畜舍养殖环境智能监控技术及发展趋势

摘要

为了探讨畜舍养殖环境智能监控技术的现状，并展望未来的发展方向，以推动畜牧业向智能化、高效化、可持续化发展。笔者通过对现有文献的综合分析、实地调研以及对相关技术和设备的研究，梳理畜舍养殖环境智能监控技术在温度与湿度、空气质量、光照、声音与行为等方面的应用情况。结果表明智能传感器已广泛应用于温湿度监控、通风系统、光照监控技术和声音与行为监控技术，提高了监测的准确性和实时性，为畜禽健康状况的判断提供了新途径。未来发展方向包括多传感器融合技术以提高监测的全面性和准确性、人工智能与大数据的应用以实现环境预测和疾病预警、无线通信与远程监控带来的便捷管理以及绿色能源在监控设备中的应用以促进可持续发展。通过不断探索和创新，畜舍养殖环境智能监控技术将为畜牧业的现代化发展提供有力支持。

关键词

畜舍养殖环境 / 智能监控技术 / 现状 / 发展方向 / 多传感器融合

随着科技的飞速发展，畜舍养殖环境智能监控技术应运而生，以提升畜牧业的生产效率、动物福利及可持续发展。传统的畜舍养殖往往依赖人工观察和经验判断来调整养殖环境，难以保证环境参数的精准控制。温度、湿度、空气质量、光照等环境因素对畜禽的生长发育、繁殖性能以及健康状况有着直接而关键的影响。近年来，随着传感器技术、物联网技术、人工智能等先进科技的不断进步，畜舍养殖环境智能监控技术得到了快速发展，对畜禽出入栏、防疫、生长及饲喂等各个环节进行智能监控和数据采集处理，实现精准投食喂养、自动环境处置、智能疫病预判和信息追溯查询等功能^[1]。通过在畜舍中安装各种智能传感器，可以实时监测环境参数，并将数据传输到中央控制系统进行分析和处理。

基于这些数据，智能化的设备可以自动调节通风、供暖、照明等系统，保证畜禽生长环境。为此，本文简述了畜舍养殖环境智能监控技术发展现状，展望了该技术未来的发展方向，以期推动畜牧业向智能化、高效化、可持续化发展。

1 智能监控技术在畜舍环境控制中的应用

1.1 温度与湿度智能监控技术

在传统的畜舍养殖中，温度和湿度的监测主要依赖人工使用温度计和湿度计进行定期测量，方法存在诸多不足，如不及时性、容易出现误差、无法实时掌握畜舍内温湿度的变化情况、准确性难以保证、人力和时间成本高、效率低下、难以连续监测、不利于及时采取调整措施等。而现代化的智能传感器具有高精度、高灵敏度的特点，能够实时准确地测量畜舍内的温度和湿度，测量数据通过无线传输方式发送到中央控制系统，实现远程监控。智能传感器还具有稳定性好、寿命长的优点^[2]，减少了维护成本，还具备自校准功能，能够调整误差，保证准确性。通过设置预警值，当温湿度超出设定范围时，系统会发出警报。如基于阿里云的养殖场多组分有害气体及温湿度监测系统，在物联网平台端进行实时数据展示、数据存储并结合综合环境评估体系对环境进行评分，经测试系统可以满足规模性生猪养殖场对于环境监测系统的可靠性、实时性和稳健性的需求^[3]。

1.2 通风系统的智能监控技术

保持畜舍内空气质量，通风系统起着关键作用。通风系统的智能化控制能自动检测畜舍里的空气情况，自动打开通风设备及时排出畜舍内的污浊空气，如氨气、硫化氢等有害气体，

还能根据不同的季节和天气来调整通风，并合理调节畜舍内温湿度，为畜禽提供舒适的环境^[4]。在畜舍环境中温湿度过高、有害气体浓度超标时，通过通风设备，增加通风量，实现精准通风，同时通过通风系统自动化提高系统稳定性和可靠性，满足不同的养殖需求，提高通风效果。有研究表明物联网、互联网和通信等关键技术已逐步拓展到生态养殖场，通过自动调控养殖场通风等功能，实现了数据采集、传输、分析和调控的全流程信息化管理模式，管理员可通过手机APP或PC端实时监测和调控^[5]。

1.3 光照的智能监控技术

畜舍养殖环境光照智能监控技术对牲畜的生长和生产性能有着重要影响。适宜的光照可以刺激牲畜的新陈代谢，促进其生长发育。可以调节畜禽的采食、休息和繁殖等生理活动，提高牲畜的生产性能，减少疾病的发生。研究表明，与接受自然长度光照的奶牛相比，每天16 h的光照（114～207 lx）时长会使奶牛的产奶量增加10%～15%^[6]。光照周期也对动物的生产性能有重要影响，而畜舍内的光照周期需要通过自动化系统进行精确控制。因此，使用光照智能传感器来监测畜舍内的光照强度、时间、周期是必要的，光照智能传感器能根据季节、天气和畜舍的实际情况进行调整，实现对畜舍光照环境的实时监测和自动控制，为畜禽创造适宜的生长环境。

1.4 声音与行为的智能监控技术

畜禽在患病时，其声音和行为往往会发生变化。通过对声音和行为的智能监控，可以及时发现牲畜的异常情况，为疾病的早期诊断和治疗提供依据；可以及时评估其在畜舍中的舒适度和压力水平，从而采取相应的措施改善养殖环境，更好地帮助养殖者进行生产管理。在畜舍内安装声音传感器，实时采集牲畜的声音信号，利用声音分析软件对采集到的声音信号进行分析，提取声音特征，如频率、振幅、时长等，通过与正常声音特征进行对比，可以判断牲畜是否存在异常情况，当声音分析结果显示牲畜存在异常情况时，报警系统会及时发出警报，提醒养殖者采取相应的措施^[7]。可在畜舍内安装摄像头，对牲畜的行为进行实时监控，提供直观的图像信息，帮助养殖者了解牲畜的活动情况，利用行为识别算法对视频图像中的牲畜行为进行分析，识别出不同的行为模式，如采食、饮水、休息、运动等，可以提供更加客观、准确的疾病预警信息，提高疾病诊断的准确性和及时性，及时发现和解决牲畜的异常情况，为牲畜提供更加舒适、安全的养殖环境。

2 畜舍养殖环境智能监控技术的未来发展方向

2.1 多传感器融合技术

畜舍养殖环境多传感器融合技术是提高养殖业生产效率和质量的重要手段，具有广阔的应用前景和发展潜力。多传感器融合技术能够实时监测畜舍环境变化，当环境参数超出设定范围时，及时发出预警并自动启动相应的控制设备，如通风系统、加热系统等，以维持适宜的养殖环境。多传感器融合技术可以同时监测温度、湿度等多个环境参数，实现对畜舍环境的全面监测，根据监测结果自动控制通风、加热、照明等设备，实现畜舍环境的智能化管理^[8]。通过融合温度传感器、心率传感器、运动传感器等大数据，可以实时监测牲畜的健康状况，及时发现疾病和异常情况。结合多传感器数据和养殖经验，建立养殖环境优化模型，为养殖户提供科学的养殖环境调整建议，提高养殖效益。

2.2 人工智能与大数据应用

畜舍养殖环境中人工智能（AI）和大数据的应用正在改变传统的养殖方式，提高动物福利，优化生产效率，并促进可持续发展。AI技术可以通过分析动物的行为模式、生理参数和生产性能来监测其健康状况，实时监控动物的行为和健康参数，实现疾病的早期检测和精确的饲养计划。AI技术可以用于识别动物的行为模式，这对于监测动物的福利和健康至关重要，可以解决与动物识别、行为检测和疾病监测相关的问题。可以用于优化畜舍环境，如温度、湿度和空气质量，以确保动物的最佳生长条件^[8]。通过实时数据分析，可以实现资源的优化分配，提高动物福利和生产力。还可以处理大量的遗传数据，使饲养者能够识别理想的特征并准确预测繁殖结果，人工智能可以为养殖户提供科学的养殖建议，如饲料配方优化、繁殖管理等。液态饲料自动饲喂系统中的环境远程监控技术进一步解决了传统饲喂系统和环境监控系统单独工作及安装的困境，使传感器更加灵活、方便，可随时查看养殖场环境数据^[9]，而且大数据还可以帮助养殖户进行生产决策，提高养殖效益。

2.3 无线通信与远程监控

畜舍养殖环境中无线通信与远程监控在现代养殖业中发挥着重要作用。在畜舍环境中，无线传感器网络被用来监测和调控环境参数。网络通常包括感知层、传输层和应用层。感知层负责采集环境参数，如温度、湿度、氨气、二氧化碳浓度等。传输层通过无线技术如ZigBee、Wi-Fi、LoRa等完成设备的组网与数据通信。利用Wi-Fi模块，可以在移动巡检车上安装车载终端，实现对猪舍等养殖环境的远程管理和调控。此外，结合RFID技术，可以开发用于获取奶牛舍内温度、湿度以及奶牛心率等参数的监控系统，实现对奶牛健康监测与管控。通过电子测温耳标、自动称重系统和4G/5G/LoRa等无线通信技术，对猪牛等单体进行管理，集成测温、计步、定位、称重、分群等功能，精确判断牲畜健康、重量状态，实现自动化、信息化管理^[10]。通过与人工智能、大数据等技术的融合，实现对畜舍环境的智能预测和优化控制，提高养殖效率和质量。

2.4 智能化养殖与绿色能源的整合

通过合理利用绿色能源和采取可持续发展措施，可以降低能源成本、减少环境污染、提高能源供应稳定性，保证养殖业的长期发展。通过智能化设备，养殖场可以更精准地控制水资源、饲料和能源的使用^[11]。智慧养殖系统通过对饲料和动物生长数据的分析，优化饲料配方，减少饲料浪费，同时减少温室气体的排放。在畜舍屋顶或周边空旷区域安装太阳能板，将太阳能转化为电能，为智能监控设备供电。在光照充足地区，100 m²的太阳能板，每年能产生约1.5万kW·h电，足够维持存栏量500～1 000头牲畜的监控系统运行，能减少对传统电网的依赖，还能降低用电成本。在风力资源丰富的地区，部分养殖场可以安装小型风力发电机，利用风能发电^[12]，小型风力发电机可作为补充电源。一台功率为5 kW的小型风力发电机，年发电量可达1.2万kW·h左右。与太阳能互补，在阴天或夜间太阳能不足时，风力发电可为监控系统持续供电，确保环境数据的实时监测不间断。

3 结语

当前，畜舍养殖环境智能监控技术在温度与湿度监控、空气质量监控、光照监控以及声音与行为监控等方面取得了一定的进展。智能传感器的应用提高了监测的准确性和实时性，通风系统的智能化控制改善了畜舍空气质量，智能光照调节设备满足了畜禽生长对光照的需求，声音与行为监控技术为畜禽健康状况的判断提供了新途径。未来，畜舍养殖环境智能监控技术将朝着多传感器融合、人工智能与大数据应用、无线通信与远程监控、绿色能源与可持续发展等方向发展，畜牧业将迎来更加智能化、高效化和可持续化的发展，降低疾病风险和养殖成本。

参考文献

[1] 王润涛,张宇.畜舍养殖环境自动调控装置研究[J].科学技术创新,2021(16): 188-189.

[2] 付晓,魏晓莉,严士超,畜舍养殖环境智能监控研究现状及展望[J].华南农业大学学报,2024,45 (5): 672-684.

[3] 李子圣,蔡文涛,韩建宁,基于阿里云平台的猪场环境监测系统设计[J].电子制作,2023,31 (19): 14-20.

[4] 郭三华.基于规模化养殖的禽舍通风系统控制平台设计[J].农业工程,2020,10 (9): 42-47.

[5] 郑安琪,黄凯宁.基于物联网的畜牧业环境监控系统的设计与实现[J].物联网技术,2022,12(5): 15-17.

[6] 文守业.环境因素对奶牛养殖的影响[J].今日畜牧兽医,2022,38(6):43-45.

[7] 卫洁茹,朱立学,张世昂,畜禽声音监测技术研究进展[J].现代农业装备,2023,44(6):8-15.

[8] 李奇峰,李嘉位,马为红,畜禽养殖疾病诊断智能传感技术研究进展[J].中国农业科学,2021,54 (11):2445-2463.

[9] 周杨昆.基于液态饲料自动饲喂系统的环境远程监控系统研究[D].重庆：重庆大学,2020.

[10] 牛海春,赵梅莲,李妍春.基于物联网技术的生猪标准化养殖环境监测系统研究[J].农业技术与装备, 2022(1):44-46.

[11] 郭建军,孔壹右,刘双印,数字化无人生猪养殖系统建设及应用[J].华中农业大学学报,2024,43 (5): 288-296.

[12] 郝建辉.规模化养殖场的家畜环境与营养监测评价：评《家畜环境与营养》[J].热带作物学报, 2021, 42(12):3712-3715.