我国智慧畜牧业发展现状与趋势

  摘要:畜牧业现代化是农业现代化的排头兵和风向标。以人工智能为代表的新一代信息技术正在加速畜牧业向科技型、标准化产业转型升级,智慧畜牧作为智慧农业的典型应用方案得到了广泛的研究与实践。本文对我国畜牧业发展现状进行了深入分析,概括了物联网、云计算与大数据、人工智能等核心技术应用于畜牧业的广阔前景,阐述了畜牧业发展的趋势,针对智慧畜牧提出了加速智能装备研发、制定产业标准、研发畜牧专用芯片及建设立体智慧畜牧云平台等对策建议。

我国是畜牧业大国,畜牧总量常年位居世界前列,其发展在国民经济中占有极其重要的地位。作为农业的重要组成部分,畜牧业从家庭副业逐步成长为农业农村经济的支柱产业,已经具备了比较充足的生产能力和比较完善的质量安全保障体系。农业农村部在《2018年畜牧业工作要点》中指出“推动畜牧业在农业中率先实现现代化,是畜牧业助力‘农业强’的重大责任”。2016年国务院发布《全国农业现代化规划(2016-2020年)》明确提出,到2020年畜牧业产值占农业总产值的比重要超过30%,而2018年我国畜牧业产值仅占农业总产值的25.27%。根据国家统计局数据显示,2016年我国畜牧业总产值达到30461.17亿元,首次突破3万亿元。随着未来我国对农业现代化的支持,畜牧业现代化水平的不断提高,畜牧业生产效率的不断提升,畜牧行业总产值将恢复增长,在2024年超过3.2万亿元。

畜牧业现代化的主要特点是集中化、规模化,并以营利为生产目的,根据《全国生猪生产发展规划(2016-2020年)》,中国年出栏500头肉猪以上规模养殖比重由2010年的38%上升至2014年的42%,2020年预计达到52%。畜牧产业的健康发展,需要依赖以信息技术、智能技术为支撑的智慧畜牧提供新的解决方案,突破畜禽养殖核心关键技术,实现环境保护、畜禽健康养殖、畜牧产业的可持续发展。换言之,应用物联网、云计算、大数据及人工智能等新一代信息技术的智慧畜牧系统是畜牧业的发展趋势,而基于国产自主研发的核心芯片将为智慧畜牧系统提供底层技术和安全保障。

一、核心技术

以物联网、云计算、大数据及人工智能为代表的新一轮信息技术革命推动粗放式传统畜牧养殖向知识型、技术型、现代化的智慧畜牧养殖转变,利用技术优势已成为驱动畜牧业快速发展的重要因素。

1. 物联网技术为智慧畜牧业提供了数据基础

畜牧业物联网是由大量传感器节点构成的监控网络,通过信息传感设备实时采集畜禽个体生长状况、养殖环境等信息,利用无线传感网络/局域网和广域网实现数据异构、实时在线数据传送,为智慧畜牧提供了丰富的数据,为开展智能化分析奠定了基础。

2. 云计算与大数据技术是畜牧数据智能化分析的重要手段

畜牧数据具有多源、异构、跨平台、跨系统的典型大数据特征,采用传统技术手段处理这类数据非常困难,独立分散的养殖户更无法提供相应算力。云计算为畜牧大数据处理提供了技术支撑,核心技术包括基于多模态特征的知识表示和建模、面向领域的深度知识发现与预测、特定领域特征普适机理凝练的知识融合等。

3. 人工智能是新一轮畜牧产业变革的核心驱动力

人工智能包含机器视觉、语音识别、虚拟现实和可穿戴设备等多项核心技术,可以多方位融入和应用到畜牧生产与管理过程中,改造传统饲养管理方式,提高生产管理效率,降低人力成本。

二、现状及趋势

1. 养殖环境监测技术进展迅速

合理利用科学技术手段对畜禽养殖环境进行有效监管,是智慧养殖的首要要求。以生猪养殖为例,国内外大量的科学实验和生产实践表明,环境因素对生猪生产的影响占比达到了20%-30%,涉及对温度、湿度、光环境、氨气及硫化氢等多方面的监测。随着传感器、移动通信和物联网技术的发展,通过传感器获得环境参数,将之传输到云端,并在手机、PDA(掌上电脑)、计算机等信息终端进行显示,已成为规模化、标准化养殖场普遍采用的信息化管理手段。对获取的大量监测数据如何科学有效地加以利用,进一步指导畜牧生产,是当前亟待解决的突出问题。以猪舍、立体式鸡舍为代表的圈舍类养殖环境具有多变量共存、结构复杂及密集程度高等特点,为建立精确的调控分析模型带来了诸多困难,国内已有相关研究取得了一定进展,但如何提高模型的泛化性和鲁棒性是在实际应用中面临的关键挑战。

2.现代身份标识技术助力全生命周期管理

个体身份标识是现代畜牧业发展的共性问题,是实现行为监测、精准饲喂及疫病防控、食品溯源的前提,是实现畜禽智能化生产的必然要求。在传统畜牧业养殖模式中,常见的畜禽标识技术手段包括喷号、剪耳、耳标和项圈等。随着人工智能技术的发展,面部识别、虹膜识别、姿态识别等生物识别技术已经开始向畜牧业延伸,为智慧畜牧业的发展注入了新的能量,使得生物个体健康档案的建立和生命状态的跟踪预警变得更加智能。值得一提的是,射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术已在我国畜禽身份标识中取得了长足发展,不仅可以集成在耳标、项圈中,更有研究者探索研究微型的植入式RFID芯片,以期通过更加快捷的手段实时获取畜禽的身份信息。虽然以上技术取得了较大的研究进展,但在畜牧养殖业中仍然存在维护成本高、操作复杂等现实推广问题,导致目前并未得到大规模应用。因此,研发更为廉价、操作更方便的新一代智能化个体身份标识技术将是未来的发展趋势。

3. 面向个体的精准饲喂技术前景广阔

精准饲喂主要是面向猪、牛、羊等中大型牲畜的精准化养殖,主要包括饲喂站、自动称重、自动分群和饲料余量监测等设施仪器。智能化精确饲喂技术将营养知识与养殖技术相结合,通过科学运算方法根据牲畜个体生理信息准确计算精准饲料需求量,通过指令调动饲喂器来进行饲料的投喂,从而实现了根据个体体况进行个性化定时定量精准饲喂,动态满足牲畜不同阶段营养需求。该类技术是基于牲畜的个体识别、多维数据分析、智能化控制的集成应用,虽然饲养设备的建设成本相对较高,但经济效益显著,具有广阔的应用前景。

4. 动物福利及行为监测刚刚起步

动物福利关乎到动物的健康养殖和畜牧业安全生产,也直接影响畜产品的品质,间接影响着人类的食品安全。如智能监测技术已经用于放牧绵羊福利研究中,包括音频分析、视觉检测、行为监测、行为特征识别、卫星定位和无人机巡航等关键技术。准确高效地监测畜禽个体行为,有利于分析其生理、健康和福利状况,是实现自动化健康养殖和肉品溯源的基础。但是,目前我国畜牧养殖主要以产量提高为重,而对动物福利和高品质安全生产的重视有待提高,对于福利化养殖技术及评价体系尚处于研究阶段。

5. 以畜牧安全为核心的智能化技术需求紧迫

随着畜牧养殖模式和生态环境的改变以及世界经济一体化进程的加快,与畜牧业发展息息相关的动物疫病流行态势发生了显著变化,从最初影响动物健康、损害畜牧业健康发展,逐步扩大到畜产品质量安全、公共卫生安全、环境安全以及国际贸易、社会稳定、生物恐怖等多方面,特别是重大动物疫病已对全球社会经济和公共卫生安全造成严重威胁。现阶段,互联网、云计算和大数据等关键技术已经被用于疫病的远程诊断,出现了多种远程智能诊疗系统,可实现远程诊疗、图片影像诊断、疾控信息发布、产品追溯等功能。然而,目前专业的动物疾病防治技术人员缺乏、畜牧兽医科研与生产无法及时对接等问题依然突出,且如何能够将事后监管转变为事前预警也是亟待解决的突出问题。

三、对策与建议

1. 加强畜牧业智能装备研发,破解产业发展瓶颈

智慧畜牧的前提是自动化和信息化,在继续优化养殖数据采集和信息处理能力的同时,面对智慧畜牧业发展中遇到的各种问题,需要进一步加大新型高端智能装备研发力度,加强集成创新养殖场智能感知控制系统、畜禽健康监测系统、养殖机器人、畜产品收割加工机器人、自动化粪污处理系统等高端智能装备产品,推动智慧畜牧实现跨越式发展。

2. 制定智慧畜牧行业标准,规范行业健康发展

随着信息化的不断发展,基于各种架构和技术的畜牧养殖物联网、数据中心相继建立,在解决信息化的同时,也导致各类系统之间无法实现数据共享,系统重复建设、信息孤岛问题突出,难以实现数据共享和挖掘畜牧数据的潜在价值。而行业标准可以引领技术进步、规范畜牧行业健康发展。

3. 研制畜牧专用芯片,解决智慧畜牧核心技术“卡脖子”隐忧

以植入式RFID芯片、畜牧专用处理器等的研发为核心,研制动物体温监测及环境温湿度、光照度、特殊气体监测用传感器、低功耗RFID芯片,攻克低功耗植入式体温监测传感芯片,实现畜牧养殖环境监测典型传感器的国产化替代,解决智慧畜牧核心技术“卡脖子”隐忧,为牲畜健康监测提供智能化手段。

4. 打造“云+端”的立体智慧畜牧云平台,全面推进智慧畜牧升级发展

基于自主芯片、人工智能、物联网、云计算、大数据和移动互联网等关键技术,在已有数据分析模型基础上,研究建立疾病预警、科学饲喂与产量预测等大数据分析模型,打造“云+端”的立体智慧畜牧云平台。打通养殖管理、精准饲喂、疫情预测诊断、生物资产管理、代系管理、产品溯源全产业链信息流,推动多源数据有效融合利用,助力畜牧产业升级发展。该平台应具有四个特点:一是通过自主芯片及智能终端,实现对动物个体身份识别及体征信息的自动获取。二是利用人工智能技术,实现对畜禽个体外在行为的实时监测、疫病早期诊断与智能分析预警。三是借助移动互联网打通全产业链信息流、打破地域限制,实现“云+端”的一体化智能处理。四是软硬件系统具有完全自主知识产权。

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