浅谈肉牛智能化称重存在的问题与发展趋势

赵慧兵，王德重，孙明明，马 娟，张 杰，，冯 斌,※

（1.新疆农业大学机电工程学院，新疆乌鲁木齐830052；2.库尔勒市培训中心；3.新疆农业科学院农业机械化研究所）

0 引言

体重是畜牧业中对动物评估的重要指标，由于动物的活动难以控制以及需要测量的动物数量基数较大等原因，在误差范围内快速测得动物的体重变得尤为重要。我国肉牛存栏4 000余万头，肉牛养殖业正处于高速发展时期。科学化、精细化的肉牛养殖技术不仅提高养殖生产效益而且能够快速达到预期的育肥效果。实现肉牛智能化养殖精准饲喂技术的核心是及时掌握牛只体重信息的变化情况，因此需定期对肉牛体重进行监测[1-3]。根据肉牛饲料配方及肉牛饲料的采食量生成最佳生长发育曲线，以达到最佳的育肥效果。因此，监测肉牛的体重信息变化情况是实现肉牛精细化养殖的基础工作；也是得到肉料比的关键环节。另一方面，肉牛的体重是衡量牛体健康发育的重要指标，是作为分栏以及出栏的标准；是肉牛选种、确定采食量、营养供给、初配年龄、用药剂量、测定生产性能的依据[4]。

1 肉牛称重分群设备研究现状

肉牛称重分群设备分为三部分：（1）整形通道。包括谜道整形和牛只独立通过称台装置。（2）称重平台。有地磅围栏式、保定架式、“S”门障碍式等。（3）分群门。根据肉牛养殖场的规模、月龄分布及重量范围确定分群门[5-6]。

1.1 肉牛整形通道

1.1.1 直行排队整形通道

直行排队整形通道一般用于保定称重设备。一头牛称重结束，下一头牛再进入称重设备，依次有序称重。保证牛只称重数据采集的独立性，避免其他牛只对数据采集时造成干扰。肉牛通过直行通道极易产生拥挤现象，不利于无障碍称重平台数据采集[7]。

1.1.2 半圆形弯道排队整形通道

牛只通过半圆形弯道整形通道时行走通过效率高。称重平台前需安装自动控制门，牛只依次有序称重；弯道可增加牛只排队头数，节省牛场空间。但牛只之间容易产生拥挤，不利于无障碍称重平台进行数据采集。肉牛半圆形整形通道简图如图1。

图1 肉牛半圆形排队整形通道

1.1.3 “S”形排队整形通道

“S形”排队整形通道，肉牛通过性较强，不易产生拥挤，排队整齐程度较好；适合无障碍称重平台，但肉牛通过称重平台速度较快时，振动性大，称重精度不高。

1.2 称重平台

1.2.1 保定架式

带保定架的称重平台，对肉牛排队整齐程度要求不高，当肉牛四蹄进入称重设备后，前后门自动关闭，完成肉牛的耳标识别、称重、激光视觉摄像机扫描3D形体数据等。根据肉牛的重量等级再控制打开相对应的分群门。依次有序完成牛只的称重分群任务。平均每头牛的称重分群时间为15秒左右；平均称重误差在0.5kg左右。

在国内，国科农牧公司研发的肉牛智能称重设备采用保定称重模式和前挡门称重模式两种，两模式可相互切换。对成年肉牛采用保定称重模式，每分钟称重分群3到5头牛，称重精度高但效率较低，成年肉牛经训练不会产生应激反应。若对犊牛称重需切换为前档门称重模式，犊牛快速通过称重平台，前一犊牛称重数据获取之后，前挡门再次打开后面牛只依次进入称重平台。由于犊牛重量轻、振动小，系统能够较准确锁定犊牛的体重数据[8-9]。国科农牧公司研发的保定式智能称重设备如图2。

图2 保定式智能称重设备

1.2.2 “S门”式

“S门”称重设备是通过在称重过道中安装S形障碍门，采用S门控制称重平台上只允许一头牛经过，前一牛只称重结束，S形门恢复初始位置，下一牛只进入称重平台，依次有序完成肉牛称重分群。

“S门”具体称重技术介绍：肉牛经过单行排队整形通道依次进入“S门”称重平台，当牛只靠近“S门”时，耳标读卡器识别牛只编号，并将耳标上传至控制器；当肉牛头部经过“S门”首端位置时第一组红外光电动作，调用显示程序"Inthetest"；当肉牛经过称重平台中间位置时，第二组红外光电动作，调用数据采集程序并开启A/D转换；当肉牛头部处于称重平台末端时，第三组红外光电开关动作，结束A/D转换，调用数据处理程序。再根据肉牛重量等级打开相对应的分群门[10]。有障碍“S门”称重平台如图3。

图3 肉牛有障碍"S门"称重平台

“S门”的另一作用是防止牛只识别混乱。目前市场上主推的耳标读卡器有一定的识别距离和范围，在肉牛称重过程中要保证牛只耳标和体重一一对应，所以“S门”的作用是防止其他肉牛对称重牛只数据采集造成影响。

1.2.3 “蝴蝶门”式

“蝴蝶门”称重平台是采用蝴蝶形的门控制称重平台上只允许一头牛经过，一头牛称重结束蝴蝶门再次打开，避免其他牛只对数据采集造成影响。依次有序完成称重，“蝴蝶门”称重平台如图4。

图4 有障碍“蝴蝶门”称重平台

相比之下，肉牛通过“S门”需要前期训练，在肉牛熟悉称重设备之后，牛只称重效率得以提高，同时应激反应渐渐消失。而肉牛通过“蝴蝶门”时，成年肉牛不会产生应激反应，称重效率较高。而对犊牛而言，通过"蝴蝶门"也会产生应激反应。

1.3 分群门

国内外分群门依据牛只重量等级依次分为“二级分群门”、“三级分群门”、“四级分群门”。结合牛只养殖场地形，按照牛只出口位置分为同侧出和异侧出两种。分群门等级简化图如图5。

图5 分群门等级

2 存在的问题

目前，国内外肉牛称重设备基本是通过地磅围栏或保定装置将牛只圈在称重设备上。出现的问题有：第一，称重效率低。第二，肉牛在称重过程中产生应激。第三，没有实现按照肉牛重量等级精准分群。第四，并且称重系统、安装位置、效率等方面难以满足肉牛育肥场群体快速称重需求[11-12]。

3 展望

为提高肉牛场牛只称重效率和避免肉牛在称重过程中产生应激反应。在肉牛自然行走状态下无障碍获取牛只体重数据。无障碍称重设备更适合肉牛称重管理。原因有以下几点：（1）肉牛需要频繁称重来评估牛只健康状况和计算料肉比评估养殖经济效益以及为了及时完成出栏和分栏等任务。（2）肉牛脾气倔，采用无障碍称重设备肉牛无需称重训练同时也不会产生应激反应。（3）在大型牧场和无人放养牧场，因肉牛体型大、流动性及随意性，若采用传统方式称重，不仅费力、费时，而且十分困难。

因此，研发一种准确的、无保定的、效率高的无应激或少应激的智能化无障碍称重设备对肉牛育肥及精准饲喂技术构建尤为重要。无障碍智能化称重设备为肉牛精准饲喂提供了技术支撑。将肉牛称重管理平台的数据并入精准饲喂模块，形成一个以数据为核心，设备为基础的肉牛智能化养殖平台。基于PC端+APP的一体化肉牛场管理服务平台，致力于肉牛场生产管理、育种分析、物资管理等一站式解决方案，肉牛场管理人员可通过本系统管控肉牛场数据，包括基础数据、饲养管理、繁育管理、统计分析等功能，帮助规模肉牛场全面实现生产信息化、提升成本核算水平和管理效能[13-14]。