传感器技术在现代家禽生产中的研究进展

李星， 赵宁， 江勇， 王志秀， 陈国宏，2， 白皓， 常国斌，

（1.扬州大学动物科学与技术学院，江苏 扬州 225009； 2.扬州大学农业科技发展研究院，教育部农业与农产品安全国际合作联合实验室，江苏 扬州 225009）

家禽具有生长快、成熟早、饲料报酬高、繁殖力强和新陈代谢旺盛等特点[1]，是理想的肉产品。家禽养殖起点是经种蛋孵化后的幼禽，家禽生长受环境[2-4]、采食[5]和营养[6-8]等多种因素影响，因此，养殖人员必需从幼禽开始进行选择，监测幼禽生长环境、行为活动、生理指标及因环境等问题导致的各种疾病，确保幼禽健康成长，从幼禽生长到禽产品的质量，监测贯穿家禽整个产业链。然而，当家禽养殖从散养模式逐渐转向集约化、规模化养殖后，人工往往无法有效监测并及时准确地得到家禽个体信息。一方面，传统的人工监测方式有一定的主观性，耗时长且无法连续监测，还大大提高了人工成本[9]；另一方面，传统人工监测方式获取家禽某些信息时会对家禽机体造成损伤，如家禽的直肠测温等会造成家禽的应激反应。除此之外，养殖人员频繁进出养殖圈舍会大大提高禽类疾病的发病几率，部分疾病是人禽共患疾病，也会对养殖人员的健康造成影响。为了实时精确地获取家禽个体信息，智能化、自动化、数据化养殖管理逐渐被人们关注，其中传感器监测技术成为养殖领域的研究热点。传感器监测技术获取数据方式自由，可以不间断采集动物的生理行为信息，且便于携带、抗干扰性强、灵活性强，可以为建立动物行为特征模型提供有效的行为信息[10]。常用的传感器有物理量传感器、化学量传感器和生物量传感器。Miwa等[11]将加速度计及心率监测器接合起来，利用lceTag传感器测量躺、站立和活动时的强度（步数），通过心率与加速度指数之间的关系判断放牧反刍动物的能量消耗，将3个数据进行处理后得出加速度指数是估算放牧农场动物能量消耗的良好代表。有学者研发了动物环境和生理监测系统，将可用于监测生理参数的体内小丸传感器和用于监测外界环境的标签传感器相结合，通过远程数据处理器进行数据分析，从而对动物所处环境及生理状态进行评估[12]。Giovanetti 等[13]将三轴加速度传感器置于试验羊的下颌，用于区分放牧羊的反刍、休息和放牧行为活动。有学者用耳朵传感器采集加速度值以判断母猪分娩时间[14]，利用可穿戴相机附着在小牛身上以监测小牛的姿势、反刍以及进食行为[15]。传感器技术在家畜养殖环境、行为活动、生理指标等方面都已有研究应用，但由于家禽养殖集约化，养殖环境复杂，家禽数量众多，因此需更注重养殖福利化和精准化，有效监测家禽个体实时状况，针对该情况，传感器技术被应用于家禽生产。本文阐述了传感器在家禽养殖环境监测、行为监测、生理指标监测、禽疾病及禽产品监测方面的研究应用，总结了传感器应用过程中存在的问题并提出了建议，为以后研究提供方向及理论基础。

1 传感器概述

根据GB/T 7665—2005《传感器通用术语》[16]的定义，传感器是指被测量并按照一定规律转化成可输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其基本原理如图1 所示[17]。传感器依据被测量的目的划分为物理量传感器、化学量传感器和生物量传感器。物理量传感器是利用某些效应，把被测量的物理量转化成便于处理的能量形式信号的装置，物理量传感器相比于其他类型传感器应用更加广泛，尤其在畜禽的行为活动[11]和环境监测[12]、生物医学[18]等方面。化学传感器是对各种化学物质敏感并将其含量转换为电信号进行检测的仪器，在环境监测[19]、生鲜保存[20]等方面有重要应用。生物传感器是把生物的敏感元件以及目标物品所产生的特异性反应或信号通过转换设备转化为电、声音等容易感知的信号，生物传感器将待测物质经扩散作用传入生物活性材料，经分子识别发生生物学反应，产生的信息继而经相应的物理或化学换能器转变成可定量和可处理的电信号，再经二次仪表放大并输出，便可知道待测物水平[21],该传感器在食品[22‑23]、环境监测[24‑25]、发酵工业[26]、医学[27]等各个行业都有应用前景。传感器特点包括数字化、系统化、多功能化、智能化、网络化[28]。据工业和信息化部电子科学技术情报研究所于2014 年发布的《中国传感器产业发展白皮书（2014）》，传感器发展大致可以分为3 代：第1 代是结构型传感器，它利用结构参量变化来感受和转化信号；第2 代是20 世纪70 年代发展起来的固体型传感器，其由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成；第3 代传感器是2000年至今发展起来的智能型传感器，是微型计算机技术与检测技术相结合的产物。

图1 传感器基本原理Fig.1 Basic principle of sensor

2 传感器在家禽生产中的应用

在家禽生产中，养殖环境、行为、疾病、体温及生理指标等与家禽生产性能息息相关，实时监测便于养殖人员了解家禽个体状况及养殖环境，从而促进家禽健康养殖，提高生产性能。

2.1 环境监测

环境控制对家禽养殖意义重大，是决定家禽健康生长的重要因素之一。养殖人员必需随时了解圈舍环境，从而对其进行调控，保证适宜的养殖条件，以获得最大的经济效益。环境输入包括温度、湿度、通风率、垫料质量和气体含量（包括二氧化碳和氨气），传统监测方式运用单一的工具（温湿度计）监测圈舍的温湿度，该方式无法实时监测、耗费人力，且对环境参数监测不全面，而传感器的研发为环境监测带来了突破点。

养殖环境的热舒适性对家禽生产活动至关重要，可促进家禽生长发育、提高饲料报酬[29]，有利于家禽机体健康，但适当的热力学条件评价需要测量和控制，因此低成本、开源且易于使用的测量系统被逐渐开发。Tiago 等[30]利用传感器测量系统实时温度、相对湿度和空气速度分布，采集的数据易被计算机读取并存储，该系统已被证明可以应用于商业肉鸡饲养。周雪等[31]设计了一种可穿戴式自适应移动环境监测系统，该系统可无差别监测室内外环境指标，如温度、湿度、细颗粒物（PM2.5）水平等，然后将数据通过蓝牙上传至手机终端。鲍海虹等[32]通过无线传感器网络，以ZigBee 技术为基础，设计了一种养殖环境实时监控系统，可对养殖环境各指标采集分析、存储及无线网络化监测处理，从而实现养殖环境调控系统一体化。牛海春等[33]设计了可监测养殖环境并调节环境质量的装置，该装置利用传感器采集数据，计算实际环境参数，再将所得数据发送至云平台，并实时显示数据，若数值不在阈值内，则启动外围设备进行调节。适宜的热舒适环境有利于家禽生产，但是随着养殖时间的延长，家禽养殖舍空气中粉尘含量提高并且产生有害气体，这些因素会诱发家禽疾病，危害家禽健康，因而需对有害气体、粉尘含量监测方面的设备进行研究。Rafaela等[34]设计了低成本、灵活、一次性的传感装置，可用于室温下灵敏、选择性氨监测，该传感装置灵敏度高，含量检测限为0.125×10-6，信噪比为3（S/N=3），并对家禽养殖场发现的其他常见干扰物具有出色的选择性。Yasmeen 等[35]研发了一种低成本传感器用于监测肉鸡舍的气体含量和颗粒含量，发现颗粒含量和气体含量随着家禽年龄和活动的增加而增加。佐治亚理工学院研究所（Georgia Tech-Research Institute，GTRI）科研人员开发了一种多功能传感器系统，该系统基于机器学习，具有强大且重复的分析组件，用于连续氨液位监测[36]。在监测家禽养殖环境的同时监测其行为状态，可更好地依据二者数据来调控环境，保证家禽的健康成长。张启亮等[37]研发了家禽监测脚环，通过在该装置里安装运动传感器、温度传感器以及发光二极管（light-emitting diode，LED）灯，记录家禽运动状态、环境温度以及定位家禽。张燕军等[38]发明了多指标一体化的家禽养殖环境智能监测传感器，可实现温度、湿度、风速、风向等多种环境参数的监测，便于改善禽舍环境。

目前，传感器技术在家禽生产环境监测方面的研发已趋于成熟并应用于商业生产中，如宁夏九三零种鸡有限公司、山东潍坊养殖场等通过无线传感网络对养殖舍内的温湿度、气体水平、光照度等进行监测，有效提高了生产效率。然而，实际应用中需要部署多个不同类型的传感器来监测大型养殖场的环境信息，由于传感器的感应范围和养殖场环境差异，其布置安排对监测性能有一定的影响。此外，大型养殖场和禽舍金属笼会影响传感器和网络信号传输，不利于环境监测，因此，提高传感器感应范围、合理部署传感器位置是环境监测的重要研究方向。

2.2 行为监测

家禽行为是家禽对一定刺激的反应，是家禽对内在和外在条件进行适应或调整的一种表现。家禽行为监测是发现家禽异常行为的基础，异常行为的发现能预警家禽疾病的发生，是动物福利评价的重要指标[39]。

2.2.1产蛋行为 家禽的育种程度是畜禽养殖的重要指标，现代养禽业取得的巨大成就的40%应归功于禽类育种,其中优异种质资源在育种中所起的作用超过50%[40]，因此，对家禽产蛋行为进行实时监测，可以避免人工选育的盲目性，促进家禽精细繁育体系的构建。Chien等[41]将传感技术与其他技术相结合创建了智能巢箱，基于射频识别技术（radio frequency identification，RFID）传感器监测母鸡何时进入或离开巢箱；鸡蛋检测传感器对收集管中的鸡蛋进行称重，将母鸡标签识别时间与收集管中鸡蛋位置顺序对应，可以将鸡蛋分配到不同的母鸡。平阳等[42]为了自动、准确地收集散养环境下的产蛋数据，研发了基于无线传感技术的散养鸡集蛋系统，采用基于ZigBee 协议的网络传输方式，实现了鸡蛋的自动分离、计数、称重、收集和分析功能，数据采集准确率较高。

2.2.2饮食行为 家禽养殖过程中，饮食行为是衡量家禽饥饿程度的关键方式，通过监测家禽饮食行为可以判断家禽饲料报酬高低并测量家禽摄入营养物质的多少，对家禽健康生产非常重要[43]。传统人工测量有较大的误差且无法获取家禽个体的饮食情况，因此，如何有效获取家禽个体采食情况成为亟需解决的问题之一。刘志伟[44]基于加速度传感器构建了本交笼内种鸡的行为检测系统，将加速度传感器佩戴于种鸡脖子下方，利用Kmeans 均值聚类算法对采集的数据进行分析后可准确识别种鸡的采食、饮水、打斗、交配、振翅等多种行为，除打斗与交配行为识别精度较低外，其他行为识别精度都在90%以上。Tu 等[45]开发了实时自动监测采食量和体重的系统，喂料称重站1 次只允许1 只鸡进入，按照时间顺序，可以得出鸡的动态饲喂数据以及每日的采食量、饲喂时间、啄食力、体重和饲料转化率等方面的信息，该系统已被家禽育种公司用于遗传选择项目。家禽个体采食和饮水行为的传感器监测系统研究开发较早[46]，目前传感器技术在监测家禽饮食行为方面应用广泛。

2.2.3活动行为 家禽的活动行为包括休息、散步、跳跃等，通过监测家禽活动行为可以及时发现家禽是否有反常行为。杨龙[47]研发了鸽子飞行远程监测与调控系统，让鸽子背负该设备进行飞行，系统模拟测试和在体测试表明该系统可以实时监测飞行数据且传输稳定，可达到远程监测与调控鸽子飞行的目的。除此之外，Usherwood 等[48]将加速度传感器置于鸽子翅膀下面和尾部，通过多重多项式回归分析与加速度数据处理，研究鸽子的平飞和着陆行为。刘仲旭[49]基于六轴运动传感器构建了禽类行为监测装置，以鸡为试验对象，将该装置佩戴于鸡的腿部采集鸡的行为数据，对数据预处理后导入上位机软件进行行为识别，结合人工监测法优化上位算法，最终使鸡行为(行走、站立、跑动及休息)自动识别准确度达75%以上。何灿隆等[50]研制了一种三轴加速度传感器的无线运动脚环，利用逻辑回归算法研究肉鸡的健康步态和跛行步态程度，平均准确率达93%。Debasmit等[51]设计了10 g 的无线传感器，将其安装在母鸡背部远程采集蛋鸡6种活动（卧/睡、站立、步行/跑步、采食、饮水、沐浴）数据，2 年后又利用约同样重量的穿戴传感器监测蛋鸡的跳跃力和着地力[52]。李文勇等[53]通过监测脚环采集家禽步数，实时监测家禽个体健康状态，实现家禽信息可追踪性。Derakhshani等[54]使用惯性传感器和机器学习技术，以识别、分类和分析3 个活动水平下蛋鸡的行为，该模型的准确率达90%，监测结果可用于禽舍的管理。

家禽行为除了一般行为和异常行为，还有因管理、环境和疾病等因素产生的应激反应，应激反应会导致家禽生产性能下降，免疫力低下，产品品质降低，营养需求增加[55]等，因此如何避免家禽产生应激反应也是家禽养殖的重要问题之一。Lacey等[56]利用生物遥测技术监测家禽深部体温是否随外界环境温度、相对湿度变化而变化，发现当外界环境温度迅速升高时，家禽维持自身深部体温能力较差，反映出深部体温对周围环境变化相当敏感，可以作为应激的指标之一。

利用传感器技术对家禽行为监测的技术逐渐成熟，目前存在的问题就是监测数据的精确性，综合来看，数据准确性较高，但仍存在部分行为识别错误，可能受家禽本身以及传感器灵敏性的影响。

2.3 体温监测

体温变化是反映家禽健康状况的重要指标，正常体温能够促进家禽机体新陈代谢及生命活动。家禽体温是指机体深部温度，传统家禽体温测量采用直肠测量法，该法有很多弊端，如对家禽机体有损害，且不能实时监测家禽体温。因此，要想连续监测家禽体温从而判断是否发生疾病，需要新的监测方法。

李丽华[57]研究设计了蛋鸡翼下测温传感装置，该装置由CC2420无线模块、体温采集模块、电池模块，背包和温度传感器组成，试验表明体温传感器精度误差平均值0.1 ℃，网络丢包率不超过1%，功耗低，可满足鸡长期全程体温监测的需要；除此之外，通过建立基于类属编程的蛋鸡翼下温度与直肠温度关系模型发现，该数据模型平均误差绝对值0.029，拟合精度高。李奇峰等[58]研发了家禽体温远程监控终端，通过热信号实现非接触性精准测温，可以实时监控鸡舍内多个蛋鸡体温信息，支持对整个禽舍体温的实时监控。杨威[59]设计了可穿戴无线体温监测系统，探究蛋鸡体温变化与日常行为之间的关系，发现鸡翼下靠近鸡胸的位置最接近鸡真实体温，且鸡的体温变化与环境温度有较大的相关性，将无线监测系统用于大型养殖场进行实际测试，结果表明鸡对无线体温传感器节点表现出良好的适应性。钟杰东等[60]公开了一种动物脉搏体温监测设备及其检测系统，将设备紧贴动物表面监测处可实现对动物脉搏和体温的精准监测，监测数据上传至人工智能监控系统分析处理，并与动物健康数据比对，可对异常体温、脉搏数据进行独立监管，实时监测生病动物的身体数据，该发明在一定程度上降低了因温度传感器未紧贴皮肤而造成监测数据误差。除此之外，尹旭生[61]发明了一种禽类动物体温监测报警器，该装置包括体温检测仪和温度传感器，实现将温度传感器放置在家禽翅膀下并防止家禽挣脱而造成仪器损坏或丢失问题的出现。陆辉山等[62]基于无线传感器网络设计了家禽体温监测系统，通过系统节点对家禽翼下体温进行采集并传输，将数据进行处理分析保存，实现对家禽体温的实时监测，经试验表明，该系统可准确采集数据，通过对比正常体温与异常体温，可以快速检测发病、死亡家禽个体，准确率达93.75%。

体温监测对家禽的疾病预防以及诊断有重要意义，从人工直肠测温到利用传感器进行翼下测温，监测方法有了质的飞跃，不仅避免了鸡发生直肠感染，而且极大地降低了人工成本，数据记录方便，对家禽健康养殖有一定的促进作用。尽管监测模型已经小型化，相比于红外线热成像技术，固定在家禽上的传感器仍不可避免地会引起一些不适。此外，传感器节点的数量和通讯距离也限制了它们在大规模养殖场中的部署。

2.4 生理指标监测

心率、血压、激素水平等畜禽生理指标能够反映机体生理状态和代谢水平。传统监测方法都是人工监测，如心率测量是以听诊的方式，具有主观性和一定误差。除传统监测方法，还有植入式方法，如传感器植入颈动脉监测血压，该方法会导致家禽身体产生不良反应。随着科学技术的发展，无创式监测方法逐渐成为研究热点。张小栓等[63]发明了动物血压智能监测系统，利用传感器敷贴器将传感器组件固定于动物身体上，采用RFID读卡器远程连续读取RFID 标签存储的动物心电信号和脉搏波信号，可持续监测动物血压。龚毅光等[64]研发了一种动物心率监测系统以及基于神经网络的心率状态识别方法，将采集装置穿戴在动物身上，智能终端可实时采集并远程监测动物心率，该发明可排除动物种类、年龄、运动状态等差异，为每个监测动物量身定做，真正做到精准有效地监测目标；除此之外，他们还公开了一种动物血糖监测系统及识别方法，采集被监测动物的接触压力、热量摄入量及加速度信息，最终通过智能终端将其识别为动物的血糖状态[65]。严涛等[66]发明了一种个体管控畜禽养殖方法，除在圈舍安装传感器监测畜禽采食饮水以及称重等之外，还在畜禽个体上安装管控装置，该装置主要由8 个模块组成，分别是控制、电池、定位、通讯、身份识别、加速度传感器、生理监测以及驱赶模块，控制模块与其他模块相连并接进管控，电池模块与其他模块连接并提供电能，定位模块、加速度传感器模块、生理指标监测模块将采集后的数据通过通讯模块传送至管控系统，该发明适用于各个种类的家禽。Gumus 等[67]研发了可实时监测鸟类体内尿酸的传感器系统，通过双电极恒电位仪系统驱动生物传感器，读取输出电流并无线传输数据，经证明生物传感器可用于测量鸟类间尿酸水平。

目前技术水平下，利用传感器监测技术仅可以监测基本生理参数（血压、心率及血糖等），对于家禽的激素水平、血红蛋白含量及红细胞数等仍无法利用传感器监测技术进行监测，在今后研究应用中，对生理参数监测可倾向于细胞及分子层面。

2.5 禽疾病检测

家禽疾病可能对动物和人类的健康构成重大威胁，早期的检测诊断可以提醒养殖人员提早采取预防措施，从而减少传染病的传播，因此快速检测禽疾病对家禽业至关重要。经过探索，传感器技术成为检测禽疾病的新技术之一。

Okada 等[68]以禽流感早期诊断为概念，开发了带有热敏电阻和加速度计的可穿戴无线传感器，重量轻且不干扰家禽的正常行为，当家禽感染高致病性流感病毒时，参数会发生显著变化，试验表明，在鸡出现临床症状和病变之前，穿戴传感器可以检测到鸡变虚弱并且体温升高，体温突然下降会观察到感染鸡的死亡。但是，在有些情况下，感染高致病性禽流感（highly pathogenic avian influenza，HPAI）病毒的鸡体温没有明显升高，如感染致病性CkYK7 毒株的鸡不会发烧或轻微发烧[69]，在这些情况下，体温监测不能有效地用于早期监测禽流感，且附着于身体表面的体温传感器容易受环境的影响。因此，Okada 等[70]提出了仅利用活动数据来监测鸡的异常状态的新方法，结果表明，相比于体温监测，仅利用加速度计测量鸡的运动可以更快更准确地监测鸡的禽流感病毒感染，重要的是，穿戴传感节点中的传感器数量只有1 个，不仅降低了生产成本，而且减少了数据分析量，有利于延长传感器节点的工作时间。在家禽生产中，穿戴运动传感器持续活跃，可以实时传输数据，及时为生产者提供信息，但是缺乏特异性诊断，因为其他因素会影响家禽的生理和运动行为，导致误报检查。相较于穿戴传感器，生物传感器可以进行特异性诊断，其采用生物受体，该生物受体使用固定分子可以检测样品病原体等的存在，并将识别信息转换为电信号[71]。Chen 等[72]开发了用于检测流感病毒表面抗原血凝素（hemagglutinin，HA）的方法，通过利用双探针系统，可以测定区分病毒亚型H1（人）和H5（禽）的HA。除此之外，Karen[73]将纳米技术与传感技术相结合，研究手持式人工智能病毒检测工具，分别开发了使用光学传感器和电化学传感器的2 种类型的纳米技术。2 种传感器各有优缺点，生物传感器具有诊断特异性，但需要手动采样和操作，而穿戴传感器虽然可以持续实时监测，但缺乏特异性，因此将生物传感器与穿戴式传感器相融合是以后的研究方向。

2.6 禽产品质量监测

新鲜度是食品工业、运输和消费者用来评估营养价值和食品最相关的指标，在决定禽产品质量方面起着重要作用[74]。传统禽产品新鲜度的测量主要靠人工视觉、嗅觉等，这种方法可以判断禽肉的新鲜度，但禽蛋好坏难以通过肉眼观察确定。禽蛋新鲜度测量方法可分为破坏性和非破坏性2种[75]，破坏性测量方法是传统、耗时的物理、生化方法，并且以该方法监测的样品不能重复利用，故监测样本量较少。因此，传统监测方法不足以全面监测禽产品，而无损检测方法具有检测速度快、适合在线检测等优点[76]，受到广泛关注。

柴春祥等[77]利用气体传感器导电性的变化对鸡肉新鲜度进行检测，结果表明，随着鸡肉保存时间的延长，气体传感器测试系统测得的信号值增加。Völgyi[78]使用微波传感器确定鸡蛋的新鲜度，发现鸡蛋的微波衰减（含水量）和尺寸在30 d的储存期间会发生变化，基于此他们计划开发一种用于自动挑选旧鸡蛋的微波设备。常志勇等[79]建立了基于电子鼻和力学参数的2 种传感器以及神经网络识别技术的智能检测系统，利用2 种传感器的检测值构建基于多信息参数融合的鸡肉新鲜度识别模型，经试验表明识别准确度达93.65%。Harnsoongnoen 等[80]提出了基于称重传感器和机器视觉的检测鸡蛋新鲜度和鸡蛋分级的新方法，利用称重传感器获取鸡蛋重量，机器视觉技术获取鸡蛋体积，进而计算鸡蛋密度以进行分级和鸡蛋新鲜度评估，该系统获得重量、体积和密度的准确率分别为99.88%、98.26%和99.02%，表明室温下储存的鸡蛋重量和新鲜度随着储存时间的延长而降低，并且鸡蛋新鲜度可以通过密度来确定。胡幸等[81]以单片机为控制器，利用气体传感器、温度传感器等采集食品信息，将嵌入式平台与传感器技术融合设计了一款可以检测肉类是否变质的智能检测仪，经实际检测，常温下对肉质检测准确率很高，且检测速度快、体积小，完全满足家庭对于肉类变质的检测要求。

综上，传感器技术在家禽生产方面呈现多方向发展，环境监测方面的传感器技术已被实际应用，其他方面如疾病监测、生理指标监测、行为监测等仍处于试验阶段，其原因在于养殖场复杂的环境、家禽本身以及传感器功能的限制，若要应用于实际并保证准确性，需与其他技术相结合。

3 传感器应用在家禽生产中存在的问题及发展建议

3.1 监测数据准确性较低

使用传感器监测家禽行为时，无法像人工一样进行观察判断，只能依靠所得数据确定并区分家禽行为，在这个过程中因家禽的某些行为较为接近，传感器会混淆家禽的某些相似行为，影响所测数据的准确性。刘志伟[44]在利用加速度传感器监测本交笼中鸡个体行为时，视频显示交配行为73 次，而模型识别为85 次，其原因就是交配行为与打斗行为加速度数据相近，导致监测的交配行为准确性降低。Yang 等[82]在利用三轴加速度计和机器学习对肉鸡行为进行分类时发现，该监测模型对采食和饮水的敏感度较低，将饮水误认为采食的概率在10%以上；同样，Debasmit 等[51]设计的无线传感器在监测鸡行为时，几乎将63%的饮水行为错误地识别为采食行为。综上可知，可穿戴传感器的研究应用对家禽的精准养殖有积极作用，但其准确性往往达不到期望值，可能影响人们对家禽行为的判断，忽视家禽疾病的发生。因此，开发联合传感器是未来的研究方向，利用不同传感器芯片共同制造传感器，该传感器可以相互矫正，避免识别错误。

3.2 传感器续航能力低

传感器（尤其是穿戴传感器）应用于监测家禽个体时，体积小、重量轻是其优点。李丽华等[83]在对蛋鸡体温动态监测装置进行功耗测试时发现，若实时传输数据且没有任何低功耗措施时，锂电池供能仅2.5 d，若间隔发送数据则供电时间可延长至8 d。刘烨虹[84]对家禽健康体征监测装置的功耗进行了测试，确定其寿命约为11.3 d。对于监测家禽的生长周期而言，十几天是远远不足的，因此功耗低且可自动蓄电的传感器将是穿戴传感器研究的重点，比如将太阳能电池与传感器相结合，缩小电池体积。

3.3 传感器易脱落

传感器佩戴于家禽时，家禽对陌生事物会产生一定反应，常通过一些行为使其掉落，如啄装备、梳羽、振翅等。研究发现，当给母鸡背上安装传感器后，母鸡梳羽和啄食装备次数相比于不安装传感器时增加，并且鸡吃喝更少，从其他母鸡那里得到的啄食更多[85]。除此之外，一个养殖笼有多个家禽，随着年龄的逐渐增大会出现争夺社会等级的现象，在争斗过程中可能对传感器的附着产生影响，家禽某些异常行为如相互啄羽，也可能造成传感器的脱落。针对传感器易脱落问题，首先应缩小传感器体积，微型传感器可减少家禽的应激；其次可以改变传感器附着方式，将传感器通过某些物理或化学方式附着于家禽身体。

3.4 网络数据易丢失

在使用传感器监测大型养殖场环境、家禽运动行为时，因采集的数据过于庞大，若传感器本身的性能较低，采集的数据在传输存储时可能会部分丢失，不能全部进行传送，且将数据传送至中央处理器后，庞大的数据在处理分析时可能会因为错误命令而遗漏，从而导致监测数据的精确度降低。刘烨虹[84]在测试监测家禽健康体征装置丢包率时发现，该装置丢包率在2%左右，虽然对监测的大量数据而言，2%的丢失率较低，但若丢失的数据是某一时间段的同一组数据，就会造成家禽的个体信息分析出现误差，进而影响养殖人员对家禽疾病的防治。造成网络数据丢失的原因很多，具体原因具体分析并进行处理。针对传感器数据传输方面，可每隔一段距离建立一个数据处理平台，再将数据处理平台的数据传至中央处理器；管理人员需定时检查设备、查看网络拥堵情况等。

3.5 传感器芯片成本高

使用传感器技术监测家禽生产，其核心是传感器芯片。目前在畜禽养殖上常用传感器有加速度传感器、运动传感器及温度传感器，其芯片价格昂贵。如加速度传感器芯片单价在5~100 元，温度传感器芯片单价在6~37 元。根据我国家禽规模化养殖标准，蛋鸡存栏数量不少于2 万羽，肉鸡出栏大于或等于5 万羽，若要做到精准养殖、实时监测，则传感器芯片总价可达10 万至500 万。其他辅助监测仪器也价格不菲，维护费用也较昂贵。芯片成本高究其原因是其生产工艺的复杂性以及半导体设备采购成本的增长，要降低成本，一方面可降低生产工艺的复杂性，另一方面可用其他材料来降低外界对芯片的影响，进而降低生产成本。

4 展望

随着家禽养殖业的不断发展，对实现家禽个体监测的研究也在不断深入，并且探索出了许多技术方法，其中传感器技术是最可靠的方法之一。目前传感器在家禽个体行为、体温、生理指标、疾病监测等方面尚未大范围使用，其主要原因在于传感器易脱落、续航能力低、监测准确性较低及芯片成本高等。未来仍需针对以下几个方面进行研究，以加快传感器大范围应用于实际生产：（1）缩小传感器的体积，相比于大型的传感器而言，微型传感器可减少家禽应激反应，避免家禽发生啄斗导致传感器脱落现象；（2）开发太阳能式传感器，以实现传感器实时连续工作；（3）联合传感器监测，利用不同传感器芯片相互配合制造传感器，提高监测的准确性。由于传感器具有数字化、智能化、多功能化、小巧便捷等特点，在未来发展中，利用传感器技术进行家禽个体监测将有明显优势，尤其在环境、行为、体温监测方面将广泛应用。在疾病监测方面，传感器技术处于起步阶段，但具有巨大前景，值得深入研究发展。