摘要：畜牧業現代化是農業現代化的排頭兵和風向標。以人工智能為代表的新一代信息技術正在加速畜牧業向科技型、標準化產業轉型升級，智慧畜牧作為智慧農業的典型應用方案得到了廣泛的研究與實踐。本文對我國畜牧業發展現狀進行了深入分析，概括了物聯網、云計算與大數據、人工智能等核心技術應用于畜牧業的廣闊前景，闡述了畜牧業發展的趨勢，針對智慧畜牧提出了加速智能裝備研發、制定產業標準、研發畜牧專用芯片及建設立體智慧畜牧云平臺等對策建議。
我國是畜牧業大國，畜牧總量常年位居世界前列，其發展在國民經濟中占有極其重要的地位。作為農業的重要組成部分，畜牧業從家庭副業逐步成長為農業農村經濟的支柱產業，已經具備了比較充足的生產能力和比較完善的質量安全保障體系。農業農村部在《2018年畜牧業工作要點》中指出“推動畜牧業在農業中率先實現現代化，是畜牧業助力‘農業強’的重大責任”。2016年國務院發布《全國農業現代化規劃（2016-2020年）》明確提出，到2020年畜牧業產值占農業總產值的比重要超過30%，而2018年我國畜牧業產值僅占農業總產值的25.27%。根據國家統計局數據顯示，2016年我國畜牧業總產值達到30461.17億元，首次突破3萬億元。隨著未來我國對農業現代化的支持，畜牧業現代化水平的不斷提高，畜牧業生產效率的不斷提升，畜牧行業總產值將恢復增長，在2024年超過3.2萬億元。
畜牧業現代化的主要特點是集中化、規模化，并以營利為生產目的，根據《全國生豬生產發展規劃（2016-2020年）》，中國年出欄500頭肉豬以上規模養殖比重由2010年的38%上升至2014年的42%，2020年預計達到52%。畜牧產業的健康發展，需要依賴以信息技術、智能技術為支撐的智慧畜牧提供新的解決方案，突破畜禽養殖核心關鍵技術，實現環境保護、畜禽健康養殖、畜牧產業的可持續發展。換言之，應用物聯網、云計算、大數據及人工智能等新一代信息技術的智慧畜牧系統是畜牧業的發展趨勢，而基于國產自主研發的核心芯片將為智慧畜牧系統提供底層技術和安全保障。
一、核心技術
以物聯網、云計算、大數據及人工智能為代表的新一輪信息技術革命推動粗放式傳統畜牧養殖向知識型、技術型、現代化的智慧畜牧養殖轉變，利用技術優勢已成為驅動畜牧業快速發展的重要因素。
1. 物聯網技術為智慧畜牧業提供了數據基礎
畜牧業物聯網是由大量傳感器節點構成的監控網絡，通過信息傳感設備實時采集畜禽個體生長狀況、養殖環境等信息，利用無線傳感網絡/局域網和廣域網實現數據異構、實時在線數據傳送，為智慧畜牧提供了豐富的數據，為開展智能化分析奠定了基礎。
2. 云計算與大數據技術是畜牧數據智能化分析的重要手段
畜牧數據具有多源、異構、跨平臺、跨系統的典型大數據特征，采用傳統技術手段處理這類數據非常困難，獨立分散的養殖戶更無法提供相應算力。云計算為畜牧大數據處理提供了技術支撐，核心技術包括基于多模態特征的知識表示和建模、面向領域的深度知識發現與預測、特定領域特征普適機理凝練的知識融合等。
3. 人工智能是新一輪畜牧產業變革的核心驅動力
人工智能包含機器視覺、語音識別、虛擬現實和可穿戴設備等多項核心技術，可以多方位融入和應用到畜牧生產與管理過程中，改造傳統飼養管理方式，提高生產管理效率，降低人力成本。
二、現狀及趨勢
1. 養殖環境監測技術進展迅速
合理利用科學技術手段對畜禽養殖環境進行有效監管，是智慧養殖的首要要求。以生豬養殖為例，國內外大量的科學實驗和生產實踐表明，環境因素對生豬生產的影響占比達到了20%-30%，涉及對溫度、濕度、光環境、氨氣及硫化氫等多方面的監測。隨著傳感器、移動通信和物聯網技術的發展，通過傳感器獲得環境參數，將之傳輸到云端，并在手機、PDA（掌上電腦）、計算機等信息終端進行顯示，已成為規模化、標準化養殖場普遍采用的信息化管理手段。對獲取的大量監測數據如何科學有效地加以利用，進一步指導畜牧生產，是當前亟待解決的突出問題。以豬舍、立體式雞舍為代表的圈舍類養殖環境具有多變量共存、結構復雜及密集程度高等特點，為建立精確的調控分析模型帶來了諸多困難，國內已有相關研究取得了一定進展，但如何提高模型的泛化性和魯棒性是在實際應用中面臨的關鍵挑戰。
2.現代身份標識技術助力全生命周期管理
個體身份標識是現代畜牧業發展的共性問題，是實現行為監測、精準飼喂及疫病防控、食品溯源的前提，是實現畜禽智能化生產的必然要求。在傳統畜牧業養殖模式中，常見的畜禽標識技術手段包括噴號、剪耳、耳標和項圈等。隨著人工智能技術的發展，面部識別、虹膜識別、姿態識別等生物識別技術已經開始向畜牧業延伸，為智慧畜牧業的發展注入了新的能量，使得生物個體健康檔案的建立和生命狀態的跟蹤預警變得更加智能。值得一提的是，射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術已在我國畜禽身份標識中取得了長足發展，不僅可以集成在耳標、項圈中，更有研究者探索研究微型的植入式RFID芯片，以期通過更加快捷的手段實時獲取畜禽的身份信息。雖然以上技術取得了較大的研究進展，但在畜牧養殖業中仍然存在維護成本高、操作復雜等現實推廣問題，導致目前并未得到大規模應用。因此，研發更為廉價、操作更方便的新一代智能化個體身份標識技術將是未來的發展趨勢。
3. 面向個體的精準飼喂技術前景廣闊
精準飼喂主要是面向豬、牛、羊等中大型牲畜的精準化養殖，主要包括飼喂站、自動稱重、自動分群和飼料余量監測等設施儀器。智能化精確飼喂技術將營養知識與養殖技術相結合，通過科學運算方法根據牲畜個體生理信息準確計算精準飼料需求量，通過指令調動飼喂器來進行飼料的投喂，從而實現了根據個體體況進行個性化定時定量精準飼喂，動態滿足牲畜不同階段營養需求。該類技術是基于牲畜的個體識別、多維數據分析、智能化控制的集成應用，雖然飼養設備的建設成本相對較高，但經濟效益顯著，具有廣闊的應用前景。
4. 動物福利及行為監測剛剛起步
動物福利關乎到動物的健康養殖和畜牧業安全生產，也直接影響畜產品的品質，間接影響著人類的食品安全。如智能監測技術已經用于放牧綿羊福利研究中，包括音頻分析、視覺檢測、行為監測、行為特征識別、衛星定位和無人機巡航等關鍵技術。準確高效地監測畜禽個體行為，有利于分析其生理、健康和福利狀況，是實現自動化健康養殖和肉品溯源的基礎。但是，目前我國畜牧養殖主要以產量提高為重，而對動物福利和高品質安全生產的重視有待提高，對于福利化養殖技術及評價體系尚處于研究階段。
5. 以畜牧安全為核心的智能化技術需求緊迫
隨著畜牧養殖模式和生態環境的改變以及世界經濟一體化進程的加快，與畜牧業發展息息相關的動物疫病流行態勢發生了顯著變化，從最初影響動物健康、損害畜牧業健康發展，逐步擴大到畜產品質量安全、公共衛生安全、環境安全以及國際貿易、社會穩定、生物恐怖等多方面，特別是重大動物疫病已對全球社會經濟和公共衛生安全造成嚴重威脅。現階段，互聯網、云計算和大數據等關鍵技術已經被用于疫病的遠程診斷，出現了多種遠程智能診療系統，可實現遠程診療、圖片影像診斷、疾控信息發布、產品追溯等功能。然而，目前專業的動物疾病防治技術人員缺乏、畜牧獸醫科研與生產無法及時對接等問題依然突出，且如何能夠將事后監管轉變為事前預警也是亟待解決的突出問題。
三、對策與建議
1. 加強畜牧業智能裝備研發，破解產業發展瓶頸
智慧畜牧的前提是自動化和信息化，在繼續優化養殖數據采集和信息處理能力的同時，面對智慧畜牧業發展中遇到的各種問題，需要進一步加大新型高端智能裝備研發力度，加強集成創新養殖場智能感知控制系統、畜禽健康監測系統、養殖機器人、畜產品收割加工機器人、自動化糞污處理系統等高端智能裝備產品，推動智慧畜牧實現跨越式發展。
2. 制定智慧畜牧行業標準，規范行業健康發展
隨著信息化的不斷發展，基于各種架構和技術的畜牧養殖物聯網、數據中心相繼建立，在解決信息化的同時，也導致各類系統之間無法實現數據共享，系統重復建設、信息孤島問題突出，難以實現數據共享和挖掘畜牧數據的潛在價值。而行業標準可以引領技術進步、規范畜牧行業健康發展。
3. 研制畜牧專用芯片，解決智慧畜牧核心技術“卡脖子”隱憂
以植入式RFID芯片、畜牧專用處理器等的研發為核心，研制動物體溫監測及環境溫濕度、光照度、特殊氣體監測用傳感器、低功耗RFID芯片，攻克低功耗植入式體溫監測傳感芯片，實現畜牧養殖環境監測典型傳感器的國產化替代，解決智慧畜牧核心技術“卡脖子”隱憂，為牲畜健康監測提供智能化手段。
4. 打造“云+端”的立體智慧畜牧云平臺，全面推進智慧畜牧升級發展
基于自主芯片、人工智能、物聯網、云計算、大數據和移動互聯網等關鍵技術，在已有數據分析模型基礎上，研究建立疾病預警、科學飼喂與產量預測等大數據分析模型，打造“云+端”的立體智慧畜牧云平臺。打通養殖管理、精準飼喂、疫情預測診斷、生物資產管理、代系管理、產品溯源全產業鏈信息流，推動多源數據有效融合利用，助力畜牧產業升級發展。該平臺應具有四個特點：一是通過自主芯片及智能終端，實現對動物個體身份識別及體征信息的自動獲取。二是利用人工智能技術，實現對畜禽個體外在行為的實時監測、疫病早期診斷與智能分析預警。三是借助移動互聯網打通全產業鏈信息流、打破地域限制，實現“云+端”的一體化智能處理。四是軟硬件系統具有完全自主知識產權。
我國是畜牧業大國，畜牧總量常年位居世界前列，其發展在國民經濟中占有極其重要的地位。作為農業的重要組成部分，畜牧業從家庭副業逐步成長為農業農村經濟的支柱產業，已經具備了比較充足的生產能力和比較完善的質量安全保障體系。農業農村部在《2018年畜牧業工作要點》中指出“推動畜牧業在農業中率先實現現代化，是畜牧業助力‘農業強’的重大責任”。2016年國務院發布《全國農業現代化規劃（2016-2020年）》明確提出，到2020年畜牧業產值占農業總產值的比重要超過30%，而2018年我國畜牧業產值僅占農業總產值的25.27%。根據國家統計局數據顯示，2016年我國畜牧業總產值達到30461.17億元，首次突破3萬億元。隨著未來我國對農業現代化的支持，畜牧業現代化水平的不斷提高，畜牧業生產效率的不斷提升，畜牧行業總產值將恢復增長，在2024年超過3.2萬億元。
畜牧業現代化的主要特點是集中化、規模化，并以營利為生產目的，根據《全國生豬生產發展規劃（2016-2020年）》，中國年出欄500頭肉豬以上規模養殖比重由2010年的38%上升至2014年的42%，2020年預計達到52%。畜牧產業的健康發展，需要依賴以信息技術、智能技術為支撐的智慧畜牧提供新的解決方案，突破畜禽養殖核心關鍵技術，實現環境保護、畜禽健康養殖、畜牧產業的可持續發展。換言之，應用物聯網、云計算、大數據及人工智能等新一代信息技術的智慧畜牧系統是畜牧業的發展趨勢，而基于國產自主研發的核心芯片將為智慧畜牧系統提供底層技術和安全保障。
一、核心技術
以物聯網、云計算、大數據及人工智能為代表的新一輪信息技術革命推動粗放式傳統畜牧養殖向知識型、技術型、現代化的智慧畜牧養殖轉變，利用技術優勢已成為驅動畜牧業快速發展的重要因素。
1. 物聯網技術為智慧畜牧業提供了數據基礎
畜牧業物聯網是由大量傳感器節點構成的監控網絡，通過信息傳感設備實時采集畜禽個體生長狀況、養殖環境等信息，利用無線傳感網絡/局域網和廣域網實現數據異構、實時在線數據傳送，為智慧畜牧提供了豐富的數據，為開展智能化分析奠定了基礎。
2. 云計算與大數據技術是畜牧數據智能化分析的重要手段
畜牧數據具有多源、異構、跨平臺、跨系統的典型大數據特征，采用傳統技術手段處理這類數據非常困難，獨立分散的養殖戶更無法提供相應算力。云計算為畜牧大數據處理提供了技術支撐，核心技術包括基于多模態特征的知識表示和建模、面向領域的深度知識發現與預測、特定領域特征普適機理凝練的知識融合等。
3. 人工智能是新一輪畜牧產業變革的核心驅動力
人工智能包含機器視覺、語音識別、虛擬現實和可穿戴設備等多項核心技術，可以多方位融入和應用到畜牧生產與管理過程中，改造傳統飼養管理方式，提高生產管理效率，降低人力成本。
二、現狀及趨勢
1. 養殖環境監測技術進展迅速
合理利用科學技術手段對畜禽養殖環境進行有效監管，是智慧養殖的首要要求。以生豬養殖為例，國內外大量的科學實驗和生產實踐表明，環境因素對生豬生產的影響占比達到了20%-30%，涉及對溫度、濕度、光環境、氨氣及硫化氫等多方面的監測。隨著傳感器、移動通信和物聯網技術的發展，通過傳感器獲得環境參數，將之傳輸到云端，并在手機、PDA（掌上電腦）、計算機等信息終端進行顯示，已成為規模化、標準化養殖場普遍采用的信息化管理手段。對獲取的大量監測數據如何科學有效地加以利用，進一步指導畜牧生產，是當前亟待解決的突出問題。以豬舍、立體式雞舍為代表的圈舍類養殖環境具有多變量共存、結構復雜及密集程度高等特點，為建立精確的調控分析模型帶來了諸多困難，國內已有相關研究取得了一定進展，但如何提高模型的泛化性和魯棒性是在實際應用中面臨的關鍵挑戰。
2.現代身份標識技術助力全生命周期管理
個體身份標識是現代畜牧業發展的共性問題，是實現行為監測、精準飼喂及疫病防控、食品溯源的前提，是實現畜禽智能化生產的必然要求。在傳統畜牧業養殖模式中，常見的畜禽標識技術手段包括噴號、剪耳、耳標和項圈等。隨著人工智能技術的發展，面部識別、虹膜識別、姿態識別等生物識別技術已經開始向畜牧業延伸，為智慧畜牧業的發展注入了新的能量，使得生物個體健康檔案的建立和生命狀態的跟蹤預警變得更加智能。值得一提的是，射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術已在我國畜禽身份標識中取得了長足發展，不僅可以集成在耳標、項圈中，更有研究者探索研究微型的植入式RFID芯片，以期通過更加快捷的手段實時獲取畜禽的身份信息。雖然以上技術取得了較大的研究進展，但在畜牧養殖業中仍然存在維護成本高、操作復雜等現實推廣問題，導致目前并未得到大規模應用。因此，研發更為廉價、操作更方便的新一代智能化個體身份標識技術將是未來的發展趨勢。
3. 面向個體的精準飼喂技術前景廣闊
精準飼喂主要是面向豬、牛、羊等中大型牲畜的精準化養殖，主要包括飼喂站、自動稱重、自動分群和飼料余量監測等設施儀器。智能化精確飼喂技術將營養知識與養殖技術相結合，通過科學運算方法根據牲畜個體生理信息準確計算精準飼料需求量，通過指令調動飼喂器來進行飼料的投喂，從而實現了根據個體體況進行個性化定時定量精準飼喂，動態滿足牲畜不同階段營養需求。該類技術是基于牲畜的個體識別、多維數據分析、智能化控制的集成應用，雖然飼養設備的建設成本相對較高，但經濟效益顯著，具有廣闊的應用前景。
4. 動物福利及行為監測剛剛起步
動物福利關乎到動物的健康養殖和畜牧業安全生產，也直接影響畜產品的品質，間接影響著人類的食品安全。如智能監測技術已經用于放牧綿羊福利研究中，包括音頻分析、視覺檢測、行為監測、行為特征識別、衛星定位和無人機巡航等關鍵技術。準確高效地監測畜禽個體行為，有利于分析其生理、健康和福利狀況，是實現自動化健康養殖和肉品溯源的基礎。但是，目前我國畜牧養殖主要以產量提高為重，而對動物福利和高品質安全生產的重視有待提高，對于福利化養殖技術及評價體系尚處于研究階段。
5. 以畜牧安全為核心的智能化技術需求緊迫
隨著畜牧養殖模式和生態環境的改變以及世界經濟一體化進程的加快，與畜牧業發展息息相關的動物疫病流行態勢發生了顯著變化，從最初影響動物健康、損害畜牧業健康發展，逐步擴大到畜產品質量安全、公共衛生安全、環境安全以及國際貿易、社會穩定、生物恐怖等多方面，特別是重大動物疫病已對全球社會經濟和公共衛生安全造成嚴重威脅。現階段，互聯網、云計算和大數據等關鍵技術已經被用于疫病的遠程診斷，出現了多種遠程智能診療系統，可實現遠程診療、圖片影像診斷、疾控信息發布、產品追溯等功能。然而，目前專業的動物疾病防治技術人員缺乏、畜牧獸醫科研與生產無法及時對接等問題依然突出，且如何能夠將事后監管轉變為事前預警也是亟待解決的突出問題。
三、對策與建議
1. 加強畜牧業智能裝備研發，破解產業發展瓶頸
智慧畜牧的前提是自動化和信息化，在繼續優化養殖數據采集和信息處理能力的同時，面對智慧畜牧業發展中遇到的各種問題，需要進一步加大新型高端智能裝備研發力度，加強集成創新養殖場智能感知控制系統、畜禽健康監測系統、養殖機器人、畜產品收割加工機器人、自動化糞污處理系統等高端智能裝備產品，推動智慧畜牧實現跨越式發展。
2. 制定智慧畜牧行業標準，規范行業健康發展
隨著信息化的不斷發展，基于各種架構和技術的畜牧養殖物聯網、數據中心相繼建立，在解決信息化的同時，也導致各類系統之間無法實現數據共享，系統重復建設、信息孤島問題突出，難以實現數據共享和挖掘畜牧數據的潛在價值。而行業標準可以引領技術進步、規范畜牧行業健康發展。
3. 研制畜牧專用芯片，解決智慧畜牧核心技術“卡脖子”隱憂
以植入式RFID芯片、畜牧專用處理器等的研發為核心，研制動物體溫監測及環境溫濕度、光照度、特殊氣體監測用傳感器、低功耗RFID芯片，攻克低功耗植入式體溫監測傳感芯片，實現畜牧養殖環境監測典型傳感器的國產化替代，解決智慧畜牧核心技術“卡脖子”隱憂，為牲畜健康監測提供智能化手段。
4. 打造“云+端”的立體智慧畜牧云平臺，全面推進智慧畜牧升級發展
基于自主芯片、人工智能、物聯網、云計算、大數據和移動互聯網等關鍵技術，在已有數據分析模型基礎上，研究建立疾病預警、科學飼喂與產量預測等大數據分析模型，打造“云+端”的立體智慧畜牧云平臺。打通養殖管理、精準飼喂、疫情預測診斷、生物資產管理、代系管理、產品溯源全產業鏈信息流，推動多源數據有效融合利用，助力畜牧產業升級發展。該平臺應具有四個特點：一是通過自主芯片及智能終端，實現對動物個體身份識別及體征信息的自動獲取。二是利用人工智能技術，實現對畜禽個體外在行為的實時監測、疫病早期診斷與智能分析預警。三是借助移動互聯網打通全產業鏈信息流、打破地域限制，實現“云+端”的一體化智能處理。四是軟硬件系統具有完全自主知識產權。
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