智慧畜牧業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

張國鋒 肖宛昂

我國是畜牧業(yè)大國，畜牧總量常年位居世界前列，其發(fā)展在國民經(jīng)濟中占有極其重要的地位。作為農(nóng)業(yè)的重要組成部分，畜牧業(yè)從家庭副業(yè)逐步成長為農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)具備了比較充足的生產(chǎn)能力和比較完善的質(zhì)量安全保障體系。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部在《2018年畜牧業(yè)工作要點》中指出“推動畜牧業(yè)在農(nóng)業(yè)中率先實現(xiàn)現(xiàn)代化，是畜牧業(yè)助力‘農(nóng)業(yè)強’的重大責(zé)任”。2016年國務(wù)院發(fā)布《全國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化規(guī)劃（2016-2020年）》明確提出，到2020年畜牧業(yè)產(chǎn)值占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的比重要超過30%，而2018年我國畜牧業(yè)產(chǎn)值僅占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的25.27%。根據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2016年我國畜牧業(yè)總產(chǎn)值達到30461.17億元，首次突破3萬億元。隨著未來我國對農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的支持，畜牧業(yè)現(xiàn)代化水平的不斷提高，畜牧業(yè)生產(chǎn)效率的不斷提升，畜牧行業(yè)總產(chǎn)值將恢復(fù)增長，在2024年超過3.2萬億元[1]。

畜牧業(yè)現(xiàn)代化的主要特點是集中化、規(guī)?；⒁誀I利為生產(chǎn)目的，根據(jù)《全國生豬生產(chǎn)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》，中國年出欄500頭肉豬以上規(guī)模養(yǎng)殖比重由2010年的38%上升至2014年的42%，2020年預(yù)計達到52%。畜牧產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，需要依賴以信息技術(shù)、智能技術(shù)為支撐的智慧畜牧提供新的解決方案，突破畜禽養(yǎng)殖核心關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)環(huán)境保護、畜禽健康養(yǎng)殖、畜牧產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。換言之，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)及人工智能等新一代信息技術(shù)的智慧畜牧系統(tǒng)是畜牧業(yè)的發(fā)展趨勢，而基于國產(chǎn)自主研發(fā)的核心芯片將為智慧畜牧系統(tǒng)提供底層技術(shù)和安全保障。

核心技術(shù)

以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)及人工智能為代表的新一輪信息技術(shù)革命推動粗放式傳統(tǒng)畜牧養(yǎng)殖向知識型、技術(shù)型、現(xiàn)代化的智慧畜牧養(yǎng)殖轉(zhuǎn)變，利用技術(shù)優(yōu)勢已成為驅(qū)動畜牧業(yè)快速發(fā)展的重要因素。

1.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為智慧畜牧業(yè)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是由大量傳感器節(jié)點構(gòu)成的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過信息傳感設(shè)備實時采集畜禽個體生長狀況、養(yǎng)殖環(huán)境等信息，利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)/局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)異構(gòu)、實時在線數(shù)據(jù)傳送，為智慧畜牧提供了豐富的數(shù)據(jù)，為開展智能化分析奠定了基礎(chǔ)。

2.云計算與大數(shù)據(jù)技術(shù)是畜牧數(shù)據(jù)智能化分析的重要手段

畜牧數(shù)據(jù)具有多源、異構(gòu)、跨平臺、跨系統(tǒng)的典型大數(shù)據(jù)特征，采用傳統(tǒng)技術(shù)手段處理這類數(shù)據(jù)非常困難，獨立分散的養(yǎng)殖戶更無法提供相應(yīng)算力。云計算為畜牧大數(shù)據(jù)處理提供了技術(shù)支撐，核心技術(shù)包括基于多模態(tài)特征的知識表示和建模、面向領(lǐng)域的深度知識發(fā)現(xiàn)與預(yù)測、特定領(lǐng)域特征普適機理凝練的知識融合等[2]。

3.人工智能是新一輪畜牧產(chǎn)業(yè)變革的核心驅(qū)動力

人工智能包含機器視覺、語音識別、虛擬現(xiàn)實和可穿戴設(shè)備等多項核心技術(shù)，可以多方位融入和應(yīng)用到畜牧生產(chǎn)與管理過程中，改造傳統(tǒng)飼養(yǎng)管理方式，提高生產(chǎn)管理效率，降低人力成本。

現(xiàn)狀及趨勢

1.養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測技術(shù)進展迅速

合理利用科學(xué)技術(shù)手段對畜禽養(yǎng)殖環(huán)境進行有效監(jiān)管，是智慧養(yǎng)殖的首要要求。以生豬養(yǎng)殖為例，國內(nèi)外大量的科學(xué)實驗和生產(chǎn)實踐表明，環(huán)境因素對生豬生產(chǎn)的影響占比達到了20%-30%[3]，涉及對溫度、濕度、光環(huán)境、氨氣及硫化氫等多方面的監(jiān)測。隨著傳感器、移動通信和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，通過傳感器獲得環(huán)境參數(shù)，將之傳輸?shù)皆贫?，并在手機、PDA（掌上電腦）、計算機等信息終端進行顯示，已成為規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)殖場普遍采用的信息化管理手段。對獲取的大量監(jiān)測數(shù)據(jù)如何科學(xué)有效地加以利用，進一步指導(dǎo)畜牧生產(chǎn)，是當(dāng)前亟待解決的突出問題。以豬舍、立體式雞舍為代表的圈舍類養(yǎng)殖環(huán)境具有多變量共存、結(jié)構(gòu)復(fù)雜及密集程度高等特點，為建立精確的調(diào)控分析模型帶來了諸多困難，國內(nèi)已有相關(guān)研究取得了一定進展，但如何提高模型的泛化性和魯棒性是在實際應(yīng)用中面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

2.現(xiàn)代身份標(biāo)識技術(shù)助力全生命周期管理

個體身份標(biāo)識是現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展的共性問題，是實現(xiàn)行為監(jiān)測、精準(zhǔn)飼喂及疫病防控、食品溯源的前提，是實現(xiàn)畜禽智能化生產(chǎn)的必然要求。在傳統(tǒng)畜牧業(yè)養(yǎng)殖模式中，常見的畜禽標(biāo)識技術(shù)手段包括噴號、剪耳、耳標(biāo)和項圈等。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，面部識別、虹膜識別、姿態(tài)識別等生物識別技術(shù)已經(jīng)開始向畜牧業(yè)延伸，為智慧畜牧業(yè)的發(fā)展注入了新的能量，使得生物個體健康檔案的建立和生命狀態(tài)的跟蹤預(yù)警變得更加智能。值得一提的是，射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)已在我國畜禽身份標(biāo)識中取得了長足發(fā)展，不僅可以集成在耳標(biāo)、項圈中，更有研究者探索研究微型的植入式RFID芯片，以期通過更加快捷的手段實時獲取畜禽的身份信息。雖然以上技術(shù)取得了較大的研究進展，但在畜牧養(yǎng)殖業(yè)中仍然存在維護成本高、操作復(fù)雜等現(xiàn)實推廣問題，導(dǎo)致目前并未得到大規(guī)模應(yīng)用。因此，研發(fā)更為廉價、操作更方便的新一代智能化個體身份標(biāo)識技術(shù)將是未來的發(fā)展趨勢。

3.面向個體的精準(zhǔn)飼喂技術(shù)前景廣闊

精準(zhǔn)飼喂主要是面向豬、牛、羊等中大型牲畜的精準(zhǔn)化養(yǎng)殖，主要包括飼喂站、自動稱重、自動分群和飼料余量監(jiān)測等設(shè)施儀器。智能化精確飼喂技術(shù)將營養(yǎng)知識與養(yǎng)殖技術(shù)相結(jié)合，通過科學(xué)運算方法根據(jù)牲畜個體生理信息準(zhǔn)確計算精準(zhǔn)飼料需求量，通過指令調(diào)動飼喂器來進行飼料的投喂，從而實現(xiàn)了根據(jù)個體體況進行個性化定時定量精準(zhǔn)飼喂，動態(tài)滿足牲畜不同階段營養(yǎng)需求[4]。該類技術(shù)是基于牲畜的個體識別、多維數(shù)據(jù)分析、智能化控制的集成應(yīng)用，雖然飼養(yǎng)設(shè)備的建設(shè)成本相對較高，但經(jīng)濟效益顯著，具有廣闊的應(yīng)用前景。

4.動物福利及行為監(jiān)測剛剛起步

動物福利關(guān)乎到動物的健康養(yǎng)殖和畜牧業(yè)安全生產(chǎn)，也直接影響畜產(chǎn)品的品質(zhì)，間接影響著人類的食品安全。如智能監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)用于放牧綿羊福利研究中，包括音頻分析、視覺檢測、行為監(jiān)測、行為特征識別、衛(wèi)星定位和無人機巡航等關(guān)鍵技術(shù)。準(zhǔn)確高效地監(jiān)測畜禽個體行為，有利于分析其生理、健康和福利狀況，是實現(xiàn)自動化健康養(yǎng)殖和肉品溯源的基礎(chǔ)[5]。但是，目前我國畜牧養(yǎng)殖主要以產(chǎn)量提高為重，而對動物福利和高品質(zhì)安全生產(chǎn)的重視有待提高，對于福利化養(yǎng)殖技術(shù)及評價體系尚處于研究階段。

5.以畜牧安全為核心的智能化技術(shù)需求緊迫

隨著畜牧養(yǎng)殖模式和生態(tài)環(huán)境的改變以及世界經(jīng)濟一體化進程的加快，與畜牧業(yè)發(fā)展息息相關(guān)的動物疫病流行態(tài)勢發(fā)生了顯著變化，從最初影響動物健康、損害畜牧業(yè)健康發(fā)展，逐步擴大到畜產(chǎn)品質(zhì)量安全、公共衛(wèi)生安全、環(huán)境安全以及國際貿(mào)易、社會穩(wěn)定、生物恐怖等多方面，特別是重大動物疫病已對全球社會經(jīng)濟和公共衛(wèi)生安全造成嚴(yán)重威脅?，F(xiàn)階段，互聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)等關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)被用于疫病的遠程診斷，出現(xiàn)了多種遠程智能診療系統(tǒng)，可實現(xiàn)遠程診療、圖片影像診斷、疾控信息發(fā)布、產(chǎn)品追溯等功能[6]。然而，目前專業(yè)的動物疾病防治技術(shù)人員缺乏、畜牧獸醫(yī)科研與生產(chǎn)無法及時對接等問題依然突出，且如何能夠?qū)⑹潞蟊O(jiān)管轉(zhuǎn)變?yōu)槭虑邦A(yù)警也是亟待解決的突出問題。

對策與建議

1.加強畜牧業(yè)智能裝備研發(fā)，破解產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸

智慧畜牧的前提是自動化和信息化，在繼續(xù)優(yōu)化養(yǎng)殖數(shù)據(jù)采集和信息處理能力的同時，面對智慧畜牧業(yè)發(fā)展中遇到的各種問題，需要進一步加大新型高端智能裝備研發(fā)力度，加強集成創(chuàng)新養(yǎng)殖場智能感知控制系統(tǒng)、畜禽健康監(jiān)測系統(tǒng)、養(yǎng)殖機器人、畜產(chǎn)品收割加工機器人、自動化糞污處理系統(tǒng)等高端智能裝備產(chǎn)品，推動智慧畜牧實現(xiàn)跨越式發(fā)展。

2.制定智慧畜牧行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范行業(yè)健康發(fā)展

隨著信息化的不斷發(fā)展，基于各種架構(gòu)和技術(shù)的畜牧養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心相繼建立，在解決信息化的同時，也導(dǎo)致各類系統(tǒng)之間無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)、信息孤島問題突出，難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和挖掘畜牧數(shù)據(jù)的潛在價值。而行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可以引領(lǐng)技術(shù)進步、規(guī)范畜牧行業(yè)健康發(fā)展[7]。

3.研制畜牧專用芯片，解決智慧畜牧核心技術(shù)“卡脖子”隱憂

以植入式RFID芯片、畜牧專用處理器等的研發(fā)為核心，研制動物體溫監(jiān)測及環(huán)境溫濕度、光照度、特殊氣體監(jiān)測用傳感器、低功耗RFID芯片[8]，攻克低功耗植入式體溫監(jiān)測傳感芯片，實現(xiàn)畜牧養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測典型傳感器的國產(chǎn)化替代，解決智慧畜牧核心技術(shù)“卡脖子”隱憂，為牲畜健康監(jiān)測提供智能化手段。

4.打造“云+端”的立體智慧畜牧云平臺，全面推進智慧畜牧升級發(fā)展

基于自主芯片、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)和移動互聯(lián)網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)，在已有數(shù)據(jù)分析模型基礎(chǔ)上，研究建立疾病預(yù)警、科學(xué)飼喂與產(chǎn)量預(yù)測等大數(shù)據(jù)分析模型，打造“云+端”的立體智慧畜牧云平臺。打通養(yǎng)殖管理、精準(zhǔn)飼喂、疫情預(yù)測診斷、生物資產(chǎn)管理、代系管理、產(chǎn)品溯源全產(chǎn)業(yè)鏈信息流，推動多源數(shù)據(jù)有效融合利用，助力畜牧產(chǎn)業(yè)升級發(fā)展。該平臺應(yīng)具有四個特點：一是通過自主芯片及智能終端，實現(xiàn)對動物個體身份識別及體征信息的自動獲取。二是利用人工智能技術(shù)，實現(xiàn)對畜禽個體外在行為的實時監(jiān)測、疫病早期診斷與智能分析預(yù)警。三是借助移動互聯(lián)網(wǎng)打通全產(chǎn)業(yè)鏈信息流、打破地域限制，實現(xiàn)“云+端”的一體化智能處理。四是軟硬件系統(tǒng)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。