传感器技术在智能养猪中的应用研究＊

周 波 ， 周华茂 ， 杨卫平 ， 刘仁鑫 ， 张 凯

（1.江西农业大学工学院，江西 南昌 330045；2.江西增鑫科技股份有限公司，江西 新余 338000）

0 引言

目前，工厂规模化养猪分为机械化、信息化、智能化三个发展阶段，我国工厂规模化生猪养殖正经历由机械化向信息化转型的关键阶段[1]。随着生猪养殖规模和数量的不断扩大，传统人工监测猪舍内部环境、猪只健康和行为的方式将耗费大量的时间和精力，且不能得到精确的监测结果，还会容易造成人畜疫病的交叉感染[2-3]。现代智能养猪可解决上述问题，它是物联网、大数据、人工智能等新型信息技术在养猪行业上的整合，在信息采集、信息处理与分析决策等阶段结合机器学习能力，使得各数据信息之间相互连接，形成高度协调的自动化处理系统，分析决策阶段机器模拟人的大脑思维进行智能管理[1]。

传感器技术作为信息采集与处理的有效辅助技术，是支撑未来智能养猪行业发展的关键基础。随着传感器技术的发展和生猪养殖规模的扩大，在智能养猪领域，传感器技术已经显现出广泛的应用前景。笔者介绍了传感器技术在猪舍环境监控、体温监测、猪只行为识别等方面的应用现状，讨论了传感器技术在智能养猪应用过程中存在的问题，并提出相应的解决办法。以期为传感器技术在智慧养猪行业中的应用提供借鉴与参考，促进养猪业的智能化发展。

1 猪舍环境监控

随着生猪养殖模式向集约化、精细化方向发展，猪舍的环境控制受到众多学者的广泛关注[4]。猪舍环境的好坏，对猪只疾病的传染、猪只生长福利等有着重要的影响。早期猪舍环境的控制方法还停留在人工控制阶段，猪舍内的温度和湿度的调节需要人工频繁地开启通风和供暖设备，从而使猪舍环境达到要求[5]。但这种控制方法不仅增加成本，而且对猪舍环境的控制效果也会有很大的影响。近年来，随着电子信息技术、传感器技术与计算机技术的快速发展，智能化猪场已经利用传感器技术对猪舍环境进行自动监控，进一步提高了猪舍环境监控的自动化水平[6]，使得猪只处于适宜的生长环境中，减少猪只疾病传染，提高猪只福利。

猪舍环境监控已经逐步应用于大型养殖场建设中，猪舍环境信息监测基于传感器技术，对猪舍环境数据进行采集，是猪舍环境精准调控的基础和支撑[7]。影响猪舍环境的主要因素有温度、湿度、PM2.5、硫化氢和氨气等。李理等[5]提出将温度和湿度传感器应用于生猪养殖环境监测过程中。设计出基于无线传感器猪舍环境监控系统，传感器将猪舍的温度与湿度数据进行实时采集并发送至服务器。后台服务器对采集到的温湿度信息进行处理，并根据处理结果发布指令调节猪舍内温湿度，最终使得猪只处于适宜的生长环境。王斌等[8]使用温度、湿度和氨气传感器监测猪舍环境，并基于上述环境参数，设计出一套猪舍环境监测和清洁控制系统。该系统不仅能监测多区域猪舍环境参数，还能自动调节猪舍温湿度及清理粪便。

然而，传感器技术用于监测猪舍环境时存在着不足，例如猪舍内的有害气体对传感器具有腐蚀性，需要对传感器进行防腐处理，要考虑对测量精度的影响。不同安装位置的传感器对数据采集也有偏差，因此，需要在猪舍进行多点采集数据。当对猪舍环境提出更高要求时，需要利用不同类型的传感器进行数据采集，它们采集的数据互不影响，但会导致工作量的增加，也割断各个传感器之间的信息联系，这时需要采用融合算法对采集到的数据进行处理，准确地得到猪舍环境的参数。

2 猪只体温监测

猪只养殖过程中，猪只的健康情况备受关注，其中体温是判断猪只健康状况的重要指标之一，准确获取体温数据成为疾病诊断的关键性问题。由于疾病及环境等因素会导致猪只体温出现异常，若没有发现并及时治疗，不仅会危害到猪只自身健康，同时也会影响同舍猪只的健康与生长。Hentzen等[9]设计出一款胶囊状温度传感器，传感器需要放入小猪体内，在猪栏附近安装体温采集器，当小猪路过信号接收区时，可以监测到小猪的体温，但是该方法需要对小猪手术，且费用成本高。王龙等[10]采用了数字温度传感器对猪只的不同部位温度进行测量，并将采集到的温度信息传输至后台服务器进行存储与分析，可以对各个猪只的体温进行查看。采用接触式传感器对猪只进行体温测量容易引起猪只啃咬等应激反应，会对猪只生长和传感器寿命产生一定的影响。柏广宇等[11]采用非接触红外传感器对猪只体温进行实时监测，将红外温度传感器放置在限位栏两端，数据采集完成后，利用网络发送至服务器，后台服务器对采集到的体温数据进行分析与判断，进而获取猪只的健康状况。盛显超[12]结合耳标温度监测与直肠温度监测，设计出能更精准获取猪只体温的报警系统。该系统不仅可对体温异常的猪只进行自动报警，还可实时监测猪只体温，将猪只体温信息上传云平台，饲养人员也可以利用手机对猪只体温进行远程监测。

传感器技术在监测猪只体温时也存在局限性，当贴耳式体温传感器装在生猪身上时，容易引起猪只应激反应，影响猪只生长，且会对传感器的使用寿命造成影响。使用红外传感器进行体温测量时，传感器安装在固定位置，由于猪只在不断移动，且姿势可能发生变化，测量的部位不同均会导致测量的体温出现误差，这时需多位置布置传感器进行体温数据采集。传感器技术在生猪养殖中的应用存在时间延迟，时效性不强，从传感器测得生猪体温数据到后台服务器接收到数据需要一个时间节点，无法实时查看各猪只的体温信息，需要对无线网络传输技术进行改进。另外，现代生猪养殖饲养规模大，利用传感器技术对生猪进行体温监测需要大量传感器，成本增加，管理难度大，难以大规模应用。未来利用传感器技术对猪只进行体温监测应具备成本低、结构简单、便于大规模应用等特点。

3 猪只行为识别

猪只行为是反映猪只健康状况的重要表现之一。高效准确地监测、分析出猪只行为能够了解猪只健康和福利情况。及时发现异常猪只，对疾病预防、降低养猪场损失与提高猪只福利有着重要意义。Traulsen等[13]使用耳贴式加速度传感器对母猪的加速度进行采集，设计出基于加速度传感器的数据采集系统。该系统在100米范围内可以实时上传猪只加速度数据至后台服务器，服务器对该数据进行处理，并根据处理结果判别母猪处于进食、平走、翻滚、平卧或侧卧等状态，进而实现猪只行为识别。该系统不仅能够对母猪的日常行为进行分析与识别，还可对母猪的发情与产仔等行为进行监测，具有重要的实际应用价值。李颀等[14]针对目前单一类型传感器对生猪行为识别率不高的问题，提出一种多类型传感器的猪只行为识别系统。通过猪舍的声音传感器与猪只佩戴加速度传感器，利用支持向量机算法对采集到的声音与运动特征进行处理，进而辨别出猪只行为。然后利用无线网络将识别结果送入数据库中进行存储，同时将猪只实时的行为状态显示在前端界面上。该系统将声音与运动特征两种信息结合起来，能够更精确地辨识出猪只进食、饮水和咳嗽等行为，利用采集到的数据，分析并获取猪只的日常行为习惯，帮助养殖企业掌握猪只日常行为规律，合理地分配资源，提高猪场管理效率。

传感器技术在识别猪只行为时同样存在一些问题。加速度传感器需要固定在猪只脖子或腿上，猪只的不断移动和猪群体之间相互摩擦容易导致传感器磨损，影响数据的精确性。且猪只生长周期一般为4个月，需要不停更换适配传感器，频繁地人工介入会让生猪产生应激反应，影响猪只生长。传感器技术可以完成对猪只行为识别，但无法对猪只的行为习惯全面分析，今后可采用大数据分析方法，建立猪只日常行为模型[15]，掌握猪只不同时刻、不同季节的行为习惯，从而根据猪只不同特性，合理地分配资源，降低企业成本。另外，不同学者研究猪只行为分类没有统一的标准。猪只行为特征的定义，对复合动作的处理，保证度量值的标准，都是目前急需解决的问题。

4 其他

随着现代养猪场规模越来越大，传感器技术在智能养猪行业应用越来越广泛。胡振楠等[16-17]基于传感器技术设计出猪舍刮粪板运行监测系统，在人工监测不到的情况下运用加速度传感器获取刮粪板工作时的俯仰角，并将其与正常运行状态时的俯仰角进行对比，可以精准识别出运行故障并及时反馈给工作人员，提高刮粪板的运行效率和使用寿命。

同时利用传感器技术可以无接触地对猪只体重进行测量，减少猪只应激反应，工作人员也可以及时了解猪只的生长情况。除此之外，传感器技术能够对猪只每天饮水量和饮水时长进行监测，准确监测饮水数据可以为猪只早期疾病诊断提供依据，有效降低疾病传播风险。

5 结语

传感器技术在智能养猪中的应用大多数还处于探索阶段。目前在实际应用中，相关传感器设备存在价格偏高、性价比低、大规模部署困难等问题。此外，猪场内蚊虫多、湿度大、粉尘多等其他不利环境因素都会影响传感器性能的正常发挥，长期暴露在不利环境中，大大影响其使用寿命，频繁更换传感器设备导致护理维修成本提高，增加养殖企业生产成本。但可以预见，随着传感器技术不断发展与生猪养殖产业的深度融合，传感器技术将为智慧养猪行业带来一场巨大的变革。