團隊成員在肉牛養(yǎng)殖基地安裝養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測設備。中國農(nóng)科院供圖

近日，山東諸城外貿(mào)有限責任公司的王春民發(fā)現(xiàn)，自從2008年參與物聯(lián)牧場的合作項目以來，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)測控制設備購置綜合成本下降0.23元/只，全程能耗減少10%以上。

“在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術和服務創(chuàng)新團隊的幫助下，我們的養(yǎng)殖環(huán)境和產(chǎn)品品質(zhì)顯著提高，供應了安全優(yōu)質(zhì)的肉雞產(chǎn)品，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。”他說。

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

來自中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術和服務創(chuàng)新團隊的科研人員歷經(jīng)14年，創(chuàng)建了物聯(lián)牧場理論方法與國家綜合平臺，研發(fā)畜禽生態(tài)—生理—生長多維專用感知技術，研建畜禽養(yǎng)殖智能調(diào)控裝備與大數(shù)據(jù)云平臺，形成畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術體系，加快了我國畜牧業(yè)信息化發(fā)展。

三大難題困擾

牛、豬、雞、鴨、羊……我國畜禽種類多，飼養(yǎng)模式差異大，飼養(yǎng)水平參差不齊。“這種狀況導致畜牧業(yè)信息化面臨一大難題，就是物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術和畜牧產(chǎn)業(yè)深度融合難。”中國農(nóng)科院農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術和服務創(chuàng)新團隊執(zhí)行首席科學家孔繁濤告訴《中國科學報》。

同時，傳感技術集成創(chuàng)新不足、畜禽無應激數(shù)據(jù)獲取手段較少、缺乏多通量專用傳感技術，導致了復雜環(huán)境下多特征聯(lián)動感知難的問題。

比如“雪花牛肉”好吃且價高，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，而且易造成牛的應激反應，影響育肥。”團隊骨干成員韓書慶說。

此外，畜禽精準飼喂模型算法較弱，畜禽智能化設備進口成本高，缺乏分析預測預警大數(shù)據(jù)平臺，導致了畜禽養(yǎng)殖智慧化預警調(diào)控難的問題。“吃什么、吃多少、何時吃，需要一個能形成養(yǎng)殖決策的‘智慧大腦’。”孔繁濤表示。

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

以三大問題為導向，科研人員開展了畜禽養(yǎng)殖動態(tài)感知關鍵技術與智能裝備創(chuàng)制及應用研究，并推出了一系列關鍵技術成果。

架起畜牧業(yè)與信息化的橋梁

首先，團隊首次創(chuàng)建了物聯(lián)牧場的理論方法，搭建了國家級農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)仿真測試評價平臺，克服了“融合難”的問題，為推進畜牧業(yè)信息化創(chuàng)新發(fā)展提供了方法論。

“物聯(lián)牧場就是物聯(lián)網(wǎng)技術在牧場生產(chǎn)、經(jīng)營、管理和服務中的集中應用。”孔繁濤說，該團隊建立起5種畜禽的多維立體信息感知方法，形成了包括22項關鍵技術的技術體系。而包括3個子平臺、14個系統(tǒng)、66臺套核心設備的國家級農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)科技創(chuàng)新、仿真測試與綜合服務平臺正是國內(nèi)首個此類平臺，填補了該領域國內(nèi)空白。

人們經(jīng)常看到奶牛耳朵上掛著標識牌。該團隊則提出了特有的與電子標識、條碼標識相配套的畜禽個體和小群體編碼規(guī)則，構建了高/低頻RFID、二維碼、條形碼等混合標識技術與關聯(lián)信息庫6個。

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

一方面，科研人員研建33項傳感技術，實現(xiàn)了生態(tài)環(huán)境變量的立體化監(jiān)測。另一方面，創(chuàng)新畜禽生理健康的奶牛電子項圈、電子藥丸、肉牛維生素A缺乏非侵入式診斷等28項傳感技術，實現(xiàn)了生理健康變量的數(shù)字化表達。此外，他們還研制了畜禽生長發(fā)育的奶牛評價智能化工具、種豬動態(tài)稱重、瘤胃傳感等34項技術，實現(xiàn)了生長發(fā)育變量的自動化采集。

“看瞳孔，知多少。”韓書慶介紹，基于機器視覺的PLS-DA診斷模型識別維生素A重度缺乏肉牛的準確率高達94.3%。這一成果為歐洲精準畜牧業(yè)(PLF)學科帶頭人Daniel Berckmans教授所引用，并入選2018年度PLF最新研究進展。

此外，團隊還構建了基于大數(shù)據(jù)的畜禽養(yǎng)殖分析預測模型庫，研制了智能化控制設備，解決了“監(jiān)測預警難”的問題，實現(xiàn)了畜禽高效健康養(yǎng)殖的智慧管理與科學決策。

智慧帶來效益

孔繁濤介紹，物聯(lián)牧場的成果已在山東、北京、海南等31個省區(qū)市推廣應用，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%。

中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)信息研究所副所長劉繼芳認為，物聯(lián)牧場推動了北京市現(xiàn)代畜牧業(yè)科技進步，提高了畜牧業(yè)信息化發(fā)展水平，引領了畜牧業(yè)高質(zhì)量發(fā)展方向。物聯(lián)牧場的研究也是該所的重點方向和重大任務，今后要持續(xù)不斷地推進研究深化。

中國農(nóng)學會組織的中國工程院院士汪懋華任組長的專家組評價認為，物聯(lián)牧場“整體達到國際先進水平，在家畜部分體況智能感知技術與瘤胃傳感技術等創(chuàng)新方面居國際領先水平”。

中國工程院院士趙春江評價道，物聯(lián)牧場技術體系進一步完善，研發(fā)的畜禽物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術與裝備逐步示范應用至全國各省份，應用效果明顯、成就非常顯著，畜禽養(yǎng)殖智慧化水平明顯提高。

103項關鍵技術、50套模型算法、17類設備及74個應用系統(tǒng)，物聯(lián)牧場的成果覆蓋了畜禽養(yǎng)殖全過程，取得了顯著的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益，但團隊并未感到滿足。

“物聯(lián)牧場是一個包含畜牧、自然、經(jīng)濟和人類活動的復雜系統(tǒng)，必須找準重點進行系統(tǒng)研究，才能突破發(fā)展瓶頸，提升發(fā)展水平。”孔繁濤說，他和團隊還將繼續(xù)開展畜禽養(yǎng)殖動態(tài)感知關鍵技術與智能裝備創(chuàng)制研究。