畜牧業(yè)現(xiàn)代化亟需物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)支撐

朱孟帥趙璞劉佳佳熊露張建華

（1，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所 100081；2，農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)信息服務(wù)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 100081）

畜牧業(yè)現(xiàn)代化亟需物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)支撐

朱孟帥1,2趙璞1,2劉佳佳1,2熊露1,2張建華1,2

（1，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所 100081；2，農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)信息服務(wù)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 100081）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，給畜牧養(yǎng)殖帶來(lái)了發(fā)展的契機(jī)，孕育出前程似錦的物聯(lián)牧場(chǎng)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，將極大促進(jìn)我國(guó)畜牧養(yǎng)殖水平的提高以及我國(guó)畜牧養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。自動(dòng)控制光溫水氣，精確模擬養(yǎng)殖生長(zhǎng)環(huán)境，實(shí)時(shí)反饋畜禽生長(zhǎng)狀態(tài)，對(duì)畜禽進(jìn)行精細(xì)飼養(yǎng)，及時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)物疫病，嚴(yán)格控制疫情發(fā)展，實(shí)時(shí)傳輸母畜數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)畜禽繁育，精確控制質(zhì)量管理，可持續(xù)化產(chǎn)品溯源等的運(yùn)用，將會(huì)為我國(guó)畜牧養(yǎng)殖帶來(lái)巨大的變革。

物聯(lián)網(wǎng)；畜牧；養(yǎng)殖；變革；物聯(lián)牧場(chǎng)；發(fā)展趨勢(shì)；綜述

1 物聯(lián)牧場(chǎng)的概念

物聯(lián)牧場(chǎng)是指將物聯(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、音頻信息采集傳感器、視頻信息采集傳感器等感知設(shè)備，采集牧場(chǎng)中畜禽生長(zhǎng)環(huán)境信息、個(gè)體體征信息等，通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息傳輸手段，將獲取到的大量牧場(chǎng)信息進(jìn)行融合、處理，最后通過(guò)智能化的操作終端，實(shí)現(xiàn)牧場(chǎng)產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后的過(guò)程監(jiān)控、科學(xué)決策和實(shí)時(shí)服務(wù)，達(dá)到牧場(chǎng)的人、機(jī)、物一體化互聯(lián)，進(jìn)而達(dá)到畜牧養(yǎng)殖的高產(chǎn)量、高效益、高效率、優(yōu)質(zhì)量、集約化和精細(xì)化的目標(biāo)。

2 畜牧養(yǎng)殖的趨勢(shì)

畜牧業(yè)，作為農(nóng)業(yè)的重要組成部分，是農(nóng)民就業(yè)增收的重要途徑，是建設(shè)我國(guó)社會(huì)主義農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要內(nèi)容，是持續(xù)推動(dòng)農(nóng)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的必然選擇。國(guó)際上也把畜牧業(yè)發(fā)展水平作為衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，畜牧業(yè)占農(nóng)業(yè)的比重一般都高達(dá)70%至80%[1-2]。因此，大力促進(jìn)畜牧業(yè)的發(fā)展，具有重要的意義。

2.1 畜牧養(yǎng)殖總體發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)是世界上畜牧業(yè)大國(guó)，自改革開(kāi)放以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，國(guó)家政策的不斷調(diào)整，國(guó)家投入的不斷增加，以及畜牧養(yǎng)殖品種的優(yōu)化，防疫衛(wèi)生水平的提高，飼料科學(xué)技術(shù)的普及，我國(guó)畜牧養(yǎng)殖在養(yǎng)殖數(shù)量及養(yǎng)殖規(guī)模上均有了較大的變化。

從養(yǎng)殖數(shù)量來(lái)講，以牛、豬、羊?yàn)槔?，?980年以來(lái)，我國(guó)牛、豬、羊存欄量均有大幅提升，其中豬、羊存欄量總體呈上升趨勢(shì)，2012年達(dá)到歷史最高水平，牛存欄量1980～1999年呈上升趨勢(shì)，1999年達(dá)到歷史最高水平，1999～2012年牛存欄量呈下降趨勢(shì)。據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局2014年公布的最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示（圖1），2012年，我國(guó)牛存欄量達(dá)10343.4萬(wàn)頭，較1980年增加3175.8萬(wàn)頭，豬存欄量達(dá)47592.2萬(wàn)頭，較1980年增加17049.1萬(wàn)頭，羊存欄量達(dá)28504.1萬(wàn)頭，較1980年增加9773.0萬(wàn)頭。

圖1 1980年～2012年牛、豬、羊養(yǎng)殖存欄量情況

從養(yǎng)殖規(guī)模來(lái)講，以肉牛、豬、羊?yàn)槔?，?003年以來(lái)，肉牛、豬、羊養(yǎng)殖散戶(hù)所占比重不斷減少，規(guī)模養(yǎng)殖戶(hù)比重不斷增加，其中，尤以豬規(guī)模養(yǎng)殖情況變動(dòng)最為明顯。2003年，年出欄50頭以下養(yǎng)殖戶(hù)占比達(dá)71.60%，到2012年，其比重下降到32.08%，下降了39.52%，而年出欄規(guī)模達(dá)500頭以上的養(yǎng)殖戶(hù)由2003年的10.60%增加到2012年的38%，增加了27.94%（附表）。相較而言，根據(jù)中國(guó)畜牧業(yè)年鑒資料顯示，肉牛年出欄10頭以下的養(yǎng)殖戶(hù)占比由2003年的68.50%下降到2012年的56.24%，下降了12.26%。羊年出欄30頭以下的養(yǎng)殖戶(hù)占比由2003年的56.60%下降到2012年的45.04%，下降了11.56%。

2.2 畜牧養(yǎng)殖品種的轉(zhuǎn)變

優(yōu)良的畜牧養(yǎng)殖品種是現(xiàn)代化畜牧養(yǎng)殖的關(guān)鍵，目前，我國(guó)的優(yōu)良品種率占整個(gè)畜禽存欄的比率不斷增加，各個(gè)地區(qū)均不斷引進(jìn)高質(zhì)優(yōu)產(chǎn)的外國(guó)品種，在此基礎(chǔ)上，建立了現(xiàn)代化的品種繁育和推廣體系[3]。各地區(qū)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，通過(guò)育種研究，繁育出適合當(dāng)?shù)靥厣?、適合市場(chǎng)需求的特色品種，養(yǎng)殖品種逐步從土雜品種向優(yōu)良品種轉(zhuǎn)變。以豬為例，杜洛克和長(zhǎng)白雜交模式以其體型優(yōu)良、肉質(zhì)鮮美、出肉率高、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高得到養(yǎng)殖戶(hù)和消費(fèi)者的認(rèn)可，為農(nóng)民增收做出了重要的貢獻(xiàn)。

2.3 畜牧養(yǎng)殖方式的轉(zhuǎn)變

目前，我國(guó)畜牧養(yǎng)殖處在傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式向現(xiàn)代化養(yǎng)殖方式過(guò)渡的階段。傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式是以農(nóng)戶(hù)為單位、規(guī)模小、品種多、人畜混居、混放混養(yǎng)的粗放型養(yǎng)殖方式[4]。從全國(guó)的角度看，我國(guó)的畜牧養(yǎng)殖方式仍然以傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式為主，就個(gè)別品種和個(gè)別地區(qū)看，養(yǎng)殖方式已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化。畜牧養(yǎng)殖方式的變革主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。在育種方面，人們已經(jīng)不局限于傳統(tǒng)的本交方式，人工授精技術(shù)逐步推廣，對(duì)加快豬優(yōu)良品種的推廣、提高受胎率、延長(zhǎng)種公豬的使用年限、防止疫病傳播起到了積極的作用。在飼養(yǎng)方面，傳統(tǒng)的粗放式養(yǎng)殖正逐步被科學(xué)合理的精細(xì)化飼養(yǎng)取代，精細(xì)化飼養(yǎng)根據(jù)畜禽不同的生理和生長(zhǎng)階段，采用不同的日糧配方，降低了畜禽飼養(yǎng)成本，提高了畜禽養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益。在管理方面，用現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)來(lái)管理和經(jīng)營(yíng)畜牧養(yǎng)殖各個(gè)過(guò)程，將信息技術(shù)應(yīng)用于養(yǎng)殖的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)使用電腦、手機(jī)等科技產(chǎn)品，人們能隨時(shí)隨地獲取相關(guān)信息并進(jìn)行日常管理，促進(jìn)了畜牧養(yǎng)殖管理方式的飛躍式發(fā)展。

3 物聯(lián)網(wǎng)給畜牧養(yǎng)殖帶來(lái)的變革

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，給畜牧業(yè)全過(guò)程都帶來(lái)了巨大的變革。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的今天，畜牧生產(chǎn)在繁育、環(huán)境、飼養(yǎng)、疫病、質(zhì)量追溯等各個(gè)方面，都發(fā)生了革命性的影響，以物聯(lián)牧場(chǎng)為代表的畜牧業(yè)，正朝著更智能、更高效的方向發(fā)展。物聯(lián)牧場(chǎng)的示意圖如圖2所示。

3.1 光溫水氣自動(dòng)控制，生長(zhǎng)環(huán)境精確模擬

畜禽的生長(zhǎng)環(huán)境對(duì)畜禽產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的影響尤為重要，現(xiàn)階段，我國(guó)大部分養(yǎng)殖場(chǎng)都無(wú)法做到對(duì)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境進(jìn)行精確控制，因而無(wú)法進(jìn)一步提高畜禽產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為畜禽生長(zhǎng)環(huán)境的自動(dòng)控制、精確模擬提供了必要的條件。通過(guò)光照、溫濕度、氣體傳感器等采集牧場(chǎng)環(huán)境信息，將采集到的信息通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)（WSN）和移動(dòng)通訊技術(shù)，如藍(lán)牙、Wi-Fi、Zig Bee、3G技術(shù)等傳輸?shù)椒?wù)器[5]，應(yīng)用程序?qū)⑹占降臄?shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，集合專(zhuān)家系統(tǒng)、畜禽生長(zhǎng)模型等科學(xué)準(zhǔn)確的計(jì)算畜禽養(yǎng)殖環(huán)境數(shù)據(jù)，然后將指令發(fā)往終端設(shè)備，通過(guò)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）對(duì)畜禽生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行精確控制，從而提供一個(gè)良好的畜禽生長(zhǎng)環(huán)境，促進(jìn)畜產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的提高[6]。

3.2 生長(zhǎng)狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋，畜禽生長(zhǎng)精細(xì)飼養(yǎng)

畜禽在生長(zhǎng)過(guò)程中，其個(gè)體的生長(zhǎng)狀態(tài)（如身高、體重、年齡、體溫等）會(huì)發(fā)生巨大的變化，針對(duì)不同的個(gè)體生長(zhǎng)狀態(tài)，采用適合不同個(gè)體生長(zhǎng)的飼料配方，進(jìn)行畜禽生長(zhǎng)精細(xì)飼養(yǎng)，才能更有效的促進(jìn)畜禽生長(zhǎng)，進(jìn)而提高畜禽產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。在物聯(lián)牧場(chǎng)中，通過(guò)畜禽體征指標(biāo)傳感器，如壓力傳感器、紅外傳感器等，實(shí)時(shí)搜集畜禽個(gè)體生理狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸?shù)椒?wù)器，集合畜禽精細(xì)飼喂模型，對(duì)畜禽飼料配方進(jìn)行科學(xué)配比，從而保證畜禽生長(zhǎng)所需能量，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高畜禽產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，同時(shí)，監(jiān)測(cè)畜禽個(gè)體數(shù)據(jù)異常情況，將數(shù)據(jù)及時(shí)反饋給生產(chǎn)者，做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)反饋、實(shí)時(shí)處理。

附表 豬規(guī)模養(yǎng)殖情況

圖2 物聯(lián)牧場(chǎng)的示意圖

3.3 動(dòng)物疫病實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，疫情預(yù)警嚴(yán)格控制

動(dòng)物疫病是影響畜禽產(chǎn)量的重要因素，尤其是傳染病，對(duì)畜禽養(yǎng)殖是一個(gè)極大的威脅。動(dòng)物疫病在發(fā)生前都有征兆，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為動(dòng)物疫病的監(jiān)測(cè)與預(yù)警提供了技術(shù)支撐。通過(guò)對(duì)畜禽個(gè)體情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)了解個(gè)體生長(zhǎng)狀態(tài)，傳感器將畜禽個(gè)體的生理數(shù)據(jù)（如體重、體溫等）通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳到數(shù)據(jù)庫(kù)，應(yīng)用程序通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，了解畜禽生長(zhǎng)的實(shí)時(shí)信息，并將畜禽生長(zhǎng)信息與最新的畜禽疫病數(shù)據(jù)相對(duì)比，及時(shí)監(jiān)測(cè)畜禽生長(zhǎng)狀況，對(duì)疫情進(jìn)行嚴(yán)格控制。

3.4 母畜數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，畜禽繁育動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

畜禽繁育是畜牧業(yè)養(yǎng)殖的重要方面，在養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)中，占據(jù)著一個(gè)相當(dāng)重要的地位。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，尤其是以RFID、二維碼、傳感器等采集技術(shù)的進(jìn)步，母畜在發(fā)情期的各種生理數(shù)據(jù)都會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)發(fā)情期母畜生理變化情況，科學(xué)地對(duì)畜禽進(jìn)行配種和生育。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(guò)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。在奶牛懷孕期，通過(guò)對(duì)奶牛身體狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)了解奶牛生長(zhǎng)狀況，保證奶牛順利產(chǎn)仔。

3.5 質(zhì)量管理精確控制，產(chǎn)品溯源可持續(xù)化

隨著經(jīng)濟(jì)生活的發(fā)展，尤其是近幾年食品安全事件頻發(fā)的影響，農(nóng)產(chǎn)品溯源技術(shù)越來(lái)越受到重視，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，極大提高了農(nóng)產(chǎn)品溯源技術(shù)的水平。在物聯(lián)牧場(chǎng)中，以二維碼和RFID技術(shù)為主的個(gè)體標(biāo)識(shí)技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)溯源平臺(tái)已經(jīng)基本完善。每一種物聯(lián)牧場(chǎng)出產(chǎn)的產(chǎn)品，都可以通過(guò)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(xiāo)地，并通過(guò)溯源系統(tǒng)對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)[7]。

4 物聯(lián)牧場(chǎng)未來(lái)展望

4.1 傳感器技術(shù)將是物聯(lián)牧場(chǎng)發(fā)展的關(guān)鍵

在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)感知層、傳輸層、應(yīng)用層中，感知層中傳感器技術(shù)的發(fā)展水平是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵[8]。我國(guó)畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)處在發(fā)展的初級(jí)階段，尤其是在傳感器技術(shù)方面，與其他行業(yè)差距較大。在畜牧物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中，傳感器技術(shù)仍然是物聯(lián)牧場(chǎng)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，將直接制約物聯(lián)牧場(chǎng)發(fā)展的水平。光照、溫度、濕度、CO2、H2S等傳統(tǒng)傳感器和光纖、紅外、生物等新型傳感器的研發(fā)，將為畜牧業(yè)的發(fā)展奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

4.2 低成本、高效益的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將是物聯(lián)牧場(chǎng)應(yīng)用的主要途徑

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于畜牧業(yè)，要將提高畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)效益作為最終目標(biāo)。與工業(yè)和服務(wù)業(yè)相比，我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化水平低，利潤(rùn)回報(bào)率低，因此，在未來(lái)物聯(lián)牧場(chǎng)中，研制低成本、高效益的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，將是物聯(lián)牧場(chǎng)應(yīng)用的主要途徑[9]。將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層與智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)終端相結(jié)合，已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的特色，開(kāi)發(fā)更適合畜牧業(yè)發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，將為畜牧業(yè)發(fā)展帶來(lái)更多的效益。

4.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人才將是物聯(lián)牧場(chǎng)發(fā)展的核心

物聯(lián)網(wǎng)涉及傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)等多種技術(shù)，是一個(gè)綜合性的技術(shù)運(yùn)用，而以物聯(lián)牧場(chǎng)為代表的畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，又涉及多個(gè)農(nóng)業(yè)方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，需要懂農(nóng)業(yè)、懂技術(shù)的復(fù)合型人才。在現(xiàn)代畜牧業(yè)中，人才將是物聯(lián)牧場(chǎng)發(fā)展的核心，尤其是精通多種學(xué)科的專(zhuān)業(yè)人才，將決定我國(guó)畜牧業(yè)未來(lái)的發(fā)展水平。

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朱孟帥（1989-），男，在讀碩士研究生，研究方向：農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)預(yù)警。

張建華（1982-），博士，助理研究員，從事農(nóng)產(chǎn)品監(jiān)測(cè)預(yù)警、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)研究。