智能化設(shè)備在養(yǎng)豬生產(chǎn)上的應(yīng)用

吳 丹，王 凱，蔡更元

（溫氏食品集團股份有限公司，廣東 云浮 527400；國家生豬種業(yè)工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510000）

豬肉作為一種健康蛋白質(zhì)，一直都是人們?nèi)忸愊牡拇蟛糠?，目前的需求主要是消費者日益高漲的更安全更優(yōu)質(zhì)的豬肉以及政府對動物福利和健康的迫切要求。生產(chǎn)商必須考慮智能化設(shè)備如何更好地為他們服務(wù)以及采用哪些技術(shù)以提高生產(chǎn)效率和盈利能力，因為這是養(yǎng)豬業(yè)的未來發(fā)展方向。

1 基于傳感器的智能設(shè)備

目前豬舍內(nèi)很多智能設(shè)備是基于傳感器開發(fā)的。傳感器允許生產(chǎn)商跟蹤動物并實時監(jiān)測其健康狀況，可以提醒生產(chǎn)商及早發(fā)現(xiàn)疾病，調(diào)控舍內(nèi)環(huán)境（氨氣水平，灰塵，濕度，溫度等），管理食物和水的攝入以及其他對生產(chǎn)力至關(guān)重要的任何事情。

1.1 氣候傳感器

穩(wěn)定的氣候是動物健康和福利以及生產(chǎn)成績提高的重要前提。使用傳感器測量豬舍內(nèi)水的消耗量、溫濕度、氣壓、CO2和氨氣水平等, 測量數(shù)據(jù)被發(fā)送到處理數(shù)據(jù)的中央計算機，測量結(jié)果以精美的圖表顯示，可根據(jù)用戶要求進行配置。只需要手機、電腦或平板即可獲取以上參數(shù)的情況，用戶可以讀取圖表中應(yīng)包含哪些參數(shù)以及數(shù)據(jù)應(yīng)顯示的時間段；用戶還可以基于實時傳感器數(shù)據(jù)設(shè)置警報并在發(fā)生事故時采取緊急措施。此外，通過將傳感器記錄的數(shù)據(jù)結(jié)合肉質(zhì)的情況，抗生素的使用與豬舍環(huán)境氣候管理進行研究，可以為進一步改善肉品質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

以往可能會存在測量不同參數(shù)需要使用不同的數(shù)據(jù)記錄器，但并非所有數(shù)據(jù)記錄器都鏈接到互聯(lián)網(wǎng)，導致記錄的數(shù)據(jù)通常需要重新計算才具有意義；或者可用設(shè)備對環(huán)境相對苛刻，比如多塵、寒冷、潮濕的環(huán)境導致其無法運作，但這些目前都可以通過基于中央控制器進行延伸開發(fā)來解決所有數(shù)據(jù)收集的問題?？蓽y量的參數(shù)包括空氣溫度、表面溫度、氣流、耗水量、pH、空氣速度、濕度、光照強度、飼料消耗量、耗電量、耗熱量、電池使用情況、氨氣、H2S、CO2等。

對于最低通風量的設(shè)置在多數(shù)豬場可能是一個比較困難的事情，但VengSystem公司認為可以通過對CO2含量進行控制，而無需設(shè)置最小通風量。系統(tǒng)以分鐘間隔測量CO2濃度，CO2含量的記錄可確保正確設(shè)置。

如果豬場對生物安全的需求很高，監(jiān)測氣壓也尤為重要。豬場的入口閘門可分成幾個正壓力下降的區(qū)域，以防止當工作人員、動物或飼料進出時，傳染源進入動物體內(nèi)。如果氣壓設(shè)置是錯誤的，豬場可能面臨生物安全的風險。

1.2 壓力傳感器

SmartGuard可以監(jiān)測到母豬是否碾壓到仔豬并采取及時的措施來制止。通過利用傳感器讀取數(shù)據(jù)，SmartGuard可以準確定位仔豬被壓的位置并通過使用振動信號提醒母豬翻身或站立。據(jù)統(tǒng)計，每套SmartGuard設(shè)備每年可以服務(wù)150頭母豬，提高每窩產(chǎn)仔數(shù)0.3頭。另外對這個設(shè)備可以進行升級改造，創(chuàng)建實時報告，為每頭母豬的健康和行為，以及豬舍環(huán)境提供可操作的建議，見圖1。

1.3 測定育肥豬的脂肪—肌肉比率

育肥豬的體況監(jiān)測設(shè)備，可確定脂肪－肌肉比率。生物電阻的測量借助于四個可移動的傳導傳感器滾輪進行，這四個滾輪與豬的身體非常匹配，在與動物建立接觸后，電脈沖通過豬的身體進行傳遞。身體一側(cè)的兩個傳感器用于發(fā)出信號，而身體另一側(cè)的兩個傳感器則接收信號，借助于現(xiàn)有的稱重設(shè)備確定動物體重，然后與動物尺寸和生物電阻一起計算，得到的測量數(shù)據(jù)可以通過動物的無線射頻識別（RFID）分配給個體動物，并且可以集成到現(xiàn)有的管理程序中。計算值構(gòu)成了豬優(yōu)化銷售管理的基礎(chǔ)。

圖1 在分娩欄上使用的SmartGuard

1.4 紅外線溫度傳感器

紅外線溫度傳感器位于靠近加熱器的頂棚上，當仔豬哺乳時，傳感器記錄仔豬休息的體表面溫度和地板溫度，它可以感知休息區(qū)域的變化并做出反應(yīng)，隨時調(diào)整加熱器的熱量輸出，這個區(qū)域是最適合仔豬休息的，加熱器消耗最少的能量，卻準確地補充了仔豬所需要的精確熱量。紅外線溫度傳感器通過微型總線電纜將固定控制器連接計算機，計算機監(jiān)控每個欄舍的活動情況，并指出存在異常情況的欄舍，同時也可以通過互聯(lián)網(wǎng)集中啟動欄舍溫控。據(jù)統(tǒng)計，使用智能加熱器可提高斷奶仔豬存活率1%（見圖2）。

2 臉部識別技術(shù)

對豬的臉部進行識別并做出決策似乎聽起來是天方夜譚，但是人們通過目前的AI技術(shù)已成功實現(xiàn)。將AI算法與收集數(shù)據(jù)的硬件技術(shù)（例如機器人，傳感器和機器視覺識別系統(tǒng)）結(jié)合使用，對豬舍中的每個個體進行分析處理，監(jiān)測它們飼料和水的攝入量，運動情況等，確定豬的理想飼喂計劃。

2.1 監(jiān)測咬尾

通過使用機器視覺系統(tǒng)和3D攝像頭來監(jiān)控豬尾的姿勢，以確定豬咬尾的可能性，讓生產(chǎn)商做好足夠的預防措施。

2.2 監(jiān)測體重

圖2 紅外線溫度傳感器

關(guān)注動物體重是性能監(jiān)測和日常工作的重要指標，但由于各種原因，養(yǎng)豬從業(yè)者很難進行監(jiān)測。而3D稱重應(yīng)該有助于消除這些限制。3D稱重設(shè)備包括一個“架子”（3 m長，1.80 m寬，1.80 m高），5臺位于同一水平面的攝像機（1臺位于中心，4臺位于每個架子角落，中央相機將在最佳時刻觸發(fā)5臺攝像機的同步拍攝，從而可以全面查看動物。相機每秒最多可拍攝30張快照，并從每張照片中生成深度圖。這些數(shù)據(jù)由微控制器發(fā)送和排序用于重建動物的體積，然后轉(zhuǎn)換為動物的體重。

當生產(chǎn)商需要對豬群進行分類并將其送到屠宰場時，可將豬只安排到架子處，在其出口處，如果動物體重超過預期，則分揀門將打開以將動物送到待屠宰的地方，或者如果動物的體重未達標則將動物帶到其初始位置。如果所有動物都經(jīng)過RFID芯片單獨識別，則生產(chǎn)商可以通過驅(qū)趕它們到“架子”中定期跟蹤其體重，然后微控制器可以歸檔每個動物的體重并生成生長曲線。

2.3 監(jiān)測情緒

研究已經(jīng)表明：豬可以使用不同的面部表情向其他豬發(fā)出意圖信號，當它們處于痛苦或應(yīng)激之下時，也有不同表達的證據(jù)；母豬對食物具有高度欲望，在其滿足時顯得平靜和滿意。在英國的研究機構(gòu)中現(xiàn)代面部識別技術(shù)正被用于試圖檢測豬的不同情緒狀態(tài)，豬的面部識別準確率為97%。通過監(jiān)控個體豬只的面部，以提醒飼養(yǎng)者豬只的任何健康和福利問題。機器視覺技術(shù)提供了實現(xiàn)低成本，非侵入性的實用方法，可用于生物識別農(nóng)場中的個體動物。

3 疫病監(jiān)控器

3.1 咳嗽監(jiān)測器

Fancom公司的自動咳嗽監(jiān)測器，包括一臺具有特殊聲音分析功能的計算機和兩個懸掛在欄舍中的麥克風，使用聲音分析功能，過濾豬的其他聲音，記錄豬的咳嗽行為，可用于早期發(fā)現(xiàn)豬的呼吸問題，減少甚至避免抗生素的使用。

3.2 紅外熱成像儀檢測疫病

傳感器除了可以夾在電纜上，用于監(jiān)測豬舍的溫度、濕度、CO2、氨氣等，另外還可以使用紅外熱成像儀用于檢測豬的疾病。EuroTier公司的“Degree2act”應(yīng)用程序是一款適用于iOS和Android的簡單手機應(yīng)用程序，可幫助養(yǎng)豬生產(chǎn)商較快檢測出發(fā)燒的豬只，因此可以更早，更精確的治療（見圖3）。

該應(yīng)用程序有2個不同的版本。簡單的版本針對生產(chǎn)者，只有掃描選項，可以幫助識別發(fā)燒的動物。獸醫(yī)可以使用更精細的版本，包括錄制選項，拍攝和存儲功能，因此可以建立豬的發(fā)燒相關(guān)問題檔案。

紅外熱成像儀的屏幕上，動物身體的某些部分變成紅色，這表明設(shè)備正在讀取這頭豬的數(shù)據(jù)。測量結(jié)果將顯示在與交通信號燈類似的系統(tǒng)中。綠色意味檢測到動物；黃色意味你最好關(guān)注下這個動物；紅色表示這個動物體溫過高，需檢查下溫度。最后一種情況可以標記特定的豬，并且容易找回它以用于后續(xù)處理。

大體而言，母豬的溫度為38.3℃，育肥豬的溫度為39.3℃，而體重15～20 kg的仔豬溫度為39.5℃。僅用300頭母豬的數(shù)據(jù)，就可以正確地校準用于繁殖動物的應(yīng)用程序。將來使用應(yīng)用程序的豬只越多，它就越精確。

3.3 檢測應(yīng)激行為

Arv氣候計算機可以防止育肥豬受到冷應(yīng)激和熱應(yīng)激，通過3個飲水器提供不同的溫度的水，來保證它們的熱量健康。豬的飲水行為反應(yīng)了有關(guān)其健康的信息,飲用溫度適宜的水表明其健康，而對冷水的偏好表明其受到熱應(yīng)激。Arv氣候計算機根據(jù)動物行為，可以控制豬舍的降溫設(shè)施或加熱系統(tǒng)。

圖3 紅外熱成像儀

4 可移動欄舍

MS Schippers公司提出了hycare的概念，這是指妊娠母豬和仔豬飼養(yǎng)在可移動欄舍的一種創(chuàng)新實踐。這種欄舍是一個大型塑料容器，豬只產(chǎn)生的糞尿可以被收集，并且各自的基礎(chǔ)系統(tǒng)放置在塑料容器內(nèi),塑料容器依次穩(wěn)定在可移動的金屬底座上，豬場工作人員可以利用自動運輸系統(tǒng)移動個別塑料容器欄舍。母豬分娩是在一個特別準備的分娩舍內(nèi)進行。塑料容器內(nèi)的糞尿可以直接通過管道運輸?shù)酵饷?。欄舍的清潔區(qū)域位于欄舍附近，可以確保100%清洗和消毒已完成在階段任務(wù)的欄舍。與目前其他的飼養(yǎng)方式相比，這種飼養(yǎng)方式可以大大提高豬舍的衛(wèi)生條件，改善動物健康和優(yōu)化工作程序，提高工作效率（見圖4）。

5 運輸全程監(jiān)控

生豬運輸過程中的環(huán)境條件越來越受到關(guān)注，考慮到成本問題，豬只運輸過程中的所占空間很小，在密閉空間內(nèi)，如此多的動物缺氧是一個真正的風險，它們必須保證有足夠的新鮮空氣供應(yīng)，但實際上車速和側(cè)風強度的變化會改變空氣供應(yīng)，而動物活動增加也需要更多的氧氣。因此可以通過測量豬只的表面溫度以獲取它們的感受，利用這些信息，我們可以在必要時限制新鮮空氣的供應(yīng)，使豬只保持溫暖。

VengSystem（見圖5）可以記錄溫度和CO2，并以短時間間隔測量的值存儲在存儲器中，可以將數(shù)據(jù)提供給接收動物的人以表明他們已經(jīng)在良好條件下運輸。通過使用筆記本電腦，現(xiàn)場可以檢查行程記錄并確定所有規(guī)定都已得到滿足，包括裝載時間，救濟幫助，裝卸，飲水量，新鮮空氣，采食量，溫度和氧氣等。

VengSystem能夠通過帶有微小噴嘴的高壓冷卻系統(tǒng)噴灑細霧，迅速蒸發(fā)并冷卻空氣以保持溫度低于30℃，由于在直流24 V下運行并消耗低電流，因此緊急運行并不需要大電池。另外控制也是一個不可或缺的設(shè)施，通過在VE總線上增加控制裝置，可以根據(jù)動物的體重大小和測量值自動調(diào)節(jié)熱量，風扇開啟和風機簾開口角度。

VengSystem上的VE18C多傳感器測量CO2水平，CO2的水平表示動物是否有足夠的氧氣，其高濃度表示缺氧，駕駛員可以加大通風以解決問題。水表記錄動物的耗水量。所有信息均可通過駕駛室內(nèi)的大型彩色顯示屏獲取。駕駛員可以通過觸摸顯示屏調(diào)節(jié)風扇和冷卻，當讀數(shù)接近或超過設(shè)定限制時，字段會改變顏色。VE49可以連接到GPS系統(tǒng)，從而定位車輛的位置，如果他們在運輸過程中被發(fā)現(xiàn)任何錯誤，運送豬只的公司能夠迅速采取行動。

圖4 可移動欄舍

圖5 VengSystem內(nèi)部設(shè)置

6 智能小設(shè)備

6.1 仔豬智能護理機

MS公司開發(fā)的仔豬護理機具備多種功能，剪牙、補鐵、注射疫苗、斷尾等操作可同時進行，效率極高。機器上的剪切刀片始終保持適當?shù)臏囟龋瑥亩鴾p少感染機會，還配有墊片，可以將所有尾部剪切為保留有相同的長度（見圖6）。

護理機上的半自動給藥器可以對仔豬進行補鐵。咬嘴易于頻繁更換，每頭仔豬使用單獨的咬嘴可以大大限制交叉污染的可能性，當仔豬壓住咬嘴，機器直接將精確的劑量釋放到仔豬嘴里。工作人員操作起來相當方便，可以雙手握住仔豬。

護理機上的注射器升級為一種無針注射系統(tǒng)。壓力源（CO2氣體罐或壓縮空氣）負責將液體滲透到皮膚及下面的組織層，而不會造成類似注射針頭的交叉污染，液體的均勻分布確保了更好的效果，同時由于沒有膿腫和組織損傷，減輕仔豬的疼痛和應(yīng)激，改善了肉質(zhì)。

6.2 可記錄注射信息的注射器

以往對豬只注射疫苗的信息都需要人為手動記錄，而新開發(fā)的V-ETIC注射器適用于佩戴低頻RFID耳標的豬，可以隨時隨地收集，存儲，共享和利用注射信息。該設(shè)備重量輕，由電池供電，通過藍牙連接，具有10 h的連續(xù)工作時間，可存儲多達130 000條記錄。

6.3 產(chǎn)仔檢測系統(tǒng)

圖6 仔豬護理機

密切監(jiān)測母豬產(chǎn)仔過程可以有效降低死胎數(shù)量和仔豬死亡率。LISA 2系統(tǒng)是一套有效交互檢測母豬產(chǎn)仔的工具（見圖7），母豬待產(chǎn)時進行視覺提示，產(chǎn)仔過程實施監(jiān)管，對于新員工培訓起到很好的作用，使得工人更好地留意產(chǎn)仔的母豬；另外系統(tǒng)可以安全記錄產(chǎn)仔過程的全部數(shù)據(jù)，用于農(nóng)場聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析。當員工終止檢查待產(chǎn)母豬并將LISA掛在欄舍上，預設(shè)時間過后，LISA閃爍紅燈來呼叫產(chǎn)房值班人員再檢查，幾分鐘后人不到，閃爍變得更加頻閃，當員工來到欄舍時，在手持終端的列表中選擇他的名字并更新上述信息，對于員工的工作內(nèi)容對外界來說是完全透明的。手機還可以移動到另一個欄舍，那里獲取的數(shù)據(jù)被傳輸?shù)诫娔X。LISA可以幫助豬場減少了死產(chǎn)仔豬的數(shù)量并提高了仔豬的存活率,據(jù)統(tǒng)計，仔豬斷奶前死亡率減少3%，全天24 h監(jiān)控每窩可減少1頭死胎，PSY平均提高了2.33。

7 總結(jié)

數(shù)字化是全球的創(chuàng)新驅(qū)動力，臺式電腦或平板電腦和智能手機等移動設(shè)備正成為養(yǎng)豬場標配的新標準，數(shù)字化解決方案使許多任務(wù)更容易、更快速、更安全地解決。生產(chǎn)者和消費者如何從這些技術(shù)中受益，以及這些技術(shù)在提高生產(chǎn)力和效率的同時，如何對人類和動物更安全，則是我們未來需要進一步探討的問題。

圖7 產(chǎn)仔檢測系統(tǒng)LISA 2