畜禽智慧养殖技术与装备

强国必先强农，农强方能国强。《智能化农业装备技术研究丛书》由中国农业机械学会组织编写、中国工程院赵春江院士主编，内容主要围绕智能装备技术、关键核心部件技术、农业系统、基础共性技术等领域展开，旨在全面呈现我国农业科技和装备技术研究成果，为加速我国农业强国建设提供理论及技术支撑，以形成具有我国自主特色的智能化农业装备技术创新路线，促进农业现代化和乡村振兴全面推进。同时，丛书入选2024年度国家出版基金资助项目。

本书围绕畜禽养殖数据感知、养殖数据分析建模、养殖作业智能装备以及养殖管控大数据平台等方面系统介绍畜禽智慧养殖技术与装备的*新研究现状。在概述畜禽养殖业面临的挑战及畜禽智慧养殖技术体系整体架构的基础上，详细论述了传感器、声学处理、计算机视觉、机器学习、机器人、大数据等技术与畜禽养殖交叉融合产生的畜禽个体标识、畜禽生理生长指标感知、畜禽行为智能识别、养殖作业智能装备等技术原理、应用场景以及未来发展趋势。本书聚焦国家现代畜牧业发展战略需求，体现了我国智慧农业装备领域智慧养殖技术与装备的先进性、创新性、前沿性及实用性。 本书可供从事智慧畜牧业技术、智能化养殖装备等领域研究和开发工作的研究生、科研人员及从业者参考使用。

熊本海，研究员，农学博士，博士生导师，二级研究员，中国农业科学院畜牧研究所科技创新一级岗位，畜牧信息中心主任，农业部“中国饲料数据库情报网中心”主任，农业部有突出贡献的中青年专家，国家“863”数字畜牧业重大课题研究主持人。现任中国农业科学院智慧畜牧业创新团队首席，农业部“中国饲料数据库情报网中心”主任，中国畜牧兽医学会信息技术分会理事长，中国农业工程学会畜牧工程分会副理事长，中国农学会计算机农业应用分会副理事长，中国畜牧兽医学会动物营养学分会常务理事等，是《动物营养学报》、《智慧农业》、《农业大数据学报》及《中国农业信息》及国际多个知名SCI期刊评审专家，是我国智慧畜牧业学科带头人，所带领的团队——“中国农业科学院智慧畜牧业创新团队”获得2020~2021年度神农中华农业科技奖——“优秀创新团队”称号。

目录第1章畜禽智慧养殖概论/11.1畜牧业的现状与智慧养殖发展趋势/11.1.1智慧养殖的核心支撑技术/21.1.2智慧养殖技术发展趋势/31.2智慧畜牧的整体架构/41.2.1畜牧数据传感层/61.2.2多模态数据分析与决策层/61.2.3执行层/71.3畜禽养殖数据感知技术/71.3.1畜禽个体标识技术/71.3.2养殖环境感知技术/81.3.3畜禽本体数据传感技术/91.3.4畜禽养殖数据传感网络通信技术/111.4畜禽养殖数据分析与建模/121.4.1基于计算流体力学的养殖环境仿真建模分析/121.4.2基于机器学习的智慧养殖模型/161.5畜禽养殖智能作业装备/211.5.1畜禽养殖环境优化调控系统/211.5.2固定式智能养殖作业装备/231.5.3移动式智能养殖作业机器人/241.6畜禽智慧养殖管控大数据平台/261.6.1大数据平台主要支撑技术/271.6.2智慧养殖管控大数据平台常见功能模块/29本章小结/30本章参考文献/31畜禽智慧养殖技术与装备目录第2章畜禽个体标识技术/412.1畜禽标识技术与系统概述/412.2传统的畜禽个体标识技术/422.2.1畜禽身体标识方法/422.2.2畜禽佩戴标识方法/452.3基于条形码的畜禽个体标识技术/452.3.1条形码分类/452.3.2条形码编码原理/502.3.3条形码解码原理及设备/532.3.4畜禽条形码标识及系统应用/572.4基于射频识别的畜禽个体标识技术/592.4.1RFID技术发展现状/602.4.2RFID技术原理与系统组成/612.4.3基于RFID技术的无源感知系统/682.4.4动物RFID技术标准体系/702.4.5射频识别技术在畜禽养殖中的应用/752.5基于机器视觉的畜禽个体标识技术/812.5.1鼻纹识别技术/822.5.2虹膜识别和视网膜血管识别技术/832.6基于分子标记的畜禽个体标识技术/842.7畜禽个体标识技术发展趋势/862.7.1畜禽个体标识相关的机器视觉技术发展趋势/862.7.2畜禽个体标识相关的射频识别技术发展趋势/872.7.3畜禽个体标识相关的生物特征识别技术发展趋势/88本章小结/89本章参考文献/90第3章畜禽生理生长指标感知技术/933.1畜禽生理生长指标体系/933.1.1禽畜健康福利指标/953.1.2禽畜生产性能指标/963.2畜禽生理指标感知技术/973.2.1畜禽体温检测/973.2.2畜禽心率检测/1013.2.3畜禽呼吸率检测/1073.2.4畜禽营养状况指标检测/1123.2.5体液生物标志物快速检测/1153.3畜禽生长及体况指标自动监测技术/1303.3.1畜禽体尺自动测量/1303.3.2畜禽体重自动测量/1363.3.3家畜体脂含量评估测定技术/1383.4畜禽生长及体况指标自动监测技术发展趋势/142本章小结/143本章参考文献/144第4章畜禽行为智能识别技术/1534.1畜禽行为智能识别概述/1534.2基于标量数据传感器的畜禽行为智能识别/1544.2.1传感器类别及穿戴方式/1554.2.2传感器数据特征提取及行为识别模型/1554.3基于声学信号分析的畜禽行为智能识别/1594.3.1畜禽行为声音数据自动获取/1594.3.2声音信号预处理及特征提取/1604.3.3基于声学特征的畜禽行为识别模型/1614.4基于计算机视觉技术的畜禽行为智能识别/1624.4.1畜禽行为视频采集/1624.4.2视频数据预处理与目标分割/1644.4.3基于视觉特征的畜禽姿态智能识别/1664.4.4基于视觉特征的畜禽行为智能识别/1684.5行为智能识别在畜禽智慧养殖中的应用/1764.5.1畜禽健康异常自动评判/1764.5.2畜禽关键生理阶段评估/1794.6畜禽行为智能识别技术发展趋势/1834.6.1关键技术研究/1834.6.2未来研究方向/186本章小结/189本章参考文献/190第5章畜禽养殖环境智能管控/1935.1畜禽养殖环境指标体系/1935.1.1畜禽养殖环境指标/1935.1.2畜禽养殖环境标准/1965.1.3畜禽健康养殖环境综合评估方法/1995.2畜禽养殖环境智能感知技术与装备/2025.2.1基于标量数据传感器的养殖环境感知/2025.2.2基于视听场景的养殖环境感知/2045.2.3养殖环境智能感知装备及其作业模式/2065.3畜禽养殖环境数据网络传输技术/2115.3.1环境数据网络传输共性技术/2115.3.2环境数据传输优化策略/2155.4养殖环境智能调控技术与装备/2195.4.1养殖环境调控理论/2195.4.2养殖环境调控设备/2295.4.3养殖环境智能调控系统/2335.5养殖环境信息智能管控典型案例/2375.5.1家畜养殖环境感知与管控系统/2375.5.2家禽养殖环境感知与管控系统/2435.6畜禽养殖环境数据感知与调控技术发展趋势/246本章小结/248本章参考文献/248第6章畜禽精准饲喂技术与装备/2556.1畜禽日粮营养配方优化技术/2556.1.1饲料配方系统基础模型/2556.1.2配方与营养问题定义/2576.1.3线性规划模型与*低成本配方/2586.1.4用LP求解配方问题案例分析/2616.1.5影子价格及配方结果的灵敏度分析/2656.1.6饲料配方的目标规划模型/2686.1.7移动APP饲料配方系统的开发与应用/2736.2精准饲喂技术/2776.2.1畜禽饲喂方式/2776.2.2精准下料装置及控制器/2796.3畜禽精准饲喂装备典型案例/2826.3.1生猪精准饲喂技术与装备/2826.3.2蛋鸡精准饲喂技术与装备/3016.3.3肉鸡精准饲喂技术与设备/3036.3.4奶牛(犊牛)精准饲喂技术与设备/3056.3.5肉牛精准饲喂技术与装备/3116.3.6肉羊精准饲喂技术与装备/3136.4畜禽精准饲喂技术与装备发展趋势/315本章小结/316本章参考文献/317第7章畜禽养殖作业智能装备/3217.1畜禽养殖作业智能装备分类/3217.1.1固定式养殖作业智能装备/3217.1.2移动式养殖作业机器人/3237.2畜禽养殖作业智能装备共性基础技术/3257.2.1机器人自主移动平台/3257.2.2作业目标识别与定位技术/3327.2.3执行机构控制/3347.3典型的固定式养殖作业智能装备/3377.3.1畜禽自动分群装备/3387.3.2公猪智能采精装备/3417.3.3自动挤奶装备/3427.3.4母猪分娩自动监测与预警装备/3457.3.5畜禽福利装备/3477.4典型的畜禽养殖作业机器人/3497.4.1养殖环境及畜禽健康巡检机器人/3507.4.2家畜精准饲喂机器人/3517.4.3畜禽舍消毒机器人/3527.4.4生猪免疫自动注射机器人/3557.4.5清粪与清洗机器人/3567.4.6病死畜禽巡查捡拾机器人/3577.4.7放牧机器人/3607.5畜禽养殖作业智能装备存在的问题和发展趋势/3637.5.1存在的问题/3637.5.2发展趋势/364本章小结/365本章参考文献/366第8章智慧养殖管控大数据平台/3728.1智慧养殖管控大数据平台体系结构/3728.1.1数据感知层/3728.1.2传输层/3758.1.3存储层/3758.1.4计算与分析层/3778.1.5应用层/3788.2智慧养殖管控大数据平台主要支撑技术/3798.2.1大数据存储技术/3798.2.2大数据计算硬件架构/3828.3智慧养殖全程管控/3848.3.1养殖业务管控/3848.3.2智能数据报告/3878.3.3成本管理/3888.3.4溯源管理/3888.4智慧养殖管控大数据平台案例/3908.4.1猪联网大数据平台/3908.4.2家禽“智养 ”云平台/3998.4.3牛联网大数据平台/405本章小结/408本章参考文献/408

日益增长的肉蛋奶等畜禽类产品的需求促使我国畜禽养殖业向规模化和集约化的方向发展，但日益紧缺的畜禽业劳动力资源却难以支撑不断扩大的养殖规模。随着信息化、自动化、智能化技术的不断发展以及新技术与养殖业的不断深度融合，智慧养殖已成为畜禽养殖业的*新发展趋势。本书围绕畜禽养殖数据感知、养殖数据分析建模、养殖作业智能装备以及养殖管控大数据平台等方面系统介绍畜禽智慧养殖技术与装备的*新研究现状。在概述畜禽养殖业面临的挑战及畜禽智慧养殖技术体系整体架构的基础上，详细论述了传感器、声学处理、计算机视觉、机器学习、机器人、大数据等技术与畜禽养殖交叉融合产生的畜禽个体标识、畜禽生理生长指标感知、畜禽行为智能识别、养殖作业智能装备等技术原理、应用场景以及未来发展趋势。 本书第1章概述了畜禽智慧养殖技术。在分析现代畜牧业面临的挑战的基础上，梳理了智慧养殖技术与装备的发展趋势以及智慧畜牧的整体架构，并从畜禽养殖数据感知技术、畜禽养殖数据分析与建模、畜禽养殖智能作业装备及畜禽智慧养殖管控大数据平台等四个方面介绍了智慧养殖技术和装备的研发与应用现状。 第2章重点针对射频识别以及生物特征识别阐述了畜禽个体自动识别技术。概述了射频识别技术的发展现状，并从技术原理与系统组成、标准体系、在畜牧业中的应用现状等方面分析了基于射频识别的畜禽个体识别技术，简要介绍了基于畜禽面部、鼻纹、虹膜、视网膜等生物特征的畜禽个体标识技术的*新研究进展，并对畜禽个体标识技术的发展趋势进行了展望。 第3章围绕畜禽生理生长指标智能感知技术展开论述。从健康福利和生产性能两个角度介绍了畜禽生理生长指标体系，分别针对体温、心率、呼吸率、营养状况等生理指标介绍了现有智能检测技术，并阐述了畜禽体尺自动测量、体重自动测量等智能化技术，展望了畜禽生理生长指标智能感知技术的未来发展趋势。 第4章阐述畜禽行为智能识别技术。分别阐述了基于标量数据传感器、声学信号、计算机视觉技术的畜禽行为智能识别技术，围绕畜禽健康异常自动评判以及畜禽关键生理阶段自动评估等方面介绍了畜禽行为智能识别技术在现代畜牧业中的应用案例。 第5章介绍畜禽养殖环境智能管控技术与装备。梳理了畜禽养殖环境指标体系、环境智能感知与数据传输、养殖环境调控技术、装备和系统的研究与应用现状，分析当前畜禽养殖环境智能管控技术与装备存在的不足，并分析未来我国畜禽养殖环境智能管控的发展趋势。 第6章阐述畜禽智慧养殖领域的精准饲喂技术与装备。介绍了畜禽日粮营养配方优化技术，从畜禽饲喂方式以及精准下料装置和控制器结构角度分析了现有精准饲喂技术的*新进展，并分别针对生猪、蛋鸡、奶牛等6类畜禽品种介绍了精准饲喂装备案例。 第7章围绕畜禽养殖作业智能装备展开介绍，阐述当前畜禽养殖作业智能装备分类依据与共性基础技术，介绍了当前智慧牧场中所使用的固定式养殖作业智能装备与畜禽养殖作业机器人，并总结了畜禽养殖作业智能装备的未来发展方向。 第8章围绕体系结构和支撑技术介绍了智慧养殖管控大数据平台。从养殖业务管控、智能数据呈现、成本管理、溯源管理等角度阐述了智慧养殖全程管控实现技术，分析了猪、家禽以及牛养殖管控大数据平台案例。 本书既阐述、总结了智慧养殖关键技术与装备在欧美发达国家的*新研究进展，也凝练了我国科研技术人员依托国家重点研发计划(2021YFD2000800、2019YFE0125600、2017YFD0701600)、国家自然科学基金(31972615、31802106、32002227)及北京市数字农业创新团队数字畜牧场应用场景建设岗位专家等项目所取得的研究成果。本书聚焦国家现代畜牧业发展战略需求，体现了我国智慧农业装备领域智慧养殖技术与装备的先进性、创新性、前沿性及实用性。本书可供从事智慧畜牧业技术、智能化养殖装备等领域研究和开发工作的研究生、科研人员及从业者参考使用。 本书汇集了多位专家学者的智慧，第1章由南京农业大学陆明洲教授组织编写，第2章由江苏省农业科学院胡肄农研究员组织编写，第3章由西北农林科技大学宋怀波教授和中国科学院亚热带农业生态研究所冯泽猛副研究员组织编写，第4章由河南科技大学赵凯旋副教授组织编写，第5章由东北农业大学戴百生副教授和重庆畜牧科学院徐顺来研究员组织编写，第6章由中国农业科学院北京畜牧兽医研究所熊本海研究员组织编写，第7章由南京农业大学刘龙申副教授组织编写，第8章由华南农业大学杨秋妹副教授组织编写。全书由熊本海研究员、陆明洲和肖德琴教授等统稿。 由于编者的能力和水平有限，书中难免存在不足与错误，恳请各位读者批评指正。编著者2023年8月