎng)提供理論依據(jù)。

1 智慧豬場(chǎng)建設(shè)內(nèi)容

1.1 智能環(huán)境控制

運(yùn)用IoT技術(shù)對(duì)溫度、濕度、風(fēng)速、光照、靜壓、二氧化碳、氨氣、硫化氫、噪聲、粉塵等影響豬乃生長(zhǎng)環(huán)境的因素進(jìn)行感知、監(jiān)測(cè)，以Wi-Fi、5G等技術(shù)將這些環(huán)境參數(shù)傳輸?shù)焦芾砥脚_(tái)，中控系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行計(jì)算、分析，并自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制相應(yīng)的定速風(fēng)機(jī)、變速風(fēng)機(jī)、噴淋系統(tǒng)、加熱器和排污等設(shè)備，為豬提供適宜的環(huán)境，滿足豬的福利，保證豬群健康[3]，降低人力成本，最大限度發(fā)揮豬的生產(chǎn)性能，提高豬場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益。以上所有過程信息都直觀地顯示在管理者電腦、手機(jī)等監(jiān)測(cè)設(shè)備終端，便于管理者對(duì)獲取到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查看、快速有效應(yīng)答，并根據(jù)使用情況定期校準(zhǔn)，提高管理效率和效能[4]。另外，如果監(jiān)測(cè)到的環(huán)境數(shù)據(jù)超出預(yù)先設(shè)定的上限，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警，以便管理者及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，避免意外事故的發(fā)生。

1.2 智能行為監(jiān)測(cè)

通過視頻、音頻、紅外攝像、定位信息采集、豬臉識(shí)別等技術(shù)手段，對(duì)豬乃身體狀況和行為進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別，對(duì)采食、姿勢(shì)、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、體溫、體重、排泄、發(fā)情等進(jìn)行智能巡檢[5,6]，對(duì)巡檢到的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、處理、分析，進(jìn)而判斷其行為、生理和健康狀況[7]，為疫病防控和生產(chǎn)管理提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐，確保生豬養(yǎng)殖健康高效，提高豬的生產(chǎn)性能。

1.3 智能飼喂系統(tǒng)

以智能供料設(shè)備為基礎(chǔ)，以軟件控制系統(tǒng)為核心，通過智能識(shí)別、稱重、運(yùn)動(dòng)等信息的采集及其數(shù)據(jù)運(yùn)算、處理、傳輸和飼喂器智能控制，結(jié)合豬的品種、飼養(yǎng)模式、營養(yǎng)配方等相關(guān)數(shù)據(jù)庫，飼料余量監(jiān)測(cè)，飼喂績(jī)效分析，實(shí)現(xiàn)定時(shí)定位定量精準(zhǔn)供料，達(dá)到不同生理狀態(tài)、不同生長(zhǎng)階段、不同繁育性能豬乃對(duì)營養(yǎng)的智能化管理及精準(zhǔn)控制，保證不同豬乃采食的需求，減少飼料浪費(fèi)，降低人工成本，減輕豬群應(yīng)激，提高生長(zhǎng)和繁殖性能、飼料報(bào)酬和經(jīng)濟(jì)效益。

1.4 人員智能洗消系統(tǒng)

全自動(dòng)智能化人員進(jìn)出人臉識(shí)別、自動(dòng)門禁、超強(qiáng)吸力電磁門鎖、紅外探測(cè)感應(yīng)開關(guān)定位、人員進(jìn)場(chǎng)自動(dòng)洗消。洗消模式采取通過門禁設(shè)備來控制人員在洗消區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間，通過感應(yīng)設(shè)備確定人員在洗消區(qū)的位置。即：人員脫去場(chǎng)外服裝(臟區(qū))→走進(jìn)沖洗消毒區(qū)域(灰區(qū))→場(chǎng)內(nèi)出口門立即自動(dòng)鎖住→沖洗消毒規(guī)定時(shí)間→場(chǎng)內(nèi)門自動(dòng)解鎖→走出沖洗消毒區(qū)域→換上場(chǎng)內(nèi)服裝(凈區(qū))，單向流動(dòng)，保證每位入場(chǎng)人員都能按要求完成洗消后進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)，防止有人逃避消毒而無人監(jiān)管，有效阻止病原進(jìn)入養(yǎng)殖場(chǎng)區(qū)，保證生產(chǎn)場(chǎng)區(qū)的生物安全。從養(yǎng)豬場(chǎng)生產(chǎn)區(qū)出來到生活區(qū)，同樣需要按要求洗消，即：脫去場(chǎng)內(nèi)服裝→沖洗消毒→換上場(chǎng)外服裝，不能逆向流動(dòng)，做到人員洗消時(shí)間保證、洗消效果保證。

1.5 智能飲水系統(tǒng)

當(dāng)豬走近飲水碗進(jìn)行飲水時(shí)，安裝于飲水碗附近的RFID識(shí)讀器自動(dòng)感應(yīng)豬耳標(biāo)信息，將投水信號(hào)傳遞給豬場(chǎng)ERP管理系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)收集到的信息進(jìn)行分析后定量投水，實(shí)現(xiàn)精確控制投水量，減少水資源浪費(fèi)，有利于保持豬舍干燥，降低污水處理壓力。同時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)讀取水表的數(shù)據(jù)，匯總到生產(chǎn)管理界面，對(duì)水消耗進(jìn)行匯總分析和管控。飲水量與存欄豬數(shù)量、體重、健康狀況以及飼料品質(zhì)、環(huán)境溫度等因素密切相關(guān)，智能飲水系統(tǒng)可協(xié)同分析豬群健康狀況。

1.6 智能刮糞和除臭系統(tǒng)

利用氨氣傳感器、液位傳感器等設(shè)備對(duì)刮糞機(jī)的刮糞時(shí)間和頻次及除臭系統(tǒng)進(jìn)行綜合智能控制，及時(shí)處理豬場(chǎng)內(nèi)排放的糞污及臭氣，實(shí)現(xiàn)豬場(chǎng)環(huán)境清潔，為生產(chǎn)人員和豬的生長(zhǎng)提供一個(gè)良好環(huán)境。

1.7 智能清洗消毒系統(tǒng)

智能洗消系統(tǒng)是一臺(tái)清洗主機(jī)與中控管道系統(tǒng)相連接，每個(gè)對(duì)應(yīng)養(yǎng)殖區(qū)域布置高壓不銹鋼水管及閥門，閥門上安裝快速對(duì)接公頭，高壓水槍及軟管通過母頭快接頭對(duì)接到公頭上，這樣整場(chǎng)乃用1臺(tái)主機(jī)就可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)霧化降溫及清洗消毒的功能，既提高了清洗消毒的效果和工作效率，又降低了交叉感染風(fēng)險(xiǎn)。

1.8 智能監(jiān)控系統(tǒng)

通過布置在各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)位的攝像頭，實(shí)時(shí)監(jiān)控養(yǎng)豬場(chǎng)區(qū)內(nèi)的豬乃流動(dòng)情況，實(shí)時(shí)查看豬乃異常行為狀況，如出欄、串欄、被趕出欄、在通道中等，可根據(jù)豬乃具體位置及時(shí)做出規(guī)避舉措，減少豬乃由于管理不當(dāng)造成的異常流動(dòng)，降低豬乃交叉感染疫病的概率。

養(yǎng)殖人員可通過點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕進(jìn)入相應(yīng)棟舍、場(chǎng)區(qū)監(jiān)控頁面，系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)視頻在線觀看，通過進(jìn)入“事件篩選”頁面查看相關(guān)豬乃、人員、動(dòng)物、車輛等異常事件，異常信息的展示包括事件發(fā)生的位置、事件描述、所屬豬舍、風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別以及異常事件發(fā)生的時(shí)間等，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、及時(shí)處置，減少養(yǎng)豬場(chǎng)的損失。

1.9 智能能源管理

利用智能電表對(duì)豬場(chǎng)用電設(shè)備的耗電數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可生成各種耗電的日、月、年度實(shí)時(shí)報(bào)表數(shù)據(jù)，及時(shí)獲得豬場(chǎng)內(nèi)設(shè)備能耗數(shù)據(jù)，幫助豬場(chǎng)管理者實(shí)現(xiàn)降低運(yùn)行能耗、提高收益的目標(biāo)。

1.10 智能設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)

根據(jù)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)周期，對(duì)設(shè)備進(jìn)行信息化、全生命周期管理，保障不因設(shè)備故障維修而影響正常生產(chǎn)，避免設(shè)備故障造成的生產(chǎn)損失。

1.11 智能報(bào)警系統(tǒng)

按報(bào)警信息的重要性，分級(jí)設(shè)定報(bào)警參數(shù)，在設(shè)備發(fā)生故障、環(huán)境參數(shù)超標(biāo)等異常時(shí)，自動(dòng)發(fā)出預(yù)警或者報(bào)警，并通過“豬小智監(jiān)管平臺(tái)”“豬小智APP”實(shí)現(xiàn)消息推送，及時(shí)通知相關(guān)管理人員處理，避免事故的發(fā)生，減少事故造成的損失。

2 智慧豬場(chǎng)應(yīng)用效果

智慧豬場(chǎng)基于生豬全生命周期，以大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)為基礎(chǔ)，通過智能感知系統(tǒng)、數(shù)據(jù)信息傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析與智能控制應(yīng)用系統(tǒng)，將人、豬、設(shè)備與場(chǎng)景聯(lián)系在一起，形成養(yǎng)豬生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)控制的閉環(huán)系統(tǒng)[8]，為豬場(chǎng)提供智能服務(wù)。生產(chǎn)管理人員乃要通過中控顯示屏或手機(jī)端、PC終端就可以實(shí)時(shí)觀察、監(jiān)控、掌握豬場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)情況，分析和挖掘生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的漏洞，極大限度地減少生產(chǎn)管理人員數(shù)量，減輕員工勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境，同時(shí)又可以控制人員與豬群直接接觸的機(jī)會(huì)，有效降低非洲豬瘟等疫病的感染風(fēng)險(xiǎn)，真正實(shí)現(xiàn)生豬健康養(yǎng)殖的智能化、無人化、精準(zhǔn)化、科學(xué)化管理，實(shí)現(xiàn)畜牧業(yè)優(yōu)質(zhì)、高效、安全和生產(chǎn)過程可控的目標(biāo)[9]，最大限度地降低人為因素產(chǎn)生的誤差和錯(cuò)誤，及時(shí)調(diào)整飼養(yǎng)方式，提升企業(yè)管理水平，幫助生豬行業(yè)解決生產(chǎn)效率低下、管理水平落后等問題，避免重大疫情發(fā)生，極大節(jié)省養(yǎng)殖環(huán)節(jié)人力成本，提高生豬養(yǎng)殖效率，增加豬場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益，為豬場(chǎng)生物安全、生產(chǎn)經(jīng)營保駕護(hù)航，不斷為生豬行業(yè)，乃至整個(gè)農(nóng)牧行業(yè)創(chuàng)造巨大的價(jià)值。

3 小結(jié)

我國生豬產(chǎn)業(yè)發(fā)展目前正朝高效、生態(tài)、環(huán)保方向發(fā)展，智慧豬場(chǎng)是信息通訊與大數(shù)據(jù)技術(shù)的融合，是養(yǎng)豬業(yè)從數(shù)字化到網(wǎng)絡(luò)化再到智能化的高級(jí)階段，是實(shí)現(xiàn)智能控制、精準(zhǔn)投入、個(gè)性化服務(wù)全新的生產(chǎn)方式，順應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”大潮，對(duì)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展具有里程碑意義，具有良好的發(fā)展前景。智慧養(yǎng)豬既能實(shí)現(xiàn)輕松養(yǎng)豬、快樂養(yǎng)豬、高效養(yǎng)豬、可控養(yǎng)豬，又能增進(jìn)動(dòng)物福利，促進(jìn)動(dòng)物健康，提高生產(chǎn)性能，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益與生態(tài)效益。