物聯(lián)牧場(chǎng)現(xiàn)代畜牧養(yǎng)殖的新變革

孔繁濤

隨著信息技術(shù)的日新月異，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展，“四化同步”的歷史機(jī)遇為發(fā)展物聯(lián)牧場(chǎng)創(chuàng)造了有利條件。畜牧業(yè)現(xiàn)代化的歷史進(jìn)程中，養(yǎng)殖方式集約化、飼養(yǎng)管理自動(dòng)化、質(zhì)量控制追溯化、疫病防治即時(shí)化、養(yǎng)殖環(huán)境清潔化和畜禽品種良種化，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要領(lǐng)域。在物聯(lián)網(wǎng)三全理論的指引下，物聯(lián)牧場(chǎng)的技術(shù)體系已初步呈現(xiàn)，研究重點(diǎn)和方向已基本明確。

建設(shè)物聯(lián)牧場(chǎng)的重要意義

20世紀(jì)中后期以來，信息技術(shù)取得了迅猛的發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，其中農(nóng)業(yè)是主要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。作為新一代信息技術(shù)的重要內(nèi)容，物聯(lián)網(wǎng)表現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，并深入滲透進(jìn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)方面。物聯(lián)牧場(chǎng)就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在牧場(chǎng)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理和服務(wù)中的集中應(yīng)用，它的發(fā)展對(duì)促進(jìn)傳統(tǒng)畜牧業(yè)轉(zhuǎn)型以及建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)方面具有重要意義。

（一）“四化同步”為發(fā)展物聯(lián)牧場(chǎng)提供了歷史機(jī)遇

黨的十八大報(bào)告指出，要“促進(jìn)工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化同步發(fā)展”。其中，信息化是推進(jìn)其他“三化”的關(guān)鍵技術(shù)手段。積極促進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)的融合，將成為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必然選擇。黨和國(guó)家對(duì)信息化的高度重視將為信息化發(fā)展打開新的空間，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展增添新的活力。因此，作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代畜禽生產(chǎn)和管理領(lǐng)域的應(yīng)用，物聯(lián)牧場(chǎng)面臨難得的歷史機(jī)遇。

（二）物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為我國(guó)新興的戰(zhàn)略支柱產(chǎn)業(yè)

當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)受到世界各國(guó)高度重視，我國(guó)政府也將物聯(lián)網(wǎng)確定為加快培育和發(fā)展的新興戰(zhàn)略性支柱產(chǎn)業(yè)。在國(guó)家《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中，農(nóng)業(yè)被列為物聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)應(yīng)用的領(lǐng)域;國(guó)務(wù)院進(jìn)一步明確提出，要在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的試點(diǎn)示范應(yīng)用，做好典型應(yīng)用示范工程。畜牧業(yè)是農(nóng)業(yè)的主要組成，物聯(lián)牧場(chǎng)具有廣闊的發(fā)展前景。

（三）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為傳統(tǒng)畜牧業(yè)改造提供了新路徑

當(dāng)前，我國(guó)畜牧業(yè)正處在從傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式向現(xiàn)代養(yǎng)殖方式過渡的關(guān)鍵階段，傳統(tǒng)畜牧業(yè)改造對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)存在重大需求。物聯(lián)牧場(chǎng)綜合運(yùn)用各種先進(jìn)感知設(shè)備，實(shí)時(shí)采集畜禽的飼養(yǎng)環(huán)境以及生長(zhǎng)體征等信息，科學(xué)分析各類信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)牧場(chǎng)生產(chǎn)的全程監(jiān)控、實(shí)時(shí)服務(wù)以及科學(xué)決策。它的發(fā)展將為畜牧業(yè)良種繁育、飼養(yǎng)管理、質(zhì)量控制、疫病防治、生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面帶來重大變革，給傳統(tǒng)畜牧業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供新的手段和路徑。

畜牧業(yè)現(xiàn)代化迫切需要物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支撐

畜牧業(yè)現(xiàn)代化需要現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐。

（一） 養(yǎng)殖方式集約化

改革開放以來，我國(guó)畜禽養(yǎng)殖方式發(fā)生了根本性的改變：由分散飼養(yǎng)向規(guī)?；曫B(yǎng)轉(zhuǎn)變，由家庭副業(yè)向支柱產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變，由粗放飼養(yǎng)向集約飼養(yǎng)轉(zhuǎn)變，由勞動(dòng)密集型向技術(shù)、資金密集型轉(zhuǎn)變，由傳統(tǒng)畜牧業(yè)向現(xiàn)代畜牧業(yè)轉(zhuǎn)變。據(jù)統(tǒng)計(jì)，生豬年出欄50頭以下養(yǎng)殖戶比重由2003年的71.60%下降到2012年的32.08%，而年出欄500頭以上養(yǎng)殖戶比重由2003年的10.60%增加到2012年的38.00%;肉牛年出欄10頭以下養(yǎng)殖戶比重由2003年的68.50%下降到2012年的56.24%;羊年出欄30頭以下養(yǎng)殖戶比重由2003年的56.60%下降到2012年的45.04%。養(yǎng)殖方式的根本性轉(zhuǎn)變，迫切需要物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，減少人力物力的投入，提高生產(chǎn)的規(guī)模效益。

（二）飼養(yǎng)管理自動(dòng)化

適應(yīng)養(yǎng)殖方式規(guī)?；?、集約化的發(fā)展，單純地依靠傳統(tǒng)的人力飼養(yǎng)，很難滿足精準(zhǔn)飼喂、自動(dòng)喂養(yǎng)、科學(xué)管理的需要。在物聯(lián)牧場(chǎng)中，通過畜禽個(gè)體傳感器（如壓力傳感器、紅外傳感器等），實(shí)時(shí)傳輸畜禽個(gè)體生理狀態(tài)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)畜禽個(gè)體數(shù)據(jù)異常情況，并將數(shù)據(jù)及時(shí)反饋生產(chǎn)者，同時(shí)，通過對(duì)不同個(gè)體生理狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，結(jié)合專家系統(tǒng)，對(duì)畜禽飼料進(jìn)行科學(xué)配比，精細(xì)飼喂，既保證畜禽生長(zhǎng)所需能量，又能節(jié)約生產(chǎn)成本，是自動(dòng)化飼養(yǎng)的核心內(nèi)容。目前，我國(guó)肉雞、蛋雞、規(guī)模養(yǎng)豬的自動(dòng)化程度相對(duì)比較高，而肉牛、肉羊、綿羊的自動(dòng)化程度和國(guó)外相比仍有較大的差距。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年我國(guó)奶牛養(yǎng)殖量為1258萬頭，產(chǎn)奶3600萬噸，而美國(guó)奶牛養(yǎng)殖量?jī)H為910萬頭，產(chǎn)奶量卻高達(dá)8750萬噸，是中國(guó)的2.43倍，按每頭年產(chǎn)奶量計(jì)算，美國(guó)是中國(guó)的3.36倍。澳大利亞和新西蘭的奶牛單產(chǎn)分別是中國(guó)奶牛單產(chǎn)的2.02和1.26倍。世界發(fā)達(dá)國(guó)家普遍使用了DHI（Dairy Herd Improvement ）技術(shù)，實(shí)施奶牛牛群改良，而我國(guó)只是在個(gè)別地方才應(yīng)用。DHI是以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，測(cè)定奶牛個(gè)體單產(chǎn)數(shù)據(jù)、牛群基礎(chǔ)資料，綜合評(píng)定奶牛生產(chǎn)性能和遺傳性能，是世界公認(rèn)的飼養(yǎng)管理的科學(xué)手段。

（三）質(zhì)量控制追溯化

畜禽及產(chǎn)品質(zhì)量安全，涉及到畜牧業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展，涉及到人民群眾的身體健康和生命安全，已經(jīng)成為國(guó)家安全的重要組成部分;但目前，畜產(chǎn)品質(zhì)量安全事件頻頻發(fā)生，成為了社會(huì)和人民群眾關(guān)注的焦點(diǎn)問題。畜禽產(chǎn)品質(zhì)量安全問題主要包括動(dòng)物疫病、獸藥殘留、加工流通過程中的二次污染，是覆蓋從“牧場(chǎng)到餐桌”的關(guān)鍵問題。近年來，隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，利用物聯(lián)網(wǎng)的RFID、條形碼、電子“藥丸”等技術(shù)，對(duì)畜禽生產(chǎn)、加工、流通和消費(fèi)實(shí)施全過程監(jiān)管，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題產(chǎn)品進(jìn)行追蹤溯源，實(shí)現(xiàn)全過程、全環(huán)節(jié)、全方位的可追溯，是有效防止畜禽產(chǎn)品安全事件發(fā)生的重要手段。在物聯(lián)牧場(chǎng)中，畜產(chǎn)品物聯(lián)網(wǎng)溯源平臺(tái)已經(jīng)基本完善，每一種產(chǎn)品都可以通過標(biāo)識(shí)在物聯(lián)牧場(chǎng)的溯源平臺(tái)中查到其產(chǎn)地、銷地，并通過溯源系統(tǒng)對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)。

（四）疫病防治即時(shí)化

重大動(dòng)物疫病如高致病性禽流感、口蹄疫、新城疫、豬瘟，以及其他流行性動(dòng)物疫病，不僅關(guān)系到畜牧業(yè)的發(fā)展，而且關(guān)系到農(nóng)民增收和人民群眾健康。近年來，世界各地多次發(fā)生動(dòng)物疫情失控事件，對(duì)于畜牧業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了災(zāi)難性的影響，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，如何及時(shí)有效地開展監(jiān)測(cè)預(yù)警工作、進(jìn)行動(dòng)物疫病防治，是一直以來困擾畜牧業(yè)發(fā)展的難題。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為代表的信息化運(yùn)用于畜禽生產(chǎn)實(shí)際，為動(dòng)物疫病防治工作提供了廣闊的空間。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以感知畜禽個(gè)體及群體的生理變化和行為特征，如溫度、采食量、活動(dòng)量等數(shù)據(jù)，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，及時(shí)監(jiān)測(cè)畜禽個(gè)體的差異性，見微知著、防患于未然，進(jìn)而有效防控動(dòng)物疫病的產(chǎn)生、發(fā)展和蔓延。

（五）養(yǎng)殖環(huán)境清潔化

用循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念發(fā)展現(xiàn)代畜牧業(yè)，通過資源利用節(jié)約化、生產(chǎn)過程清潔化、廢物利用再生化等環(huán)節(jié)，減少畜禽生產(chǎn)污染物排放、控制畜禽養(yǎng)殖環(huán)境，以達(dá)到改善畜禽產(chǎn)品質(zhì)量的目標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)畜禽清潔化生產(chǎn)的重要途徑。畜牧業(yè)生長(zhǎng)環(huán)境是影響畜禽產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵因素，傳統(tǒng)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境很難做到精確控制，畜禽產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量都難以保證，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為畜禽生長(zhǎng)環(huán)境的自動(dòng)控制提供了條件。通過傳感器采集牧場(chǎng)環(huán)境信息（光照、溫度、濕度、CO2、H2S等），并將信息通過無線傳輸技術(shù)（GPRS、ZigBee等）傳輸?shù)椒?wù)器，應(yīng)用程序通過將收集到的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)相比較，結(jié)合專家系統(tǒng)，科學(xué)準(zhǔn)確地計(jì)算畜禽養(yǎng)殖環(huán)境信息，并通過自動(dòng)控制技術(shù)（溫度控制器、光照強(qiáng)度控制器、CO2發(fā)生器等）等對(duì)畜禽生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行精確控制，為畜禽提供一個(gè)更加良好的生長(zhǎng)環(huán)境。

（六）畜禽品種良種化

畜禽良種是畜牧業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是和畜牧業(yè)現(xiàn)代化同步發(fā)展的生產(chǎn)要素，屬于技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)。正在興起的生物信息學(xué)是研究生物信息的采集、處理、存儲(chǔ)、傳播、分析和解釋等各方面的學(xué)科，它通過綜合利用生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和信息技術(shù)揭示大量復(fù)雜的生物數(shù)據(jù)的生物學(xué)奧秘。在分子水平上，進(jìn)行畜禽品種的選擇、培育，是現(xiàn)代育種的重要方式。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過監(jiān)測(cè)發(fā)情期母畜生理變化情況和仔畜生長(zhǎng)發(fā)育情況，對(duì)于畜禽良種選擇具有重要意義。以奶牛為例，發(fā)情期的奶牛，其活動(dòng)量、步行數(shù)等都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他奶牛，通過對(duì)奶牛行為進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以實(shí)時(shí)了解奶牛的發(fā)情狀況，科學(xué)預(yù)測(cè)奶牛發(fā)情時(shí)間，及時(shí)進(jìn)行人工授精，保證奶牛產(chǎn)奶質(zhì)量。

物聯(lián)牧場(chǎng)理論方法與技術(shù)體系

以農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的全要素、全過程和全系統(tǒng)“三全”理論為基礎(chǔ)，物聯(lián)牧場(chǎng)針對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境、畜禽生產(chǎn)資料、勞動(dòng)投入、飼養(yǎng)管理技術(shù)等的全要素，和畜禽生產(chǎn)、流通、加工和消費(fèi)的全過程，以及自然界、人類社會(huì)和思維的全系統(tǒng)，形成了以感知、傳輸和應(yīng)用為主線的技術(shù)體系，研究重點(diǎn)和方向也日益明晰。

（一）物聯(lián)牧場(chǎng)的相關(guān)理論

牧場(chǎng)是經(jīng)營(yíng)畜牧業(yè)的生產(chǎn)單位，也是包含畜牧、自然、經(jīng)濟(jì)和人類活動(dòng)的復(fù)雜系統(tǒng)。因此物聯(lián)牧場(chǎng)必須遵循農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的全要素、全過程和全系統(tǒng)的“三全”化發(fā)展理念，才能確保其科學(xué)持續(xù)性發(fā)展。

物聯(lián)牧場(chǎng)是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在牧場(chǎng)的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理和服務(wù)中，運(yùn)用養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器、生理體征監(jiān)測(cè)傳感器、視頻信息采集傳感器等設(shè)備感知飼料、水、生命體、生產(chǎn)器械、能源動(dòng)力、運(yùn)輸、勞動(dòng)力等生產(chǎn)要素，通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)和智能化處理等現(xiàn)代技術(shù)，構(gòu)建包含牧場(chǎng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)所涉及的自然、社會(huì)、生產(chǎn)、人力資源等的復(fù)雜系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)牧場(chǎng)產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后的過程監(jiān)控、科學(xué)決策和實(shí)時(shí)服務(wù)，達(dá)到牧場(chǎng)人、機(jī)、牧一體化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)畜牧養(yǎng)殖的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、集約化和精細(xì)化的目標(biāo)。

（二）物聯(lián)牧場(chǎng)的技術(shù)體系

要使物聯(lián)牧場(chǎng)健康持續(xù)發(fā)展，必須綜合考慮人、機(jī)、牧的綜合配置與協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)牧一體化發(fā)展，才能真正發(fā)揮物聯(lián)牧場(chǎng)的作用。其技術(shù)體系是通過感知、傳輸、處理、控制等現(xiàn)代技術(shù)，將人機(jī)牧三者相互融合，提供更透明、更智能、更泛在、更安全的一體化服務(wù)。

感知技術(shù)包括：溫度、濕度、光照、降雨量、風(fēng)速等氣象環(huán)境類傳感器技術(shù);二氧化碳、氧氣、氨氣、甲烷、硫化氫等氣體類傳感器技術(shù);飼料量、飲水量、運(yùn)動(dòng)量、產(chǎn)奶量、體表溫度等生命本體傳感器技術(shù);視頻、聲音等多媒體傳感器技術(shù)。

傳輸技術(shù)包括：互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、短信通信技術(shù)、Zigbee無線傳輸技術(shù)、GPRS無線傳輸技術(shù)、3G無線通信技術(shù)（TD-SCDMA、WSCDMA、SCDMA2000）、4G通信傳輸技術(shù)（TD-LTE、FDD-LTE）。

處理技術(shù)包括：數(shù)據(jù)處理技術(shù)、圖形圖像處理技術(shù)、聲音處理技術(shù)、視頻處理技術(shù)、多信息融合處理技術(shù)、智能信息處理技術(shù)。

控制技術(shù)包括：最優(yōu)控制技術(shù)、自適應(yīng)控制技術(shù)、專家控制技術(shù)（即以專家知識(shí)庫(kù)為基礎(chǔ)建立控制規(guī)則和程序）、模糊控制技術(shù)、容錯(cuò)控制技術(shù)、智能控制技術(shù)。

（三）物聯(lián)牧場(chǎng)的研究重點(diǎn)

物聯(lián)牧場(chǎng)是一個(gè)包含畜牧、自然、經(jīng)濟(jì)和人類活動(dòng)的復(fù)雜系統(tǒng)，必須找準(zhǔn)重點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)研究，才能突破發(fā)展瓶頸，提升物聯(lián)牧場(chǎng)發(fā)展水平。物聯(lián)牧場(chǎng)的研究重點(diǎn)包括研究領(lǐng)域和技術(shù)研發(fā)兩個(gè)方面。研究領(lǐng)域主要集中在環(huán)境、飼養(yǎng)、疫病、繁育等畜牧養(yǎng)殖關(guān)鍵環(huán)節(jié)方面，通過物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)代信息技術(shù)，提高畜牧養(yǎng)殖環(huán)境的清潔、促進(jìn)飼料喂養(yǎng)的精細(xì)化、降低疫病防治的滯后性、加快畜禽優(yōu)良品種的推廣。技術(shù)研發(fā)主要集中在傳感器技術(shù)、傳輸技術(shù)與智能裝備上，在物聯(lián)牧場(chǎng)發(fā)展中，傳感器技術(shù)仍然是發(fā)展的關(guān)鍵，是否能研發(fā)出低成本、高精端、高靈敏度的傳感設(shè)備，將直接影響物聯(lián)牧場(chǎng)發(fā)展的水平，光纖、紅外、生物等新型傳感器的研發(fā)，以及自動(dòng)化智能化兼具可遠(yuǎn)程操控裝備的研制，將為物聯(lián)牧場(chǎng)的發(fā)展奠定技術(shù)基礎(chǔ)。