摘要

随着现代科技的发展，物联网、区块链、人工智能、云计算、5G通信技术已经融入到人们的生活中，智能化设备将逐步解放劳动力资源，代替人类开展各项智慧化的复杂工作。在社会经济大发展和国家乡村振兴战略大背景下，为了更好地适应智慧畜牧业的发展趋势，文章以养猪生产为例，主要从现代化技术应用方面综述了国内外智慧畜牧的发展过程，描述了智慧畜牧业的概念及关键性技术，介绍了当前智慧养猪模式及其共性化智能管理技术方案、市场销售及溯源体系建设等，目的是为推广应用智慧养殖提供技术参考，进一步提高养猪生产效率和科技含量，提升智能管控水平，增进动物福利，实现资源共享，更好地推动养猪业朝着现代化、高质量、可持续方向发展。

关键词

智慧养殖；管理模式；养猪生产；应用

5智慧养猪管理模式

5.1 饲养方式与智慧养猪模式

智慧养猪模式并不是独立于现有的养猪模式之上存在的，在养猪科学规律、建筑结构及生物安全等要求形成的养猪模式基础上，需要融合智慧化的理念与技术，才形成所谓的智慧养殖模式。因此，需要事先了解不同猪群或个体的类型及其在不同生长、生理阶段的养殖模式。现有养猪模式有很多种分法，按饲养类别可分为全程饲养式、生产仔猪式（母猪饲养）、育肥猪饲养式和种猪饲养式；按养猪数量分大、中、小型规模养猪场和养殖小区、散养户；按母猪活动空间可分集约化饲养、半集约化饲养和散养等。目前，国内规模化养殖模式主要有以下几种：

5.1.1 单栏饲养模式

单栏饲养模式，即“一栏一畜”，种公猪单栏饲养模式最为广泛，单列猪舍通常设运动场，以增加公猪活动量，双列公猪舍无运动场，需要适当增加圈栏面积，建议标准为9.0～12.0m2/头，可配备自动保暖、降温、采光等智能监测设备。哺乳母猪产床单栏智能饲喂模式，以Nedap等智能化母猪饲喂为例，可以实现自动饲喂、准确配料及下料、智能化监测和采食数据采集与数据共享等，栏位配置识别器和自动供料系统，并与上位端控制系统相连，中央处理器对采食、产仔数据分析处理，并能生成个体饲喂曲线，成为智能控制和溯源依据。这种模式的优势是工作量少，同时能提高哺乳母猪的采食量，既照顾了母猪的健康体况，也兼顾了动物福利；缺点是饲养设备造价较高，空间资源利用率较低，不适宜大规模化的养殖。

5.1.2 限位栏饲养模式

个体限位栏饲养系统（Individual stall system）主要用于妊娠母猪的饲养，又称定位栏饲喂，限位栏规格一般长2.2m，宽0.6m，其主要特点是“集中、密集、节约且低成本”，方便转群，这种饲养模式于20世纪80年代兴起的工厂化养猪法，栏位利用率高，可以配备智能监测与调控设备，虽然工厂化水平较高，但实行大规模养殖成本也不低，而且又限制了母猪的自由和活动空间、饲养环境恶劣，对猪的发病与繁殖性能有一定影响，在强调动物福利的背景下，这种工艺也逐渐被其他饲养模式取代。

5.1.3 分栏群养模式

断奶仔猪最普遍的饲养模式，工艺和舍饲简单，规模较大的猪场采用分群散养方式，每个猪群40～80头左右，面积为18.68～36.32m2左右；该饲养工艺中可设置仔猪智能饲喂器、供水设备及暖床、清洁、消毒、玩具等设施，同时照顾了仔猪福利，符合智慧养殖工艺要求。育肥猪饲养根据其体重大小归类分栏，猪群规模20～40头，每头占地面积0.6～1.0m2；为了节约投资，根据群体规模大小估算猪舍、圈栏面积，确保猪群采食、躺卧、排泄、活动等需要。这种饲养模式的优点是大群饲养资源浪费少、密度高、投资较小，采用3S、AI等技术可实现环控与智能化管理；缺点是机械化程度低、不利于个体监测，只能确定总的饲料使用量，无法精准计算每头猪的采食量。

5.1.4 微生物发酵床养殖模式

微生物发酵床是利用有益微生物作用，将猪的垫料（秸秆、锯末屑等）中的粪、尿进行降解或转化，实现污染物“零排放”，其分为接触式和非接触式两种发酵方式，异位发酵床是应用最广的非接触式发酵床，在舍外建设发酵池，在智能化环境监测、猪只行为监控和精准饲喂模式下，同时将猪生长空间与粪尿发酵分开，利用智能发酵处理控制系统，调控自动翻耙翻堆来加速好氧发酵，进行粪污资源化利用处理；在整个养猪过程是一个闭循环，饲料消化、代谢最终转化成为有机肥料，既有利于环保，又促进资源再利用。优点是降低了粪污处理量，环保、无臭味、零排放，又增强了猪只免疫力、提高了饲料转化效率，但这种环境容易滋生细菌和寄生虫，不利于动物疾病的控制。

5.1.5 智能化母猪群养模式

即所谓的电子饲喂站（Electronic Sow Feeding，ESF），分为动态饲养模式和静态饲养模式两种系统，动态饲养模式如荷兰NeDaP公司生产的Velos系统饲喂站，每个ESF饲喂50头母猪，可同时饲喂各个阶段的母猪，因此需要配置自动分离和发情检测装备；静态饲养模式如加拿大JYGA公司生产的Gestal3G系统饲喂站、成都肇元公司研发的饲喂站（图1），其设备简化，维护方便，主要用于饲喂怀孕母猪，根据其规模设置ESF，每个ESF饲喂16～22头，可以实现整群全进全出生产，饲养管理更方便。ESF采用RFID技术完成母猪身份识别，使用机械门控隔离母猪，利用AI、动态模型及大数据等技术实现母猪的精准饲喂，并根据不同类型制定自动或个性化的管理饲喂曲线，所有功能可通过手机APP、下位机现场控制面板或上位机PC端口远程控制与设置。当母猪采食时，经采食槽附件的识别器感应，饲喂装备入口的传感器触动电机控制翻转门，给母猪一个暂时的封闭环境，并根据数据库信息判断投料，采食完成后可等待下1头猪。这种模式具有智能化程度高、猪生产性能高、发病率低，投料精准且利用率高，有较好的饲养记录和动物福利多方面优势，适合于工业化水平较高的大规模养殖场。

5.1.6 多层楼房智能化养猪模式

自楼房养猪概念被提出后，四川天兆猪业、广西扬翔、温氏集团、北京首农集团先后不断推广应用，并在设施、设计等方面得以完善，解决了猪舍布局、物料流通、空气流通、猪只流通、水源流通、废物流通等方面的诸多问题。集群式“高层铁桶”楼房智能化养猪模式是广西扬翔股份有限公司创新探索出来的一种安全可靠的养殖模式，其整合了养猪产业与互联网优势资源，基于AI、区块链等前沿技术应用而构建，设有生产区、隔离区、污水处理区等，配套猪舍供热、空气过滤、通风等系统，打造出了“铁桶”一般严密的生物安全环境，这一模式已经被众多企业所借鉴。多层楼房养猪是畜牧业工厂化的标志，其有效节约了土地资源、提升了养殖规模和智能管理能力，提高了动物福利水平、生物安全度和养殖生产效率，随着5G时代的到来，楼房养猪的现代化、数字化、智能化应用会更加普遍，并成为大型规模养猪场的主流养殖模式之一。

5.1.7 “无人值守”猪场养殖模式

“无人值守”猪场养殖模式，采用物联网（IoT）、大数据、云计算等多样化技术研发机器人(Robot)、无人机（UAV）替代人工开展多项工作，实现养殖设备控制和智能管理、自我决策、个性化的服务。采用3S、计算机视觉分析等技术获得动物的位置信息并定位、导航、行为识别和无线传输，采用AI技术智能分析和操控机器人或无人机进行自动作业。无人牧场散养是一种基于AI下的生态养殖模式，将荒山、荒地或果园、草地等资源利用起来，作为自由散养区域，在管理过程中无人农场的管理业务均由设备独立完成，管理者可从智能手机、移动设备监控来实现精确管理以实现无人值守牧场的安全运行；这种模式多应用于牛羊草食畜牧场，随着物联网、智能化的发展，“无人值守”养殖模式将会迅速发展，无人猪场散养也成为一种新的发展方向，特别适合于地方品种猪、较小规模的饲养，为低碳、环保、生态型养猪模式。

5.2 共性智能管理技术方案

不同的养殖模式对养猪规模和不同阶段的猪的饲喂效果不同，但整个养殖过程具有共性的管理方式和智能化技术方案，主要包括环境监测及智能化调控、猪只健康行为状况的监测、营养水平与精准饲喂三个方面内容。

5.2.1 环境监测与智能调控

影响猪只生长环境的因素很多，如温湿度、氨气、光照、噪声、粉尘等，其中最重要的因素是温湿度和舍内有害气体。运用IoT技术对各项因素进行感知、定位、监控，同时运用以无线Wi-Fi、5G等网络技术将养殖舍环境参数传输到云端软件管理平台，利用AI技术通过远程操控方式对养殖舍环境信息的实时监测与预警，能够在最短时间内对这些因素进行计算分析，并根据设定的参数自动调节和控制相应的喷淋、风机、加热器等设备，实现对畜禽舍环境进行智能调控，保持圈舍环境最佳状态。同时，这个过程信息可以非常方便地显示在管理者电脑、手机等监测设备终端。如图2。猪在特定环境下进行修养生息，既能满足动物的福利及健康，也能提高猪的养分转化率。关键性技术就是测定指标的各种传感器和操作系统的软硬件的研发，对获取到的监测数据快速有效地进行应答，如抗干扰而高检测精度的有害气体、粉尘、微生物等特定物质传感器的研发；为消除温度与湿度的耦合效应，进一步开发稳定的温湿度控制系统，寻求适宜的生长环境。

5.2.2 猪只健康行为状况的智能监测

通过RFID、计算机视觉、3S和“5G+机器人”等技术手段对猪只个体识别和行为识别，达到精准养殖管理和健康状况的监测，实现生产过程的动态监管和图片影像诊断、可视屏远程诊疗，确保生猪养殖健康高效。特别是Robot、UAV的投入使用，对猪只身体状况进行实时监测，对其行为进行智能巡检，如开展采食、体温、体重、排泄、发情、活动量及强度等进行监测与调控，为每头猪创建一个档案，针对性地进行监测和记录这些数据，结合猪只个体信息、行为特征识别、特征分析等手段，对猪饲喂、转群和防疫、诊疗等提供依据，对母猪发情、母猪分娩进行判断和预测，来调控分娩及生长环境，提高猪的生产效率与繁殖性能。如图3。猪只健康行为智能化监测的核心是大数据和云计算技术，因为需要实时获得多次猪只的个体的位置、行为及健康等信息数据，需要对这些采集到的信息数据进行分析和挖掘，同时还要提取数据库里面相关的信息（如品种、饲料营养与标准等）。

动物健康和福利对于智慧养殖来说意义重大，关乎未来畜牧业的发展与可持续性，也直接影响着畜产品品质；智慧养殖过程要保证动物营养科学、行为特征健康，确保动物拥有一个舒适的饲养环境和饱满的精神状态。Mellor在前人研究的基础上更详细描述了动物福利，并提出围绕营养、环境、健康、行为、精神状态五个方面评估动物福利，行为是动物健康和福利状况的重要指标，反映了动物对周围环境的舒适度，可通过各种传感器、音视频等设备来监测、识别、判断动物的姿势、运动和精神状态，进而判断其健康状况。在养猪场，视频、红外摄像、定位信息采集、猪脸识别等技术用于生猪健康和行为监测上，非接触式采集信息及智能化数据分析挖掘已取得良好的效果；采用音频技术监测猪在异常时所发出的异常声音（如呼吸、咳嗽等），通过对信号提取、预处理、识别分析，监测生理健康状况。

5.2.3 精准营养与智能饲喂控制

精准畜禽养殖（Precision Livestock Farming，PLF）是利用现代信息技术通过监测动物的真实情况，从而优化动物饲养过程，实现对畜禽个体精准管理。PLF通过机器学习（Machine Learning，ML）、数据分析和控制，促进了畜禽环境监测、精准饲喂、健康状况识别、疾病诊断等自动化，减少了人工观察和管理时间，有利于动物健康和福利。对于猪只饲养群体，建立一个全自动饲喂与智能配料系统，须包含智能识别、称重、运动等信息的采集及其数据传输和智能控制（如营养调配、精准饲喂、自动分群和饲料余量监测等），也包括营养专家构建与猪品种、养猪模式、饲料源等相关的数据库及其采食动态模型等。

精准饲喂是参照猪的理论养分量，通过合理的喂量与饲喂制度，尽可能使实际饲喂与理论相一致，目的是促进采食量最大化，既要保证不同猪只采食的均匀化，又要实时精准供料，减少饲料的浪费，最终获得理想的生长或增重、最佳饲料报酬和最大利润。精准饲喂是以智能供料设备为基础，以软件控制系统为核心，并在特定的大数据模型条件下实行精准营养，首先是各种传感器提供感知信息，其次通过对数据运算、处理和控制饲喂器的电机进行工作，实现基于个体的精准饲喂、精准配方及饲喂绩效分析，最后是多台饲喂器为自动控制终端，来达到对生猪的营养、生长、繁育等数据智能化管理及精确监测。

5.3 智慧化市场营销体系

在生猪产业链中，饲料生产商、养猪企业、生猪屠宰场、畜产品营销部门之间的联系必不可少，随着我国信息技术的进步和社会的发展，有力地促进了智慧畜牧业快速、健康发展进程，使得养猪产业与流通高效耦合，有效带动第三产业的发展。畜产品销售一方面转化了养殖企业经济的收益，一方面满足了人们对肉品的需求、促进了社会稳定。猪联网4.0的发展，将猪业相关的资源连接起来，利用大数据功能对区域猪价、价格指数、饲养周期等进行准确的分析，促进了在互联网时代数字化销售体系较快发展，特别是随着人工智能、5G时代的到来，传统的销售体系已经显得有点落伍了。未来“智慧畜牧业”的发展利用互联网、大数据、区块链和人工智能等现代技术作为支撑，建立生产端与市场端的数字连接，与销售业务、财务、信息融为一体，形成高效、便捷、安全、环保的网格化营销模式，创建多功能网络销售平台、数字化管理平台、物流配送平台、经销管理平台，反推畜产品向绿色、环保和高质量方向发展，进一步促进物流营销体系升级，增强国内外市场竞争力。

5.4 猪肉质量安全与全程可追溯体系

溯源能够对产品进行不定向的追踪管理，国家也先后出了许多文件强调畜产品的“可追溯性”；现有的溯源技术分标签和系统集成两类，标签类包括条形码、二维码、芯片标识等，系统集成类指企业、第三方或政府构建的溯源平台。区块链技术在智慧农业中应用最广泛的是农产品供应链管理中的质量安全和可追溯功能，这是提高产品质量和打击非法产品生产最有效措施，也是保障消费者权益最有效的方法，因为所有产品来源、运输、交易及消费环节都可全程跟踪，其产品生产、安全、权限和安全相关记录在内的电子证书都存储在日志文件，同时为农业主管、市场监管部门的管理提供方便、透明的追查问责制，为整个社会和农业创造了巨大的价值。动物佩戴的电子耳标将其品种、年龄以及健康等信息予以记录，并实现共享，将数据上传到追溯中心数据库，与屠宰加工、物流配送、商务与供销信息接联，消费者可利用智能手机APP通过二维码或条码等标识对生猪及其产品生产流通过程进行全程跟踪，如图4。

6 小结

智慧畜牧业利用物联网联结各种现代技术，开启畜禽智能化管理模式，不仅在替代劳动力的情况下提高了养殖生产效率，还能为畜禽提供良好的饲养环境和最佳的营养水平，促进动物健康成长，减少动物应激，增进动物福利。同时，在大数据、云计算、5G、区块链等技术优势下，一方面利用网络技术，拓宽了产品销售渠道与营销手段，一方面实现养殖信息查询、服务，实现了资源共享，奠定了溯源基础，促进畜产品质量安全。因此，对于规模化养殖来说，虽然养殖量与方式各有差异，但智慧养殖管理模式意义更为重大，需要我们抢抓机遇，提升畜牧业整体水平，才能达到与时俱进的效果。但是随着社会的发展和新技术的应用，可能面临许多现实的问题，需要进一步在模式设计、布局以及智能设备软硬件研发、人才培育等方面不断完善与改进。