团队成员在肉牛养殖基地安装养殖环境监测设备。中国农科院供图

近日，山东诸城外贸有限责任公司的王春民发现，自从2008年参与物联牧场的合作项目以来，公司养殖的肉鸡成活率从92%提高至95%，单只防疫成本降低0.15元，肉鸡鸡舍监测控制设备购置综合成本下降0.23元/只，全程能耗减少10%以上。

“在农业物联网技术和服务创新团队的帮助下，我们的养殖环境和产品品质显著提高，供应了安全优质的肉鸡产品，创造了显著的经济效益和社会效益。”他说。

如何建设现代畜牧场?怎样更好地保障畜禽生长、繁殖、饲养和防疫?产出高质量的肉蛋奶，离不开信息化的帮忙。近年来，物联网技术及应用方兴未艾，物联网之于牧场仍是个新鲜事物。

来自中国农业科学院农业物联网技术和服务创新团队的科研人员历经14年，创建了物联牧场理论方法与国家综合平台，研发畜禽生态—生理—生长多维专用感知技术，研建畜禽养殖智能调控装备与大数据云平台，形成畜牧业物联网技术体系，加快了我国畜牧业信息化发展。

三大难题困扰

牛、猪、鸡、鸭、羊……我国畜禽种类多，饲养模式差异大，饲养水平参差不齐。“这种状况导致畜牧业信息化面临一大难题，就是物联网等现代信息技术和畜牧产业深度融合难。”中国农科院农业物联网技术和服务创新团队执行首席科学家孔繁涛告诉《中国科学报》。

同时，传感技术集成创新不足、畜禽无应激数据获取手段较少、缺乏多通量专用传感技术，导致了复杂环境下多特征联动感知难的问题。

比如“雪花牛肉”好吃且价高，可要知道，提高肌间脂肪的沉积与肉牛维生素A的摄取密不可分。那么如何判定牛吃的维生素A多了还是少了呢?“之前多采用抽取血清测量的侵入式诊断，但这种方法不仅成本高，而且易造成牛的应激反应，影响育肥。”团队骨干成员韩书庆说。

此外，畜禽精准饲喂模型算法较弱，畜禽智能化设备进口成本高，缺乏分析预测预警大数据平台，导致了畜禽养殖智慧化预警调控难的问题。“吃什么、吃多少、何时吃，需要一个能形成养殖决策的‘智慧大脑’。”孔繁涛表示。

在这支团队看来，畜牧业信息化在理论方法上缺乏畜牧物联网理论和国家认证支撑，在感知技术上缺乏畜禽“生态—生理—生长”系列智能化信息采集关键技术，在智慧管控上缺乏畜禽养殖模型算法、智能设备和大数据决策平台。

以三大问题为导向，科研人员开展了畜禽养殖动态感知关键技术与智能装备创制及应用研究，并推出了一系列关键技术成果。

架起畜牧业与信息化的桥梁

首先，团队首次创建了物联牧场的理论方法，搭建了国家级农业物联网仿真测试评价平台，克服了“融合难”的问题，为推进畜牧业信息化创新发展提供了方法论。

“物联牧场就是物联网技术在牧场生产、经营、管理和服务中的集中应用。”孔繁涛说，该团队建立起5种畜禽的多维立体信息感知方法，形成了包括22项关键技术的技术体系。而包括3个子平台、14个系统、66台套核心设备的国家级农业物联网科技创新、仿真测试与综合服务平台正是国内首个此类平台，填补了该领域国内空白。

人们经常看到奶牛耳朵上挂着标识牌。该团队则提出了特有的与电子标识、条码标识相配套的畜禽个体和小群体编码规则，构建了高/低频RFID、二维码、条形码等混合标识技术与关联信息库6个。

其次，该团队研制了畜禽“生态—生理—生长”多通量专用传感技术，创新了畜禽多维立体感知方法，突破了“感知难”的问题，为智慧养殖获取海量数据提供了技术保障。

一方面，科研人员研建33项传感技术，实现了生态环境变量的立体化监测。另一方面，创新畜禽生理健康的奶牛电子项圈、电子药丸、肉牛维生素A缺乏非侵入式诊断等28项传感技术，实现了生理健康变量的数字化表达。此外，他们还研制了畜禽生长发育的奶牛评价智能化工具、种猪动态称重、瘤胃传感等34项技术，实现了生长发育变量的自动化采集。

“看瞳孔，知多少。”韩书庆介绍，基于机器视觉的PLS-DA诊断模型识别维生素A重度缺乏肉牛的准确率高达94.3%。这一成果为欧洲精准畜牧业(PLF)学科带头人Daniel Berckmans教授所引用，并入选2018年度PLF最新研究进展。

此外，团队还构建了基于大数据的畜禽养殖分析预测模型库，研制了智能化控制设备，解决了“监测预警难”的问题，实现了畜禽高效健康养殖的智慧管理与科学决策。

智慧带来效益

孔繁涛介绍，物联牧场的成果已在山东、北京、海南等31个省区市推广应用，涵盖奶牛、肉牛、生猪、蛋鸡、肉鸡等5种主要畜禽。该成果使不同畜种饲料转化率提高8%~10%，死淘率降低5%~10%，用工减少15%~20%，能耗降低12%~15%，生产用水节约4%~9%。

中国农业科学院农业信息研究所副所长刘继芳认为，物联牧场推动了北京市现代畜牧业科技进步，提高了畜牧业信息化发展水平，引领了畜牧业高质量发展方向。物联牧场的研究也是该所的重点方向和重大任务，今后要持续不断地推进研究深化。

中国农学会组织的中国工程院院士汪懋华任组长的专家组评价认为，物联牧场“整体达到国际先进水平，在家畜部分体况智能感知技术与瘤胃传感技术等创新方面居国际领先水平”。

中国工程院院士赵春江评价道，物联牧场技术体系进一步完善，研发的畜禽物联网关键技术与装备逐步示范应用至全国各省份，应用效果明显、成就非常显著，畜禽养殖智慧化水平明显提高。

103项关键技术、50套模型算法、17类设备及74个应用系统，物联牧场的成果覆盖了畜禽养殖全过程，取得了显著的经济、社会和生态效益，但团队并未感到满足。

“物联牧场是一个包含畜牧、自然、经济和人类活动的复杂系统，必须找准重点进行系统研究，才能突破发展瓶颈，提升发展水平。”孔繁涛说，他和团队还将继续开展畜禽养殖动态感知关键技术与智能装备创制研究。