(整理)高产奶牛精细饲养数字技术平台构建与应用863

1、精品文档申请编号：课题类型：前沿探索研究类（ A）面向应用研究类（ B）国家高技术研究发展计划（ 863 计划）课题申请书农业领域名称：主题（重大专项）名称： 数字农业技术研究与示范所属专题名称：数字农业精细养殖技术平台构建与应用课题名称：高产奶牛精细饲养数字技术平台构建与应用申 请 人：王中华 梁勇依托单位 ：山东农业大学通讯地址：山东泰安岱宗大街 61 号邮 编：271018联系电话：0538 8242863传真：05388242863电子邮箱：zhwang中华人民共和国科学技术部二三年八月二十六日填写要求一、请严格按表中要求填写各项。二、对于第一部分中的选择栏目，请选择与课题最接近的一项

2、，并采用在 所选项编号上划勾的方式确定。三、申请书文本中外文名词第一次出现时，要写清全称和缩写，再出现同 一词时可以使用缩写。四、申请书文本采用 A4 幅面纸，可以自行以同样幅面纸复制， 填写内容需 打印填入 ,对于篇幅不够的栏目可自行加页；申请书请用普通订书订装 订， 不要加装其他封面 。五、承诺为课题提供配套经费和其他支撑条件的课题依托单位所属部门、 地方科技主管部门及有关单位，应提供加盖公章的有关 承诺证明 ，作 为本申请的其他附件附后。六、表 中单位性质、所在地区和所属部门代码请查阅 863 计划网站 () ：863 计划课题信息有关代码对照表 。精品文档基本信息课题 申请人情况姓名王

3、中华性别01.男02.女出生年月1965 4文化程度01 研究生 02 大本03 大专 04 大专以下职称01 高级职称 02 中级职称03 初级职称 04 无职称联系电话0538 8242863E-mailzhwang依托单位情况名称山东农业大学通讯地址山东泰安岱宗大街 61 号山东农业大学动物科技学院邮编271018单位性质大专院校代码 AB参加单位总数 3所在地区（省、自治区、直辖市、计划单列市）山东省代码370000所属部门（国务院各部、委、局及其机构）山东省科技厅代码740其它 主要联 合申请单位单位名称参加形式1.合作 2. 协作单位性质（同上）中国农业大学1大专院校济南佳宝乳业有

4、限公司1股份有限公司青岛六和牧业发展有限公司2股份有限公司新西兰 Felix 技术公司2股份有限公司课题类型01. 前沿探索类 02. 面向应用类成果提供形式01.发明专利 02.新产品（或农业新品种） 03. 新装置 04.新材料 05. 新工艺（或新方法、 新模式） 06. 计算机软件 07.技术标准 08.论文论著 09. 其它总经费概算 600 万元拟申请 863 计划资助（万元） 200其他经费来源（万元）（请将提供经费方科技部其他科技计划资助国家其他资助 （包括部门匹配 ）地方政府匹配200出据的同意提供经 费的证明，作为其 他附件附后。 )银行贷款自有资金200其它资金合计预计完

5、成年限2003 年9月2005 年 9月 申报日期 2003 年 8月位单在所学大业农东山学大业农东山学大业农国中学大业农东山学大业农东山学大业农东山学大业农东山学大业农东山司公限有业乳宝佳南济司公限有业乳宝佳南济司公限有展发业牧和六岛青xileF5.21 ： 计 合务任的担分及）员成 或长组副、长组（务职中题课在集采息信，调协，长组副准标定评，型模要需养营型模定评况体型模断诊情发型选备设，计设件软计设法算设建点范示设建点范示设建点范示）年人（间时 作工题课本为5.15.1115.15.15.115.05.05.05.0业专牧畜程工量 测与量测地大牧畜牧畜机算计牧畜机算计学科算计牧畜牧畜牧畜机

6、算计称职/务职/导硕/授教副授教副导博/授教授 教授教副师讲导博/授教师牧畜级高师牧畜级高师牧畜级高授 教月年生出4.569121.06918.569101.569101.94917.66911.179101.66911.3691年人别 性男男男男男男男女名姓华中王昌福李英连苗升国李平克聂河黄军陈序号123456789011121精品文档1课题组长、副组长资历情况 （从事过的主要研究任务及所负责任和作用，研究成果 和获发明专利情况，在国内外主要刊物上发表论文情况。 ）王中华 ，男， 1965 年 4 月生，课题组长，教授、博士生导师，中国畜牧兽医学会养牛学专业 委员会常务理事、副秘书长，中国奶

7、牛协会饲料营养专业委员会理事。主要研究方向为反刍动物 营养与养牛学。 1985 年山东农业大学畜牧专业本科毕业后留校任教， 1996 年 7 月在中国农业大 学获得博士学位， 1999 年 3 月 2000 年 3 月受英国皇家学会资助在苏格兰罗维特研究所从事合 作研究。先后在动物营养学报、中国畜牧杂志、山东农业大学学报、中国黄牛杂志、 Asian Australasian Journal of Animal Science 等刊物上发表论文 40 余篇，主参编教材、著作 6 部，主 持、参加省部级科研课题 5 项，获农业部科技进步三等奖 1 项，山东省科技进步一等奖 1 项，三 等奖两项。自

8、参加工作以来一直从事反刍动物营养、养牛学的教学及研究工作，在“九五”期间主持 的科技部重点科技攻关计划项目“肉牛青粗饲料生产加工利用技术”研究中提出了适应山东不同地 区的三元结构种植模式，研究了瘤胃调控技术并研制了秸秆型瘤胃调控剂，研制了铡草机联动青 贮添加剂喷洒装置和肉牛日粮配方计算机系统，项目总体水平达到国内先进。在读博士期间，利 用同位素示踪技术研究了挥发性脂肪酸中间代谢的能量利用效率问题，提出研究挥发性脂肪酸代 谢的三室模型方法。在罗维特工作期间主要从事蛋白质的消化道组织代谢研究和粗饲料利用技术 研究。目前主持国家“十五”科技攻关奶业专项专题 1 项、子专题一项， “十五”科技攻关“反

9、刍动物营 养调控技术”专题 1 项。梁勇 ，男， 1960 年 12 月生，博士，副教授，硕士研究生导师,课题组副组长。主要研究方向为数字地球和 3S 技术的应用。编著高校用教材 5 部，发表学术论文 30 余篇。主持省部级课题 2 项，在“863 ”计划课题“近景目标三维测量技术”中负责信息采集技术和标准制定工作。近期以第一 作者发表的主要相关论文有：1、走进“数字地球”， 构筑“数字农业科学工程”，中国农业科学 ， 2003,36（ 7）；精品文档2、 Study on the Framework System of Digital Agriculture ， Chinese Geogra

10、phical Science，精品文档2课题组长及课题组主要成员目前承担863 计划和国家其他科技计划课题情况课题组主要成员目前承担国家“十五”科技攻关课题 4 项，参加“863”计划课题1 项。中国农业大 学李胜利博士主持奶业重大专项共性研究“奶牛营养需要”课题专题 1 项，山东农业大学王中华主持 奶业重大专项示范类课题“华北（山东）农区奶业现代化生产技术集成与产业化示范”专题“奶牛营 养与饲养技术研究”、 共性研究“奶牛营养需要”课题子专题 1 项，“十五”科技攻关“反刍动物营养调控 技术研究”课题专题 1 项。山东农业大学梁勇博士参加“ 863”计划课题“近景目标三维测量技术”研究 工作

11、，负责数据采集技术和标准的制定。三、课题情况1主要研究内容、拟解决的技术难点，以及预期达到的目标、主要技术指标和水平 奶牛生长自身体组织的饲料转化效率大约只有猪、鸡的1/6 1/4 ，而产奶的饲料转化效率很高，在高产的前提下奶牛业可以成为资源利用最为节省的畜牧业。 据测算， 一头年产奶 7500kg 的 奶牛，对太阳能的利用效率为 0.091% ，小麦亩产量达到 213kg 时对太阳能的利用效率为 0.073% ， 亦即饲养一头产奶量 7500kg 的奶牛与亩产 265kg 小麦可以达到相同的土地资源利用效率 （Kleiber ，1961 ）。人均耕地占有量少是我国的基本国情， 我国的奶牛业，

12、 尤其是农区的奶牛业必 须走高产高效的发展道路，提高单产水平始终是奶牛生产技术发展的重点之一。8000kg 以上高产奶牛每年分泌到牛奶中的干物质是自身干物质的 6 倍以上，代谢强度极高， 需要依靠精细化的饲养才能充分发挥其生产潜力。利用年限短是我国高产奶牛饲养中普遍存在的 问题，即使在一些条件较好的奶牛场，也只有 2 胎左右，缺少精细化饲养的技术手段是重要原因。高产奶牛的精细化饲养需要对奶牛不断变化的奶牛运动、采食、体况、繁殖、生产以及所处 环境的状态信息进行监控，分析其对各种营养物质需要量的变化，在饲料营养价值数据库、饲养 知识数据库以及相关分析软件的支持下，实现饲料养分供给的精细化调节。对

13、如此大量数据的采 集和分析，离不开数字化技术平台的支持。本课题的研究内容即是建立实现奶牛精细化饲养的数字技术平台，并在该平台的支持下建立 高产奶牛精细化饲养示范系统。这一系统的建立既可以作为配套技术在高产奶牛群的管理中推广， 也可以作为奶牛饲养技术规程研究的平台。课题需要解决的技术问题包括：（1）奶牛状态、环境监控系统：提出牛只识别和监控奶牛运动量、采食量、体重、产奶量、 乳成份、温度、适度等信息的设施、设备，研究实现自动数字化记录的方法。其中采食量的 监控是技术难点。精品文档（2）奶牛营养需求模型：研究根据运动量、体重、产奶量、乳成份、环境温度等估测奶牛营养需要、判断发情和评定体况的数学模型

14、，建立饲料营养价值和奶牛营养知识数据库，开发（4）研究开发根据运动量判断奶牛发情的模型，开发分析软件；（5）研究开发奶牛体况数字化评定的模型，开发分析软件；（6）提出奶牛饲料营养价值评定技术规程；（7）提出奶牛精细饲养工艺流程。主要技术指标和水平：对奶牛的运动量、采食量、体重、产奶量和场舍温、湿度实现自动化 记录，对奶牛体况实现人工辅助下的数字化评定，建立的数字化平台和配套技术可以实现奶牛营 养供给量的适时调整，建立规模 100 头左右的高产奶牛精细化饲养技术示范，示范点成为高产奶 牛饲养技术研究的平台。形成配套物化技术产品（奶牛精细饲养数字技术平台 1 个），单项物化技 术产品 3 个（奶牛

15、采食量数字化记录系统、奶牛体况数字化评定系统、奶牛运动量数字化记录系 统），制定奶牛饲料营养价值评定技术规程 1 套，开发配套软件 5 个。课题成果总体上达到国际先 进水平，在采食量自动记录技术、体况数字化评定技术方面达到国际领先水平。精品文档2主要创新点及预期可获得的发明专利等知识产权情况课题的主要创新点：（ 1） 奶牛采食量自动记录技术；（ 2） 奶牛体况数字化评定技术；（ 3） 奶牛营养需要估测模型。可获得的发明专利：课题预期在采食量自动记录、体况数字化评定方面获得发明专利，开发具有自主知识产权的分析软件 5 套，形成配套及单项物化技术产品 4 个。3课题主要研究技术内容的国内外发展现状

16、与趋势，国内现有技术基础单产水平不断提高是奶牛业发展的趋势。如美国荷尔斯坦牛的平均产奶量自二十世纪六十年代以来平均年递增 150kg ，至 2000 年超过 80000kg 。单产水平的提高使奶牛业成为资源利用最为 节省的畜牧业，并因此成长为全球最重要的畜牧业。据 FAO 统计， 2002 年全球牛奶产量 5.02 亿 吨，蛋类产量 0.58 亿吨，肉类产量 2.45 亿吨，牛奶产量占肉蛋奶总产量的 60 以上。高产奶牛的代谢强度大，要求饲养技术更加精细。我国高产奶牛饲养中出现的乳脂率低、代谢病发病率高、利用年限短的问题均与缺少精细化的饲养技术有关。伴随着奶牛单产水平的不断 提高，奶牛的精细饲

17、养技术得到了发展。二十世纪八十年代，荷兰即兴建了第一座数字化奶牛场， 对奶牛的各种生产、活动数据进行自动记录，通过计算机分析给出奶牛的饲料需要量，实现了精 细化饲养。美国、日本、新西兰、澳大利亚等国也已经建立了一些数字化程度很高的奶牛场。奶牛的精细饲养技术包括奶牛营养需要模型、饲料营养价值数据库、实现精细饲养的技术手段三个主要方面。营养需要模型是在大量营养、饲养试验基础上建立的奶牛年龄、体重、繁殖、产奶量、运动等与各种营养物质需要量之间的数量关系模型。模型的精确程度依赖于奶牛营养学研究的不断深入，因而是一个不断深化的过程。而建立奶牛精细饲养的数字技术平台，实现奶牛的精细化饲养可以加快奶牛营养学

18、研究成果在生产中的应用，指明研究方向，加快奶牛营养学研 究的进展。发达国家在奶牛营养需要模型研究方面已经有了多年的积累，以美国 NRC 发布的奶 牛营养需要和英国 ARC 发布的反刍动物营养需要较具权威性。我国在奶牛营养需要研究方 面起步较晚，但进展很快，在中国农业大学冯仰廉教授领导下编写的中国奶牛营养需要与饲养 标准已经颁布第二版，标志着我国已经拥有了自成体系的奶牛营养需要模型，为建立我国的奶 牛精细饲养数字技术平台奠定了重要基础。饲料营养价值数据库是奶牛精细饲养技术的重要基础。数据库的质量决定于饲料生产、饲料营养价值评定的规范化程度和饲料营养价值评定数据的数量。发达国家在饲料生产和饲料营养

19、价精品文档值评定的规范化方面发展较早，这是我国的主要差距。在饲料营养价值评定数据方面发达国家也有较多的积累。长期以来，我国只有少数实验室具有全面评定奶牛饲料营养价值的能力，仅十几4课题主要技术及相关技术国内外专利申请和授权情况，本课题拟采取的对策（面向应用研究类课题（ B 类），需附有关专利查新结论）课题研究所需的国内外奶牛营养需要量估测模型、奶牛饲料营养价值数据库均属公开发表资 料，不涉及知识产权问题。信息采集等设备均属定型产品，可以通过购置获得。分析软件依靠自 主开发。5课题拟采取的研究方法（或技术路线、实施方案）及其可行性和风险分析课题采取技术组装与自主研究相结合的研究方法。各项研究内容

20、的研究方案如下：1、信息采集技术（ 1） 牛只自动识别：改造目前商业应用的条形码技术，购置条形码识别装备，建立牛只编码系 统，设立牛只状态数据库，牛只自动识别后可以保存、调用数据库中的数据；（ 2） 体重信息：在专用通道上设立地磅和牛只识别装置，体重称量结果转变成数字信号保存于 牛只状态数据库；（ 3） 运动信息：牛只安装计步器，通过信号频率识别牛只；计量步数保存于牛只状态数据库； 建立相关模型估测运动的营养消耗，判定牛只是否发情；（ 4） 采食量：基础粗饲料（或 TMR ）自由采食；在牛只头部安装传感器，通过信号频率识别牛 只，咀嚼信息保存于牛只状态数据库；建立区别采食咀嚼和反刍咀嚼的判定模

21、型，建立对 应不同饲料的干物质采食量估测模型；（ 5） 产奶量：改造已有挤奶设备，将产奶量数据转变为数字信号保存于牛只状态数据库；（ 6） 乳成份：定期实验室测定乳成份，测定数据保存于牛只状态数据库；（ 7） 体况评定：摄影测量技术进行牛只体尺数据的自动测量，建立体尺数据与体况评分的回归 模型，实现体况评分的数字化评定；（ 8） 气温、湿度：选用定型设备，自动记录奶牛场舍气温、湿度，数据保存于专用数据库。2、奶牛营养需要量估测：以我国的奶牛饲养标准为主，参考国外标准，建立奶牛营养需要估测模 型，开发分析软件，通过调用牛只状态数据库和环境数据估测牛只的营养需要量。3、饲料营养价值数据库：制定奶牛

22、饲料营养价值评定技术规程和饲料编码规程，以现有奶牛饲料 营养价值评定数据为基础建立数据库。搜集认可实验室的评定结果，不断扩充数据库。设计奶牛 饲料配方软件，通过调用估测的牛只营养需要数据和饲料营养价值数据计算日粮配方。精4品、文高档产奶牛精细工艺：提出高产奶牛精细饲养的工艺流程，与示范牛场的相结合，建立示范性工艺流程。6预期研究成果应用转化前景预测及拟采取的措施（包括国内外应用或市场现状、潜在用户、市场前景及风险预测 , 经济效益和社会作用、影响分析、使本课题成果获得应用转化拟采取的措施 等。）我国的奶牛业正处在快速发展时期，单产水平低、利用年限短是制约奶牛业发展的主要问题。目前，农户饲养奶牛

23、的平均单产大多在3000 4000kg ，年生产原料奶收入约 2000 3000 元，平均利用年限不足 4 胎，奶牛生产的效益已经很低。通过提高牛群质量和奶牛的饲养技术水平提高 产奶量、延长利用年限已经是迫切需要解决的现实问题。农区奶牛生产的主要省份对此给予了高 度重视，采取多种措施提高奶牛单产。高产奶牛精细饲养数字技术平台的建立对于提高我国奶牛 的饲养技术水平，促进奶牛营养与饲养技术研究具有重要作用。对当前和今后奶牛饲养技术的进 步均会起到推动作用，产生良好的社会和经济效益。课题配套技术成果在国内外集约化、高水平牛场具有推广价值，并可作为科研、推广单位的 饲养技术研究平台。课题的技术成果可以

24、分离组装成适应不同条件奶牛饲养场、区的单项技术， 如奶牛体况数字化评定技术、发情诊断技术、日粮设计技术等。一些小型奶牛场可以将课题形成 的奶牛营养需要估测技术与有关信息的人工采集结合，实现低投入的精细化饲养。课题建立的奶 牛饲料营养价值数据库则可以为全行业提供社会性服务。因此，课题的技术成果具有广阔的应用 前景。为促进课题成果的转化，课题组将在课题实施过程中注重设施、设备的标准化，与有关设备 生产厂家建立课题成果开发的联合体，设计适于不同层次的物化产品，进行市场化开发。7课题组和课题申请单位现有工作基础以及依托单位承诺提供的支撑条件，其他所需增添的支撑条件和主要仪器设备 （说明用途）山东农业大

25、学是一所以农科为主，学科门类涵盖农、工、理、管、经、文、法的多科性大学。全校有 18 个学院、 2 个教学部， 2 个博士后流动站、 13 个博士学位授予点、 30 个硕士学位授予 点，工程院院士 3 人，科学院院士 1 人。山东农业大学信息科学与工程学院拥有教授 人，副教 授 人，博士 人，仪器设备总值 600 余万元，具有软件开发和硬件应用的雄厚技术力量和设备 条件。该学院参与课题的主要研究人员分别从事信息采集技术、图像处理与模式识别、管理信息 系统和计算技术研究，数字化技术农业应用研究方面具有较好的研究基础，能够承担完成课题任 务所需的信息采集设备选型、数据传输、信息管理和软件开发等任务

26、。山东农业大学动物科技学院拥有从事养牛生产、反刍动物营养研究的科技人员8 人，其中教授3 人，副教授 2 人，博士生导师 2 人。拥有全面评定奶牛饲料营养价值的设备、设施条件。参加 课题研究的主要成员先后承担了国家科技攻关“肉牛青粗饲料生产加工利用技术” 、“肉牛营养技术”、 “奶牛营养与饲养管理技术”、“反刍动物营养调控技术”、“奶牛矿物质营养需要”等专题的研究工作，取 得相关科技成果 5 项，获省部级科技进步二等以上奖 3 项，具有开发肉牛饲料配方、奶牛饲料配 方软件的经验。能够承担课题研究的数学模型建立工作。中国农业大学动物科技学院是我国最早拥有大型呼吸测热室的单位，该院反刍动物营养实验

27、室 在奶牛营养需要研究方面做了大量开创性研究工作。在冯仰廉教授领导下，以该实验室的工作为 主要基础颁布了我国的奶牛营养需要国家标准，目前已颁布第二版。该实验室对奶牛的饲料营养 价值评定技术进行了大量研究工作，并评定了大量的奶牛饲料样品，是国内承担奶牛营养需要模 型和制定奶牛饲料营养价值评定技术规程工作最具基础的单位。济南佳宝公司和青岛六和牧业发展有限公司拥有高水平的饲养管理和挤奶设施，加以改造可 以承担高产奶牛精细饲养数字技术平台的示范任务。精品文新档西兰 Fleix 公司从事草地数字化管理、牛奶加工数字化管理以及牛场数字化管理技术的开发工作。该公司技术负责人陈军博士以受聘为山东农业大学客座教

28、授，可为课题研究的信息采集设精品文档8、课题总经费支出预算 （包含拟申请 863 计划经费以外的各类其他来源经费）单位：万元科目预算金额备注（一）直接费用5551、人员费15地方配套 10 万（1）高级研究人员10（2）其他研究人员52、设备费160（1）购置120企业自筹 100 万（2）试制403、国际合作与交流费30地方配套 30 万（1）课题组成员出国考察费用20（2）外国专家费用104、业务费200地方配套 100 万（1）材料费50（2）燃料及动力费30（3）外协测试化验与加工费100（4）出版物 /文献/信息传播 /知识产权事 务费10（5）会议费及差旅费105、修缮费100企业

29、自筹 100 万6、其他直接费用50地方配套 50 万（二）间接费用25地方配套 10 万1、现有仪器设备使用费52、房屋占用费53、直接管理人员费用104、其他间接费用5（三）协作研究支出20协作支出 110协作支出 210合计600四、合作单位情况1合作单位任务分工主持单位：山东农业大学，负责课题方案设计、实施组织、信息采集设备选型、局域网建设、 软件设计以及采食量、体况评定、发情诊断模型研究；合作单位 1：中国农业大学， 负责奶牛营养需要模型研究、 奶牛饲料营养价值评定技术规程制 定、饲料营养数据库建立；合作单位 2：济南佳宝乳业有限公司，为高产奶牛精细饲养数字技术平台试制提供现场条件，

30、 负责高产奶牛 TMR 精细饲养工艺示范；协作单位 1：青岛六和牧业发展有限公司， 协助开展高产奶牛精粗料分饲精细饲养工艺示范；协作单位 2：新西兰 Felix 技术公司，协助进行信息采集设备选型，介绍引进相关技术。精品文档精品文档2 合作申请课题的企业的情况（包括企业的技术水平和经济实力，以往和目前生产 的主要产品和与本课题相关的产品及其市场、经营情况，企业的管理情况等）合作企业济南市的农工商集团佳宝乳业有限公司是中国农业产业经营 20 大龙头食品企业、 山 东省集奶牛饲养、乳品加工于一体的最大奶业企业，产品类型包括液体奶、冷饮、发酵乳制品、 奶油等，正在开发奶酪制品。公司资产总额 8.15 亿元，资产负债率 39， 2001 年实现销售收入 11 亿元，利税 1.58 亿元，综合实力位居全国奶业企业的前五名。该公司生产设施先进，拥有 2 个现代化高产奶牛示范场，成年母牛存栏量 4000 余头，核心群平均产奶量 8026