智慧动物生产学-课件 第4章 畜禽精准饲养技术体系与应用实践

第4章

畜禽精准饲养第一部分

智慧技术与饲养CONTENTS目录4.1畜禽精准饲养概述

4.2智能生长监测、健康评价和

环境评估指标4.3精准饲喂系统4.4精准饲养技术实例4.5面临的挑战和未来展望畜禽精准饲养概述4.1

精准饲养与饲喂基本概念相较于传统饲养，精准饲养的主要内容在于精准营养与精准饲喂，核心在精准，基础在营养，关键在饲喂。精准指的是高度的精确性与准确性，涵盖了定性与定量两个维度，要求在数量和质量上都精准。精准营养，强调在特定环境条件下，对畜禽所需营养素的种类、质量及数量进行细化和精确化管理。精准饲养是按畜禽的精准营养需要落实到日粮或配合饲料，再按精准数量使畜禽采食，实现供需对等。

精准饲养与饲喂的意义实施精准饲养和饲喂可提升饲料利用率，降低养殖成本，减少对环境的污染，同时还能提高畜禽产品的质量和安全性，促进畜禽养殖业的可持续发展。4.1.1

精准饲养与饲喂4.1畜禽精准饲养概述

起源背景随着畜禽养殖业的发展，传统饲养方式的弊端逐渐显现，如饲料浪费、养殖效益不高、环境污染等问题，促使人们开始探索更科学、精准的饲养方式，从而诞生了畜禽精准饲养。探索过程在畜禽精准饲养的探索过程中，科研人员和养殖从业者不断尝试新的技术和方法，结合现代信息技术、生物技术等多学科知识，逐步完善畜禽精准饲养的理论和实践体系。通过细致区分畜禽种类及其生长阶段（图1），实施定制化饲喂方案，显著提升了畜牧业的生产效率。图1

阶段饲喂的划分变迁4.1.2

畜禽精准饲养的起源与探索4.1畜禽精准饲养概述

精准动物营养需要量精准饲养需精准评估畜禽不同生长阶段、生理状态的营养需求，综合考虑品种、体重、生长速度等因素确定营养方案，确保畜禽获得充足且合理的营养。

精准饲料配方饲料配方的精准性直接关系到动物对养分的吸收利用效率和生产性能，为实现精准的饲料营养，需考虑以下4点：(A)原料选择与评估;(B)动态配方设计;(3)数据库间的协同;(4)配方验证与优化。

精准饲喂量精准的饲喂量是精准饲喂技术的关键执行环节。为实现这一目标，需要智能饲喂系统的帮助，采用高精度传感器、自动喂料器、机器人等智能设备，实现饲料的精确投放和动物采食量的实时监测。

智能化环境控制在畜牧养殖中，环境控制是确保动物健康、提升生产效益的关键环节。养殖环境的温度、湿度、空气质量以及光照等因素，对动物的生长速度、饲料转化率、繁殖性能以及疾病抵抗力等方面都有着显著的影响。环境控制的智能化，作为精准饲养的重要组成部分，正逐渐改变着传统的养殖模式。这些要素相互关联、相互支撑，共同构成了现代畜禽养殖中精准饲养的完整体系。4.1.3精准饲养的核心要素4.1畜禽精准饲养概述智能生长监测、

健康评价和环境评估指标4.2

生长情况的关键指标：体况体况是指动物身体的肥瘦状况，它是反映动物健康水平、营养状况及体能储备的综合指标。体况与母猪繁殖性能、体能储备以及育肥猪肉质性状等密切相关，其易于监测与评估的特点，成为种猪精准饲喂的重要参照指标。目前，大量研究关注基于图像分析技术、机器视觉分析、三维摄影测量等方法代替人工方法去实现体况的精确测量，实现非接触式数据获取。

反映生长状态的重要参数：体重与体尺体重和体尺是评价动物生长的重要参数，定期检测其变化可有效评估动物的健康状况和精准饲喂成效。目前国内外研究体重和体尺的估测涉及计算机视觉、深度学习、图形处理等领域的技术和知识，通过分析动物图像数据准确估测信息。4.2.1

生长监测指标4.2智能生长监测、健康评价和环境评估指标运动运动行为监测是畜禽健康状况的综合体现，通过对其休息、躺卧、站立、行走、咀嚼、采食、饮水等运动行为异常变化的快速准确识别，对预防疾病、增强繁殖性能和提高生长速度具有重要意义。②体温当猪和牛在发情、排卵、妊娠和生病时体温会出现规律性的变化。通过对畜禽的体温监测，可判断动物是否处于正常状态。4.2.2

健康评价指标4.2智能生长监测、健康评价和环境评估指标③心率与呼吸频率心率与呼吸频率是评估畜禽健康状况、应激反应程度以及是否遭受害虫侵扰等状况的关键生理指标。④反刍通过对牛羊反刍行为的观察，可第一时间了解其身体健康状况，及时发现病情。⑤采食采食量的监测是评估畜禽健康状况与生长性能的重要指标之一。4.2.2

健康评价指标4.2智能生长监测、健康评价和环境评估指标温度畜禽主要通过传导、对流、辐射及蒸发等方式，将自身热量散发至周围环境中，并通过调节生理反应及行为特征与外界环境保持热平衡。②湿度环境湿度、气流与温度有协同作用，高温时环境湿度增大10%，相当于环境温度升高1℃，畜禽舍内气流速率及分布均影响动物机体散热。③光照不同畜禽对光照的敏感度差异较大。④有害气体（（二氧化碳、氨气、硫化氢、甲烷等）畜禽舍内，由于粪尿、饲料、垫料等积存发酵产生CO2、NH3、CH4、H2S等有害气体，随着畜舍饲养密度的增加及排泄物的分解而逐渐增加，同时颗粒物携带细菌和病原体，并吸附有害气体，易对畜禽健康造成不利影响。4.2.3

环境评估指标4.2智能生长监测、健康评价和环境评估指标精准饲喂系统4.3精准饲喂系统是一种集成了物联网、大数据、人工智能等先进技术的智能化饲喂解决方案。该系统通过实时监测动物的生长状况、养殖环境以及饲料消耗情况，利用算法模型进行数据分析，从而自动调整饲喂策略，实现精准饲喂，提高饲料利用率，降低养殖成本。在智能饲喂系统中，物联网技术起到了至关重要的作用。4.3.1

基于物联网的架构4.3精准饲喂系统

设备互联饲喂器作为智能饲喂系统的核心设备之一，通过物联网技术与其他设备（如传感器、控制器和摄像头等）实现互联。

智能控制器智能控制器包括环境控制器和饲喂控制器。

数据采集与处理在物联网系统中，个体识别技术与传感器以及计算机视觉系统技术共同协作，实时采集体重、体况、养殖环境（如温湿度、气体浓度等）、动物生理状态（如体温、活动量等）和采食（采食量、采食次数等）等数据，并通过无线通信网络传输至云平台进行处理和分析。图2无线射频传感器原理图4.3.1

基于物联网的架构4.3精准饲喂系统

框架的稳定特性静态框架结构为精准饲喂系统提供了稳定的支撑，其设计合理、结构坚固，能够保障系统在各种环境下稳定运行，有效避免因结构不稳定而导致的饲喂误差。框架的功能布局该框架对系统的各个功能模块进行了合理布局，使得不同设备和系统之间能够有序协作，便于实现精准饲喂的各项功能，提高系统的整体性能。4.3.2

静态框架结构4.3精准饲喂系统智能控制的实现，一方面要依靠控制硬件、软件和智能的结合，实现控制系统的智能化；另一方面要实现自动控制科学和计算机科学、信息科学、系统科学以及人工智能的结合，为自动控制提供新思路、新方法和新技术。专家控制系统②模糊控制系统③学习控制系统④神经控制系统⑤仿生控制系统⑥集成智能控制系统⑦组合智能控制系统图3专家控制系统4.3.3

智能控制系统4.3精准饲喂系统畜禽饲喂模式在畜禽饲养中，针对不同畜种、生理阶段及生产目的，采用灵活多变的饲喂模式是至关重要的。目前，阶段饲喂作为核心策略，依据动物的生理需求细化为限制饲喂与自由采食两种主要方式，并辅以固体饲喂与液体饲喂的饲料形态选择，以全面满足畜禽的营养需求和生产目标。精准饲喂系统介绍将先进的饲喂设备和完善的饲喂系统相结合，针对不同动物养殖方式研发不同需求的自动饲喂站、单栏饲喂系统和饲喂机器人等智能化设备，已经成为一种国际趋势。这种方式还可根据不同畜禽的品种、生长阶段和健康状况，提供个性化的营养供给方案，满足畜禽的特殊营养需求，促进其健康生长和发育。4.3.4

精准饲喂方式4.3精准饲喂系统精准饲养技术实例4.4精准饲喂方式应用在妊娠母猪饲养中，精准饲喂方式极为关键。它能根据母猪不同妊娠阶段的营养需求，精确提供饲料，避免营养过剩或不足，保障母猪和胎儿的健康发育，提高养殖效益。图4母猪妊娠期采食量模式4.4.1妊娠母猪饲养4.4精准饲养技术实例

精准营养供给哺乳母猪的饲养管理相较于妊娠母猪，其重点在于从精准控制饲喂量转变为最大化采食量，以适应其独特的生理需求与哺乳周期。精准营养供给可根据母猪的体重、产仔数等因素，提供合适的饲料配方，保证母猪有充足的奶水，促进仔猪健康成长。哺乳母猪需求（1）即时性需求（2）高频次需求（3）偏好与敏感性（4）动态调整4.4.2哺乳母猪饲养4.4精准饲养技术实例面临的挑战和未来展望4.5

技术落地成本高昂畜禽精准饲养技术落地需购置先进设备、搭建系统平台等，投入巨大。且后续维护、升级费用持续产生，使得成本居高不下，阻碍了技术在行业内的广泛应用。

规模化应用适配性差现有精准饲养技术在小规模试验中效果良好，但应用到大规模养殖时，面临场地、管理、养殖模式等差异问题，难以直接适配，影响规模化效益。4.5.1技术落地成本高与规模化应用适配性不足4.5面临的挑战和未来展望多源异构数据融合困难畜禽精准饲养涉及生长、健康、环境等多源异构数据，数据格式、标准不统一，要将这些数据有效融合，面临技术难题，影响数据综合分析和利用。实时决策响应延迟由于数据采集、传输和处理环节复杂，精准饲养系统在面对突发情况或实时变化时，难以及时做出决策响应，无法满足实际养殖中对及时性的要求。4.5.2多源异构数据融合与实时决策响应延迟4.5面临的挑战和未来展望

生物个体差异建模精度低畜禽个体在生长、健康等方面存在差异，准确建模难度大。当前建模精度不足，难以精准反映每个个体的实际需求，影响精准饲养效果。

动态饲喂算法鲁棒性不足实际养殖环境复杂多变，动态饲喂算法在应对环境变化、个体差异等因素时，鲁棒性不够，导致算法稳定性和可靠性欠佳，影响饲喂精准度。4.5.3生物个体差异建模精度与动态饲喂算法鲁棒性瓶颈4.5面临的挑战和未来展望政策标准缺位目前畜禽精准饲养领域缺乏完善的政策引导和统一的标准规范，使得行业发展缺乏方向和约束，不利于技术的推广和产业的健康发展。跨学科人才短缺畜禽精准饲养涉及畜牧、信息、自动化等多学科知识，相关跨学科人才匮乏，难以满足技术研发、应用和推广的需求，制约了行业发展。产业协同机制不健全精准饲养产业链上各环节之间缺乏有效的协同机制，企业、科研机构、养殖户等合作不够紧密，信息流通不畅，影响了技术创新和产业升级。4.5.4政策标准缺位、跨学科人才短缺与产业协同机制不健全4.5面临的挑战和未来展望思考题1.如何利用物联网技术实现畜禽个体精准识别与监测？2.智能控制算法如何根据畜禽实时数据动态调整饲喂策略？3.如何结合畜禽的精准营养需要制订个性化的饲喂计划？4.如何优化物联网与智能控制在精准饲喂系统中的协同作用？推荐阅读

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蔡自兴著，清华大学出版社