我國物聯(lián)網(wǎng)豬場應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

柴 捷

（重慶市畜牧科學(xué)院，重慶 榮昌 402460）

物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的衍生和拓展，顧名思義就是通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)人與人、物體與人、物體與物體之間的相互聯(lián)系的技術(shù)。Kevin Ashton在1999年首次提出了物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things，IoT）這 一概念[1]。目前物聯(lián)網(wǎng)朝著超大規(guī)模容量（mMTC），超可靠、低延時（URLLC），人工智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）的方向發(fā)展。近年來，越來越多的互聯(lián)網(wǎng)大佬關(guān)注養(yǎng)豬行業(yè)的發(fā)展，2018年以來國內(nèi)大量互聯(lián)網(wǎng)公司（阿里云、京東、廣州影子公司）與大型養(yǎng)豬企業(yè)合作，積極開展布局智能化養(yǎng)豬[2]，智能化養(yǎng)豬逐漸走進(jìn)人們的視野，鑒于智能化養(yǎng)豬的低勞動力成本、高效率等優(yōu)勢，逐漸得到人們的認(rèn)可，但目前我國智能化養(yǎng)豬仍處于初步發(fā)展階段，存在著建設(shè)成本高，核心技術(shù)欠缺，普及率低等明顯的劣勢，因此如何實(shí)現(xiàn)低成本、高效率的智能化養(yǎng)豬是現(xiàn)階段我國推廣物聯(lián)網(wǎng)養(yǎng)豬所面臨和急需解決的主要問題。

1 豬只識別及健康感知技術(shù)

1.1 無線射頻及機(jī)器視覺識別技術(shù)

目前我國大部分規(guī)?；i場中豬只識別技術(shù)通常使用無線射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identif ication，RFID）對豬只進(jìn)行識別、監(jiān)測、控制豬只的日常行為。射頻識別技術(shù)是20世紀(jì)80年代興起的一項(xiàng)自動識別技術(shù)，2006年5月，RFID電子標(biāo)簽技術(shù)首次在四川邛崍應(yīng)用于生豬養(yǎng)殖中[3]。RFID技術(shù)需要對豬只佩戴電子耳標(biāo)，隨后在其飲水、采食或生活區(qū)安裝RFID讀寫器，從而監(jiān)測豬只的活動軌跡。RFID自動識別技術(shù)具有數(shù)據(jù)存儲量大、精確度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，也能夠?qū)崿F(xiàn)對多份目標(biāo)的自動識別，且使用成本低，因此被廣泛應(yīng)用于畜牧生產(chǎn)中。以RFID射頻識別技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對豬只的自動識別、監(jiān)測，隨后通過計(jì)算機(jī)技術(shù)，對豬只個體體重、采食、飲水、母豬與公豬接觸頻率和時間等數(shù)據(jù)的收集和分析，更有效地實(shí)現(xiàn)對豬群的管理[4]。因此在今后很長一段時間內(nèi)RFID技術(shù)仍是推動我國養(yǎng)豬業(yè)高效發(fā)展的重要識別技術(shù)。

豬場使用RFID方式就需要給豬只佩戴電子耳標(biāo)，這就存在耳牌掉落以及操作不夠便捷等問題，因此，機(jī)器視覺技術(shù)逐漸進(jìn)入科研人員的視野中，該技術(shù)能夠通過非接觸方式識別豬只個體，同時實(shí)現(xiàn)對豬只個體體重、采食、飲水等數(shù)據(jù)的收集[5-7]。目前大量互聯(lián)網(wǎng)公司參與對豬只識別技術(shù)的研究中，2018年3月廣州影子科技股份有限公司發(fā)布“豬臉識別”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對豬只身份的識別，京東農(nóng)牧也利用人工智能圖像識別技術(shù)對豬只進(jìn)行面部識別，阿里云與四川特驅(qū)集團(tuán)等企業(yè)合作發(fā)布豬臉識別系統(tǒng)[2]，這些技術(shù)能夠顯著地改善RFID方式所帶來的耳牌掉落以及使用不便等問題，目前將機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用于養(yǎng)豬生產(chǎn)仍處于初級階段，但其種種優(yōu)勢將得到更多科研人員及豬場工作人員的看好，或許將在某一階段取代RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)對豬場豬只的識別和監(jiān)測。

1.2 豬只健康感知技術(shù)

豬只健康是豬場生產(chǎn)成績和經(jīng)濟(jì)效益的前提和保障，目前大部分豬場通過對豬只行為特征和生理特征的觀察來判斷豬只健康狀態(tài)，這種方式通常會存在豬群太大時觀察不夠準(zhǔn)確，某些疾病癥狀不明顯無法及時察覺，觀察人員能力不足出現(xiàn)錯判漏判等問題，因此研發(fā)高效疾病預(yù)測及判斷程序及設(shè)備就顯得極為重要。豬只通常會通過叫聲來表達(dá)其生理及情緒健康狀況[8]，因此利用音頻分析技術(shù)對豬只的叫聲進(jìn)行分析，能夠?qū)崿F(xiàn)對豬只健康水平的自動評估。該技術(shù)通常是對有呼吸道疾病的豬只咳嗽聲音進(jìn)行處理，通過對染病豬的咳嗽音頻特征構(gòu)建參考，然后在生產(chǎn)過程中收集咳嗽聲音判斷豬只是否患有呼吸道疾病[9]，比利時SoundTaIks NV公司以該技術(shù)為基礎(chǔ)，發(fā)明的豬咳嗽監(jiān)測系統(tǒng)以及呼吸應(yīng)激監(jiān)測系統(tǒng)能夠通過分析豬只咳嗽和呼吸情況來提前確定豬只的健康狀況。同時通過對豬舍聲音的識別分析，也能夠判斷圈舍豬只的打斗、饑餓以及抽搐等狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對圈舍豬只的全面關(guān)注[10]。大量研究發(fā)現(xiàn)，使用紅外識別技術(shù)能夠?qū)ωi只的體溫進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，通過分析判斷豬只健康、母豬發(fā)情等狀態(tài)，以便及時對豬只進(jìn)行相關(guān)處理[11]。視頻視覺技術(shù)通過圖像或視頻采集豬只個體的信息數(shù)據(jù)，通過對其進(jìn)食、飲水、排泄、分娩、躺臥等進(jìn)行分析，判斷豬只異常行為，做好豬只疾病預(yù)警工作[12]。這些健康識別技術(shù)具有高效率、高準(zhǔn)確率、低勞動力成本等優(yōu)點(diǎn)，在今后的養(yǎng)豬實(shí)踐過程中將逐步得到推廣。

2 智能化豬舍環(huán)境控制系統(tǒng)

良好的豬舍環(huán)境能夠有效地改善豬只健康狀況，提高生產(chǎn)效率，降低豬場生產(chǎn)成本，優(yōu)秀的環(huán)境控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)豬場環(huán)控設(shè)備的精準(zhǔn)控制。目前我國規(guī)?；i場使用的環(huán)境控制系統(tǒng)主要是濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，通過溫度變化控制風(fēng)機(jī)、濕簾的開關(guān)，調(diào)控舍內(nèi)溫度。目前該環(huán)境控制系統(tǒng)存在管線復(fù)雜，控制因子單一等問題，影響環(huán)控系統(tǒng)的使用效率。周思林等[13]運(yùn)用模糊推理規(guī)則，并且根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時輸出的溫濕度，實(shí)現(xiàn)對PID三個參數(shù)的調(diào)整，最終通過無線控制系統(tǒng)完成豬舍溫濕度的自動調(diào)控。謝秋菊等[14]通過在控制系統(tǒng)加入動態(tài)補(bǔ)償控制，優(yōu)化豬舍環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)，并對不同季節(jié)多環(huán)境因子進(jìn)行模糊化及邏輯推理生成不同季節(jié)的調(diào)控策略及規(guī)則。黃神廣[15]針對豬舍中多種環(huán)境因子相互耦合的現(xiàn)象，重新設(shè)計(jì)了模糊控制器，實(shí)現(xiàn)對包含6種環(huán)境因子的復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行自動控制。Shen Wei-zheng等[16]同樣設(shè)計(jì)了兩個模糊控制器，實(shí)現(xiàn)對豬舍環(huán)境多因子控制?？傮w看來，對于豬舍環(huán)控來說目前需要建立長期的養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測與報(bào)警機(jī)制，簡化控制系統(tǒng)，使用傳感技術(shù)進(jìn)行控制，盡可能實(shí)現(xiàn)無線控制；豬舍內(nèi)的多個環(huán)境因子耦合對豬產(chǎn)生綜合影響，但我國豬舍環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)多數(shù)為單一調(diào)控，因此，當(dāng)前我國豬舍環(huán)境的監(jiān)控系統(tǒng)還不夠完善，亟需找到一個更合適、精準(zhǔn)的控制算法計(jì)算出各因子的合理輸出值。

3 豬場智能化飼喂技術(shù)

目前豬場使用的飼喂系統(tǒng)主要有干料飼喂系統(tǒng)及液態(tài)料自動飼喂系統(tǒng)，在歐洲國家養(yǎng)豬主要使用液態(tài)料飼喂系統(tǒng)，比如在丹麥、荷蘭約有60%的豬場使用液態(tài)料飼喂系統(tǒng)[16]。液態(tài)料豬只飼喂系統(tǒng)通常由電腦控制系統(tǒng)、配料攪拌以及輸送部分組成，通過對豬只的識別，控制水料比以及料槽入料重量，嚴(yán)格控制豬只采食量；該系統(tǒng)具有適口性好、采食量和飼料轉(zhuǎn)化效率高、產(chǎn)生粉塵少、呼吸系統(tǒng)發(fā)病率低等優(yōu)點(diǎn)[17]。我國液態(tài)料自動飼喂系統(tǒng)的研發(fā)仍處于初期階段，規(guī)?；i場使用的液態(tài)料系統(tǒng)設(shè)備通常是高昂的進(jìn)口產(chǎn)品，這導(dǎo)致養(yǎng)殖投入成本提高，隨著我國豬場生產(chǎn)人員對液態(tài)料飼喂系統(tǒng)的認(rèn)可程度的增加，近幾年對液態(tài)料飼喂系統(tǒng)的研究逐漸增多，技術(shù)不斷成熟，因此大量新建豬場都在推廣智能化液態(tài)料飼喂系統(tǒng)。

相對于液態(tài)料飼喂系統(tǒng)，干料飼喂系統(tǒng)可將飼料直接從料塔輸送到指定食槽，減少攪拌過程，降低人工成本，降低勞動強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。因此仍有大量豬場使用干料飼喂系統(tǒng)，雖然其使用方便、簡單，但仍存在一些不足，如利用料線設(shè)備只能機(jī)械式的輸送，但飼喂管理仍需人工完成。熊本海等[18]研究發(fā)現(xiàn)，通過控制電動桿的推桿速率（60 mm/s）、輸入電壓（11.5 V）和電源功率（150 W），且采用預(yù)設(shè)的個性化采食量模型和變?nèi)莘e的精確控制技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)對哺乳母豬精準(zhǔn)飼喂。易烈運(yùn)等[19]研究發(fā)現(xiàn)，利用S7-200型PLC（可編程序控制器）技術(shù)和組態(tài)系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)建一套微電腦可視智能調(diào)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對豬舍智能遠(yuǎn)程自動化飼喂管理。在今后的飼喂系統(tǒng)研究中，精準(zhǔn)化飼喂和智能化管理仍是科研人員及設(shè)備開發(fā)企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。

4 豬肉制品追溯系統(tǒng)

隨著人民生活水平的不斷提高，食用健康、安全、無污染的豬肉制品成為廣大消費(fèi)者的訴求。近年來，“瘦肉精”的使用、“注水肉”大量流入市場以及“毒火腿”事件的發(fā)生，加重了人們對食品安全的擔(dān)憂，也間接影響了我國豬肉市場的穩(wěn)定，因此構(gòu)建豬肉及相關(guān)產(chǎn)品的追溯平臺也成為豬肉市場的當(dāng)務(wù)之急。市場上出現(xiàn)最早的食品追溯系統(tǒng)應(yīng)該是歐盟在1997年建立的食品追溯系統(tǒng)[20]。近年來我國對食品追溯系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用逐漸廣泛，豬肉及相關(guān)制品追溯系統(tǒng)逐漸完善，能夠?qū)崿F(xiàn)對養(yǎng)殖、屠宰、加工、銷售等產(chǎn)業(yè)鏈上多個重要環(huán)節(jié)的追溯。

目前我國構(gòu)建的豬肉產(chǎn)品追溯系統(tǒng)主要以RFID技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了使用RFID或條形碼等方法等追溯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的全程追溯[21-23]。張志明等[21]構(gòu)建了以RFID技術(shù)為基礎(chǔ)的，對生豬養(yǎng)殖、屠宰、分割、銷售、運(yùn)輸五個過程的全程追溯系統(tǒng)。周朝暉等[22]構(gòu)建了基于RFID為基礎(chǔ)，以RFID和條形碼手段的豬場養(yǎng)殖、產(chǎn)品加工、產(chǎn)品配送以及產(chǎn)品銷售過程的全程追溯系統(tǒng)。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高速發(fā)展的今天，產(chǎn)品追溯系統(tǒng)并不僅僅局限于對豬肉制品的溯源，需要對于豬只的養(yǎng)殖環(huán)境、豬只狀態(tài)等進(jìn)行相關(guān)的追溯，陳政[23]構(gòu)建集成應(yīng)用RFID技術(shù)、傳感器技術(shù)、無線傳輸技術(shù)、自動控制技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等關(guān)鍵因素追溯系統(tǒng)將更加準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)生豬從養(yǎng)殖到銷售全過程的全方位追溯。雖然我國產(chǎn)品溯源系統(tǒng)發(fā)展迅速，但仍存在著相關(guān)法律法規(guī)不健全導(dǎo)致的追溯效果不佳，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范、不統(tǒng)一，消費(fèi)者對追溯系統(tǒng)的認(rèn)識不夠全面等問題。針對這些問題國家可以通過建立統(tǒng)一的管理機(jī)構(gòu)，構(gòu)建統(tǒng)一便利的可追溯平臺，加大對科研人員的相關(guān)資助，提供足夠的技術(shù)支撐，同時加大宣傳力度，提高消費(fèi)者的認(rèn)可度和可辨別能力，共同促進(jìn)豬肉制品追溯系統(tǒng)的發(fā)展和完善。

5 物聯(lián)網(wǎng)豬場管理與生物安全防控

5.1 物聯(lián)網(wǎng)豬場的智能化管理系統(tǒng)

一個完備的物聯(lián)網(wǎng)豬場需要實(shí)現(xiàn)對整個豬場的智能化管理，從生物安全、豬只識別、飼喂、環(huán)境控制以及產(chǎn)品追溯等方面全面使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行管理、控制，從而實(shí)現(xiàn)豬場高效率管理，提高生產(chǎn)水平。物聯(lián)網(wǎng)豬場的構(gòu)建需要得到無線智能設(shè)備以及物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺兩個主要方面的支持，無線智能設(shè)備主要包括個體識別設(shè)備、智能傳感器以及傳輸設(shè)備等智能設(shè)備，同時也需要物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺的支持，對采集數(shù)據(jù)的整合、分析、建模和展示，實(shí)現(xiàn)對豬場豬只以及人員的管理。以目前部分構(gòu)建成功的智能化豬場管理系統(tǒng)為例，王世敏等[24]構(gòu)建了基于PLC 和 Wincc 的豬場智能化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對豬場豬群、環(huán)境控制、豬場消毒等的全面控制。秦英林等[25]發(fā)明了能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測、自動進(jìn)行環(huán)境控制、自動下料等功能的智能化豬場控制系統(tǒng)。目前我國物聯(lián)網(wǎng)豬場的建設(shè)仍處于初步研發(fā)階段，構(gòu)建高效、便捷的豬場智能化管理系統(tǒng)仍是今后研究工作的重點(diǎn)。

5.2 物聯(lián)網(wǎng)豬場生物安全防控

疫病防控是我國養(yǎng)豬生產(chǎn)中極為重要的環(huán)節(jié)，高效的疫病體系能夠減少豬群疾病的產(chǎn)生，減少獸藥的使用，提供高品質(zhì)豬肉。目前我國大部分規(guī)?；i場生物安全體系不夠完善，生物安全防控意識不強(qiáng)，導(dǎo)致豬場疫病頻發(fā)，嚴(yán)重影響了豬場經(jīng)濟(jì)效益，尤其是自2018年我國非洲豬瘟疫情暴發(fā)以來，國內(nèi)養(yǎng)豬行業(yè)損失慘重，因此如何做好豬場疫情防控，是養(yǎng)豬行業(yè)必須要關(guān)注的重中之重。構(gòu)建良好的生物安全體系，需要從傳染源、傳播途徑和易感動物這三個傳染性疾病的發(fā)生基本環(huán)節(jié)著手，針對每一個方面開展最為有效的防控措施，才能有效解決疾病的傳播問題。

豬場病毒傳播的主要傳染源分別是飼料、飲水，外來豬只及與豬只接觸的人或物，因此豬場生物安全體系構(gòu)建需要做好隔離和出入管理。目前豬場生物安全工作大部分僅限于單方面控制，同時存在著執(zhí)行力不足等問題，比如對人員僅進(jìn)行隔離處理，未對其進(jìn)場前及進(jìn)場后工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，車輛運(yùn)行狀況同樣未進(jìn)行溯源，沒有豬場外來生物報(bào)警系統(tǒng)等問題，不能實(shí)現(xiàn)對豬場全方位、高效率的生物安全防控[26-27]。今后豬場生物安全工作將朝著智能化管控方向發(fā)展，建立生物安全管控平臺，首先是對人員的管理，對其場外行蹤進(jìn)行追蹤，同時場內(nèi)實(shí)現(xiàn)人員智能識別、行蹤權(quán)限控制、提醒警告系統(tǒng)；其次是對豬場管理事項(xiàng)網(wǎng)格是管理，分區(qū)域進(jìn)行劃分，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（智能識別、追蹤技術(shù)），對圈舍豬只實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格追蹤，同時實(shí)現(xiàn)物資、車輛、水料、外來生物、糞污處理以及病死豬等的全程追蹤；最后就是豬場樣品檢查和檢測，對豬場樣品進(jìn)行檢測，將結(jié)果輸入控制平臺，實(shí)時更新豬場生物安全狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對豬場的實(shí)時監(jiān)測及高效管理。

6 小結(jié)

鑒于物聯(lián)網(wǎng)豬場管理的高效性、智能化、低勞動力成本等優(yōu)勢，物聯(lián)網(wǎng)豬場建設(shè)將逐漸增加，目前我國物聯(lián)網(wǎng)豬場智能養(yǎng)豬仍處于初步發(fā)展階段，在今后的物聯(lián)網(wǎng)豬場發(fā)展建設(shè)過程中將更多地考慮以下幾個方面：

第一，無線將逐步取代有線網(wǎng)絡(luò)，使用無線網(wǎng)絡(luò)能夠大幅減少豬場的場內(nèi)布線，同時無線無線網(wǎng)絡(luò)在維護(hù)性、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性上具有顯著的提高，減少圈舍建設(shè)負(fù)擔(dān)的同時也有利于豬場防疫；

第二，豬場設(shè)備智能化，智能化設(shè)備能夠減少勞動力的投入，同時能夠?qū)ωi場警醒精細(xì)化管理以及精準(zhǔn)化調(diào)控；

第三，數(shù)據(jù)收集自動化，傳輸實(shí)時性提高，數(shù)據(jù)收集傳輸?shù)闹悄芑軌蛴行p少人工數(shù)據(jù)的輸入過程，減少數(shù)據(jù)的錯誤率，大幅提高數(shù)據(jù)的及時性與可靠性；

第四，豬場管理智能化，通過對豬場數(shù)據(jù)的全面收集及深度整合，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)針對性形成數(shù)據(jù)模型，對豬場進(jìn)行智能化管理，提高豬場生產(chǎn)效率。