孟 蕊,崔曉東,余禮根,3,丁露雨,3,高榮華,3，祝 軍,杜天天,李奇峰,3*

(1.北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100097；2.北京市畜牧總站,北京 100029；3.農(nóng)芯(南京)智慧農(nóng)業(yè)研究院,南京 211899)

畜禽是人們?nèi)獾鞍资称返闹饕獊?lái)源，合理飼喂是畜禽成長(zhǎng)的重要環(huán)節(jié)[1]。傳統(tǒng)的畜禽飼喂方式易造成畜禽營(yíng)養(yǎng)不均、飼料浪費(fèi)等問(wèn)題，且人工勞動(dòng)強(qiáng)度較大、生產(chǎn)率有待提高[2]，隨著現(xiàn)代畜禽業(yè)規(guī)模化和集約化的快速發(fā)展，畜禽飼喂方式正不斷從粗放向精細(xì)化轉(zhuǎn)變[3-4]。研究畜禽精準(zhǔn)飼喂管理技術(shù)，即根據(jù)畜禽的品種、體重、生理階段等實(shí)現(xiàn)個(gè)性化飼喂，不僅能夠有效提高飼料利用率、降低飼料浪費(fèi)、提高生產(chǎn)率進(jìn)而節(jié)約生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益，在保障畜禽產(chǎn)品安全、降低環(huán)境污染等方面也發(fā)揮了重要作用[5-6]。

畜禽精準(zhǔn)飼喂管理技術(shù)大致可分為飼養(yǎng)信息獲取、飼料精準(zhǔn)配方、智能飼喂3個(gè)階段，主要是由畜禽精準(zhǔn)飼喂管理軟件和智能飼喂設(shè)備組成。當(dāng)畜禽主動(dòng)到智能飼喂設(shè)備尋飼時(shí)，畜禽所佩戴的識(shí)別卡在距離飼喂設(shè)備感應(yīng)器一定范圍內(nèi)即可自動(dòng)識(shí)別畜禽個(gè)體，計(jì)算機(jī)通過(guò)飼喂管理軟件自動(dòng)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的飼喂計(jì)劃及飼料配方，決定是否投料及投料量[7]。在飼養(yǎng)信息獲取方面，隨著微型計(jì)算機(jī)、電子識(shí)別系統(tǒng)、電子自動(dòng)稱量系統(tǒng)等高新技術(shù)的應(yīng)用，精準(zhǔn)飼養(yǎng)的自動(dòng)化水平大大提高[8]，通過(guò)準(zhǔn)確獲取動(dòng)物飲食行為，合理分析畜禽生理狀況，進(jìn)而制定飼喂計(jì)劃，有助于最大限度的發(fā)揮動(dòng)物生長(zhǎng)和繁殖潛力[9]。在飼料精準(zhǔn)配方方面，充分挖掘飼料中潛在的營(yíng)養(yǎng)成分，科學(xué)配備飼料，能夠促進(jìn)畜禽營(yíng)養(yǎng)吸收[10]，通過(guò)降低少量昂貴營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供給，還可降低10%～15%的飼養(yǎng)成本，減少2%～3%飼料制備、儲(chǔ)存、管理和運(yùn)輸成本，減少40%以上氮、磷和其他污染物的排放[11]。家畜智能飼喂設(shè)備的開發(fā)對(duì)象主要針對(duì)豬和奶牛，主要研發(fā)的系統(tǒng)包括妊娠母豬電子飼喂站、哺乳母豬精準(zhǔn)飼喂系統(tǒng)、奶牛精準(zhǔn)飼喂系統(tǒng)等[12-13]，智能飼喂提升了工作效率，降低了畜禽發(fā)病率，促進(jìn)了喂養(yǎng)環(huán)節(jié)的專業(yè)化和自動(dòng)化。

目前國(guó)內(nèi)外部分學(xué)者在畜禽精準(zhǔn)飼喂技術(shù)方面開展了較為深入的研究，并在生產(chǎn)中得到了應(yīng)用。本文重點(diǎn)分析國(guó)內(nèi)外包括飼養(yǎng)信息獲取、飼料精準(zhǔn)配方及智能飼喂3個(gè)階段在畜禽精準(zhǔn)飼喂管理中的應(yīng)用現(xiàn)狀及問(wèn)題，并展望其發(fā)展方向，為國(guó)內(nèi)畜禽精準(zhǔn)飼喂管理技術(shù)研究提供參考。

1 飼養(yǎng)信息獲取

飼養(yǎng)信息獲取是畜禽精準(zhǔn)飼喂管理技術(shù)的重要前提，是通過(guò)傳感器、圖像、聲音等監(jiān)測(cè)技術(shù)獲取畜禽體重、體尺、行為等個(gè)體信息，建立畜禽飼養(yǎng)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，建模計(jì)算準(zhǔn)確分析畜禽生長(zhǎng)狀況和飼養(yǎng)過(guò)程，也是測(cè)算飼料配方及評(píng)價(jià)飼喂情況的依據(jù)。

使用傳感設(shè)備監(jiān)測(cè)能夠?qū)⒁恍╇y以直接測(cè)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為易測(cè)量的信息，類似用于人的智能手環(huán)，一般將其佩戴在畜禽的耳朵、脖子、四肢或者尾巴上，可隨時(shí)感知畜禽的體溫、心率等生理信息和位置信息，并實(shí)時(shí)上傳到服務(wù)器，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分析處理，可得到畜禽發(fā)情、疾病、采食量、活動(dòng)量等信息[14]。如Lovendahl等[15]利用電子活動(dòng)標(biāo)簽采集奶牛運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析將奶牛運(yùn)動(dòng)分為強(qiáng)運(yùn)動(dòng)和弱運(yùn)動(dòng)，在通過(guò)1 d內(nèi)兩種運(yùn)動(dòng)的比例來(lái)判斷奶牛發(fā)情狀況；陸明洲等[16]利用紅外線感應(yīng)器、水流量傳感器、RFID閱讀器等設(shè)計(jì)了群養(yǎng)母豬飲水監(jiān)測(cè)點(diǎn)，可計(jì)算出母豬使用飲水器的頻率和消耗水量；田富洋等[17]通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)奶牛的吞咽次數(shù)和食團(tuán)質(zhì)量的大小測(cè)算出奶牛采食量。

圖像監(jiān)測(cè)通過(guò)采用視頻及錄像技術(shù)對(duì)畜禽進(jìn)行圖像采集，并對(duì)圖像片段進(jìn)行分析來(lái)估算畜禽體質(zhì)量、體尺等。如Yang等[18]通過(guò)采集分析長(zhǎng)白豬進(jìn)出豬欄的圖像，利用投影區(qū)域和參考系的比例關(guān)系即可估算出長(zhǎng)白豬的體質(zhì)量和體高。Schofield等[19]通過(guò)試驗(yàn)認(rèn)為利用投影面積估算生豬體質(zhì)量的算法需要增加擬合直線的截距。李卓等[20]設(shè)計(jì)了一種不易受到臟污和光照干擾的豬體尺檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于雙視覺(jué)原理，可在2 m物距范圍內(nèi)測(cè)算出豬的體長(zhǎng)、體高、體寬、臀高、臀寬等5個(gè)體尺，且誤差較小。

聲音監(jiān)測(cè)通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、模式識(shí)別等技術(shù)對(duì)畜禽聲音采集處理、分析識(shí)別[21]，其在反芻動(dòng)物采食監(jiān)測(cè)方面有良好的應(yīng)用效果[22]。如Clapham等[23]研發(fā)的一種采集分析自由放牧下牛進(jìn)食聲音的系統(tǒng)，主要是在牛嘴邊配置專用麥克風(fēng)收集牛咬斷和咀嚼草料的聲音，并將聲音轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)以量化分析牛的進(jìn)食行為，該系統(tǒng)可檢測(cè)到95%的咬斷行為，且周圍牧區(qū)環(huán)境的聲音對(duì)記錄聲音的完整性影響較小。Galli等[24]通過(guò)研究山羊進(jìn)食不同植物時(shí)的聲音，發(fā)現(xiàn)山羊下巴咬合速度和每次咬合的能量是影響山羊進(jìn)食效率的主要因素，而進(jìn)食植物的種類對(duì)進(jìn)食效率并沒(méi)有太大影響。

傳感器監(jiān)測(cè)、圖像監(jiān)測(cè)、聲音監(jiān)測(cè)這3種監(jiān)測(cè)技術(shù)各有利弊。目前傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，主要監(jiān)測(cè)畜禽的飲食、行為姿態(tài)等，但動(dòng)物互相打鬧、躺臥時(shí)常使傳感器設(shè)備遭到破壞，適合畜禽穿戴且可長(zhǎng)期高效工作的傳感器技術(shù)有待突破；圖像監(jiān)測(cè)技術(shù)主要用于監(jiān)測(cè)動(dòng)物行為以及畜禽質(zhì)量估算，其算法還不成熟，受光照、環(huán)境的影響較大；聲音監(jiān)測(cè)技術(shù)起步較晚，有良好的應(yīng)用前景，但易受環(huán)境噪音的干擾，信息獲取精確度和正確率有待提升。

2 飼料精準(zhǔn)配方

飼料精準(zhǔn)配方是畜禽精準(zhǔn)飼喂管理技術(shù)的關(guān)鍵核心，是指在畜禽生理信息獲取的基礎(chǔ)上，圍繞飼喂目標(biāo)綜合考慮畜禽生理狀況、飼料營(yíng)養(yǎng)成分、飼料原料價(jià)格等要素來(lái)測(cè)算畜禽的飼料配方[25]。本文主要從飼料配方測(cè)算、飼料動(dòng)態(tài)優(yōu)化兩個(gè)方面來(lái)闡述飼料精準(zhǔn)配方技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。

2.1 飼料配方測(cè)算

畜禽養(yǎng)殖飼料成本能夠占到總飼養(yǎng)成本的60%～70%，但飼料中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率卻較低[26]。因此，在明確飼養(yǎng)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，根據(jù)飼料原材料市場(chǎng)信息、采購(gòu)價(jià)格數(shù)據(jù)、畜禽個(gè)體數(shù)據(jù)和生長(zhǎng)過(guò)程參數(shù)，利用投喂決策模型和算法，優(yōu)化設(shè)計(jì)營(yíng)養(yǎng)素平衡的飼料配方極為重要[27]。

在測(cè)算技術(shù)方面，需要測(cè)算動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)需要和飼料的營(yíng)養(yǎng)成分來(lái)建立能量體系。NRC研究了奶牛在典型條件下的營(yíng)養(yǎng)需求量，包括奶牛體況、預(yù)期泌乳數(shù)量等[28]。熊本海等[29]設(shè)計(jì)出了一種泌乳奶牛全混合日糧精準(zhǔn)計(jì)算系統(tǒng)，是基于凈碳水化合物和蛋白質(zhì)體系，采用FPXPRO數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和參數(shù)線性規(guī)劃優(yōu)化技術(shù)，集成NRC推薦的奶牛主要養(yǎng)分需要?jiǎng)討B(tài)預(yù)測(cè)模型及奶牛常用飼料CNCPS參數(shù)數(shù)據(jù)的全混合日糧(Total Mixture Ration，TMR)配方優(yōu)化系統(tǒng)。利用大數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)飼料配方時(shí)，將動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)最適需求量、飼料營(yíng)養(yǎng)成分及飼料原料價(jià)格作為已知條件，畜禽營(yíng)養(yǎng)需求量設(shè)為約束條件，飼料最低成本設(shè)為目標(biāo)函數(shù)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)、運(yùn)籌學(xué)和線性規(guī)劃方法進(jìn)行運(yùn)算，是當(dāng)前最常用的飼料配方設(shè)計(jì)方法[30]。

在測(cè)算軟件方面，軟件的廣泛應(yīng)用推動(dòng)了飼料配方從粗糙化向精細(xì)化的轉(zhuǎn)變，提升了飼料轉(zhuǎn)化率。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在20世紀(jì)90年代已經(jīng)廣泛使用了計(jì)算機(jī)飼料配方軟件，國(guó)外較著名的飼料配方軟件包括美國(guó)的Brill、PC-dairy、CPM-dairy、Feedsoft、Mixit、NRC軟件，英國(guó)的Format、軟件，以色列的Gavish軟件等。隨著飼料工業(yè)的迅猛發(fā)展，我國(guó)在21世紀(jì)初開始較為迅速的發(fā)展飼料配方軟件，目前飼料配方軟件已逐漸成熟，國(guó)內(nèi)常用的飼料配方軟件包括CMIX配方軟件、三新配方軟件、勝豐飼料配方軟件、金牧飼料配方軟件等[31]。

飼料配方測(cè)算能夠以最小的生產(chǎn)成本使畜禽獲得最佳的生長(zhǎng)能量，幫助養(yǎng)殖戶節(jié)省生產(chǎn)成本，增加養(yǎng)殖效益。但從整體來(lái)看，飼料配方仍需要向環(huán)?；?、無(wú)抗化、個(gè)體定制化的趨勢(shì)發(fā)展，測(cè)算軟件需向?qū)Ｓ眯汀⒅悄軟Q策型的方向轉(zhuǎn)變，飼料配方設(shè)計(jì)方法也需要在達(dá)成飼喂目標(biāo)前提上，綜合考慮畜禽生理狀況、飼料營(yíng)養(yǎng)均衡、飼料原料價(jià)格、畜產(chǎn)品質(zhì)量安全要求、環(huán)境保護(hù)等更多要素來(lái)設(shè)計(jì)多參數(shù)飼料配方模型。

2.2 飼料動(dòng)態(tài)優(yōu)化

根據(jù)飼喂效果檢測(cè)評(píng)估飼料配方是否達(dá)到飼喂目標(biāo)，對(duì)飼料配方進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化，以更好的滿足畜禽飼喂需求[32]。

在飼喂效果檢測(cè)方面，馬明新等[33]認(rèn)為奶牛攝入日糧后并沒(méi)有結(jié)束飼喂這項(xiàng)工作，通過(guò)觀察奶牛挑食、剩料、反芻及糞便的情況，能夠得出奶牛對(duì)日糧的吸收消化效果，從而更好地指導(dǎo)飼料配方。奶牛的采食量在一定程度上代表其是否健康[34]，如果反芻異常，很有可能是出現(xiàn)了消化問(wèn)題或患病，也有可能是日糧中精料比例過(guò)高或粗飼料處理的過(guò)短。盧德勛[35]提出的營(yíng)養(yǎng)檢測(cè)技術(shù)是衡量豬營(yíng)養(yǎng)工程技術(shù)體系中各種技術(shù)措施系統(tǒng)集成化程度的根本手段，依靠此項(xiàng)技術(shù)可以衡量營(yíng)養(yǎng)工程技術(shù)體系中各項(xiàng)技術(shù)內(nèi)部和相互之間的系統(tǒng)集成化程度，全面監(jiān)控和評(píng)估形成的技術(shù)方案，且還可依據(jù)檢測(cè)結(jié)果不斷進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化。在飼料配方調(diào)整方面，楊海天等[36]認(rèn)為通過(guò)多次修正飼料配方能夠使飼料營(yíng)養(yǎng)水平更加貼近豬的生理需求，以期達(dá)到精準(zhǔn)飼喂。張吉鹍等[37]認(rèn)為可以采用實(shí)測(cè)妊娠母豬P2點(diǎn)背膘來(lái)評(píng)定母豬體況，測(cè)定背膘的時(shí)間點(diǎn)應(yīng)分別選在配種當(dāng)日、7 d、38 d、100 d、110 d這樣5個(gè)時(shí)間點(diǎn)，根據(jù)測(cè)定結(jié)果及時(shí)調(diào)整飼養(yǎng)方案。于愛(ài)梅和李華偉[38]認(rèn)為精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)是個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，需要根據(jù)季節(jié)變化、分布區(qū)域以及豬場(chǎng)的群體變化進(jìn)行綜合考慮，通過(guò)飼料配方優(yōu)化系統(tǒng)制定詳實(shí)的營(yíng)養(yǎng)方案，才能夠保證豬場(chǎng)獲取高效穩(wěn)定的生產(chǎn)成績(jī)。

飼料配方測(cè)算和飼料動(dòng)態(tài)優(yōu)化兩個(gè)環(huán)節(jié)均存在不足。飼料配方需要向環(huán)?；?、無(wú)抗化、個(gè)體定制化的趨勢(shì)發(fā)展，飼料軟件也需向?qū)Ｓ眯?、智能決策型的方向轉(zhuǎn)變，配方設(shè)計(jì)方法考慮的參數(shù)有待增加，計(jì)算模型也有待完善；飼料配方的動(dòng)態(tài)優(yōu)化還需在飼料原料種類復(fù)雜化、飼料營(yíng)養(yǎng)精準(zhǔn)化、原料飼料添加劑有機(jī)化、減量化等方面不斷優(yōu)化。通過(guò)兩個(gè)環(huán)節(jié)的不斷改進(jìn)，飼料配方將更加精準(zhǔn)。

3 智能飼喂

智能飼喂是畜禽精準(zhǔn)飼喂管理技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式，是指在獲取飼養(yǎng)信息、精準(zhǔn)配備飼料的基礎(chǔ)上，根據(jù)畜禽養(yǎng)殖的數(shù)量、生長(zhǎng)階段、平均體重等基本信息，設(shè)定飼喂決策模型和算法，得到固定畜舍的飲水量、次投喂量、投喂次數(shù)和投喂時(shí)間，為養(yǎng)殖戶提供科學(xué)合理的飼喂決策，并按照飼喂決策將飼料通過(guò)養(yǎng)殖智能化、自動(dòng)化設(shè)備飼喂畜禽。目前畜禽智能飼喂技術(shù)的開發(fā)對(duì)象主要是針對(duì)豬和奶牛[9]，分別是非反芻和反芻動(dòng)物智能飼喂研究的集中代表，少部分學(xué)者對(duì)雞智能飼喂技術(shù)進(jìn)行了研究，其他畜禽智能飼喂技術(shù)研究及應(yīng)用較少，且多參考豬和奶牛的飼喂方法，故本文主要從豬智能飼喂、奶牛智能飼喂、雞智能飼喂3個(gè)方面來(lái)闡述智能飼喂技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

表1 飼料精準(zhǔn)配方分析Table 1 Analysis of feed precise formula

3.1 生豬智能飼喂

按照飼喂飼料的狀態(tài)，可將生豬智能飼喂技術(shù)分為干飼料飼喂技術(shù)和液態(tài)飼料飼喂技術(shù)兩種。

干飼料飼喂技術(shù)涉及的智能養(yǎng)殖設(shè)備主要包括妊娠母豬電子飼喂站、母豬精準(zhǔn)飼喂系統(tǒng)、仔豬飼喂系統(tǒng)等[39]。楊亮等[40]認(rèn)為電子飼喂站系統(tǒng)包括耳標(biāo)識(shí)別及嵌入式控制系統(tǒng)，可以按每頭母豬的采食曲線或妊娠日齡控制每天甚至每次的采食量，并自動(dòng)記錄采食量數(shù)據(jù)，反過(guò)來(lái)也可依據(jù)已完成的采食量，調(diào)控后續(xù)的采食量，因此具有智能化控制的特點(diǎn)。史利軍等[41]設(shè)計(jì)了一種群養(yǎng)母豬智能化精準(zhǔn)飼喂裝置，該裝置能夠準(zhǔn)確識(shí)別進(jìn)食母豬身份，還能實(shí)現(xiàn)隔離飼喂和精準(zhǔn)下料，有助于降低養(yǎng)殖成本，提高管理效率。干飼料飼喂技術(shù)一定程度節(jié)約了勞動(dòng)成本，但也存在著畜禽飼料消化率較低、畜禽易產(chǎn)生腸胃疾病等問(wèn)題。

液態(tài)飼料飼喂并不是一個(gè)新鮮的概念，傳統(tǒng)家庭養(yǎng)豬采用的就是液態(tài)或半液態(tài)飼料飼喂，受集約化養(yǎng)殖中勞動(dòng)強(qiáng)度和技術(shù)的制約，干飼料飼喂技術(shù)迅速發(fā)展并得到了較為廣泛的使用。由于液態(tài)飼料在提高生豬采食量、提高飼料轉(zhuǎn)化率、顯著提高生長(zhǎng)性能等方面具有干飼料不可比擬的優(yōu)勢(shì)，20世紀(jì)80年代以來(lái)液態(tài)飼喂技術(shù)又開始在歐洲廣泛使用，目前已有30%～60%的規(guī)模場(chǎng)采用這種技術(shù)[42]。郭吉利等[43]通過(guò)試驗(yàn)比較研究了液態(tài)飼料和干飼料對(duì)斷奶仔豬的影響，發(fā)現(xiàn)液態(tài)料組日增重比干料組高0.1 kg，末重比干料組高4.52 kg，顯著提高了仔豬的生長(zhǎng)性能。雷胡龍等[44]在高溫高壓條件下研究了液態(tài)飼料的加工參數(shù)，認(rèn)為液態(tài)飼糧的適宜加工條件為料水比1∶2，經(jīng)121～126 ℃處理3 min。黃利軍等[45]認(rèn)為液態(tài)料智能飼喂系統(tǒng)包括電腦控制程序、配料攪拌及輸送3個(gè)部分，操作系統(tǒng)會(huì)根據(jù)豬群數(shù)量、飼喂配方、日飼喂次數(shù)等參數(shù)計(jì)算出水量和飼料量，攪拌后送至食槽。但液態(tài)飼料飼喂技術(shù)也有一定的不足，冬天時(shí)液態(tài)飼料會(huì)導(dǎo)致豬舍濕度較大，生豬容易感冒患病，夏天液態(tài)飼料常易殘留在管道中，造成腐敗變質(zhì)[46]。液態(tài)料智能飼喂系統(tǒng)將是未來(lái)全球養(yǎng)豬業(yè)主流的飼喂方式。

3.2 奶牛智能飼喂

中國(guó)奶牛飼喂方式已逐漸從傳統(tǒng)飼喂發(fā)展至TMR飼喂，未來(lái)還將向自動(dòng)化飼喂方式不斷轉(zhuǎn)型升級(jí)。傳統(tǒng)奶牛飼喂技術(shù)主要依靠人工飼喂，采用的機(jī)械設(shè)備包括手動(dòng)推車式飼料攪拌車、拖拉機(jī)式飼料攪拌車、精料自動(dòng)補(bǔ)充設(shè)備等，這種飼喂方式常常伴隨著飼養(yǎng)工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)、勞動(dòng)效率較低等問(wèn)題[47]，且由于精、粗飼料飲食不均還易造成奶牛腸胃不暢，進(jìn)而影響到奶牛的產(chǎn)奶量。

TMR是一種營(yíng)養(yǎng)相對(duì)均衡的日糧，是按照一定的配方比例，將青貯、精飼料、干草及飼料添加劑等充分?jǐn)嚢?、混合所制成[48]。目前，國(guó)內(nèi)規(guī)?；?chǎng)在飼喂環(huán)節(jié)已經(jīng)普遍采用了TMR飼喂技術(shù)以提高飼喂的精準(zhǔn)化水平、保障奶牛營(yíng)養(yǎng)[49]。其攪拌飼喂環(huán)節(jié)主要采用TMR設(shè)備，包括固定式攪拌機(jī)、牽引式攪拌車和自走式攪拌車[50]。但在實(shí)際飼喂過(guò)程中，TMR飼喂技術(shù)常常需要操作員駕駛車輛在牛舍進(jìn)行粗放式布料，造成飼喂效率低、飼料浪費(fèi)嚴(yán)重、投料過(guò)程易產(chǎn)生人為誤差等問(wèn)題[51]。

為彌補(bǔ)TMR設(shè)備存在的不足，國(guó)內(nèi)外研究人員已展開了相關(guān)研究，開發(fā)設(shè)計(jì)了自動(dòng)化奶牛飼喂設(shè)備，但國(guó)內(nèi)尚未大規(guī)模推廣。已研發(fā)的自動(dòng)化奶牛設(shè)備主要包括懸掛軌道飼喂系統(tǒng)、自走式飼喂系統(tǒng)、在位飼喂系統(tǒng)和傳送帶飼喂系統(tǒng)[52]。懸掛式飼喂系統(tǒng)是一種通過(guò)懸臂梁滑動(dòng)行走的飼喂系統(tǒng)，以TMR Robot 和Triomatic T10為代表，可以避免攪拌車駛?cè)肱Ｉ釒?lái)的廢氣和噪聲問(wèn)題[53]。自走式飼喂機(jī)器人是一種在地面沿設(shè)定路線自動(dòng)行走的飼喂系統(tǒng)，以Vector、Triomatic T15為代表[54]。在位飼喂系統(tǒng)是一種在牛欄口單獨(dú)安裝飼喂裝置的飼喂系統(tǒng)，具有維護(hù)方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)不僅可以用于牛舍，也可以用在擠奶廳擠奶位補(bǔ)飼系統(tǒng)，以Dairymaster奶廳定位補(bǔ)飼系統(tǒng)為代表[55]。傳送帶式飼喂系統(tǒng)主要由橫縱向飼料輸送帶和飼料分撥器構(gòu)成，其工作原理相對(duì)機(jī)器人簡(jiǎn)單，以芬蘭Belt feeder為代表[56]。

3.3 雞智能飼喂

傳統(tǒng)雞的飼喂方式也主要依靠人工飼喂，通過(guò)飼養(yǎng)員將飼料撒在地上或者加入料槽，這種飼喂方式常常造成飼料的浪費(fèi)。為節(jié)約飼料成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，喂料設(shè)備逐漸在規(guī)?；B(yǎng)雞場(chǎng)得到青睞，常用的喂料設(shè)備主要包括鏈?zhǔn)?、索盤式、跨籠式、行車式等種類。其中，行車式飼喂設(shè)備在行車的過(guò)程中使得喂料更加均勻，是籠養(yǎng)雞最理想的飼喂方式[57]。

雞智能飼喂系統(tǒng)目前還不成熟，還處于起步階段[58]。李國(guó)發(fā)等[59]設(shè)計(jì)了一種蛋雞智能化養(yǎng)殖系統(tǒng)，該系統(tǒng)可智能定時(shí)定量向蛋雞供水供料，同時(shí)可根據(jù)環(huán)境條件及時(shí)調(diào)節(jié)供水和飼料的溫度，還能根據(jù)現(xiàn)實(shí)使用需求靈活調(diào)整設(shè)備結(jié)構(gòu)，從而滿足不同數(shù)量及位置蛋雞飼養(yǎng)作業(yè)的需要。李麗華等[60]運(yùn)用超高頻RFID識(shí)別技術(shù)及STM32微處理器，設(shè)計(jì)了一種根據(jù)種雞個(gè)體需求信息進(jìn)行精確投料的控制系統(tǒng)及機(jī)械結(jié)構(gòu)裝置，該裝置可實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別與精確下料，且下料范圍能夠限制在80～150 g，4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量下，誤差在(0.25±0.06)%；RFID個(gè)體識(shí)別率達(dá)到100%。Syam等[61]研制了在肉雞籠的頂部運(yùn)輸飼料的機(jī)器人，并在實(shí)際應(yīng)用中證實(shí)該機(jī)器人可按養(yǎng)殖人員意圖執(zhí)行任務(wù)，有效節(jié)省人力資源。

生豬和奶牛智能飼喂技術(shù)的發(fā)展一定程度上代表了當(dāng)前畜禽智能飼喂技術(shù)的發(fā)展前沿。生豬智能飼喂技術(shù)中，液態(tài)飼料飼喂技術(shù)憑借其優(yōu)勢(shì)將成為未來(lái)養(yǎng)豬業(yè)主流的飼喂方式。奶牛智能飼喂技術(shù)中，自動(dòng)化奶牛設(shè)備也有較好的應(yīng)用前景。雞智能飼喂技術(shù)參考在豬和奶牛智能飼喂技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，將會(huì)取得較快進(jìn)展。

4 存在的主要技術(shù)問(wèn)題

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)者在畜禽精準(zhǔn)飼喂技術(shù)方面的研究相對(duì)較少，整體來(lái)看，飼養(yǎng)信息獲取階段的抗干擾能力有待加強(qiáng)，飼料配方精準(zhǔn)性有待提升以及智能飼喂設(shè)備智能化程度有待提高是目前畜禽精準(zhǔn)飼喂技術(shù)需要突破的3個(gè)門檻。研究應(yīng)用畜禽精準(zhǔn)飼喂管理技術(shù)時(shí)需要重點(diǎn)考慮以下問(wèn)題：(1)傳感器節(jié)點(diǎn)容易在畜禽躺臥或打鬧過(guò)程中遭到破壞；圖像采集受光照和環(huán)境的影響較大，有障礙物、陰天、晚上時(shí)采集圖像受到影響；環(huán)境中各種噪音易對(duì)聲音監(jiān)測(cè)起到干擾作用，影響了聲音信息獲取的準(zhǔn)確度和正確率；(2)飼料軟件通用型較多，專門針對(duì)單品種畜禽的飼料軟件較少，配方設(shè)計(jì)方法考慮的參數(shù)也有待增加，計(jì)算模型有待完善；(3)部分智能飼喂技術(shù)應(yīng)用范圍較小，且除豬和奶牛外，專門針對(duì)其他畜禽種類智能飼喂技術(shù)研究及應(yīng)用較少，人工智能、機(jī)器人、5G等技術(shù)與智能飼喂的結(jié)合需更加緊密。

表2 生豬智能飼喂技術(shù)Table 2 The intelligent feeding technologies of pigs

表3 奶牛智能飼喂技術(shù)Table 3 The intelligent feeding technologies of cows

5 當(dāng)前研究的重點(diǎn)

基于以上存在的問(wèn)題，當(dāng)前應(yīng)研究的重點(diǎn)包括：(1)設(shè)計(jì)更加符合畜禽體結(jié)構(gòu)且易于穿戴的傳感器節(jié)點(diǎn)；研發(fā)在黑暗中和正常光照下均能拍攝清楚的圖像信息采集設(shè)備，優(yōu)化圖像處理算法；優(yōu)化聲音降噪方法，降低環(huán)境中各種噪聲對(duì)畜禽聲音信息獲取的影響。(2)飼料配方需更加環(huán)保化、無(wú)抗化和個(gè)體定制化，飼料軟件也需向?qū)Ｓ眯?、智能決策型的方向轉(zhuǎn)變，飼料配方設(shè)計(jì)方法也需要在達(dá)成飼喂目標(biāo)前提上，綜合考慮畜禽生理狀況、飼料營(yíng)養(yǎng)均衡、飼料原料價(jià)格、畜產(chǎn)品質(zhì)量安全要求、環(huán)境保護(hù)等更多要素來(lái)設(shè)計(jì)多參數(shù)飼料配方模型；飼料配方需不斷動(dòng)態(tài)優(yōu)化。(3)加快部分智能飼喂技術(shù)的推廣應(yīng)用，推進(jìn)其他畜禽種類智能飼喂技術(shù)的研究與應(yīng)用，盡快推動(dòng)人工智能、機(jī)器人、5G等技術(shù)在智能飼喂方面的應(yīng)用。

6 小 結(jié)

本文通過(guò)對(duì)畜禽精準(zhǔn)飼喂管理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、應(yīng)用成果以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)等方面進(jìn)行深入分析，闡述了畜禽精準(zhǔn)飼喂在畜禽養(yǎng)殖業(yè)的重要意義，并提出了未來(lái)畜禽精準(zhǔn)飼喂管理技術(shù)的應(yīng)用前景及研究重點(diǎn)。在飼養(yǎng)信息獲取方面，傳感器、聲音、圖像監(jiān)測(cè)技術(shù)各有利弊，均需不斷降低干擾以精準(zhǔn)獲取畜禽信息；在飼料精準(zhǔn)配方方面，考慮更多要素的多參數(shù)飼料配方模型發(fā)展空間較大，以定制、環(huán)保等關(guān)鍵詞為特征的飼料配方將加快涌現(xiàn)；在智能飼喂方面，人工智能、機(jī)器人、5G等先進(jìn)技術(shù)與智能飼喂的融合將更加緊密。未來(lái)通過(guò)進(jìn)一步研究開發(fā)精準(zhǔn)、高效、智能、經(jīng)濟(jì)的畜禽精準(zhǔn)飼喂管理技術(shù)，畜禽生產(chǎn)效率將不斷提升，養(yǎng)殖效益將不斷提高，畜產(chǎn)品質(zhì)量安全將更有保障。