物联牧场现代畜牧养殖的新变革

孔繁涛

随着信息技术的日新月异，物联网技术迅猛发展，“四化同步”的历史机遇为发展物联牧场创造了有利条件。畜牧业现代化的历史进程中，养殖方式集约化、饲养管理自动化、质量控制追溯化、疫病防治即时化、养殖环境清洁化和畜禽品种良种化，是物联网应用的重要领域。在物联网三全理论的指引下，物联牧场的技术体系已初步呈现，研究重点和方向已基本明确。

建设物联牧场的重要意义

20世纪中后期以来，信息技术取得了迅猛的发展，并广泛应用于经济和社会的各个领域，其中农业是主要的应用领域之一。作为新一代信息技术的重要内容，物联网表现出强劲的发展势头，并深入渗透进农业领域的各个方面。物联牧场就是物联网技术在牧场生产、经营、管理和服务中的集中应用，它的发展对促进传统畜牧业转型以及建设现代农业方面具有重要意义。

（一）“四化同步”为发展物联牧场提供了历史机遇

党的十八大报告指出，要“促进工业化、信息化、城镇化、农业现代化同步发展”。其中，信息化是推进其他“三化”的关键技术手段。积极促进现代信息技术与农业的融合，将成为实现农业现代化的必然选择。党和国家对信息化的高度重视将为信息化发展打开新的空间，为物联网技术发展增添新的活力。因此，作为物联网技术在现代畜禽生产和管理领域的应用，物联牧场面临难得的历史机遇。

（二）物联网已经成为我国新兴的战略支柱产业

当前，物联网受到世界各国高度重视，我国政府也将物联网确定为加快培育和发展的新兴战略性支柱产业。在国家《物联网“十二五”发展规划》中，农业被列为物联网重点应用的领域;国务院进一步明确提出，要在农业领域实现物联网的试点示范应用，做好典型应用示范工程。畜牧业是农业的主要组成，物联牧场具有广阔的发展前景。

（三）物联网技术为传统畜牧业改造提供了新路径

当前，我国畜牧业正处在从传统养殖方式向现代养殖方式过渡的关键阶段，传统畜牧业改造对物联网技术存在重大需求。物联牧场综合运用各种先进感知设备，实时采集畜禽的饲养环境以及生长体征等信息，科学分析各类信息，实现对牧场生产的全程监控、实时服务以及科学决策。它的发展将为畜牧业良种繁育、饲养管理、质量控制、疫病防治、生长环境监测等方面带来重大变革，给传统畜牧业的转型升级提供新的手段和路径。

畜牧业现代化迫切需要物联网技术支撑

畜牧业现代化需要现代物联网技术的支撑。

（一） 养殖方式集约化

改革开放以来，我国畜禽养殖方式发生了根本性的改变：由分散饲养向规模化饲养转变，由家庭副业向支柱产业转变，由粗放饲养向集约饲养转变，由劳动密集型向技术、资金密集型转变，由传统畜牧业向现代畜牧业转变。据统计，生猪年出栏50头以下养殖户比重由2003年的71.60%下降到2012年的32.08%，而年出栏500头以上养殖户比重由2003年的10.60%增加到2012年的38.00%;肉牛年出栏10头以下养殖户比重由2003年的68.50%下降到2012年的56.24%;羊年出栏30头以下养殖户比重由2003年的56.60%下降到2012年的45.04%。养殖方式的根本性转变，迫切需要物联网技术进行实时监测，减少人力物力的投入，提高生产的规模效益。

（二）饲养管理自动化

适应养殖方式规模化、集约化的发展，单纯地依靠传统的人力饲养，很难满足精准饲喂、自动喂养、科学管理的需要。在物联牧场中，通过畜禽个体传感器（如压力传感器、红外传感器等），实时传输畜禽个体生理状态数据，监测畜禽个体数据异常情况，并将数据及时反馈生产者，同时，通过对不同个体生理状态的监测，结合专家系统，对畜禽饲料进行科学配比，精细饲喂，既保证畜禽生长所需能量，又能节约生产成本，是自动化饲养的核心内容。目前，我国肉鸡、蛋鸡、规模养猪的自动化程度相对比较高，而肉牛、肉羊、绵羊的自动化程度和国外相比仍有较大的差距。据统计，2010年我国奶牛养殖量为1258万头，产奶3600万吨，而美国奶牛养殖量仅为910万头，产奶量却高达8750万吨，是中国的2.43倍，按每头年产奶量计算，美国是中国的3.36倍。澳大利亚和新西兰的奶牛单产分别是中国奶牛单产的2.02和1.26倍。世界发达国家普遍使用了DHI（Dairy Herd Improvement ）技术，实施奶牛牛群改良，而我国只是在个别地方才应用。DHI是以物联网技术为基础，测定奶牛个体单产数据、牛群基础资料，综合评定奶牛生产性能和遗传性能，是世界公认的饲养管理的科学手段。

（三）质量控制追溯化

畜禽及产品质量安全，涉及到畜牧业的持续、稳定、健康发展，涉及到人民群众的身体健康和生命安全，已经成为国家安全的重要组成部分;但目前，畜产品质量安全事件频频发生，成为了社会和人民群众关注的焦点问题。畜禽产品质量安全问题主要包括动物疫病、兽药残留、加工流通过程中的二次污染，是覆盖从“牧场到餐桌”的关键问题。近年来，随着信息技术的迅猛发展，利用物联网的RFID、条形码、电子“药丸”等技术，对畜禽生产、加工、流通和消费实施全过程监管，对发现的问题产品进行追踪溯源，实现全过程、全环节、全方位的可追溯，是有效防止畜禽产品安全事件发生的重要手段。在物联牧场中，畜产品物联网溯源平台已经基本完善，每一种产品都可以通过标识在物联牧场的溯源平台中查到其产地、销地，并通过溯源系统对其质量进行严格把关。

（四）疫病防治即时化

重大动物疫病如高致病性禽流感、口蹄疫、新城疫、猪瘟，以及其他流行性动物疫病，不仅关系到畜牧业的发展，而且关系到农民增收和人民群众健康。近年来，世界各地多次发生动物疫情失控事件，对于畜牧业的发展产生了灾难性的影响，造成了严重的经济损失，如何及时有效地开展监测预警工作、进行动物疫病防治，是一直以来困扰畜牧业发展的难题。以物联网技术为代表的信息化运用于畜禽生产实际，为动物疫病防治工作提供了广阔的空间。物联网技术可以感知畜禽个体及群体的生理变化和行为特征，如温度、采食量、活动量等数据，结合历史数据，及时监测畜禽个体的差异性，见微知著、防患于未然，进而有效防控动物疫病的产生、发展和蔓延。

（五）养殖环境清洁化

用循环经济的理念发展现代畜牧业，通过资源利用节约化、生产过程清洁化、废物利用再生化等环节，减少畜禽生产污染物排放、控制畜禽养殖环境，以达到改善畜禽产品质量的目标，是实现畜禽清洁化生产的重要途径。畜牧业生长环境是影响畜禽产品产量和质量的关键因素，传统畜禽养殖环境很难做到精确控制，畜禽产品产量和质量都难以保证，物联网技术为畜禽生长环境的自动控制提供了条件。通过传感器采集牧场环境信息（光照、温度、湿度、CO2、H2S等），并将信息通过无线传输技术（GPRS、ZigBee等）传输到服务器，应用程序通过将收集到的数据与标准数据库中的数据相比较，结合专家系统，科学准确地计算畜禽养殖环境信息，并通过自动控制技术（温度控制器、光照强度控制器、CO2发生器等）等对畜禽生长环境进行精确控制，为畜禽提供一个更加良好的生长环境。

（六）畜禽品种良种化

畜禽良种是畜牧业发展的物质基础，是和畜牧业现代化同步发展的生产要素，属于技术密集型产业。正在兴起的生物信息学是研究生物信息的采集、处理、存储、传播、分析和解释等各方面的学科，它通过综合利用生物学、计算机科学和信息技术揭示大量复杂的生物数据的生物学奥秘。在分子水平上，进行畜禽品种的选择、培育，是现代育种的重要方式。利用物联网技术，通过监测发情期母畜生理变化情况和仔畜生长发育情况，对于畜禽良种选择具有重要意义。以奶牛为例，发情期的奶牛，其活动量、步行数等都远远大于其他奶牛，通过对奶牛行为进行监测，可以实时了解奶牛的发情状况，科学预测奶牛发情时间，及时进行人工授精，保证奶牛产奶质量。

物联牧场理论方法与技术体系

以农业物联网的全要素、全过程和全系统“三全”理论为基础，物联牧场针对养殖环境、畜禽生产资料、劳动投入、饲养管理技术等的全要素，和畜禽生产、流通、加工和消费的全过程，以及自然界、人类社会和思维的全系统，形成了以感知、传输和应用为主线的技术体系，研究重点和方向也日益明晰。

（一）物联牧场的相关理论

牧场是经营畜牧业的生产单位，也是包含畜牧、自然、经济和人类活动的复杂系统。因此物联牧场必须遵循农业物联网中的全要素、全过程和全系统的“三全”化发展理念，才能确保其科学持续性发展。

物联牧场是将物联网技术应用在牧场的生产、经营、管理和服务中，运用养殖环境监测传感器、生理体征监测传感器、视频信息采集传感器等设备感知饲料、水、生命体、生产器械、能源动力、运输、劳动力等生产要素，通过无线传感网络、互联网和智能化处理等现代技术，构建包含牧场正常运转所涉及的自然、社会、生产、人力资源等的复杂系统，实现牧场产前、产中、产后的过程监控、科学决策和实时服务，达到牧场人、机、牧一体化，进而实现畜牧养殖的高产、优质、集约化和精细化的目标。

（二）物联牧场的技术体系

要使物联牧场健康持续发展，必须综合考虑人、机、牧的综合配置与协调，实现人机牧一体化发展，才能真正发挥物联牧场的作用。其技术体系是通过感知、传输、处理、控制等现代技术，将人机牧三者相互融合，提供更透明、更智能、更泛在、更安全的一体化服务。

感知技术包括：温度、湿度、光照、降雨量、风速等气象环境类传感器技术;二氧化碳、氧气、氨气、甲烷、硫化氢等气体类传感器技术;饲料量、饮水量、运动量、产奶量、体表温度等生命本体传感器技术;视频、声音等多媒体传感器技术。

传输技术包括：互联网技术、短信通信技术、Zigbee无线传输技术、GPRS无线传输技术、3G无线通信技术（TD-SCDMA、WSCDMA、SCDMA2000）、4G通信传输技术（TD-LTE、FDD-LTE）。

处理技术包括：数据处理技术、图形图像处理技术、声音处理技术、视频处理技术、多信息融合处理技术、智能信息处理技术。

控制技术包括：最优控制技术、自适应控制技术、专家控制技术（即以专家知识库为基础建立控制规则和程序）、模糊控制技术、容错控制技术、智能控制技术。

（三）物联牧场的研究重点

物联牧场是一个包含畜牧、自然、经济和人类活动的复杂系统，必须找准重点进行系统研究，才能突破发展瓶颈，提升物联牧场发展水平。物联牧场的研究重点包括研究领域和技术研发两个方面。研究领域主要集中在环境、饲养、疫病、繁育等畜牧养殖关键环节方面，通过物联网与现代信息技术，提高畜牧养殖环境的清洁、促进饲料喂养的精细化、降低疫病防治的滞后性、加快畜禽优良品种的推广。技术研发主要集中在传感器技术、传输技术与智能装备上，在物联牧场发展中，传感器技术仍然是发展的关键，是否能研发出低成本、高精端、高灵敏度的传感设备，将直接影响物联牧场发展的水平，光纤、红外、生物等新型传感器的研发，以及自动化智能化兼具可远程操控装备的研制，将为物联牧场的发展奠定技术基础。