智能化檢測方法在母豬發(fā)情鑒定中的應(yīng)用

張利娟，張 亮

（1.重慶市畜牧科學(xué)院，重慶 402460；2.重慶市養(yǎng)豬工程技術(shù)研究中心，重慶 402460）

母豬的發(fā)情鑒定是豬繁殖生產(chǎn)過程的重要環(huán)節(jié)。母豬發(fā)情鑒定的準(zhǔn)確性會直接影響配種人員對母豬排卵時間的判定以及最佳輸精時機的把握，對于提高豬場母豬受胎率、產(chǎn)仔數(shù)等繁殖成績具有重要意義[1]。 母豬發(fā)情受其體內(nèi)激素控制，并受外界刺激反饋，其發(fā)情過程伴隨著一系列生理、生化和行為的變化。母豬在發(fā)情前期往往表現(xiàn)出煩躁不安，有爬跨其他母豬等行為。而在發(fā)情期間則表現(xiàn)出接受其他母豬或公豬爬跨，食欲減退等行為，部分母豬還會出現(xiàn)陰戶腫脹、陰道黏液增多等變化。

母豬發(fā)情鑒定有公豬試情、人工試情和行為觀察等方法[2-4]。公豬試情法是目前國內(nèi)外使用最為廣泛，準(zhǔn)確性也最高的母豬發(fā)情鑒定方法。該方法利用發(fā)情母豬在接收到公豬的氣味（主要是外激素）、聲音或直接接觸會表現(xiàn)出接受公豬爬跨的反應(yīng)，即“靜立反射”。人工試情法主要用于限位欄，通常是公豬在場時由有經(jīng)驗的技術(shù)人員按壓母豬背部，并觀察母豬有無靜立反射來判斷。行為觀察法是通過綜合母豬的行為表現(xiàn)和外陰變化來判斷母豬是否處于發(fā)情狀態(tài)。

1 母豬發(fā)情鑒定面臨的問題

隨著豬場規(guī)模的不斷擴大，目前的發(fā)情鑒定方法越來越不能適應(yīng)現(xiàn)代養(yǎng)豬生產(chǎn)的發(fā)展。公豬試情法需要公豬對每一頭母豬進行充分的直接或間接的接觸，然后根據(jù)母豬的現(xiàn)場表現(xiàn)來進行判斷。一般不處于發(fā)情期的母豬不會對公豬的接觸表現(xiàn)出亢奮，而只有處于發(fā)情期的母豬才會對公豬表現(xiàn)出興趣，會出現(xiàn)相互嗅探、爬跨以及靜立等反應(yīng)。這一方法雖然準(zhǔn)確性較高，但所需的人工和時間也比較大。目前國內(nèi)多數(shù)規(guī)?；i場使用限位欄飼養(yǎng)待配母豬，要保證公豬和每頭母豬充分接觸需要3 ～5 min，按照每次需要2 ～3 人參與的情況來進行測算，1 h 僅能對12 ～20 頭母豬進行發(fā)情鑒定，效率極低。

隨著現(xiàn)代養(yǎng)豬規(guī)模的日益擴大，豬場疫病防控壓力也隨之增加，多數(shù)豬場采取批次化管理方式。以公豬接觸為核心的發(fā)情鑒定工作耗時長效率低，并且疾病傳播風(fēng)險等問題日益突顯。此外隨著勞動力成本的上升，操作繁瑣且勞動強度高的試情工作給養(yǎng)豬生產(chǎn)帶來了新的挑戰(zhàn)。

2 母豬發(fā)情的智能化檢測方法

近年來有通過B 超觀察卵巢狀態(tài)[5]、激素水平檢測[6]、陰道電阻[7]和臀部溫度變化[8]等方法來進行母豬發(fā)情鑒定的報道，盡管這些方法不需要公豬參與，但由于準(zhǔn)確性和設(shè)備耗材投入等問題，也并未在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下被大規(guī)模使用。所以生產(chǎn)上常常通過檢測母豬發(fā)情周期的體溫、采食量、行為和聲音等情況，結(jié)合各種特征進行綜合判斷，從而確定最適配種時間。

2.1 體溫變化

豬只的體溫是重要的生命體征，是反映其健康和生理狀況的重要指標(biāo)之一。傳統(tǒng)的母豬體溫測定是使用獸用水銀溫度計測定其直腸溫度，這種接觸式的測定方法由于操作繁瑣并不適用于集約化養(yǎng)殖。紅外線熱成像溫度測量技術(shù)具有非接觸和實時獲取的優(yōu)點，目前廣泛運用于豬皮膚溫度的測定[9-10]。

Sykes 通過數(shù)字紅外熱成像技術(shù)測量了發(fā)情期和非發(fā)情期間長白×約克雜交后備母豬的外陰表面溫度。評估了長白×約克雜交后備母豬（n ＝32）以區(qū)分豬發(fā)情周期的發(fā)情期和非發(fā)情期。研究表明發(fā)情期母豬的外陰表面溫度的最大值和平均值（P ＜0.05）顯著高于非發(fā)情期（36.6±0.2 ℃和33.4±0.3 ℃，VS 35.6±0.3 ℃和31.8±0.6℃），而其最小值和標(biāo)準(zhǔn)差在發(fā)情周期的各階段之間沒有差異（P ＞0.05）[11]。Scolari 在研究中引入了外陰皮膚溫度和臀部皮膚溫度2 個指標(biāo)來衡量溫度變化，結(jié)果表明通過紅外成像技術(shù)測量的經(jīng)產(chǎn)母豬和后備母豬的外陰皮膚溫度在發(fā)情期間都有較顯著的變化（P ＜0.05）[12]。此后SimoEs 通過引入外陰-臀肌溫度的差值（VGT）來預(yù)測母豬排卵。其研究表明在VGT 在發(fā)情前期增加，在母豬發(fā)情前24 ～48 h 達到峰值與母豬排卵時間基本吻合[13]。

紅外熱像儀測定母豬的皮溫具有非侵入性、無輻射損害、簡單快速、可自動化程度高等優(yōu)點，相較于其他傳統(tǒng)的母豬發(fā)情鑒定方法具有更大的應(yīng)用前景。在實際應(yīng)用中，應(yīng)注意距離、發(fā)射率、拍攝角度、設(shè)備校正等方面的因素，以提高紅外熱像儀檢測母豬發(fā)情的可靠性和準(zhǔn)確性。

此外，研究發(fā)現(xiàn)豬在發(fā)情狀態(tài)下體表溫度和體內(nèi)溫度都與未發(fā)情狀態(tài)下的有著顯著的差異。母豬體表溫度和體內(nèi)溫度存在一定的回歸關(guān)系，通過分析擬合出曲線，可計算出校正公式。皮下體溫在發(fā)情期間能夠在一定程度上比較客觀地反映動物發(fā)情期間機體體溫變化的規(guī)律。但是皮下體溫受環(huán)境等天氣因素影響比較大，所以在研究使用紅外溫度計或紅外圖片測溫時，要注意對環(huán)境的控制。

2.2 采食量

母豬在發(fā)情期間表現(xiàn)食欲不振或采食量下降，在母豬自動飼喂系統(tǒng)中提取采食量的數(shù)據(jù)可作為母豬發(fā)情鑒定的重要依據(jù)。

2012 年藍靜等對31 批共255頭榮昌經(jīng)產(chǎn)母豬在發(fā)情期間的采食情況進行調(diào)查，觀察發(fā)現(xiàn)大部分的榮昌豬在發(fā)情盛期與發(fā)情前后期相比，食欲會有明顯降低，但采食量下降程度有差異。2015 年張子云的研究表明長大后備母豬發(fā)情期和非發(fā)情期的采食量差異不顯著，梅山后備母豬發(fā)情期的采食量極顯著低于非發(fā)情期[14]。以上研究說明地方品種母豬發(fā)情期間食欲、進食速度以及采食量均與非發(fā)情期有顯著差異。

由于歐洲出于動物福利的考慮已經(jīng)禁止使用限位欄飼喂母豬，所以目前歐洲的規(guī)?；i場采取母豬自動飼喂系統(tǒng)進行養(yǎng)豬生產(chǎn)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對每頭母豬進行精確投料并且在記錄其采食行為。Cécile Cornou 通過收集1 年內(nèi)3 個豬群共計2 259 頭母豬的采食信息和其發(fā)情配種、疾病等信息，使用單變量動態(tài)線性模型建立數(shù)據(jù)模型。當(dāng)模型預(yù)測值和觀察值之間的偏差超過某些定義的參數(shù)時，給出3 種狀態(tài)（發(fā)情、跛行、其他）中的每一種的進行報警。結(jié)果表明對于發(fā)情檢測，3 個豬群的敏感度分別為59%，70%和75%[15]。

2.3 行為

2.3.1 運動量

母豬在發(fā)情前期運動量明顯增加，表現(xiàn)為躺臥減少，站立和走動次數(shù)增多，而且常常伴隨爬欄、跳圈等現(xiàn)象。母豬發(fā)情期的行為表現(xiàn)比非發(fā)情期更加活躍，張子云的研究表明長大和梅山后備母豬發(fā)情期夜間起臥次數(shù)極顯著高于非發(fā)情期[14]。

目前的研究多采用加速度傳感器、紅外探測器實時收集母豬的運動狀況進而預(yù)測發(fā)情狀態(tài)。Bressers 利用一個含單軸加速度傳感器的頸圈來記錄母豬的行為，以平均幅值及超過限定閾值的信號數(shù)量作為參數(shù)計算運動量。當(dāng)加速度閾值設(shè)定為10 m/s2時，母豬發(fā)情期間的加速度變化量顯著增加，運動量比發(fā)情前一天提高10 倍[16]。Freson 在母豬斷奶后在身體前部50 cm 處佩戴紅外傳感器收集輸出電壓量化值，將其量化為4 個身體運動參數(shù)，當(dāng)使用平均日活動作為選擇參數(shù)時，高達80%的母豬可以被正確地分類到發(fā)情的類別中[17]。

2.3.2 公豬訪問行為

采用公豬試情是養(yǎng)豬場內(nèi)最經(jīng)濟、實用的人工查情方法。母豬在試情公豬前會出現(xiàn)尋找、靠近公豬、鼻－鼻接觸、靜立反射等行為表現(xiàn)。但人工查情方法工作量大，判定結(jié)果易受主觀因素干擾。因此歐洲的母豬群養(yǎng)系統(tǒng)養(yǎng)殖場中，多采用接觸窗和通過專用通道等方式，來計算母豬接觸公豬的行為特征比如拜訪頻率、時長等，也有通過母豬動態(tài)圖像智能提取技術(shù)可以實現(xiàn)母豬對公豬試情的情況反饋，進而實現(xiàn)自動發(fā)情鑒定[18]。

Bressers 在母豬群養(yǎng)系統(tǒng)中收集了所有斷奶的母豬訪問公豬的頻率和持續(xù)時間，并將其訪問的區(qū)域和行為進行分類。研究表明在進一步優(yōu)化了拜訪公豬指數(shù)（BVI）后使得發(fā)情母豬的檢出率達到了90%，并且使得假陽性的結(jié)果低于5%[19]。

2.4 聲音

聲音是行為的一個重要特征之一，在養(yǎng)豬生產(chǎn)中可以用于圖像識別和其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測的輔助。母豬在發(fā)情周期聲音呈現(xiàn)有規(guī)律的變化。在發(fā)情盛期，母豬哼叫聲明顯增加，因此可以將其作為發(fā)情檢測的特征之一。

目前母豬的聲音識別研究主要集中在哺乳母豬的哺乳聲、采食咀嚼聲、采食聲和飲水聲等聲音特征提取及分類識別，以及通過豬只咳嗽聲的識別來對豬只疾病進行預(yù)測[20]，尚未開展針對母豬發(fā)情方面的聲音監(jiān)測研究。

2.5 智能設(shè)備的集成應(yīng)用及發(fā)展方向

中國是世界第一大豬肉生產(chǎn)國，也是第一大豬肉消費國。豬肉相關(guān)產(chǎn)業(yè)在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中排名第一。整個豬肉市場的容量，吸引了大量技術(shù)和資本的投入。網(wǎng)易是最早宣布進軍養(yǎng)豬業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，采用自有養(yǎng)殖場，全產(chǎn)業(yè)鏈自營的模式生產(chǎn)。阿里云的“ET 大腦”AI 養(yǎng)豬包含各類豬只數(shù)量識別、豬群行為特征分析、疾病識別和預(yù)警、無人稱重等十項功能。京東數(shù)科運用神農(nóng)大腦（AI）、神農(nóng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（IoT）和神農(nóng)系統(tǒng)（SaaS）獨創(chuàng)的養(yǎng)殖巡檢機器人、飼喂機器人、3D農(nóng)業(yè)級攝像頭等先進設(shè)備與技術(shù)，實現(xiàn)養(yǎng)殖基地的智能化、數(shù)字化和互聯(lián)網(wǎng)化。

隨著越來越多的高科技企業(yè)加入到養(yǎng)豬業(yè)，在此過程中收集并標(biāo)注了越來越多的數(shù)據(jù)。智能攝像頭、機器人、智能音箱等邊緣計算設(shè)備也開發(fā)出了專用產(chǎn)品，解決了豬場邊緣處的終端設(shè)備需要具備足夠的推斷計算能力。

母豬發(fā)情檢測工作對人的依懶性強，工作量大，依靠機器又會漏掉很多特征，集成各種智能設(shè)備，多角度采集海量數(shù)據(jù)，引入人工智能，并對這些數(shù)據(jù)進行特征區(qū)分、聚類和識別，數(shù)據(jù)、算法和算力三管齊下，可降低工人的工作量，提高發(fā)情檢測的準(zhǔn)確性，使養(yǎng)豬業(yè)智能化的發(fā)展成為可能。