新一代信息技術(shù)背景下養(yǎng)殖智能裝備發(fā)展趨勢分析

胡天賜，王文生，齊景偉，蔣呈祥，陳新文，鄭文新，郭雷風(fēng)*

研究論文

新一代信息技術(shù)背景下養(yǎng)殖智能裝備發(fā)展趨勢分析

胡天賜1，王文生2，齊景偉3，蔣呈祥1，陳新文4，鄭文新4，郭雷風(fēng)2*

1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)計算機與信息工程學(xué)院，烏魯木齊 830052，中國；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所，北京 100081，中國；3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，呼和浩特 010018，中國；4.新疆畜牧科學(xué)院畜牧業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究所，烏魯木齊 830011，中國

在國家推廣發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè)和智慧養(yǎng)殖的背景下，國內(nèi)開始大力發(fā)展養(yǎng)殖智能裝備。在規(guī)模養(yǎng)殖場中使用智能裝備能夠提高養(yǎng)殖效率，縮減人工成本。目前，國內(nèi)養(yǎng)殖場智能裝備尚未普及，對智能裝備的研究不充分，部分智能裝備還處于研發(fā)階段尚不能規(guī)模量產(chǎn)。文中以牛羊養(yǎng)殖為例，綜述了養(yǎng)殖過程中各階段所需要的智能裝備及其功能，列舉了當(dāng)前國內(nèi)智能裝備的部分研究內(nèi)容，介紹了大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代技術(shù)對養(yǎng)殖智能裝備發(fā)展的影響，討論了當(dāng)前國內(nèi)發(fā)展養(yǎng)殖智能裝備的意義及存在問題，分析了在當(dāng)前新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展背景下養(yǎng)殖智能裝備的發(fā)展趨勢。養(yǎng)殖智能裝備能夠加快我國數(shù)字畜牧的發(fā)展，提高畜牧業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，發(fā)展前景廣闊，同時智能養(yǎng)殖裝備可作為智慧養(yǎng)殖及精準(zhǔn)飼喂的硬件支撐，為建造新一代智慧養(yǎng)殖場奠定基礎(chǔ)。

智慧養(yǎng)殖；智能裝備；人工智能；大數(shù)據(jù)；趨勢分析

1 引言

數(shù)字農(nóng)業(yè)蓬勃發(fā)展。2019年，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部中央網(wǎng)絡(luò)安全和信息化委員會辦公室關(guān)于印發(fā)《數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展規(guī)劃（2019—2025年）》的通知中指明了農(nóng)業(yè)各方面數(shù)字化建設(shè)的發(fā)展目標(biāo)，在“加快生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)字化改造”中對畜牧業(yè)提出了智能化建設(shè)要求，要“建設(shè)數(shù)字養(yǎng)殖牧場，推進(jìn)畜禽圈舍通風(fēng)溫控、空氣過濾、環(huán)境感知等設(shè)備智能化改造，集成應(yīng)用電子識別、精準(zhǔn)上料、畜禽糞污處理等數(shù)字化設(shè)備，精準(zhǔn)監(jiān)測畜禽養(yǎng)殖投入品和產(chǎn)出品數(shù)量，實現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境智能監(jiān)控和精準(zhǔn)飼喂。加快應(yīng)用個體體征智能監(jiān)測技術(shù)，加強動物疫病疫情的精準(zhǔn)診斷、預(yù)警、防控”[1]。

畜牧生產(chǎn)是保障城鄉(xiāng)居民肉蛋奶消費和動物蛋白攝取的重要來源。2018年1月農(nóng)業(yè)農(nóng)村部印發(fā)《2018年畜牧業(yè)工作要點》通知，指出從全球化競爭的大趨勢看，畜牧業(yè)養(yǎng)殖效率仍然不夠高，且養(yǎng)殖成本較高，強調(diào)“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”。2020年2月，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部印發(fā)《關(guān)于加快畜牧業(yè)機械化發(fā)展的意見》，提出推動畜牧機械裝備科技創(chuàng)新、推進(jìn)主要畜種規(guī)?；B(yǎng)殖全程機械化、加強綠色高效新裝備新技術(shù)示范推廣、提高重點環(huán)節(jié)社會化服務(wù)水平、推進(jìn)機械化信息化融合，到2025年畜牧業(yè)機械化率提升到50%以上。2020年9月國務(wù)院辦公廳發(fā)布了《國務(wù)院辦公廳關(guān)于促進(jìn)畜牧業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的意見》（國辦發(fā)〔2020〕31號），強調(diào)要加快構(gòu)建現(xiàn)代養(yǎng)殖體系、建立健全動物防疫體系、加快構(gòu)建現(xiàn)代加工流通體系、持續(xù)推動畜牧業(yè)綠色循環(huán)發(fā)展。

中國畜牧業(yè)正在加快轉(zhuǎn)變發(fā)展理念、變革生產(chǎn)方式，逐步進(jìn)入以提質(zhì)增效為重點的高質(zhì)量發(fā)展新時期。在當(dāng)今智能化的背景下，傳統(tǒng)畜牧產(chǎn)業(yè)與智能化裝備相結(jié)合逐步走向成熟，大量與人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代化技術(shù)相結(jié)合。為推動畜牧業(yè)智能化發(fā)展，專家學(xué)者從各個方面提出了觀點。李德發(fā)院士在“中國畜牧、水產(chǎn)業(yè)未來25年”大會上表示：“畜牧業(yè)未來要向資源節(jié)約型、技術(shù)密集型和環(huán)境友好型轉(zhuǎn)變，背后就需要有先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和戰(zhàn)略性工程來支撐”；趙春江院士提出“智能養(yǎng)豬是豬業(yè)發(fā)展大方向”[2]；李保明教授認(rèn)為“全球畜禽產(chǎn)業(yè)都在轉(zhuǎn)型升級，現(xiàn)代化的養(yǎng)殖技術(shù)裝備與信息化相融合才是實現(xiàn)智慧畜牧業(yè)的必由之路”[3]；熊本海研究員從家畜編碼規(guī)范及標(biāo)識技術(shù)、畜禽養(yǎng)殖環(huán)境及體征行為遠(yuǎn)程監(jiān)測、畜禽養(yǎng)殖智能裝備及養(yǎng)殖過程數(shù)字化監(jiān)管與大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建等方面，論述了畜牧業(yè)智能養(yǎng)殖技術(shù)體系[4]。

目前，國內(nèi)使用智能設(shè)備的養(yǎng)殖場較少，人工養(yǎng)殖仍處于主導(dǎo)地位，智慧養(yǎng)殖在智能化技術(shù)應(yīng)用中處于發(fā)展階段，部分技術(shù)仍不成熟。不同種類牲畜飼喂方式不同，所需的智能化養(yǎng)殖技術(shù)應(yīng)用模式也不相同。在奶牛場應(yīng)用較為成熟的技術(shù)裝備有擠奶機、智能全混合日糧車、智能分群設(shè)備、智能稱重設(shè)備等等。本文主要介紹對于智慧養(yǎng)殖場各個環(huán)節(jié)中所涉及的現(xiàn)代智能裝備的應(yīng)用現(xiàn)狀及相關(guān)技術(shù)分析。

2 規(guī)模養(yǎng)殖智能裝備

智慧養(yǎng)殖場需要使用大量智能裝備，以節(jié)省人工、提高生產(chǎn)效益。以下以規(guī)?；Ｑ蝠B(yǎng)殖場中使用的較先進(jìn)的裝備為例進(jìn)行介紹（圖1）。

圖1 養(yǎng)殖場各環(huán)節(jié)對應(yīng)智能裝備

2.1 全混合日糧智能飼喂攪拌車

全混合日糧（Total Mixed Ration，TMR）是將精飼料、粗飼料、預(yù)混飼料和其他輔助飼料按一定比例充分混合，制成適宜反芻動物采食、營養(yǎng)合理的混合飼料[5]。荷蘭的Trioliet公司研發(fā)了各種較為先進(jìn)的飼喂攪拌車，如：自走式飼喂攪拌車（圖2）。該設(shè)備機械工藝精湛、切割和裝載系統(tǒng)獨特，每分鐘可以切割和裝載高達(dá)2500 kg的飼草或青貯飼料，能切取的青貯飼料墻可達(dá)6米高，采用巡航定速控制，帶有可編程的稱重顯示器，在上料和下料都具有可編程的控制系統(tǒng)，在行走、控制、切割各方面具有優(yōu)勢[6]。國內(nèi)飼喂攪拌車主要處于小型攪拌車應(yīng)用階段，其原因，可能在于市場需求及國內(nèi)大部分養(yǎng)殖場的規(guī)模限制。國內(nèi)產(chǎn)品的制造工藝及相關(guān)智能化功能仍處于較低水平，智能TMR技術(shù)還在持續(xù)研究中。席瑞謙等對奶牛智能飼喂關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，提出規(guī)?；腔垧B(yǎng)殖需要發(fā)展TMR技術(shù)，要結(jié)合我國具體情況進(jìn)行改進(jìn)、結(jié)合現(xiàn)實情況進(jìn)行研發(fā)[7]。

圖2 荷蘭Trioliet公司的自走式飼喂攪拌車

2.2 飼喂機器人

飼喂機器人是針對牲畜飼喂環(huán)節(jié)，用以減少人工、提高效率。機器人通過預(yù)先設(shè)計好的程序首先進(jìn)入配料車間自動裝料，然后通過導(dǎo)軌或者自主導(dǎo)航行駛至圈舍，通過識別技術(shù)識別牲畜進(jìn)行精準(zhǔn)投料[8]。加拿大Rovibec公司設(shè)計的一款軌道式送料機器人如圖3所示。該設(shè)備能夠裝載、混合，將飼料運送到飼喂區(qū)域，且無需任何人為干預(yù)，同時可針對不同的飼喂方案設(shè)置不同的運送周期，該機器人有雙面卸料輸送機，可同時控制前進(jìn)和放料速度[9]。飼喂機器人的應(yīng)用具有一定的局限性：應(yīng)用軌道式飼喂機器人，需要對養(yǎng)殖場進(jìn)行設(shè)計規(guī)劃，前期成本較高，同時要配備相應(yīng)的飼料輸送系統(tǒng)；應(yīng)用自走式的飼喂機器人，需要配備高精度的定位及避障系統(tǒng)。國內(nèi)飼喂機器人的應(yīng)用對比國外較少，在產(chǎn)品設(shè)計及研發(fā)上存在一定局限性，包括算法的精準(zhǔn)度、國外對硬件原材料的限制等方面。近年來國內(nèi)外對智能飼喂機器人的研究十分關(guān)注。方建軍（2005）從行走、料箱、分料螺旋和控制系統(tǒng)，以及機器人對奶牛的識別方面進(jìn)行了研究[10]。楊存志等（2014）研制了FR-200型奶牛智能化精確飼喂機器人，采用軌道吊掛式，自動運行、定位、識別奶牛，對奶牛進(jìn)行規(guī)律飼喂[11]。孫芊芊等（2019）基于羊只的應(yīng)激反應(yīng)，在功能機造型方面對智能飼喂機器人進(jìn)行研究，有效避免了羊只的應(yīng)激反應(yīng)[12]。Bakirov等（2020）提出了牛舍自動飼喂機器人的飼料配送自動控制算法，對控制參數(shù)進(jìn)行了突出顯示，并描述了一個牛舍中應(yīng)用的現(xiàn)實例子[13]。智能化飼喂機器人是發(fā)展現(xiàn)代化養(yǎng)殖場不可缺少的一部分。

圖3 加拿大Rovibec公司的送料機器人

2.3 自動推料機

自動推料機是針對牲畜采食過程中將飼料推出飼喂帶的情況，自動將推出飼料帶的飼料推送回飼料帶的裝置。該設(shè)備同時配備自動導(dǎo)航和行駛功能，能夠自主避障[14]。美國Boumatic公司的FP-2進(jìn)料推桿機器人（圖4），配備可編程引導(dǎo)系統(tǒng)可創(chuàng)建安全而精確的路線，同時設(shè)有手動模式可人為遙控，機器勻速行駛最大運行時長為1小時，重量為998 kg，直徑為152 cm，能夠精準(zhǔn)地推動飼料，減少飼料浪費[15]。推料機器人對比飼喂機器人來說是進(jìn)行輔助飼喂的，通過將飼料推至奶牛近旁來提高飼料的利用率，增加奶牛的產(chǎn)奶量。推料機器人的工作模式，主要依靠精準(zhǔn)的定位軌跡以及機器人的續(xù)航能力。針對推料機器人的研究主要在算法層面。焦盼德等（2018）研制了奶牛智能推料機器人，具有自主定位、故障報警等功能，能夠代替人工進(jìn)行工作[16]。Rumba（2018）等對牛場中的自動推料機器人開發(fā)了一種自由流動堆的算法[17]。沈治等（2020）研制了自適應(yīng)PID（Proportional Integral Derivative）控制的自動推料機器人，利用自適應(yīng)PID控制策略來完成對行走的糾偏，同時可設(shè)置推料路徑、推送頻率和送料類型等，解決了人工推料用工多、夜間無法及時推料的缺陷[18]。推料機器人在部分養(yǎng)殖場的應(yīng)用是十分必要的，可以提高養(yǎng)殖場的經(jīng)濟(jì)效益。

圖4 美國Boumatic公司的FP-2進(jìn)料推桿機器人

2.4 智能穿戴式設(shè)備

羊、牛的智能穿戴設(shè)備主要有智能耳標(biāo)、智能項圈等。智能耳標(biāo)有采用射頻技術(shù)的和采用QR（Quick Response）二維碼技術(shù)的兩種。對于射頻技術(shù)需要設(shè)置相應(yīng)的射頻感應(yīng)區(qū)進(jìn)行牲畜個體識別；對于QR二維碼則需要進(jìn)行掃碼識別個體。智能項圈包含多種功能模塊，如定位模塊、溫度檢測模塊，同時配備三軸加速度計，通過分析加速度計數(shù)據(jù)可對動物行為進(jìn)行分類。美國Cowlar公司針對肉牛、奶牛的健康監(jiān)控設(shè)計了佩戴于牛脖子上的項圈（圖5），依靠項圈采集到的數(shù)據(jù)可以對牛的運動、反芻和飲食等行為進(jìn)行衡量，項圈采用紅外溫度傳感器和六軸運動傳感器，能長時間待機[19]。國內(nèi)養(yǎng)殖場智能穿戴式設(shè)備的應(yīng)用較少，由于設(shè)備的佩戴及更換十分麻煩，設(shè)備的功耗問題十分關(guān)鍵，若待機時間過短則增加成本不合算，若電池太大則會影響到動物福利。國內(nèi)針對穿戴式設(shè)備的研發(fā)較少，當(dāng)前多是用設(shè)備做實驗，對設(shè)備的改進(jìn)及發(fā)展研究較少。Munari（2021）使用穿戴式設(shè)備采集數(shù)據(jù)，采用機器學(xué)習(xí)算法對放牧肉牛的高低頻行為進(jìn)行預(yù)測[20]。智能穿戴設(shè)備對智慧養(yǎng)殖發(fā)展具有十分重要的意義，穿戴式設(shè)備采集的數(shù)據(jù)，可以作為養(yǎng)殖場精準(zhǔn)飼喂策略的依據(jù)，通過個體數(shù)據(jù)，把握飼喂方向進(jìn)行科學(xué)飼喂。穿戴式設(shè)備是精準(zhǔn)畜牧中必不可少的設(shè)備。

圖5 美國Cowlar公司的智能項圈

2.5 擠奶機器人

擠奶機器人主要是通過激光和攝像視覺來確定位置，通過機械臂來控制吸奶杯放置的位置進(jìn)行擠奶，同時配備吸奶杯的清潔系統(tǒng)，防止牛只感染疾病。同時，擠奶機器人配置有奶牛識別、牛奶品質(zhì)檢測和奶牛健康監(jiān)測等模塊，通過對奶牛個體的識別，根據(jù)在擠奶過程中利用機械臂監(jiān)測到的擠奶量及牛奶品質(zhì)等信息參數(shù)來對奶牛的健康狀況進(jìn)行評估，達(dá)到精準(zhǔn)個體養(yǎng)殖管理[21]。美國AMS Galaxy USA公司研發(fā)了一種自動擠奶機器人（圖6）[22]，該裝置配備有機械臂、視覺系統(tǒng)和清潔系統(tǒng)，實現(xiàn)雙箱奶牛自動擠奶、自動清潔，視覺系統(tǒng)同時配備攝像頭和激光，使用激光照亮乳頭輪廓采用攝像頭快速找到乳頭，乳頭位置的尋找可以自我學(xué)習(xí)無需人工干預(yù)，同時自動清潔照相機鏡頭。擠奶機器人的發(fā)展推動了奶業(yè)的發(fā)展，提高了擠奶效率同時保證了牛奶質(zhì)量。但是，目前大部分先進(jìn)的擠奶設(shè)備仍來自國外，國內(nèi)的擠奶設(shè)備人工操作較多，不能實現(xiàn)全自動擠奶。擠奶機器人在國內(nèi)外仍具有較好的研究前景。Sim?es Filho等（2020）對機器人擠奶技術(shù)進(jìn)行綜述，闡述了機器人擠奶技術(shù)的發(fā)展歷史、操作、優(yōu)點和局限性并給出一些建議[23]。Monov（2021）介紹了一些主流的自動擠奶系統(tǒng)，討論了存在于擠奶系統(tǒng)中的創(chuàng)新[24]。王成軍（2022）為解決轉(zhuǎn)盤式擠奶機智能化程度不足的問題，設(shè)計了一種適用于大中型牧場的高效率智能化擠奶設(shè)備[25]。國內(nèi)擠奶機器人的發(fā)展?jié)摿^大，部分奶牛場仍是人工操作為主、機器為輔，沒有完全依靠科技解放勞動力。目前，國產(chǎn)擠奶機器人占有的市場份額較低，國內(nèi)采用的擠奶機器人智能化程度較低，有較大發(fā)展空間。

圖6 美國AMS Galaxy USA公司自動擠奶機器人

2.6 智能稱重分欄裝備

針對大型養(yǎng)殖場，無論是牛還是羊，都需要在某個生長階段適時進(jìn)行分欄飼養(yǎng)。智能稱重分欄設(shè)備，可根據(jù)牲畜所處體重及分欄要求對牲畜進(jìn)行自動分欄。國內(nèi)國科誠泰農(nóng)牧設(shè)備公司設(shè)計了一款基于牛自動稱重的分群系統(tǒng)（圖7）。該設(shè)備在硬件上以智能分欄秤為核心，采集活牛體重數(shù)據(jù)，通過三防平板電腦工作站現(xiàn)場協(xié)同控制分欄秤；收集的數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲以及分析處理[26]。智能稱重分欄裝備仍存在一些局限性，如分群的條件不夠精細(xì)等。該裝備適合應(yīng)用于各種規(guī)模養(yǎng)牛場，為牲畜分群提供了合適的工具。關(guān)于智能分欄設(shè)備，也可利用體況或者個體指標(biāo)去進(jìn)行分欄決策，通過機器視覺及機器學(xué)習(xí)，對牲畜的生長狀況進(jìn)行評判分欄。孫建英等（2020）設(shè)計了羊只智能稱重分欄系統(tǒng)，可通過快速讀取羊的耳標(biāo)信息和羊只體重對其進(jìn)行分欄[27]。

2.7 糞污處理裝備

養(yǎng)殖場糞污處理因圈舍結(jié)構(gòu)不同處理方式不同。國內(nèi)大部分養(yǎng)殖場構(gòu)建有糞道，糞污處理主要是將糞污推至糞道，一般采用鏟車或者機械刮板清糞；國外由于圈舍環(huán)境不同，一些采用的是漏縫地板，較先進(jìn)的技術(shù)為自走式清糞機器人[28]。奧地利Hetwin公司設(shè)計了一款基于漏縫地板的清潔機器人（圖8）。用戶可在電腦上對該機器人進(jìn)行編程定制，設(shè)置適合的路線和行駛時間，速度可達(dá)到4～20米/分鐘，每天可以清潔地板數(shù)次，確保非常高的衛(wèi)生水平[29]。國內(nèi)目前也開展了清糞機器人研究，楊存志等（2017）針對漏縫地板環(huán)境設(shè)計了全自走牛舍清潔機器人[30]。堯李慧等（2018）對自走式牛舍清潔機器人的路徑設(shè)計進(jìn)行了研究[31]。

3 規(guī)模養(yǎng)殖智能裝備發(fā)展趨勢分析

3.1 當(dāng)前養(yǎng)殖智能裝備發(fā)展中的不足

養(yǎng)殖智能裝備的發(fā)展主要是為了節(jié)省人力同時提高生產(chǎn)效率，當(dāng)前計算機技術(shù)高速發(fā)展，裝備也越來越智能化，養(yǎng)殖智能裝備的發(fā)展趨向逐步擺脫人為干預(yù)，但是在發(fā)展中仍存在一些局限性。1、部分場景不能較好地展示出智能裝備的擴(kuò)展性；2、智能裝備的使用可能要對養(yǎng)殖場進(jìn)行大規(guī)模改造；3、部分產(chǎn)品只是減少人為的機械性工作，不能做到精準(zhǔn)飼喂和精準(zhǔn)管理；4、整個養(yǎng)殖場內(nèi)的智能裝備存在信息壁壘，協(xié)同工作主要還是依靠人為控制。

3.2 養(yǎng)殖智能裝備國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)外養(yǎng)殖智能裝備的發(fā)展存在較大差異，國外的裝備研發(fā)結(jié)合較多尖端技術(shù)，在智能化、自動化方面有較大優(yōu)勢；國內(nèi)的養(yǎng)殖裝備則停留在裝備的功能層面，只在機械層面研究沒有進(jìn)一步發(fā)揮科技的作用。因此，對比國外發(fā)展?fàn)顩r找出國內(nèi)發(fā)展的不足，有助于促進(jìn)國內(nèi)發(fā)展（表1）。

3.3 當(dāng)前國內(nèi)養(yǎng)殖智能裝備發(fā)展趨勢

當(dāng)前國內(nèi)養(yǎng)殖智能裝備的發(fā)展是逐步向前的。隨著國家政策及國內(nèi)環(huán)境的改變，養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展也在逐步轉(zhuǎn)型，慢慢由傳統(tǒng)型養(yǎng)殖場向工廠集約養(yǎng)殖轉(zhuǎn)變，對養(yǎng)殖智能裝備的需求也在逐步擴(kuò)大，有助于推進(jìn)國內(nèi)養(yǎng)殖智能裝備的發(fā)展。當(dāng)前，智慧養(yǎng)殖的概念逐步被人們接受，新的事物在降低成本的同時也提高了生產(chǎn)效率；國外養(yǎng)殖智能裝備價格高昂，部分用戶難以接受，這對于國內(nèi)養(yǎng)殖智能裝備的發(fā)展是一個機遇（圖9）。

鑒于國內(nèi)養(yǎng)殖智能裝備的發(fā)展現(xiàn)狀及養(yǎng)殖智能裝備發(fā)展中的局限性，養(yǎng)殖智能裝備的發(fā)展仍具有較大前景。在國內(nèi)養(yǎng)殖場智能化程度低的現(xiàn)狀上，發(fā)展養(yǎng)殖智能裝備仍是提高數(shù)字農(nóng)業(yè)、智慧養(yǎng)殖的關(guān)鍵點。國內(nèi)應(yīng)加快養(yǎng)殖智能裝備的發(fā)展，在借鑒先進(jìn)國家技術(shù)與設(shè)備的同時加大完全自主產(chǎn)權(quán)養(yǎng)殖裝備的研發(fā)，打造出屬于中國特色的養(yǎng)殖智能裝備。畜牧業(yè)的發(fā)展離不開養(yǎng)殖裝備的發(fā)展，新一代規(guī)模養(yǎng)殖場離不開養(yǎng)殖智能裝備，養(yǎng)殖智能裝備體現(xiàn)了現(xiàn)代技術(shù)在畜牧業(yè)中的應(yīng)用。

4 新一代信息技術(shù)在養(yǎng)殖智能裝備的中的應(yīng)用及趨勢

對于養(yǎng)殖智能裝備，在設(shè)計和制造時，若結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)，則到實際生產(chǎn)中更能發(fā)揮裝備的作用。在新一代信息技術(shù)興起的背景下，大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈和數(shù)字孿生等先進(jìn)技術(shù)快速發(fā)展，與各個領(lǐng)域相結(jié)合發(fā)揮了巨大的作用。新一代信息技術(shù)將對上述智能裝備產(chǎn)生較大影響，結(jié)合技術(shù)的發(fā)展將在裝備智能化方面發(fā)揮最大作用。以下分別介紹各項技術(shù)在養(yǎng)殖智能裝備及畜牧業(yè)中的應(yīng)用。

圖9 養(yǎng)殖智能裝備發(fā)展趨勢影響因素圖

Fig 9 Factors influencing the development trend of breeding intelligent equipment

4.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)

在智慧養(yǎng)殖中不僅是將信息數(shù)字化，還需要從數(shù)據(jù)中獲取關(guān)鍵信息來服務(wù)于養(yǎng)殖，對于智慧養(yǎng)殖中龐大的數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)的構(gòu)建是十分必要的[32]。通過大量的數(shù)據(jù)可促進(jìn)智能裝備的準(zhǔn)確度，如對飼喂機器人投料量的多少進(jìn)行控制，長時間的大數(shù)據(jù)分析可得出牛羊個體健康成長所需的飼料量和配比，以此進(jìn)行精準(zhǔn)投料；同時也可通過大數(shù)據(jù)來分析奶牛所產(chǎn)牛奶的質(zhì)量，優(yōu)化擠奶機器人的設(shè)計和應(yīng)用；對于圈舍內(nèi)的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，可優(yōu)化巡檢機器人的自動巡檢路徑。同時通過對穿戴式設(shè)備的數(shù)據(jù)以及圈舍環(huán)境數(shù)據(jù)的構(gòu)建及分析，可以分析出牛羊的健康狀況、牛羊的生活習(xí)性，由此可得出最佳的生長環(huán)境指標(biāo)，同時可為現(xiàn)代養(yǎng)殖場中的精準(zhǔn)飼喂作數(shù)據(jù)支撐。國內(nèi)外在畜牧業(yè)上使用大數(shù)據(jù)分析做了較多研究。White等（2018）指出，使用當(dāng)前收集的或可能收集的關(guān)于畜牧業(yè)經(jīng)營的數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的預(yù)測分析過程，將通過加強畜牧業(yè)經(jīng)營決策來促進(jìn)精確的動物管理[33]。Lokhorst等（2019）評論奶牛養(yǎng)殖中的大數(shù)據(jù)時，通過對多篇論文的分析提出，當(dāng)有多種大數(shù)據(jù)特征和來源時將充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)在精準(zhǔn)奶牛養(yǎng)殖領(lǐng)域的應(yīng)用潛力[34]。Koltes等（2019）描述了在畜牧業(yè)使用高通量表型分析、“大數(shù)據(jù)”分析和相關(guān)技術(shù)的機遇和挑戰(zhàn)[35]。郗風(fēng)江等（2021）對國內(nèi)外智慧養(yǎng)殖場調(diào)研，提出設(shè)計智慧養(yǎng)殖場大數(shù)據(jù)平臺，對牲畜的疾病、特殊情況等進(jìn)行決策分析，實現(xiàn)對草場放牧的自動化管理[36]。Sokolov等（2021）在論文中指出，大數(shù)據(jù)技術(shù)允許處理海量和不同組成的信息，這些信息可以定期更新并位于不同的來源，這些技術(shù)的使用提高了工作效率和競爭力，并開發(fā)了新知識[37]。養(yǎng)殖場正越來越依賴傳感器和監(jiān)測設(shè)備來采集關(guān)于動物、環(huán)境和生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)分析將在養(yǎng)殖業(yè)中發(fā)揮更重要的作用。預(yù)測分析、數(shù)據(jù)挖掘和機器學(xué)習(xí)算法將用于處理龐大的數(shù)據(jù)集，以幫助決策制定者更好地管理養(yǎng)殖過程。這將提高生產(chǎn)效率和資源利用率。

4.2 人工智能技術(shù)

在現(xiàn)代科技領(lǐng)域，人工智能技術(shù)包括的范圍非常廣泛，但在智能裝備中所涉及的相關(guān)技術(shù)僅有機器視覺、相關(guān)人工智能算法等[38]。下面主要就機器視覺及算法對相關(guān)智能裝備的影響作相關(guān)介紹。對物體的避障和識別對養(yǎng)殖智能裝備十分重要，無論是軌道式還是自走式機器人都需要去識別個體及障礙物。機器視覺的快速發(fā)展，為機器人選擇避障及識別系統(tǒng)又多了一種選擇，通過視覺觀察去計算距離來達(dá)到避障的效果，通過人工智能算法來達(dá)到識別的效果。對控制飼喂機器人的投喂、擠奶機器人的擠奶、巡檢機器人的個體檢測等操作，機器視覺的應(yīng)用都能達(dá)到很好的效果。算法是人工智能的核心，各行各業(yè)的人工智能技術(shù)應(yīng)用都離不開算法的支撐，在智慧養(yǎng)殖中智能裝備的研發(fā)核心問題就是算法的設(shè)計實現(xiàn)問題。在各個智能機器人的設(shè)計中，算法的實現(xiàn)是機器人能夠自動工作的主要原因，前述大部分裝備都需要人工智能算法的支撐，算法的改進(jìn)與發(fā)展直接影響到智能裝備的性能。關(guān)于在養(yǎng)殖智能裝備中如何使用人工智能算法，也有一些學(xué)者在研究。Chuan等（2020）針對人工調(diào)整送料機器人送料路徑不均勻、質(zhì)量差等問題，提出一種改進(jìn)的RRT算法，以搜索一條平滑的、避開障礙物的優(yōu)質(zhì)喂養(yǎng)路徑[39]。姚禮垚等（2019）采用網(wǎng)絡(luò)模型算法對牛的臉部進(jìn)行檢測，對比了Faster R-CNN檢測模型、R-FCN檢測模型和SSD檢測模型，得出SSD檢測模型識別快，但精度不如Faster R-CNN檢測模型的結(jié)論[40]。蘇恒強等（2020）利用深度學(xué)習(xí)算法對生豬進(jìn)行個體識別，對比各種深度學(xué)習(xí)算法，實現(xiàn)了對生豬圖像的目標(biāo)檢測[41]。Qiao等（2021）對智能感知技術(shù)在牛的識別、體征指標(biāo)評分和體重監(jiān)測中應(yīng)用的現(xiàn)狀做了綜述[42]。深度學(xué)習(xí)技術(shù)，特別是卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）和循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）在圖像識別、聲音識別和自然語言處理方面取得了巨大的成功。在養(yǎng)殖裝備中，可用這些技術(shù)監(jiān)測動植物的行為、健康狀況和環(huán)境條件。越來越多的設(shè)備將集成深度學(xué)習(xí)來提高預(yù)測和分析的準(zhǔn)確性。機器視覺技術(shù)可以用于動植物自動檢測和分類，監(jiān)測它們的生長和健康狀況。自動化裝置如自動喂食器、自動化采集系統(tǒng)以及自動化環(huán)境控制系統(tǒng)也得到了廣泛應(yīng)用。無人牧場相關(guān)技術(shù)的興起是一個顯著趨勢。通過自主機器和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，養(yǎng)殖場主可以實現(xiàn)更高程度的自動化和遠(yuǎn)程管理。這不僅提高了生產(chǎn)效率，還節(jié)約了勞動力成本。

4.3 區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈技術(shù)最先是在數(shù)字貨幣的支付中提出來的，由于其可溯源、不可篡改等特點現(xiàn)在被應(yīng)用在眾多領(lǐng)域[43]。隨著人們生活水平的提高，人們對肉制品的質(zhì)量要求也逐步提高，肉制品的溯源也變得十分重要。根據(jù)區(qū)塊鏈自身的特點，應(yīng)用于智慧養(yǎng)殖場中對肉制品溯源顯然具有優(yōu)勢。同時，區(qū)塊鏈技術(shù)還能保障養(yǎng)殖場信息的真實性，在養(yǎng)殖業(yè)保險方面發(fā)揮作用，提高養(yǎng)殖企業(yè)的可信度。區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展對養(yǎng)殖場智能個體裝備的發(fā)展可以達(dá)到促進(jìn)的效果，通過耳標(biāo)或者二維碼等便攜物品進(jìn)行溯源，達(dá)到有跡可循。Neethirajan等（2021）表示，利用精準(zhǔn)畜牧業(yè)(PLF)技術(shù)實現(xiàn)畜牧業(yè)數(shù)字化的最新技術(shù)，特別是生物識別傳感器、大數(shù)據(jù)和區(qū)塊鏈技術(shù)，提出了區(qū)塊鏈技術(shù)在精準(zhǔn)畜牧業(yè)中的使用場景[44]。區(qū)塊鏈可以使生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)更加透明和可追溯。在養(yǎng)殖業(yè)中，這意味著每個生產(chǎn)步驟的數(shù)據(jù)，包括動物飼養(yǎng)、健康狀況、飼料供應(yīng)等，都可以通過區(qū)塊鏈進(jìn)行記錄和驗證。這有助于提高食品安全，減少食品源頭的問題，并提高產(chǎn)品質(zhì)量。區(qū)塊鏈技術(shù)在智能養(yǎng)殖裝備領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力，可以提高食品的安全性、生產(chǎn)效率和可持續(xù)性。隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展，養(yǎng)殖業(yè)將能夠更好地滿足市場需求，并提供更可靠的產(chǎn)品。

4.4 數(shù)字孿生

4.5 傳感器技術(shù)

數(shù)字養(yǎng)殖場是將養(yǎng)殖場內(nèi)的信息進(jìn)行數(shù)字化。目前，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)興起，各種傳感器技術(shù)在農(nóng)業(yè)畜牧業(yè)等行業(yè)的應(yīng)用需求日益增大。但適用于智慧農(nóng)業(yè)、智慧畜牧業(yè)的專用傳感器種類較少、數(shù)量不足。市場上所出售的傳感器，包括溫度、濕度、二氧化碳等較為成熟的傳感器，可用于養(yǎng)殖場環(huán)境控制；一些畜牧業(yè)專用傳感器，如針對牛羊運動檢測的智能項圈、對于檢測牛尾擺動的牛尾傳感器等，仍處于研發(fā)階段，市場上相關(guān)的畜牧業(yè)專用傳感器還較少[49]。傳感器的精度直接影響智能機器人的發(fā)展程度，對于養(yǎng)殖智能裝備，新的傳感器技術(shù)能使養(yǎng)殖智能裝備工作更加穩(wěn)定和高效，專用傳感器的發(fā)展對牲畜穿戴式裝備和智能環(huán)境控制系統(tǒng)的發(fā)展影響十分明顯。傳感器技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)畜牧業(yè)數(shù)字化的基礎(chǔ)，適用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)的傳感器是當(dāng)前研究的重點，智慧養(yǎng)殖的需求促進(jìn)了專用傳感器的發(fā)展。劉志偉等（2020）研究了加速度傳感器在畜禽行為上的應(yīng)用，闡明只需要用傳感器獲取畜禽行為數(shù)據(jù)就可識別出畜禽的行為[50]。Tedeschi等（2021）提出利用傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合人工智能的決策功能來協(xié)助智慧畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[51]。倪征等（2022）利用環(huán)境檢測傳感器構(gòu)建了環(huán)保型蛋鴨養(yǎng)殖圈舍，明顯提高了蛋鴨的養(yǎng)殖效益[52]。傳感器將繼續(xù)發(fā)展為能夠同時測量多個參數(shù)的多功能裝置，如溫度、濕度、氣體濃度、水質(zhì)、氧氣水平等。這將為用戶提供更全面的數(shù)據(jù)，有助于更好地監(jiān)測和管理養(yǎng)殖環(huán)境。傳感器與物聯(lián)網(wǎng)連接，使得用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)實時監(jiān)測和控制養(yǎng)殖設(shè)備，這有助于遠(yuǎn)程監(jiān)測和智能決策。除了監(jiān)測環(huán)境參數(shù)，傳感器技術(shù)還將發(fā)展用于監(jiān)測和識別動植物的行為、健康狀況和生產(chǎn)性能，這將有助于改進(jìn)養(yǎng)殖條件，提高產(chǎn)出。未來的傳感器將具有更高的精度，更少的能耗，以確保長期使用時的可持續(xù)性。由于農(nóng)場環(huán)境可能惡劣，傳感器將更耐用、防水、防塵和耐腐蝕，以適應(yīng)各種農(nóng)業(yè)條件。

養(yǎng)殖智能裝備的發(fā)展十分迅速，裝備從原來的機械裝備慢慢過渡到智能裝備都離不開這些技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。使用這些技術(shù)反過來又促進(jìn)和完善了養(yǎng)殖智能裝備，使得裝備越來越智能。圖10展示了相關(guān)技術(shù)對裝備的主要影響。

圖10 新一代信息技術(shù)對養(yǎng)殖智能裝備的影響

Fig 10 The impact of the new-generation information technology on breeding intelligent equipment

5 新一代信息技術(shù)背景下智能裝備發(fā)展趨勢分析

5.1 新一代信息技術(shù)在畜牧業(yè)上的應(yīng)用現(xiàn)狀

在新一代信息技術(shù)智能養(yǎng)殖裝備的實踐上，國內(nèi)外有著不同程度的應(yīng)用。在奶牛、肉牛和肉羊等家畜的智能養(yǎng)殖裝備研發(fā)實踐中，科研人員主要針對研發(fā)而在應(yīng)用方面主要依托于公司及成果轉(zhuǎn)化。國內(nèi)外基于新一代信息技術(shù)研制的智能養(yǎng)殖裝備已逐步走向產(chǎn)品化。以色列的阿菲金公司研發(fā)了奶牛相關(guān)的智能養(yǎng)殖裝備，包括智能腳環(huán)、項圈等，能對奶牛的發(fā)情進(jìn)行預(yù)測。奶牛的智能分群和智能擠奶廳等裝備已經(jīng)比較成熟；國內(nèi)的南京豐頓科技公司在牛、羊等家畜的飼喂方面有一些智能產(chǎn)品，包括智能分群設(shè)備和TMR飼喂智能監(jiān)測等產(chǎn)品。

綜上所述，各項新一代信息技術(shù)在畜牧業(yè)上都有較為成熟的應(yīng)用案例，人工智能在視覺感知及算法上都對傳統(tǒng)畜牧業(yè)的發(fā)展進(jìn)行了智能化推進(jìn)；大數(shù)據(jù)在建立個體飼喂檔案、相關(guān)決策模型上發(fā)揮了巨大的作用；養(yǎng)殖場中數(shù)據(jù)的可信性及農(nóng)產(chǎn)品的溯源離不開區(qū)塊鏈技術(shù)；傳感器技術(shù)及數(shù)字孿生對于整個養(yǎng)殖場的環(huán)境數(shù)據(jù)采集及養(yǎng)殖場構(gòu)建數(shù)字孿生系統(tǒng)提供了不可缺少的技術(shù)支撐。目前各項技術(shù)發(fā)展已經(jīng)比較成熟，如何與畜牧業(yè)的需求相結(jié)合是當(dāng)前研究發(fā)展的重點，把握畜牧生產(chǎn)各環(huán)節(jié)技術(shù)切入點能夠更好地讓技術(shù)為畜牧業(yè)服務(wù)，提高我國畜牧業(yè)的產(chǎn)出率。

5.2 新一代信息技術(shù)下養(yǎng)殖智能裝備發(fā)展面臨的困難

5.2.1 高成本問題

新一代信息技術(shù)通常需要大量的資金來研發(fā)和部署。智能裝備的成本可能對小型養(yǎng)殖場來說過高，限制了它們的采用。這可能導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)中的不平等，大規(guī)模養(yǎng)殖場可能更容易受益于新技術(shù)，而小規(guī)模養(yǎng)殖場難以承受高成本。

5.2.2 技術(shù)依賴性問題

新技術(shù)裝備通常需要高度的技術(shù)知識來維護(hù)和操作。這對一些農(nóng)民或養(yǎng)殖場主來說可能是一個障礙，特別是對那些缺乏技術(shù)培訓(xùn)和支持的人來說。

5.2.3 數(shù)據(jù)隱私和安全問題

智能裝備通常涉及大量的數(shù)據(jù)收集和分析。這可能引發(fā)數(shù)據(jù)的隱私和安全問題，特別是在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，養(yǎng)殖數(shù)據(jù)可能包含商業(yè)機密和個人信息。確保數(shù)據(jù)的安全性和合規(guī)性是一個挑戰(zhàn)。

5.3 新一代信息技術(shù)下養(yǎng)殖智能裝備的發(fā)展趨勢

在新一代信息技術(shù)發(fā)展背景下，加快養(yǎng)殖智能設(shè)備的研制及相關(guān)技術(shù)的融入，在智能裝備方面要達(dá)到精準(zhǔn)高效，加快我國智慧養(yǎng)殖行業(yè)發(fā)展。未來智能養(yǎng)殖裝備發(fā)展應(yīng)達(dá)到前所未有的高度，智慧養(yǎng)殖將走進(jìn)更多養(yǎng)殖戶的生活中。新一代信息技術(shù)的使用能夠解決當(dāng)前養(yǎng)殖智能裝備發(fā)展中的一些不足，提高養(yǎng)殖智能裝備的智能化程度。

5.3.1 養(yǎng)殖智能裝備國產(chǎn)化發(fā)展

借鑒和參考國外相關(guān)先進(jìn)技術(shù)，研發(fā)完全產(chǎn)權(quán)自主的本土化智能養(yǎng)殖裝備。本土化裝備將更加智能和靈敏，能夠針對不同場景進(jìn)行定制化設(shè)計，具有中國特色。

5.3.2 養(yǎng)殖智能設(shè)備更加智能統(tǒng)一

各獨立智能養(yǎng)殖裝備的使用能夠互聯(lián)互通，打破各裝備之間的信息壁壘，打造完整的智能養(yǎng)殖裝備系統(tǒng)，統(tǒng)一調(diào)度管理智能養(yǎng)殖裝備。

5.3.3 養(yǎng)殖智能設(shè)備的研究將加快成果落地進(jìn)程

首先根據(jù)現(xiàn)實情況可建立一批相應(yīng)的智能養(yǎng)殖裝備示范場，對智能養(yǎng)殖裝備進(jìn)行示范展示，將研究成果進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使智能養(yǎng)殖裝備能夠產(chǎn)業(yè)化，逐步將傳統(tǒng)養(yǎng)殖場過渡至智慧養(yǎng)殖場。

6 總結(jié)

本文主要從規(guī)?；腔垧B(yǎng)殖場建設(shè)所涉及的相關(guān)智能裝備和裝備發(fā)展趨勢、新一代信息技術(shù)對智能裝備的影響及發(fā)展趨勢進(jìn)行論述，詳細(xì)介紹了各種智能裝備在智慧養(yǎng)殖場中的應(yīng)用、當(dāng)前已經(jīng)做過的部分研究、未來養(yǎng)殖智能裝備的發(fā)展趨勢和新一代信息技術(shù)對智能裝備的影響，同時分析了新一代信息技術(shù)在智慧養(yǎng)殖中的應(yīng)用及影響。針對養(yǎng)殖智能裝備的發(fā)展，我們要做到本土化研制，結(jié)合新一代信息技術(shù)快速研制，同時我們要加快步伐構(gòu)建國內(nèi)完整的智慧養(yǎng)殖場體系，促進(jìn)國內(nèi)智慧畜牧業(yè)發(fā)展。

[1] 數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展規(guī)劃(2019—2025年)[J].畜牧產(chǎn)業(yè), 2020(2): 13-22.

[2] 趙春江：智能養(yǎng)豬是豬業(yè)發(fā)展大方向[J].北方牧業(yè),2020(14):17.

[3] 李保明.畜禽養(yǎng)殖數(shù)字化技術(shù)裝備[J].獸醫(yī)導(dǎo)刊,2019(15):9.

[4] 熊本海,楊振剛,楊亮,等.中國畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2015,31(S1):237-246.

[5] 農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)機械試驗鑒定總站.全混合日糧制備機選配及維修保養(yǎng)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社,2014.

[6] Trioliet.Triotrac自走式飼喂攪拌車[EB/OL].[2022-5-17]. https:// www.trioliet.com/products/self-propelled-feed-mixers/self-propelled-feed-mixer-triotrac.

[7] 席瑞謙,王娟,李正義,等.奶牛智能飼喂關(guān)鍵技術(shù)研究[J].中國農(nóng)機化學(xué)報,2021,42(02):190-196.

[8] 鄭國生,施正香,滕光輝.中國奶牛養(yǎng)殖設(shè)施裝備技術(shù)研究進(jìn)展[J].中國畜牧雜志,2019,55(7):169-174.

[9] Rovibec. Robot d’Alimentation Rover [EB/OL]. [2022-5-17]. https:// rovibecagrisolutions.com/produit/robot_alimentation_autonome_rover.

[10] 方建軍.飼喂機器人的研究與開發(fā)[J].農(nóng)機化研究, 2005(1): 158-160.

[11] 楊存志,李源源,楊旭,等.FR-200型奶牛智能化精確飼喂機器人的研制[J].農(nóng)機化研究,2014,36(2):120-122+126.

[12] 孫芊芊,李海軍,宣傳忠,等.基于羊只應(yīng)激反應(yīng)的智能飼喂機器人功能與造型研究[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2019,40(5): 60-64.

[13] 呂占民,金紅偉,王明磊.奶牛規(guī)模養(yǎng)殖機械化先進(jìn)適用裝備概述(一)[J].中國奶牛,2021(10):39-43.

[14] Bakirov S M, Logachev O V, Shlyupikov S V. Justification of parameters of automatic control system of robot feed distribution in cattle barn. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2020, 422:012057. DOI:10.1088/1755-1315/422/1/012057.

[15] BouMatic. SELF-GUIDED, COMMERCIAL GRADE ROBOTIC FEED PUSHER [EB/OL].[2022-5-17]. https://boumatic.com/us_en/ products/robotic-feed-pusher-fp-2.

[16] 焦盼德,賀成柱,楊軍平.奶牛智能推料機器人的研制[J].中國農(nóng)機化學(xué)報,2018,39(1):74-77.

[17] Rumba R, Nikitenko A. Development of free-flowing pile pushing algorithm for autonomous mobile feed-pushing robots in cattle farms[J/OL].17th International Scientific Conference Engineering for Rural Development, 2018. DOI:10.22616/ERDev2018.17.N477.

[18] 沈治.自適應(yīng)PID控制的自動推料機器人的設(shè)計[J].機械設(shè)計與制造,2020(10):261-264+269.

[19] Cowlar. Cowlar [EB/OL].[2022-5-17]. https://www.cowlar.com/store/ product.

[20] Rafael N Watanabe, Priscila A Bernardes, Eliéder P Romanzini, et al. Strategy to predict high and low frequency behaviors using triaxial accelerometers in grazing of beef cattle[J]. Animals, 2021, 11(12): 3438. https://doi.org/10.3390/ani11123438.

[21] 馬玲娟,皇才進(jìn),祁亞卓.國外擠奶機器人的發(fā)展現(xiàn)狀[J].中國奶牛,2015(22):48-51.

[22] AMS Galaxy USA. YOUR ROBOTIC MILKING SOLUTION [EB/OL].[2022-5-17]. https://amsgalaxy.com/milking/.

[23] Sim?es Filho L M, Lopes M A, Brito S C, et al. Robotic milking of dairy cows: A review[J]. Semina: Ciências Agrárias, 2020, 41(6): 2833-2850.

[24] Monov V, Karastoyanov D. Innovations in Robotic Cow Milking Systems[C]//2021 20th International Conference on Advanced Robotics (ICAR). IEEE, 2021: 58-63.

[25] 王成軍,李少強.基于TRIZ理論的轉(zhuǎn)盤式擠奶機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2022,22(7):2770-2775.

[26] 國科誠泰農(nóng)牧. 自動稱重分群系統(tǒng) [EB/OL].[2022-5-17]. http://www.gokeagri.com/SmartFarming/374.html.

[27] 孫建英,宣傳忠,于文波,等.規(guī)?；B(yǎng)殖場的羊只智能稱重分欄系統(tǒng)設(shè)計[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2020,25(9):64-71.

[28] 趙一廣,楊亮,鄭姍姍,等.家畜智能養(yǎng)殖設(shè)備和飼喂技術(shù)應(yīng)用研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].智慧農(nóng)業(yè),2019,1(1):20-31.

[29] hetwin. APOLLO - SLAT FLOOR CLEANING ROBOT [EB/OL]. [2022-5-17]. https://www.hetwin.at/en/apollo-cleaning-robot.html.

[30] 楊存志,賀剛,堯李慧,等.全自走牛舍清潔機器人的設(shè)計[J].農(nóng)機化研究,2017,39(5):90-94.

[31] 堯李慧,蔡曉華,田雷,等.自走式智能牛舍清潔機器人路徑設(shè)計與研究[J].農(nóng)機化研究,2018,40(1):51-56.

[32] 魏秀娟.大數(shù)據(jù)時代畜牧業(yè)信息化建設(shè)芻議[J].中國畜牧雜志,2014,50(10):38-41.

[33] White B J, Amrine D E, Larson R L. Big data analytics and precision animal agriculture symposium: Data to decisions[J]. Journal of Animal Science, 2018;96(4):1531-1539. DOI:10.1093/jas/skx065.

[34] Lokhorst C, de Mol R M, Kamphuis C. Invited review: Big data in precision dairy farming[J]. Animal, 2019,13(7):1519-1528.

[35] Koltes J E, Cole J B, Clemmens R, et al. A vision for development and utilization of high-throughput phenotyping and big data analytics in livestock[J]. Frontiers in Genetics, 2019, 10:1197.

[36] 郗風(fēng)江,張銳,郭洪飛.智慧養(yǎng)殖場大數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì),2021(3):79-80.

[37] Sokolov A, Batova V, Volkov A. Use of big data technologies in animal husbandry[J/OL]. E3S Web of Conferences, 2021, 273(2): 02030. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202127302030.

[38] Chuan Liao, Yinghua Liao, Jun Xie. Obstacle avoidance trajectory planning of loading robot based on improved rrt algorithm[J/OL]. International Core Journal of Engineering,2020,6(5). DOI: 10.6919/ ICJE.202005_6(5).0031.

[39] 陸蓉,胡肄農(nóng),黃小國,等.智能化畜禽養(yǎng)殖場人工智能技術(shù)的應(yīng)用與展望[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué),2018,24(7):34-40.

[40] 姚禮垚,熊浩,鐘依健,等.基于深度網(wǎng)絡(luò)模型的牛臉檢測算法比較[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2019,40(2):197-202.

[41] 蘇恒強,鄭篤強.基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)生豬圖像目標(biāo)檢測算法的應(yīng)用研究[J/OL].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報[2020-06-30]. DOI：10.13327/ j.jjlau.2020.5779.

[42] Qiao Y, Kong H, Clark C, et al. Intelligent perception for cattle monitoring: A review for cattle identification, body condition score evaluation, and weight estimation[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2021, 185:106143. https://doi.org/10.1016/j.compag.2021. 106143.

[43] 汪匯涓,徐倩,周愛蓮,等.區(qū)塊鏈的發(fā)展歷程及在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用展望[J].農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)學(xué)報,2021,3(3):76-86.

[44] Neethirajan S, Kemp B. Digital livestock farming[J]. Sensing and Bio-Sensing Research, 2021, 32: 100408.

[45] 陶飛,劉蔚然,劉檢華,等.數(shù)字孿生及其應(yīng)用探索[J].計算機集成制造系統(tǒng),2018,24(1):1-18.

[46] Deenamulle Kankanamge D P. Livestock traceability in New Zealand: Using blockchain to address current challenges in the industry[D]. The University of Waikato, 2022.

[47] ???, ???.???????????? - ????.?????????, 2020,45(8):1472-1481.

[48] Neethirajan S, Kemp B. Digital Twins in Livestock Farming. Animals (Basel), 2021,11(4):1008. doi:10.3390/ani11041008.

[49] 彭漢艮,倪軍,陳可.農(nóng)業(yè)傳感器發(fā)展態(tài)勢研究[J].江蘇農(nóng)機化, 2021(4):25-27.

[50] 劉志偉,李麗華.加速度傳感器在畜禽行為研究上的應(yīng)用[J].畜牧與獸醫(yī),2020,52(8):137-144.

[51] Tedeschi L O, Greenwood P L, Halachmi I. Advancements in sensor technology and decision support intelligent tools to assist smart livestock farming. Journal of Animal Science, 2021,99(2):skab038.doi: 10.1093/jas/skab038.

[52] 倪征,陳柳,云濤,等.基于智能環(huán)境監(jiān)測的蛋鴨環(huán)保型網(wǎng)床養(yǎng)殖圈舍設(shè)計及應(yīng)用[J].中國家禽,2022,44(2):70-76.

Analysis on the Development Trend of Breeding Intelligent Equipment Under the Background of New-Generation Information Technology

HU TianCi1, WANG WenSheng2, QI JingWei3, JIANG ChengXiang1, CHEN XinWen4, ZHENG WenXin4, GUO LeiFeng2*

1. College of Computer and Information Engineering, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China; 2. Agricultural Information Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 3. College of Animal Sciences, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China; 4. Quality Standards Institute of Animal Husbandry of Xinjiang Academy Animal Science, Urumqi 830011, China

In the current background of national promotion of the digital agriculture and smart farming , the breeding intelligent equipment began to develop vigorously. Using intelligent equipment in large-scale farms can improve breeding efficiency and reduce labor costs. At present, the domestic intelligent equipment has not been popularized, the domestic research on intelligent equipment is not sufficient, some of the intelligent equipments are still in the research and development stage, which can not reday for mass-scale production. Taking cattle and sheep breeding as example, the paper 1) summarizes breeding intelligent equipment and equipment function introduction demanded in the various stages of farming, 2) lists some of the current domestic research in the intelligent equipment, 3) introduces the impact of the new-generation technology, such as big data, artificial intelligence, etc. on the breeding intelligent equipment, 4) discusses the significance and existing problems of the domestic current development of breeding intelligent equipment, and 5) analyses the future development of the breeding intelligent equipment under the current background. The breeding intelligent equipment can accelerate the development of China's digital animal husbandry and improve the economic benefits of animal husbandry, which embraces the expansive prospects. Moreover, the breeding intelligent equipment can be used as hardware support for intelligent breeding and precision feeding, laying the foundation for the construction of a new generation of intelligent farm construction.

smart farming; smart equipment; artificial intelligence; big data; trend analysis

胡天賜, 王文生, 齊景偉, 蔣呈祥, 陳新文, 鄭文新, 郭雷風(fēng). 新一代信息技術(shù)背景下養(yǎng)殖智能裝備發(fā)展趨勢分析[J]. 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)學(xué)報, 2023,5(3):56-68.

HU TianCi, WANG WenSheng, QI JingWei, JIANG ChengXiang, CHEN XinWen, ZHENG WenXin, GUO LeiFeng. Analysis on the development trend of breeding intelligent equipment under the background of new-generation information technology[J]. Journal of Agricultural Big Data, 2023,5(3):56-68.

2023-07-04；

2023-08-10

運動馬及馬場智慧管理關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)（2022B02027-2），寧夏回族自治區(qū)重點研發(fā)計劃（2022BBF02021），內(nèi)蒙古自治區(qū)科技重大專項(2020ZD0004)，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程（CAAS-ASTIP-2023-AII），規(guī)模奶牛場中央廚房精準(zhǔn)飼喂決策系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用(22326609D)

胡天賜，E-mail：1272341570@qq.com；通信作者郭雷風(fēng)，E-mail：guoleifeng@caas.cn。