母豬智能化精確飼喂系統(tǒng)的原理與應(yīng)用

李日華 覃榮剛 韋麗嬌 黃月芹 李明

【關(guān)鍵詞】智能化;飼養(yǎng)系統(tǒng);無(wú)線射頻

【中圖分類號(hào)】S828 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2021）05-0063-03

0 引言

我國(guó)是養(yǎng)豬大國(guó)，但母豬年產(chǎn)斷奶仔豬數(shù)（PSY）的水平逐年下降，整體效益低下，與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家存在很大的差距。從相關(guān)數(shù)據(jù)分析，其根本原因是母豬飼養(yǎng)與管理不到位。母豬是養(yǎng)殖場(chǎng)重要的生產(chǎn)來(lái)源，是養(yǎng)豬業(yè)的根本，在養(yǎng)殖場(chǎng)中的重要地位是其他生產(chǎn)因素?zé)o法替代的。因此，要想提高養(yǎng)殖場(chǎng)的生產(chǎn)效益及整體經(jīng)濟(jì)水平，就要提高母豬的生產(chǎn)率。近年來(lái)，隨著人工智能技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷進(jìn)步，越來(lái)越多的智能技術(shù)、智能設(shè)備及先進(jìn)的科技成果逐步運(yùn)用到各大養(yǎng)殖場(chǎng)，母豬的生產(chǎn)效率有了一定程度的提高，飼養(yǎng)管理也更加科學(xué)、合理。母豬智能化精確飼喂系統(tǒng)在集約化、規(guī)?；B(yǎng)殖領(lǐng)域進(jìn)一步推廣應(yīng)用，它能夠確保飼養(yǎng)管理的科學(xué)性，飼料投喂的精確性，能夠及時(shí)自動(dòng)鑒定、隔離發(fā)情母豬，及時(shí)有效分離問(wèn)題母豬，整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化，有效降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率[1]。

1 應(yīng)用背景

20世紀(jì)80年代，母豬限位欄飼養(yǎng)在中大型養(yǎng)殖場(chǎng)和集約化的規(guī)模豬場(chǎng)得到廣泛應(yīng)用，一些初具規(guī)模的家庭農(nóng)場(chǎng)也有運(yùn)用。國(guó)家環(huán)保政策也間接推動(dòng)了這種飼養(yǎng)方式的發(fā)展，當(dāng)這種飼養(yǎng)方式被廣大養(yǎng)殖者接受后，隨之而來(lái)的問(wèn)題也出現(xiàn)了，國(guó)內(nèi)外的專家都對(duì)限位欄飼養(yǎng)母豬提出了質(zhì)疑，人們發(fā)現(xiàn)這種飼養(yǎng)方式使母豬缺乏鍛煉，體質(zhì)變得越來(lái)越差，并對(duì)實(shí)質(zhì)性臟器有一定的損害，由于衛(wèi)生條件差，所以生殖系統(tǒng)易受到病菌感染，容易發(fā)生母豬流產(chǎn)及子宮內(nèi)膜炎等疾病，同時(shí)由于限位，所以母豬行動(dòng)受限，孤獨(dú)、神經(jīng)質(zhì)行為時(shí)常發(fā)生，這對(duì)母豬造成了一定的心理傷害，母豬身心健康難以保證，使得養(yǎng)豬場(chǎng)母豬淘汰率在35%以上，母豬使用年限大大縮短[2]。傳統(tǒng)限位欄養(yǎng)殖技術(shù)對(duì)母豬造成的危害已成為嚴(yán)重影響?zhàn)B豬業(yè)健康發(fā)展的主要因素，因此近現(xiàn)代西方發(fā)達(dá)國(guó)家逐漸摒棄這種養(yǎng)殖模式，尋求更為科學(xué)、高效的養(yǎng)殖方式。近年來(lái)，隨著人工智能及互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，各類人工智能及自動(dòng)化設(shè)備逐步出現(xiàn)在養(yǎng)豬場(chǎng)中，特別是大型規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)，采用了自動(dòng)化、智能化喂養(yǎng)。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，歐美國(guó)家已有超過(guò)60%的母豬實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化精確飼喂，喂養(yǎng)過(guò)程無(wú)任何人工干預(yù)，大量減少因人類接觸而產(chǎn)生的疾病與流感。由于群養(yǎng)，母豬活動(dòng)范圍變大，運(yùn)動(dòng)量加大，心情變得愉悅，母豬的身心健康得到保證，體質(zhì)增強(qiáng)，生產(chǎn)性能得到顯著提升，使用年限也大大增長(zhǎng)。目前，國(guó)外有不少公司研發(fā)母豬智能化精確飼喂系統(tǒng)，如德國(guó)BigDutchman公司、荷蘭睿保樂(lè)公司、美國(guó)Osboren公司及奧地利Schauer公司等[3]，這些公司研發(fā)的養(yǎng)殖設(shè)備雖然技術(shù)較為成熟，但是設(shè)備昂貴，使用條件也較為苛刻，我國(guó)很多養(yǎng)殖企業(yè)難以擔(dān)負(fù)這些昂貴的費(fèi)用，同時(shí)有不少運(yùn)用難題。因此，本文基于國(guó)內(nèi)目前母豬養(yǎng)殖過(guò)程中遇到的實(shí)際困難，設(shè)計(jì)出一款適合我國(guó)養(yǎng)殖國(guó)情、低成本的母豬智能化精確飼喂系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅成本低，還可以節(jié)省勞動(dòng)力、提高養(yǎng)殖場(chǎng)生產(chǎn)效率，能夠維護(hù)母豬的身心健康，滿足母豬不同生理狀態(tài)的特性和復(fù)雜性飼喂方式的要求，具有廣闊的運(yùn)用前景。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及原理

母豬智能化精確飼喂系統(tǒng)涉及RFID射頻識(shí)別技術(shù)、PLC程序控制技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)信息、數(shù)據(jù)庫(kù)管理等多種先進(jìn)技術(shù)，除了融合先進(jìn)科技外，該系統(tǒng)平臺(tái)還結(jié)合母豬生長(zhǎng)特性研究出符合母豬生產(chǎn)、管理的豬場(chǎng)智能化管理平臺(tái)。該系統(tǒng)包括精準(zhǔn)飼喂模塊、發(fā)情鑒定自動(dòng)分離模塊、信息管理模塊三大智能模塊。無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)為每一頭母豬建立身份檔案，“一豬一標(biāo)”，母豬進(jìn)入無(wú)線射頻識(shí)別區(qū)域即可自動(dòng)識(shí)別母豬身份，調(diào)出該母豬的檔案。紅外傳感器及稱重傳感器在母豬采食過(guò)程中完成母豬體溫測(cè)量和體重測(cè)量，并向系統(tǒng)上傳該母豬的體溫及體重，以此為依據(jù)判斷母豬健康狀況。使用全機(jī)械的入口門控制實(shí)現(xiàn)母豬的隔離飼喂，當(dāng)待采食母豬靠近入口時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)到母豬身份信息，進(jìn)門口打開，豬只進(jìn)入后，進(jìn)門口關(guān)閉，其他母豬靠近進(jìn)門口時(shí)系統(tǒng)顯示已有豬只采食，進(jìn)門口感應(yīng)器不響應(yīng)，因此不能進(jìn)入飼喂站進(jìn)行采食，而飼喂站中的母豬可以安心采食，不受其他豬只影響。系統(tǒng)根據(jù)母豬的體重及檔案信息自動(dòng)計(jì)算出科學(xué)合理的飼喂量，采用直線輸送的絞龍式送料機(jī)構(gòu)與PLC控制技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)飼料的精準(zhǔn)投放。同時(shí)，飼養(yǎng)員也可以通過(guò)操作觸摸屏，通過(guò)修改飼喂信息和飼喂參數(shù)進(jìn)行精確飼喂。母豬智能化精準(zhǔn)飼喂裝置如圖1所示。

2.1 飼喂系統(tǒng)

建立每頭母豬的檔案信息，方便系統(tǒng)統(tǒng)一管理。系統(tǒng)為每一頭母豬配置無(wú)線射頻電子耳標(biāo)，“一豬一標(biāo)”，通過(guò)系統(tǒng)的無(wú)線傳感器對(duì)每頭母豬進(jìn)行身份識(shí)別，母豬進(jìn)入檢測(cè)范圍內(nèi)就被系統(tǒng)傳感器所識(shí)別[4]。每個(gè)單體飼喂站滿足豬只的采食數(shù)量可以根據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)定，一般設(shè)定為50頭母豬。當(dāng)母豬靠近飼喂站后，系統(tǒng)識(shí)別到有母豬需要采食，飼喂站門自動(dòng)打開，采食母豬進(jìn)入，母豬進(jìn)入后飼喂站門自動(dòng)上鎖，外面的豬只無(wú)法進(jìn)入，不影響站內(nèi)豬只采食。母豬進(jìn)入飼喂站后，通過(guò)紅外體溫感應(yīng)傳感器自動(dòng)測(cè)量體溫，通過(guò)自動(dòng)測(cè)重秤測(cè)量體重，然后將該母豬的體溫及體重?cái)?shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)上傳到系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)判斷該母豬身體狀況是否正常，同時(shí)通過(guò)無(wú)線射頻耳標(biāo)快速調(diào)出該母豬的相關(guān)檔案信息，比如無(wú)線射頻ID號(hào)、背膘情況、是否屬于妊娠期等，系統(tǒng)以保證母豬理想體型為最優(yōu)原則，以該ID號(hào)母豬相關(guān)信息為輸入條件自動(dòng)計(jì)算出該母豬該次飼料投料量及飲水量，下料器根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)每頭母豬的不同喂料信息，通過(guò)PLC控制將系統(tǒng)計(jì)算好的飼料量及飲水量投放給相應(yīng)的母豬，當(dāng)母豬采食完成后，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)秤重喂料槽中剩余的飼料，以剩余飼料量來(lái)修正該母豬的喂料公式，確保下次投料更加合理精確。為防止母豬采食完成后在站內(nèi)躺臥，飼喂站內(nèi)還設(shè)計(jì)了“防躺桿”，母豬采食完成后因“防躺桿”的存在無(wú)法躺臥而離開飼喂站，飼喂站出口門鎖打開，下一頭母豬進(jìn)入飼喂站采食。當(dāng)系統(tǒng)在采食時(shí)間內(nèi)重復(fù)檢測(cè)到相同耳標(biāo)，即已經(jīng)采食完成的母豬再次靠近飼喂站時(shí)，系統(tǒng)提示識(shí)別錯(cuò)誤，飼喂站進(jìn)門不打開，防止母豬進(jìn)入重復(fù)采食。飼料投喂系統(tǒng)采用“儲(chǔ)料塔+自動(dòng)送料+自動(dòng)喂料+信息管理系統(tǒng)”的自動(dòng)供料、自動(dòng)飼喂模式，從儲(chǔ)物料塔到飼喂料槽，采用密封式管道自動(dòng)下料輸送飼料，實(shí)現(xiàn)飼料計(jì)算配制、飼料供給自動(dòng)化、管理自動(dòng)化。每頭豬每日飼料投喂量能自動(dòng)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中心，數(shù)據(jù)采用報(bào)表或圖表的形式顯示，所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)曲線、飼料投放量曲線都可顯示在控制系統(tǒng)中心或飼養(yǎng)人員手機(jī)上，方便企業(yè)飼養(yǎng)管理人員根據(jù)飼喂曲線隨時(shí)隨地判斷母豬飲食、生長(zhǎng)是否正常，并及時(shí)進(jìn)行處理。飼喂站工作流程如圖2所示。

2.2 發(fā)情鑒定、自動(dòng)分離系統(tǒng)

母豬發(fā)情簽定的原理主要是根據(jù)母豬一日探望公豬的次數(shù)及探望持續(xù)時(shí)間來(lái)決定，探望次數(shù)采用傳感器測(cè)試完成，探望1次，傳感器響應(yīng)1次，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)累計(jì)探望的次數(shù)及計(jì)算每次探望的持續(xù)時(shí)間，當(dāng)探望次數(shù)及累計(jì)探望時(shí)間到達(dá)一定上限時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)判斷該母豬進(jìn)入發(fā)情期。發(fā)情鑒定隔離是在母豬吃料的同時(shí)進(jìn)行隔離，當(dāng)母豬被判斷已進(jìn)入發(fā)情期，該母豬采食完成后，自動(dòng)分離器第二通道打開，自動(dòng)引導(dǎo)該母豬進(jìn)入小圈等待配種。在飼喂站內(nèi)，系統(tǒng)可根據(jù)識(shí)別到的體溫、采食、發(fā)情等報(bào)告，自動(dòng)判斷該母豬是否需要隔離，將發(fā)情母豬、妊娠母豬、臨產(chǎn)母豬、接種免疫母豬、病豬、無(wú)耳標(biāo)等異常母豬自動(dòng)分離出來(lái)。分離隔離在母豬采食完成后進(jìn)行，并通過(guò)自動(dòng)噴不同顏色給不同類型問(wèn)題的母豬進(jìn)行標(biāo)記，方便飼養(yǎng)員采取相應(yīng)措施。

2.3 信息管理系統(tǒng)

母豬智能化精確飼喂系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)離不開系統(tǒng)數(shù)據(jù)的共享、分析處理和整合，需要用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)快速獲取各個(gè)養(yǎng)殖環(huán)境的實(shí)時(shí)養(yǎng)殖數(shù)據(jù)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)母豬24 h不間斷實(shí)時(shí)監(jiān)控、完成精確的數(shù)據(jù)采集和計(jì)算、完成自動(dòng)精確投料、自動(dòng)鑒定和隔離發(fā)情母豬、問(wèn)題母豬。通過(guò)系統(tǒng)生成的生長(zhǎng)圖表為管理者科學(xué)養(yǎng)殖提供精確的數(shù)據(jù)及決策支持。

3 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3.1 保證母豬福利，提高生殖能力及防疫水平

使用該系統(tǒng)最大的受益者是母豬，系統(tǒng)使用的同時(shí)廢除了限位欄，給母豬提供了更大的自由活動(dòng)空間，母豬可以根據(jù)自己的喜好結(jié)伴相處，可以自行進(jìn)行交流溝通、相處與游戲，母豬的運(yùn)動(dòng)量增大，心情變得愉悅，健康水平得到了很大的提高，動(dòng)物福利得到了充分保障，具有強(qiáng)健體魄的母豬為生產(chǎn)健康的仔豬奠定了良好的基礎(chǔ)，降低了仔豬的死亡率，提高仔豬量，同時(shí)延長(zhǎng)了母豬使用年限，真正實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、福利化養(yǎng)殖母豬[5]。

3.2 實(shí)現(xiàn)母豬生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制，提高生產(chǎn)效率

整個(gè)母豬飼養(yǎng)、生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化。智能化精確飼喂系統(tǒng)采用“儲(chǔ)料塔+自動(dòng)識(shí)別+自動(dòng)下料+信息管理系統(tǒng)”的自動(dòng)供料的模式，實(shí)現(xiàn)供料、投料自動(dòng)化;發(fā)情鑒定隔離過(guò)程不需要人工鑒別、隔離，系統(tǒng)同時(shí)還配套了自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，出現(xiàn)問(wèn)題自動(dòng)報(bào)警，方便飼養(yǎng)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問(wèn)題。通過(guò)各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸、共享，自動(dòng)繪制出母豬生長(zhǎng)變化曲線圖表及數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)每頭母豬生長(zhǎng)質(zhì)量的自動(dòng)監(jiān)控，為管理者提供形象而精確的決策依據(jù)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)殖自動(dòng)化，極大提高了企業(yè)飼養(yǎng)人員的管理效率，2人即可管理1個(gè)規(guī)模為750頭母豬的養(yǎng)殖場(chǎng)，飼養(yǎng)管理人員工作量普遍較小，每天工作時(shí)間平均不超過(guò)1 h，在整個(gè)飼養(yǎng)過(guò)程中養(yǎng)殖人員與豬只接觸的時(shí)間大大減少，養(yǎng)殖過(guò)程中人為干擾因素的影響降到最低，大幅度提高了母豬繁殖效率和養(yǎng)殖場(chǎng)的整體經(jīng)濟(jì)效率[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)大規(guī)模集約化飼養(yǎng)過(guò)程中限位欄對(duì)母豬養(yǎng)殖的弊端進(jìn)行分析，得出限位欄養(yǎng)殖母豬將逐步被智能化養(yǎng)殖設(shè)備取代的結(jié)論。在此背景下，本文提出采用智能化精確飼喂系統(tǒng)對(duì)群養(yǎng)母豬進(jìn)行自動(dòng)飼養(yǎng)和全程自動(dòng)化管理，闡述系統(tǒng)組成及原理，分析其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。智能化精確飼養(yǎng)系統(tǒng)的運(yùn)用將大大提高我國(guó)母豬養(yǎng)殖的質(zhì)量及生產(chǎn)效益，增強(qiáng)我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

參 考 文 獻(xiàn)

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