淺談肉牛智能化稱重存在的問題與發(fā)展趨勢

趙慧兵，王德重，孫明明，馬 娟，張 杰，，馮 斌,※

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院，新疆烏魯木齊830052；2.庫爾勒市培訓(xùn)中心；3.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機械化研究所）

0 引言

體重是畜牧業(yè)中對動物評估的重要指標(biāo)，由于動物的活動難以控制以及需要測量的動物數(shù)量基數(shù)較大等原因，在誤差范圍內(nèi)快速測得動物的體重變得尤為重要。我國肉牛存欄4 000余萬頭，肉牛養(yǎng)殖業(yè)正處于高速發(fā)展時期?？茖W(xué)化、精細(xì)化的肉牛養(yǎng)殖技術(shù)不僅提高養(yǎng)殖生產(chǎn)效益而且能夠快速達(dá)到預(yù)期的育肥效果。實現(xiàn)肉牛智能化養(yǎng)殖精準(zhǔn)飼喂技術(shù)的核心是及時掌握牛只體重信息的變化情況，因此需定期對肉牛體重進行監(jiān)測[1-3]。根據(jù)肉牛飼料配方及肉牛飼料的采食量生成最佳生長發(fā)育曲線，以達(dá)到最佳的育肥效果。因此，監(jiān)測肉牛的體重信息變化情況是實現(xiàn)肉牛精細(xì)化養(yǎng)殖的基礎(chǔ)工作；也是得到肉料比的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。另一方面，肉牛的體重是衡量牛體健康發(fā)育的重要指標(biāo)，是作為分欄以及出欄的標(biāo)準(zhǔn)；是肉牛選種、確定采食量、營養(yǎng)供給、初配年齡、用藥劑量、測定生產(chǎn)性能的依據(jù)[4]。

1 肉牛稱重分群設(shè)備研究現(xiàn)狀

肉牛稱重分群設(shè)備分為三部分：（1）整形通道。包括謎道整形和牛只獨立通過稱臺裝置。（2）稱重平臺。有地磅圍欄式、保定架式、“S”門障礙式等。（3）分群門。根據(jù)肉牛養(yǎng)殖場的規(guī)模、月齡分布及重量范圍確定分群門[5-6]。

1.1 肉牛整形通道

1.1.1 直行排隊整形通道

直行排隊整形通道一般用于保定稱重設(shè)備。一頭牛稱重結(jié)束，下一頭牛再進入稱重設(shè)備，依次有序稱重。保證牛只稱重數(shù)據(jù)采集的獨立性，避免其他牛只對數(shù)據(jù)采集時造成干擾。肉牛通過直行通道極易產(chǎn)生擁擠現(xiàn)象，不利于無障礙稱重平臺數(shù)據(jù)采集[7]。

1.1.2 半圓形彎道排隊整形通道

牛只通過半圓形彎道整形通道時行走通過效率高。稱重平臺前需安裝自動控制門，牛只依次有序稱重；彎道可增加牛只排隊頭數(shù)，節(jié)省牛場空間。但牛只之間容易產(chǎn)生擁擠，不利于無障礙稱重平臺進行數(shù)據(jù)采集。肉牛半圓形整形通道簡圖如圖1。

圖1 肉牛半圓形排隊整形通道

1.1.3 “S”形排隊整形通道

“S形”排隊整形通道，肉牛通過性較強，不易產(chǎn)生擁擠，排隊整齊程度較好；適合無障礙稱重平臺，但肉牛通過稱重平臺速度較快時，振動性大，稱重精度不高。

1.2 稱重平臺

1.2.1 保定架式

帶保定架的稱重平臺，對肉牛排隊整齊程度要求不高，當(dāng)肉牛四蹄進入稱重設(shè)備后，前后門自動關(guān)閉，完成肉牛的耳標(biāo)識別、稱重、激光視覺攝像機掃描3D形體數(shù)據(jù)等。根據(jù)肉牛的重量等級再控制打開相對應(yīng)的分群門。依次有序完成牛只的稱重分群任務(wù)。平均每頭牛的稱重分群時間為15秒左右；平均稱重誤差在0.5kg左右。

在國內(nèi)，國科農(nóng)牧公司研發(fā)的肉牛智能稱重設(shè)備采用保定稱重模式和前擋門稱重模式兩種，兩模式可相互切換。對成年肉牛采用保定稱重模式，每分鐘稱重分群3到5頭牛，稱重精度高但效率較低，成年肉牛經(jīng)訓(xùn)練不會產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)。若對犢牛稱重需切換為前檔門稱重模式，犢?？焖偻ㄟ^稱重平臺，前一犢牛稱重數(shù)據(jù)獲取之后，前擋門再次打開后面牛只依次進入稱重平臺。由于犢牛重量輕、振動小，系統(tǒng)能夠較準(zhǔn)確鎖定犢牛的體重數(shù)據(jù)[8-9]。國科農(nóng)牧公司研發(fā)的保定式智能稱重設(shè)備如圖2。

圖2 保定式智能稱重設(shè)備

1.2.2 “S門”式

“S門”稱重設(shè)備是通過在稱重過道中安裝S形障礙門，采用S門控制稱重平臺上只允許一頭牛經(jīng)過，前一牛只稱重結(jié)束，S形門恢復(fù)初始位置，下一牛只進入稱重平臺，依次有序完成肉牛稱重分群。

“S門”具體稱重技術(shù)介紹：肉牛經(jīng)過單行排隊整形通道依次進入“S門”稱重平臺，當(dāng)牛只靠近“S門”時，耳標(biāo)讀卡器識別牛只編號，并將耳標(biāo)上傳至控制器；當(dāng)肉牛頭部經(jīng)過“S門”首端位置時第一組紅外光電動作，調(diào)用顯示程序"Inthetest"；當(dāng)肉牛經(jīng)過稱重平臺中間位置時，第二組紅外光電動作，調(diào)用數(shù)據(jù)采集程序并開啟A/D轉(zhuǎn)換；當(dāng)肉牛頭部處于稱重平臺末端時，第三組紅外光電開關(guān)動作，結(jié)束A/D轉(zhuǎn)換，調(diào)用數(shù)據(jù)處理程序。再根據(jù)肉牛重量等級打開相對應(yīng)的分群門[10]。有障礙“S門”稱重平臺如圖3。

圖3 肉牛有障礙"S門"稱重平臺

“S門”的另一作用是防止牛只識別混亂。目前市場上主推的耳標(biāo)讀卡器有一定的識別距離和范圍，在肉牛稱重過程中要保證牛只耳標(biāo)和體重一一對應(yīng)，所以“S門”的作用是防止其他肉牛對稱重牛只數(shù)據(jù)采集造成影響。

1.2.3 “蝴蝶門”式

“蝴蝶門”稱重平臺是采用蝴蝶形的門控制稱重平臺上只允許一頭牛經(jīng)過，一頭牛稱重結(jié)束蝴蝶門再次打開，避免其他牛只對數(shù)據(jù)采集造成影響。依次有序完成稱重，“蝴蝶門”稱重平臺如圖4。

圖4 有障礙“蝴蝶門”稱重平臺

相比之下，肉牛通過“S門”需要前期訓(xùn)練，在肉牛熟悉稱重設(shè)備之后，牛只稱重效率得以提高，同時應(yīng)激反應(yīng)漸漸消失。而肉牛通過“蝴蝶門”時，成年肉牛不會產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，稱重效率較高。而對犢牛而言，通過"蝴蝶門"也會產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)。

1.3 分群門

國內(nèi)外分群門依據(jù)牛只重量等級依次分為“二級分群門”、“三級分群門”、“四級分群門”。結(jié)合牛只養(yǎng)殖場地形，按照牛只出口位置分為同側(cè)出和異側(cè)出兩種。分群門等級簡化圖如圖5。

圖5 分群門等級

2 存在的問題

目前，國內(nèi)外肉牛稱重設(shè)備基本是通過地磅圍欄或保定裝置將牛只圈在稱重設(shè)備上。出現(xiàn)的問題有：第一，稱重效率低。第二，肉牛在稱重過程中產(chǎn)生應(yīng)激。第三，沒有實現(xiàn)按照肉牛重量等級精準(zhǔn)分群。第四，并且稱重系統(tǒng)、安裝位置、效率等方面難以滿足肉牛育肥場群體快速稱重需求[11-12]。

3 展望

為提高肉牛場牛只稱重效率和避免肉牛在稱重過程中產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)。在肉牛自然行走狀態(tài)下無障礙獲取牛只體重數(shù)據(jù)。無障礙稱重設(shè)備更適合肉牛稱重管理。原因有以下幾點：（1）肉牛需要頻繁稱重來評估牛只健康狀況和計算料肉比評估養(yǎng)殖經(jīng)濟效益以及為了及時完成出欄和分欄等任務(wù)。（2）肉牛脾氣倔，采用無障礙稱重設(shè)備肉牛無需稱重訓(xùn)練同時也不會產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)。（3）在大型牧場和無人放養(yǎng)牧場，因肉牛體型大、流動性及隨意性，若采用傳統(tǒng)方式稱重，不僅費力、費時，而且十分困難。

因此，研發(fā)一種準(zhǔn)確的、無保定的、效率高的無應(yīng)激或少應(yīng)激的智能化無障礙稱重設(shè)備對肉牛育肥及精準(zhǔn)飼喂技術(shù)構(gòu)建尤為重要。無障礙智能化稱重設(shè)備為肉牛精準(zhǔn)飼喂提供了技術(shù)支撐。將肉牛稱重管理平臺的數(shù)據(jù)并入精準(zhǔn)飼喂模塊，形成一個以數(shù)據(jù)為核心，設(shè)備為基礎(chǔ)的肉牛智能化養(yǎng)殖平臺?；赑C端+APP的一體化肉牛場管理服務(wù)平臺，致力于肉牛場生產(chǎn)管理、育種分析、物資管理等一站式解決方案，肉牛場管理人員可通過本系統(tǒng)管控肉牛場數(shù)據(jù)，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、飼養(yǎng)管理、繁育管理、統(tǒng)計分析等功能，幫助規(guī)模肉牛場全面實現(xiàn)生產(chǎn)信息化、提升成本核算水平和管理效能[13-14]。