智能化技術在畜牧生產中的應用現狀與前景

胡紀通，張永慶

（山東畜牧獸醫職業學院，山東 濰坊 261061）

近十年來，隨著信息化和工業產品的發展，人工成本的增高，畜牧業智能化生產的發展勢頭很好，尤其是養殖環節，新場舍的建設基本都遵循這個標準；進料飼喂和糞便收集是養殖場的關鍵內容，都向智能生產化方面靠攏，這些涉及場舍的布局和基礎建設，是建設前所必須考慮的；除了進料飼喂和糞便收集，其它的智能生產內容，主要涉及電路和網路，不涉及大的物理環境變動。

以下是近年來智能化技術在畜牧生產中的建設應用現狀。

1 畜牧生產智能化多采用 Zigbee、Modbus通信協議

智能生產的物聯，其數據量是非常小的，可根據養殖舍的方位，采用有線網絡、無線通信或融合組網設計，目前小型養殖場使用最多的是運營商的 4G，運用 4G網絡，有專門的 4G+WIFI解決方案供小型養殖場應用；在養殖舍內部多采用無線傳感網，是基于 ZigBee或 wifi的無線傳感網，養殖舍之間，可根據需要采用有線或無線網絡。

Modbus協議是一種強大的通信標準，它是一個簡單的開源協議，開發簡易，需要支持的硬件設計少，此外，Modbus還支持與各種設備和系統的互操作性和兼容性；廣泛應用于工業自動化和 SCADA系統，儀表、傳感器和執行器的信號往返于主控制器， Modbus具有廣泛的通信協議，能根據規模擴大網絡，讓主控制器互聯，在各種物理鏈路上運行；WSN網絡（無線傳感器網絡）作為物聯網支撐網絡之一，可根據應用需求部署，ZigBee作為WSN網絡的實例近年來在生產上受到青睞，ModBus-RTU 協議規定了七層協議中應用層的內容，ZigBee網絡規定了七層協議中物理層和數據鏈路層的內容，工作中常利用ZigBee網絡承載 ModBus-RTU協議用于智能農業監測的數據傳輸。

每一個養殖舍，部署一個DTU（數據傳輸單元），DTU 接口豐富，具有 4G、RJ45、WIFI等接口，可與4G網絡、有線網絡、無線WIFI等多終端連接，實現數據傳輸，將前端設備的各項數據上傳至中心管理系統，對于小型養殖企業，DTU配置8-12路的開關控制就足夠了。

Zigbee用于連接10-100 m范圍內的設備，支持高達250Kbps的數據速率，作為一種低功耗、低速率技術，Zigbee適合物聯網傳感器和物聯網網關設備之間的雙向數據傳輸，以及ad hoc無線網狀網絡，適合養殖舍這樣大小的空間。

2 進料飼喂的智能化

進料飼喂是畜牧養殖的重要環節，在相當長歷史時期，對人工要求多，在現代養殖場建設中，進料飼喂系統由飼料的存放，飼料的傳輸，飼料的投放組成；飼料進場有專門的養殖場專用車以散裝飼料形式運輸，養殖場具有臨時的貯料筒倉，散裝飼料筒倉是現代養殖場的標配，在罐體內密封輸送，能減少飼料損失，保證質量，避免污染；全自動上料卸料裝置可連續作業，大大提高生產效率。

進料飼喂智能化的基礎是機械化，機械進料包括三個環節，從臨時料倉輸入養殖舍中間倉，從中間倉到養殖區投料口，從投料口到飼喂容器（料盆），這三個環節都涉及到電機和精密的機械傳動結構，從技術上說，電機和精密的機械傳動結構是進料飼喂智能化的基礎；從筒倉傳輸進養殖舍，是一個成套的設備，飼料傳輸，用管道通過螺旋給料機或管鏈式輸送機輸送，通過調節，進料機能夠非常精確的定時、定量投放到料盆里。

作為進料的附屬部分，供水部分控制相對簡單，養殖的重點是做到水質凈化，管道消毒，使水質符合《中華人民共和國農業行業標準：無公害食品 畜禽飲用水水質（NY 5027-2008）》要求。

進料飼喂智能化能進行的操作有：定時、定量的電機控制，傳感器采集控制，輸料異常控制；飼料到料盆的定量調節，進料機本身有相應的設置，稍高檔一點的進料機，可并入養殖系統進行統一調節，這樣系統會稍繁瑣；現在養殖場的智能生產，單獨進料飼喂這一塊，目前已經非常成熟，單獨和配合系統都能使用。

3 糞便收集的智能化

智能化糞便收集裝置，有主控制器、檢測組件、通信組件、傳輸機械、儲污池和清潔檢測組件等，糞便收集的智能化操作的成分有，用控制器進行定時、定量的電機控制，用傳感器進行采集控制，異常控制；引流輸出裝置和機械電機控制是智能糞便收集的基礎，是現代養殖場的標配，現在重點介紹養殖場常用的引流輸出裝置。

糞便引流輸出裝置都有現成的方案和設備；在養殖環節最重要的，是養殖舍外儲糞池的大小和養殖規模要匹配，滿足“防雨、防滲和放溢流”三防要求，尤其要做好防滲，避免養殖場對地下水的污染，嚴格遵守《中華人民共和國環境保護稅法》，有成熟可靠的糞便資源化處理方案，這是進行智能環保養殖的前提和基礎。

養殖舍糞便收集，常見方法有：禽兔舍履帶式清糞、豬舍牛舍刮糞機清糞；履帶式清糞帶，采用特殊化纖、聚乙烯等抗老化材料，大部分糞干燥成粒狀容易處理，通過機器定時清理出，糞再用率高，舍內無發酵，室內的空氣好，能減少病菌的生長，履帶式清糞，是目前禽兔類清糞的常用方法；清理出來的糞便，經溝槽收集匯總后進入儲污池，再進行無害化處理。

機械刮板清糞在豬舍牛舍廣泛使用，是替代人工進行水沖糞和水泡糞清理的新型工藝，新型刮板清糞采用智能化控制，可以設定豬舍牛舍每日清糞次數、清糞時間間隔，并能夠實現設備故障、異常情況報警等功能，能夠減少人與豬的接觸，降低疾病傳播的概率[1]。

4 生產過程的智能化

大的畜牧業智能養殖軟件系統，涉及物聯網信息技術的各個層面，應遵從“頂層設計，分步實施，邊建邊用邊完善”的原則，提出總體解決方案，確定畜牧業智能養殖的體系結構，以及各系統之間的接口規范。

軟件主要由五個子系統組成，分別是自動控制系統、信息采集系統、視頻監控系統、無線傳輸系統、以及軟件平臺（管理中心）。

（1）生產控制系統。此子系統能夠實現對電的控制，完成自動定時或遠程人工進料飼喂、糞便收集匯總的任務，以及料、水的富余量和糞便收集量的預警等。

（2）舍內溫濕度空氣調節，保證舒適的溫濕度環境。這個子系統主要是通過傳感器采集，對舍內溫度、濕度、通風、光照、噴淋進行控制。溫度濕度方面，通過室內室外的溫度傳感器進行室內外對比，在炎熱夏季，當舍內溫度高于外界溫度時，可啟動風機進行空氣交換，降低舍內溫度，同樣當舍內濕度高于外界濕度且濕度較大時，也可通風排濕；在寒冬尤其是北方，需要對舍內進行保溫處理，適時啟動送暖（如太陽能、電熱爐、鍋爐供暖）等。

空氣光照方面，通過室內 CO2傳感器、照度傳感器，控制換氣和光照，保持舍內空氣清新，充足的光照時間能保證養殖物健康、快速成長，對于陰天舍內光線陰暗或冬季日照時間不足的情況，適當增加輔助照明，彌補天氣、季節因素光照度的不足。

（3）舍內視頻監控，隨時掌握現場，實況提高監管效率。Modbus兩種傳輸模式 ASCII或RTU，這兩種傳輸模式，都不適合進行視頻傳輸，監控的視頻，可以用 HTTP、RTSP、RT MP、SRT、RTP等協議傳輸，視頻監控可以用專門的網絡攝像，可通過系統中鏈接觀看就是[2]。

通過視頻監控，以便隨進查看牛舍內的情況，減少人工現場巡查次數，提高生產效率。從科學養殖、提高管理水平、實現現代化養殖的角度來看，視頻監控是現代化養殖發展的必然趨勢。

（4）信息采集。動物RFID標簽大致分頸圈式、耳牌式、注射式和藥丸式電子標簽；早期是通過接觸方式讀取，現在比較通行的，是無線非接觸方式。

飼養環節：在牲畜出生飼養的時候，在牲畜的身上安裝上RFID標簽（如做成耳標或腳環），這些電子標簽一般在牲畜一出生時就打在耳上，通過設定、采集或存儲它成長過程中的信息，從源頭上對生產安全進行控制。同時記錄牲畜在各個時期的防疫記錄、疾病信息及養殖過程關鍵信息的記錄，通過系統形成生長曲線，通過對正常生長、發情、懷孕等曲線的比對，能做到對養殖物的精確判斷、預警和控制；在出欄前，通過對采集的RFID信息分析，確認無疾病牲畜才能出欄。

（5）軟件平臺。對于小養殖場，可通過公有云上的免費的軟件直接使用，公有云除能實現基本的控制外，還提供常用操作的數據存貯；對于大型養殖場，可以請專業機構進行專門的研發，整個系統軟件分為：服務器端、PC端、手機端等，管理人員，可通過電腦或手機等信息終端，實時查看養殖舍內的環境參數和報警信息，有權限的，可通過應用平臺實現功能控制。

5 智能生產的應用現狀及遠期發展

畜牧智能生產的應用現狀非常好，主要是應對人力成本增高，在現階段，對于小型養殖場，在常規生產中，除必要的基本配套建設外，電子類DTU、綜合控制類、電子開關類、常用環境傳感器投入，大概僅需 1千到數千元的投入，在料、水能正常供應的情況下，可以實現無人自動生產或遠程控制生產，這是一種進步，對于農村畜牧養殖，是一種促進。

隨著信息產業和工業的發展，畜牧機器人將大量上崗，目前應用最多的是畜產品加工，養殖機器人能精確完成一定養殖的工作，機器人的應用環境是一種高端生產環境，比如祖代畜產品、高檔奶牛的養殖等，本文介紹的畜牧智能生產，大多是商品代的養殖，能在養殖環節實現對人工的解放。對高端動物置入傳感器，做到生長過程的全程感知以及養殖機器人的大量應用是一種高投入、高產出的經營，目前，只有大公司、特殊產品能做到。隨著信息化產品、智能工業產品價格的降低以及對產品質量要求的提高，智能養殖機器人的大量應用是將來的發展方向[3]。