團(tuán)隊(duì)成員在肉牛養(yǎng)殖基地安裝養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備。中國(guó)農(nóng)科院供圖

近日，山東諸城外貿(mào)有限責(zé)任公司的王春民發(fā)現(xiàn)，自從2008年參與物聯(lián)牧場(chǎng)的合作項(xiàng)目以來(lái)，公司養(yǎng)殖的肉雞成活率從92%提高至95%，單只防疫成本降低0.15元，肉雞雞舍監(jiān)測(cè)控制設(shè)備購(gòu)置綜合成本下降0.23元/只，全程能耗減少10%以上。

“在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和服務(wù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的幫助下，我們的養(yǎng)殖環(huán)境和產(chǎn)品品質(zhì)顯著提高，供應(yīng)了安全優(yōu)質(zhì)的肉雞產(chǎn)品，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?！彼f(shuō)。

如何建設(shè)現(xiàn)代畜牧場(chǎng)?怎樣更好地保障畜禽生長(zhǎng)、繁殖、飼養(yǎng)和防疫?產(chǎn)出高質(zhì)量的肉蛋奶，離不開(kāi)信息化的幫忙。近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用方興未艾，物聯(lián)網(wǎng)之于牧場(chǎng)仍是個(gè)新鮮事物。

來(lái)自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和服務(wù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的科研人員歷經(jīng)14年，創(chuàng)建了物聯(lián)牧場(chǎng)理論方法與國(guó)家綜合平臺(tái)，研發(fā)畜禽生態(tài)—生理—生長(zhǎng)多維專用感知技術(shù)，研建畜禽養(yǎng)殖智能調(diào)控裝備與大數(shù)據(jù)云平臺(tái)，形成畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系，加快了我國(guó)畜牧業(yè)信息化發(fā)展。

三大難題困擾

牛、豬、雞、鴨、羊……我國(guó)畜禽種類多，飼養(yǎng)模式差異大，飼養(yǎng)水平參差不齊?！斑@種狀況導(dǎo)致畜牧業(yè)信息化面臨一大難題，就是物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)和畜牧產(chǎn)業(yè)深度融合難?！敝袊?guó)農(nóng)科院農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和服務(wù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)執(zhí)行首席科學(xué)家孔繁濤告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

同時(shí)，傳感技術(shù)集成創(chuàng)新不足、畜禽無(wú)應(yīng)激數(shù)據(jù)獲取手段較少、缺乏多通量專用傳感技術(shù)，導(dǎo)致了復(fù)雜環(huán)境下多特征聯(lián)動(dòng)感知難的問(wèn)題。

比如“雪花牛肉”好吃且價(jià)高，可要知道，提高肌間脂肪的沉積與肉牛維生素A的攝取密不可分。那么如何判定牛吃的維生素A多了還是少了呢?“之前多采用抽取血清測(cè)量的侵入式診斷，但這種方法不僅成本高，而且易造成牛的應(yīng)激反應(yīng)，影響育肥?！眻F(tuán)隊(duì)骨干成員韓書慶說(shuō)。

此外，畜禽精準(zhǔn)飼喂模型算法較弱，畜禽智能化設(shè)備進(jìn)口成本高，缺乏分析預(yù)測(cè)預(yù)警大數(shù)據(jù)平臺(tái)，導(dǎo)致了畜禽養(yǎng)殖智慧化預(yù)警調(diào)控難的問(wèn)題?！俺允裁础⒊远嗌?、何時(shí)吃，需要一個(gè)能形成養(yǎng)殖決策的‘智慧大腦’?！笨追睗硎?。

在這支團(tuán)隊(duì)看來(lái)，畜牧業(yè)信息化在理論方法上缺乏畜牧物聯(lián)網(wǎng)理論和國(guó)家認(rèn)證支撐，在感知技術(shù)上缺乏畜禽“生態(tài)—生理—生長(zhǎng)”系列智能化信息采集關(guān)鍵技術(shù)，在智慧管控上缺乏畜禽養(yǎng)殖模型算法、智能設(shè)備和大數(shù)據(jù)決策平臺(tái)。

以三大問(wèn)題為導(dǎo)向，科研人員開(kāi)展了畜禽養(yǎng)殖動(dòng)態(tài)感知關(guān)鍵技術(shù)與智能裝備創(chuàng)制及應(yīng)用研究，并推出了一系列關(guān)鍵技術(shù)成果。

架起畜牧業(yè)與信息化的橋梁

首先，團(tuán)隊(duì)首次創(chuàng)建了物聯(lián)牧場(chǎng)的理論方法，搭建了國(guó)家級(jí)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)仿真測(cè)試評(píng)價(jià)平臺(tái)，克服了“融合難”的問(wèn)題，為推進(jìn)畜牧業(yè)信息化創(chuàng)新發(fā)展提供了方法論。

“物聯(lián)牧場(chǎng)就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在牧場(chǎng)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理和服務(wù)中的集中應(yīng)用?！笨追睗f(shuō)，該團(tuán)隊(duì)建立起5種畜禽的多維立體信息感知方法，形成了包括22項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的技術(shù)體系。而包括3個(gè)子平臺(tái)、14個(gè)系統(tǒng)、66臺(tái)套核心設(shè)備的國(guó)家級(jí)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)科技創(chuàng)新、仿真測(cè)試與綜合服務(wù)平臺(tái)正是國(guó)內(nèi)首個(gè)此類平臺(tái)，填補(bǔ)了該領(lǐng)域國(guó)內(nèi)空白。

人們經(jīng)?？吹侥膛６渖蠏熘鴺?biāo)識(shí)牌。該團(tuán)隊(duì)則提出了特有的與電子標(biāo)識(shí)、條碼標(biāo)識(shí)相配套的畜禽個(gè)體和小群體編碼規(guī)則，構(gòu)建了高/低頻RFID、二維碼、條形碼等混合標(biāo)識(shí)技術(shù)與關(guān)聯(lián)信息庫(kù)6個(gè)。

其次，該團(tuán)隊(duì)研制了畜禽“生態(tài)—生理—生長(zhǎng)”多通量專用傳感技術(shù)，創(chuàng)新了畜禽多維立體感知方法，突破了“感知難”的問(wèn)題，為智慧養(yǎng)殖獲取海量數(shù)據(jù)提供了技術(shù)保障。

一方面，科研人員研建33項(xiàng)傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)環(huán)境變量的立體化監(jiān)測(cè)。另一方面，創(chuàng)新畜禽生理健康的奶牛電子項(xiàng)圈、電子藥丸、肉牛維生素A缺乏非侵入式診斷等28項(xiàng)傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了生理健康變量的數(shù)字化表達(dá)。此外，他們還研制了畜禽生長(zhǎng)發(fā)育的奶牛評(píng)價(jià)智能化工具、種豬動(dòng)態(tài)稱重、瘤胃?jìng)鞲械?4項(xiàng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了生長(zhǎng)發(fā)育變量的自動(dòng)化采集。

“看瞳孔，知多少?！表n書慶介紹，基于機(jī)器視覺(jué)的PLS-DA診斷模型識(shí)別維生素A重度缺乏肉牛的準(zhǔn)確率高達(dá)94.3%。這一成果為歐洲精準(zhǔn)畜牧業(yè)(PLF)學(xué)科帶頭人Daniel Berckmans教授所引用，并入選2018年度PLF最新研究進(jìn)展。

此外，團(tuán)隊(duì)還構(gòu)建了基于大數(shù)據(jù)的畜禽養(yǎng)殖分析預(yù)測(cè)模型庫(kù)，研制了智能化控制設(shè)備，解決了“監(jiān)測(cè)預(yù)警難”的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了畜禽高效健康養(yǎng)殖的智慧管理與科學(xué)決策。

智慧帶來(lái)效益

孔繁濤介紹，物聯(lián)牧場(chǎng)的成果已在山東、北京、海南等31個(gè)省區(qū)市推廣應(yīng)用，涵蓋奶牛、肉牛、生豬、蛋雞、肉雞等5種主要畜禽。該成果使不同畜種飼料轉(zhuǎn)化率提高8%~10%，死淘率降低5%~10%，用工減少15%~20%，能耗降低12%~15%，生產(chǎn)用水節(jié)約4%~9%。

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所副所長(zhǎng)劉繼芳認(rèn)為，物聯(lián)牧場(chǎng)推動(dòng)了北京市現(xiàn)代畜牧業(yè)科技進(jìn)步，提高了畜牧業(yè)信息化發(fā)展水平，引領(lǐng)了畜牧業(yè)高質(zhì)量發(fā)展方向。物聯(lián)牧場(chǎng)的研究也是該所的重點(diǎn)方向和重大任務(wù)，今后要持續(xù)不斷地推進(jìn)研究深化。

中國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì)組織的中國(guó)工程院院士汪懋華任組長(zhǎng)的專家組評(píng)價(jià)認(rèn)為，物聯(lián)牧場(chǎng)“整體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，在家畜部分體況智能感知技術(shù)與瘤胃?jìng)鞲屑夹g(shù)等創(chuàng)新方面居國(guó)際領(lǐng)先水平”。

中國(guó)工程院院士趙春江評(píng)價(jià)道，物聯(lián)牧場(chǎng)技術(shù)體系進(jìn)一步完善，研發(fā)的畜禽物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與裝備逐步示范應(yīng)用至全國(guó)各省份，應(yīng)用效果明顯、成就非常顯著，畜禽養(yǎng)殖智慧化水平明顯提高。

103項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)、50套模型算法、17類設(shè)備及74個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，物聯(lián)牧場(chǎng)的成果覆蓋了畜禽養(yǎng)殖全過(guò)程，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益，但團(tuán)隊(duì)并未感到滿足。

“物聯(lián)牧場(chǎng)是一個(gè)包含畜牧、自然、經(jīng)濟(jì)和人類活動(dòng)的復(fù)雜系統(tǒng)，必須找準(zhǔn)重點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)研究，才能突破發(fā)展瓶頸，提升發(fā)展水平?！笨追睗f(shuō)，他和團(tuán)隊(duì)還將繼續(xù)開(kāi)展畜禽養(yǎng)殖動(dòng)態(tài)感知關(guān)鍵技術(shù)與智能裝備創(chuàng)制研究。