一、智能化養殖及其關鍵技術

在過去20年里，物聯網、深度學習等現代技術與農業發展的關系愈發緊密，為實現養豬產業的綜合效益提供了保障。人工智能（AI）和自動化技術通過傳感器進行的現代化數據采集、高速的數據傳輸以及通過物聯網進行的海量數據存儲，共同推進智能化養殖業發展。

智能化養殖是借助布置在養殖場各個位置的傳感器來采集所需要的信息，進行數據分析并發出相應指令，為豬的生長和生產提供精準化管理和智能化決策。智能化養殖可通過工程化設施，實現對豬只個體的識別及行為監測、體尺測量和體重測量、精準飼喂、疾病監測、糞污清理、環境的智能檢測和調控（圖1），最終達到養殖環境最佳化、飼料轉化率最大化、生豬養殖利益最優化。

圖1 智能技術在生豬生產中的應用

AI是計算機科學的分支，模擬人類思維以判斷復雜情況并做出決策。近年來，AI廣泛應用于各個領域，包括與生豬產業結合，為其發展帶來便利。在生豬養殖中，AI結合實現了信息智能感知，準確識別個體，并監控豬只的行為、情緒和生理狀況。

這種結合還記錄了生產數據，幫助養殖者更好預測母豬產仔數。當前，生豬養殖中應用的AI多數處于弱人工智能階段，但隨著科技的進步，強人工智能和超人工智能在養殖業中的應用也變得可能。自動化技術作為一項高新技術，被廣泛應用于各行各業。

基于機器視覺的自動化技術可以進行養殖場的預警，及時發現故障并報告，確保養殖場效益。隨著養殖場規模的不斷擴大，引入自動化設備已成為普遍趨勢。物聯網技術是涉及多學科且應用廣泛的技術，利用傳感器和網絡實現物體精準識別、監控和管理。近年來，可穿戴物聯網設備在生豬養殖領域應用廣泛，可實時監測豬只生理指標并生成精準數據，對精準飼喂和疾病預防具有重要的意義。推廣物聯網技術在生豬產業中應用可促進信息化和智能化發展，提高生產效率和經濟效益。此外，物聯網技術也可監管和追溯豬肉產品流通過程，保障豬肉產品質量和食品安全，讓消費者更安心放心地食用豬肉產品。

二、智能化養殖技術在養豬產業中的應用

養殖場內的環境是影響豬只健康與生長發育的重要因素。一個舒適、健康的環境可促進豬的健康生長，降低疾病發生率，確保生豬產品的安全性。智能化環境監測設備能夠精確捕捉環境中的任何不穩定變化，并在第一時間發出警報和調控指令，提醒養殖人員及時關注溫度和濕度等環境條件。

目前，我國先進養殖場大多配備智能化環境監測設備、加熱系統和通風換氣系統等智能環境調控系統，有效實現對環境的精準監測和調控。應用智能化環境監測和調控設備不僅提高豬生產性能，還節約成本，提高養殖場經濟效益。

對豬只個體進行識別，不僅能夠精準記錄豬成長過程，還能加強疾病防控以及識別混入豬群中的其它豬種，維護養豬場內部豬種的純種性，保障豬的生物安全。行為識別可以及時關注所觀察豬的狀態，如監測其進食時間、進食習慣等。Lao等開發了一種基于計算機視覺的系統，可以自動識別母豬在產仔箱中的行為，包括：喂奶、喝水和移動。

為方便豬群管理，提高動物福利，許多大型養殖場引進無線射頻識別技術。通過RFID讀取信息并進行交流和傳遞，實現對動物的個體識別和信息采集。在目標個體身上安裝RFID標簽，可進行跟蹤和監測，獲取基本信息，實現精準識別和行為監測。但RFID也有局限性，如識別距離較短、低頻RFID不能檢測多個電子標簽、受電池供電限制和存在信號干擾等。目前，已有研究利用超高頻的RFID檢測生長育肥豬的采食次數，但該技術仍需要進一步的研究。

近些年，隨著AI技術的發展，面部識別、姿勢識別等技術在養殖場內的應用也逐漸成熟，面部識別的攝像機通常安裝在槽前以捕捉豬臉圖像，通過分析軟件和算法完成對采集的豬臉圖像進行提取和識別，從而做到個體的精準識別。面部識別技術在養殖場的運用具有巨大潛力，對提高豬只福利和監測個體生長具有重要意義。但圖像采集需要考慮光照條件和豬的姿勢等因素，Sa等提出通過俯視角度相機，利用深度和紅外圖像的互補信息在各種光照條件下檢測豬的快速方法。但是圖像處理和識別算法過于復雜，仍需軟件進一步計算和校驗。因此，豬臉識別的效率和準確性需要進一步提高，才能應用于商品豬生產。

豬的咬尾問題是養殖者面臨的一項難題，有研究利用3D攝像機追蹤豬個體并收集數據，采用機器視覺算法處理數據，以自動測量豬尾巴姿勢，為解決咬尾行為提供了新思路。

豬的體尺和體重是衡量豬只健康、生長和生產性能的重要指標，也是養殖場選育品種的重要參數，精確測量豬的體尺和體重技術是智能化養殖的重要組成部分。傳統測量方法為人工直接測量，耗費人力和時間，對測量人員具有危險性，還容易對個體造成應激，從而影響健康。使用機器視覺和人工智能技術進行體尺和體重預估，與傳統手工測量相比，具有準確性高、測量快速且零接觸等優點。

機器視覺識別是利用多角度的圖像采集系統采集畜禽視頻或照片，經過圖像處理系統對照片或者視頻進行處理，篩選出與體重和體尺有關的特征，再通過機器學習特定的算法，預估出畜禽體的體重和體尺數據。智能的體重與體尺預估已有相關的報道，顯示了技術的可行性。豬的體尺測量主要利用豬的三維圖像或者深度圖像來提取體尺的特征點，再通過三維點云圖像的坐標預估體重和體尺。滕光輝等基于Kinect傳感器使用三維重構技術，獲取108組母豬臀股的三維圖像，并對圖像進行處理與分析，最終得到了母豬臀部的高寬比、臀股面積和曲率半徑與背膘厚度的相關系數。一些背部特殊的體尺數據需要獲得豬背部的深度圖像，利用圖像上背部的凹凸進行體尺特征點的識別，從而預估背寬等體尺數據。

但是，在大型養豬場中，攝像機的視野和數量有限，無法覆蓋所有的豬，且豬的位置和姿勢也會影響測量精準度，在真實的養殖場環境中，不需要人工干預的全自動測量很難實現。Shi等介紹了一種基于LabVIEW的移動測量系統，該系統是一種自動化、智能化的測量系統，它將多種智能技術相結合，實現對豬的精確定位追蹤后的測量，可應用于大型養豬場。Nguyen等介紹了一種手持式RGB-D相機，可快速預估育肥豬體重，打破固定式攝像機的束縛。移動測量系統具有較高的定位準度和測量精度，為豬體尺、體重的智能化測量提供了新思路。采用機器視覺技術來預估個體的體重和體尺數據，可以使得養殖場快速地獲取并分析數據，管理人員可以第一時間獲悉目標個體的體重和體尺數據，判斷其健康狀況和生長狀況，有利于養殖場的精細化、規范化管理。

為滿足人們消費需求和社會經濟發展需要，生豬養殖業逐漸向集約化、規模化方向發展，養殖場的養殖密度不斷增加，導致豬疫病暴發風險增大，為豬疾病監測和診斷增加了難度。采用智能化的疾病監測成為降低豬患病風險和阻斷病毒傳播的重要手段。

傳統病豬檢測方法是依靠肉眼觀察，需要養殖人員與豬長時間的密切接觸和觀察，會對豬的生產產生不良影響，且養殖人員的工作環境惡劣，存在交叉感染的隱患和風險。智能化養殖下的疾病監測具有將疾病遏制在早期，節省人力等優點。智能檢測主要依據健康豬和病豬在外觀、行為、進食量、體溫、聲音等方面的差異，通過機器視覺、紅外激光技術和熱傳感器等獲取豬只圖像或體征信息，提取并分析豬只的外觀、行為和體溫等特征，構建疾病模型，監測豬只是否健康。

智能疾病監測可以減少人與病豬接觸，降低交叉感染風險，阻斷病毒傳播途徑；節省人力財力，降低豬患病帶來的經濟損失；更重要的是可以加快疾病發現和診治進程，有效遏制傳染病蔓延，提高養殖場生物安全性。

豬場的糞污處理一直都是個難題，智能化、綠色化處理是關鍵。智能化、綠色化處理糞污不僅可以改善豬舍環境，還能減少溫室氣體的排放，避免對水體的污染和重金屬對土壤的污染，降低生豬業發展對環境造成的危害。

傳統糞污清理技術主要是堆積發酵，該方法簡單實用，但需耗費大量人力和時間，且大量糞污發酵時產生有毒有害氣體，影響空氣質量和豬只健康。目前規模化養殖場常采用機械化糞污清理，安裝刮糞板裝置，引進自動糞污控制系統，實現糞污實時清理，降低豬舍內有毒有害氣體的殘留時間，提高豬舍衛生條件。但機械清糞仍存在問題，如在糞污清理過程中，清糞設備可能受到損壞、卡頓、過載，進而造成糞污在舍內殘留，刮糞板上糞便粘結會降低工作效率等。因此，機械清糞技術需不斷改進，降低生產成本和提高工作效率才能廣泛應用。有研究人員設計出一款智能清糞機器人，該清糞機器人具有自動建圖、導航、回充和清糞功能，具有廣闊應用前景。

豬場所產生的污水是由糞便、尿液和清水等組成，需要經過處理才可以進行排放。污水處理是豬場糞污清理的一個重要環節，引進智能化技術可以提高污水處理的效率，做到有用物質的循環使用，實現豬場的可持續發展。

三、智能化養殖在生豬企業上的應用及成效 

隨著豬場生物安全疫情風險的不斷提高以及人工勞動成本的增長，越來越多養殖企業開始走上智慧養殖之路，并在此過程中實現經濟效益和環境效益的雙重提升。阿里云、京東、網易等互聯網巨頭與知名農牧企業推出以場景化、大數據、產業互聯網為基礎的養豬產業及豬場管理系統，如農信互聯系統、微豬科技、“FPF”未來豬場。

浙江華騰牧業打造的占地20000多平方米的智慧牧場，綜合應用了人工智能技術、云計算技術、自動化技術、物聯網等多種新興的技術，該智慧牧場全年可出欄1.2萬頭生豬，收集各種信息的傳感器分布在牧場的各個角落，牧場全年保持恒溫恒濕；豬舍地面干凈整潔，豬場產生的糞污都已通過自動化設備綠色回收，變廢為寶，可以實現零排放。

牧原食品股份有限公司現已形成集飼料加工、生豬育種、生豬養殖、屠宰加工為一體的豬肉產業鏈。公司基于物聯網技術和節能環保設備，創建了無人環控平臺，將自動環控系統通過物聯網將豬舍接入平臺管理，實現遠程查看豬舍狀態，遠程控制豬舍設備，配置參數等功能，實現自動調節控制，對環境參數異常及時報警，極大提高了管理效率，減少了疫病風險及生產損失。成果應用后，育肥豬達115kg，平均出欄日齡≤160天，頭均藥費降低41.79元，母豬年提供斷奶仔豬提高1.2頭。

四、小結與展望