畜禽养殖环境智能控制系统发展现状及存在的问题

2021-12-26罗坚强柴文娴李荣杰龙卫丽

农业开发与装备 2021年3期

罗坚强，金松，王姣，柴文娴，李荣杰，龙卫丽

（1.常州市动物疫病预防控制中心，江苏常州 213000；2.常州市四季禽业有限公司，江苏常州 213000）

0 引言

随着我国畜牧业的发展，畜禽养殖防疫、环保等要求不断提升，规模养殖比例不断提高，标准化、智能化成为各先进养殖企业追求的目标。同时，随着网联网和信息技术的发展，万物互联、云端控制等技术迸发出强大的生命力，快速融入和重塑各传统行业。在此潮流下，畜禽养殖环境智能控制已成为畜禽养殖高质量、精细化发展的重要方向。禽舍的环境智能控制的主要内容就是智能化地控制温度、调节湿度、改善空气质量及适当增加光照等。通过智能控制系统改善畜禽生存环境，以减少应激，增强畜禽的抗病力，力争少用或不用药从源头上保障了禽肉蛋类食品的安全性，同时降低人工成本、提升管理水平，获取企业竞争优势[1]。

1 畜禽养殖环境智能控制系统简介

畜禽养殖环境智能控制系统一般包含各类传感器、控制柜、服务器、电脑PC端、网页和手机App端[2]。传感器一般由温湿度传感器、光照传感器、NH3传感器、CO2传感器等，主要负责相关数据的监控和采集；控制柜在分析传感数据信息的基础上，通过智能算法完成对畜禽舍内的风机、湿帘、热风炉、照明灯等的智能调控；服务器用于采集数据的信息化传输与交互，包括与下端的各控制柜、上端的云数据库进行实时通讯，以及数据存储；电脑PC端主要用于养殖场内的人机交互；网页和手机App端则是用于远程监控和一定权限的远程控制。其主要目的是根据畜禽生长的最佳环境要求，智能地控制温度、调节湿度、优化空气质量和补充光照等。

2 国内外发展现状

2.1 国外发展现状

1950年代开始，国外畜禽养殖业逐步向集约标准化过渡，畜禽环境监控系统开发则在上世纪70年代起步。目前，在荷兰、美国、日本和以色列等发达国家，智能化的环境控制系统，已经普遍在现代化养殖场中应用。有些先进的智能控制系统，甚至整合了投喂料系统、疫病诊断、畜禽污染物产生管理等功能，组成了智能养殖管理系统。

2.2 国内发展现状

国内相关技术的研发主要集中于2000年以后，涉及畜禽环境测量与监控、单一指标的监控和干预、多指标控制策略研究、硬件开发与系统组建等各方面，侧重于技术研发和验证。与国外差距主要在系统的集成度、商品化程度、行业渗透率等方面，与大规模推广所需的安全性、可靠性、适应性还有一段距离。

2.3 目前技术研发热点

一是研发新型的传感器，趋向于集成度更高、能耗更低、精度更高、抗干扰能力更强，以及更准确反映畜禽舍内环境指标动态状况的传感器布局体系；二是畜禽舍内环境指标变化的模拟与预测，在环境指标监测的基础上，利用流体动力学、神经网络技术等方法，进一步掌握各指标变化规律，提前预测环境变化趋势，为之后的环境控制的精准调节提供支撑；三是环境智能控制策略的优化，达到降低能耗和稳定控制环境指标的目的，目前研究集中于PID控制、模糊控制等控制策略的研究。

3 畜禽养殖环境智能控制系统应用优势

3.1 提升养殖效益的重要选项

近年来，随着畜禽养殖水平的不断提高，规模化养殖场的料肉比、产蛋率、死淘率等生产性能指标与先进国家差距逐步缩小，品种改良、管理提升、饲料配方改进等方式呈现边际效应递减，技术难度增大，在此背景下，通过引进畜禽养殖环境智能控制系统，稳定提升畜禽生产性能，已越过成本收益平衡点。经估算，一栋养殖量在8 000羽左右父母代肉种鸡场，在扣除各项成本后，使用畜禽养殖环境智能控制系统能净增收15万元以上。

3.2 保障畜禽产品质量的重要手段

畜禽养殖环境智能控制系统能有效控制畜禽舍内有害气体浓度，能大幅减少畜禽呼吸系统、眼鼻粘膜刺激，减少相关疾病的发生；而适宜的温湿度，能增加畜禽采食，促进生长，减少腹水、细菌感染、关节病变等状况发生。抵抗力的提高，疾病的减少，最终降低了抗生素等药物的使用，提升了成活率和成品率，保障了产品的品质，也节约了药物费用支出。

3.3 动物福利的需要

随着人类文明进步、物质的丰富、以及人与自然关系认识的变迁，人们在获取食物时，在重视食物的数量、质量、口感等基础上，逐步开始重视食物获取的方式、途径，检视相关方式途径是否满足人类感官和心理的要求，部分国家甚至立法，将动物福利作为畜禽生产的必要条件。畜禽养殖环境智能控制系统在生产环节当然是比较符合动物福利要求的。在我国，虽然尚无动物福利法规，但也可作为产品差异化的一部分，影响中高端客户的选择。

4 存在的问题

4.1 初次建设门槛较高

畜禽养殖环境智能控制系统的建设涉及机电、信息化、软件等多学科，与原有的传统养殖业关联性不大。除大型集团化养殖企业外，一般养殖企业无相关人员技术储备，可以说是全新领域。一套系统引进需要核算成本收益、人员配备、维护保养等一系列问题。同时，目前市场能提供成熟产品和服务的供应商不多。对大型企业集团，可以组建专门的智能化部门进行研发和装备；但对大部门养殖企业，一般采用初期成套软硬件引进和现有设施改造，加上后期运行调试的方式，存在一定的风险和门槛，建成后的效果难以保证。

4.2 无统一的建设技术标准

畜禽养殖环境控制系统虽经多年发展研制，并在各类养殖企业使用，但目前尚无相关建设技术标准，导致研制使用的各类系统粗看大同小异，细看千奇百怪，系统集成度、智能化程度参差不齐。建设技术标准缺失，阻碍了环境智能控制系统的普及应用，有必要针对不同畜禽种类、系统布局设置、传输接口、网络安全、容错机制等方面设置基本的技术要求。

4.3 技术研发仍有短板

首先，畜禽养殖高湿高粉尘的环境，对精密部件的长时间持续运行是很大的挑战。如畜禽舍内的各类传感器，短时间内就会积满灰尘，严重影响数据监测的灵敏性和准确性，而在传感器外部加装防尘罩等，则会阻碍空气流动，同样导致监测数据滞后和不准。其次，需要针对不同的畜禽种类，完善多环境因子的耦合关系和动态变化机理进行研究，建立多环境因子与关键驱动因子的精准动态模型，优化智能控制策略，降低使用成本。

4.4 现有人员可能难以胜任关键管理岗位

环境智能控制系统的使用，一方面减少的一线人员的数量，同时也使得风险管理的责任集中。从多人多设备的机械操控到无人多设备的智能控制，从人工巡查到有限的人工干预，系统控制等关键岗位责任重大，需要熟悉系统运行、畜禽养殖技术、紧急情况的处置等方方面面，人员素质要求很高。特别是冬夏季节，系统负载高，出现系统故障时不能及时正确处置，可能导致巨大经济损失。而为了降低风险，增加人员现场巡查和使用另一套仪表作为数据比对，则与智能化方向违背，增效的目标将大打折扣。