人工智能驱动智慧奶牛养殖的思考与实践

人工智能驱动智慧奶牛养殖的思考与实践

高小云,巴图那生,贾霞,张利,李贞

杭锦后旗农牧和科技局  内蒙古  巴彦淖尔市  015400

摘要：人工智能是当今科技革命和产业变革的核心驱动力量，正在对经济发展、社会进步和民生改善产生重大而深远的影响。通过深度挖掘人工智能在奶牛养殖领域的应用，结合奶牛场实际生产需求，探索人工智能驱动智慧奶牛养殖的理念与实践，提出了智慧奶牛养殖技术框架，阐述了未来奶牛场智能化管理、奶牛精准饲喂、个体精细化饲养及产奶指标分析等技术的突破方向，为在我国开展人工智能驱动智慧奶牛养殖提供技术参考。

关键词：人工智能；智慧养殖；奶牛

1 引言

人工智能（Artificial Intelligence）是当今科技革命和产业变革的核心驱动力量，其研究已经涉及自动驾驶、智能医疗、无人超市等诸多领域。作为一种新兴技术，人工智能可以将大量的数据和知识进行有效的收集和利用，并利用数学模型分析问题，实现“预测未来”。在奶牛养殖领域，目前主要是在奶牛育种和繁殖、牧场管理等方面应用较多，而在其他方面的应用尚处于起步阶段，如奶牛个体精准饲喂、产奶指标分析及病原快速检测等。本文结合我国奶牛养殖业发展现状和存在的问题，借鉴国内外奶牛养殖的先进经验，结合我国国情和产业发展需要，探索人工智能驱动智慧奶牛养殖的理念、技术框架、发展方向及落地实施，以期为我国奶牛养殖业的智慧化转型提供参考。

2 智慧奶牛养殖技术框架

智慧奶牛养殖技术框架主要由大数据平台、物联网系统、奶牛信息管理系统构成，其中大数据平台主要负责采集和存储奶牛养殖过程中的相关数据，包括生长发育指标、生产性能指标等；物联网系统是利用互联网与物联网技术构建的一种远程监控网络，用于远程对奶牛场进行实时监控和管理；奶牛信息管理系统通过对奶牛养殖全过程进行管理，实现从挤奶到销售等全产业链的全程智能化监控、管理和分析。

期间可以通过物联网设备采集奶牛场各类生产数据，包括产奶、产犊、胎衣处理等。主要功能是采集奶牛养殖场各类生产数据，包括奶产量、奶成分、产犊情况、胎次分布等，用于大数据平台的建模和分析；并在此基础上通过机器学习算法实现对产犊情况的预测，提高产犊预测的准确度。

3 人工智能驱动智慧奶牛养殖的实践

3.1奶牛场智能化管理

在奶牛场智能化管理方面，可以通过物联网技术和生物识别技术，对奶牛场的环境、奶牛的健康状态、行为状态等进行智能化管理。

一是环境智能化管理。通过物联网技术，实时监测环境参数，实现对奶牛舍内温度、湿度、氧气浓度及二氧化碳浓度等的自动监控，并对光照强度、噪音强度等进行监测和调控。

二是奶牛健康状态智能化管理。利用生物识别技术，可以自动识别并实时监测奶牛的体温，呼吸，体况，行为等，从而准确识别奶牛的疾病或受伤情况。这样，兽医人员就可以及时、准确地对体征出现异常的奶牛展开诊断和治疗，达到精准定位及早期治疗的目的，从而提高效率，降低诊疗成本。

三是奶牛个体行为智能化管理。利用视频监控，可以自动识别奶牛个体的行为轨迹和运动状态，并对异常行为展开预警，从而实现对奶牛个体的精准饲喂。通过机器学习和深度学习技术，构建基于大数据的人工智能模型，对奶牛场的奶牛个体信息、生长性能及生产性能等进行智能预测和分析，以实现奶牛场智能化管理。

3.2奶牛精准饲喂

奶牛精准饲喂是智能牧场建设的基础，精准饲喂能提高奶牛的健康和生产性能。然而，由于缺乏科学合理的饲喂标准和精准饲喂模型，现有的饲养管理方式经常导致奶牛发生疾病。如何提高奶牛健康水平，如何实现奶牛科学饲养和管理，如何满足不同生长阶段奶牛对营养物质需求是目前牛场面临的最大难题。如：饲养管理人员在牧场的工作时间较长，劳动强度大、工作环境差等。此外，牧场还面临着以下问题：（1）粗饲料浪费严重，降低了饲料利用率；（2）精饲料成本较高；（3）产犊后早期奶牛蛋白质消化能力低。因此，国内外学者已经开始研究基于人工智能的奶牛精准饲喂。

（1）研究人员研发了一种基于互联网、物联网和人工智能的奶牛饲养管理系统，该系统由传感器、 RFID标签和无线射频识别设备组成，可实现对牛只个体、群体和牛舍环境的实时监测与数据传输。

（2）研究人员研制了奶牛饲养管理智能机器人，该机器人可以根据奶牛场内的实际情况制定合理的饲养计划，并可以在线实时监测奶牛的身体状态，实现对奶牛采食情况的自动记录和分析。

（3）研究人员利用奶牛养殖数据、饲料原料数据、生长数据以及产量数据，构建了奶牛营养需求模型，以实现对奶牛的精准饲喂。

3.3奶牛个体精细化饲喂

奶牛个体精细化饲喂是指在一定区域内，通过监测奶牛的粪便和生理状态等参数，建立奶牛个体数据库，然后根据个体数据制定合理的个体化饲喂方案，最终实现精准饲喂。

（1）在牛舍内安装传感器，实时监测牛只粪便和生理状态参数。例如：通过监测奶牛的粪便可预测其健康状况，并根据粪便中的微量元素含量可大致判断其营养状况。再如，通过检测奶牛的呼吸频率，可预测奶牛是否有肺炎等疾病，并在此基础上进行针对性的治疗。

（2）在奶牛瘤胃中投放传感器，将其采集的数据输入计算机，建立相应的计算模型。例如：利用该模型，可以预测牛只的采食量，从而进行精准饲喂；通过该模型可以对饲料成本进行预测，并为牛只的健康状况提供一定的依据，从而可以对牛只的采食量进行调整，提高饲料利用率。此外，该模型还可用于其他疾病的预测和预防。

（3）利用机器学习技术建立了奶牛个体数据库。采用机器学习方法，对采集到的奶牛粪便和生理数据进行处理，并将其输入计算机，建立了奶牛个体数据库。该数据库可根据奶牛的健康状况、生长速度等对奶牛进行分级，并根据不同等级的奶牛采取不同的饲养管理策略。

（4）通过对牛只粪便和生理指标进行分析，将牛只健康状况划分为健康、亚健康、疾病三个等级，并针对不同等级的牛只采取不同的饲喂管理策略。

3.4 产奶指标分析

产奶指标分析是监测奶牛健康、饲喂管理、繁殖和营养状况的重要手段。在泌乳早期，奶牛体重处于快速增长阶段，通过体重或体增重进行评价奶牛健康状况，监测奶牛健康情况。由于奶牛采食多是干物质采食量（DMI），可利用DMI来评估饲料适口性、采食量、日增重和体重。通过采集牛奶量，可以基于个体奶量信息提取个体日采食量（DMI)，可预测奶牛对饲料的适口性及采食量，进而可反映奶牛的营养状况及健康状况，进而可指导TMR的精准饲喂。而在泌乳早期，奶牛采食量较小，可通过饲喂低采食量的日粮，使奶牛的采食量维持在正常水平。

4 结束语

总而言之，在未来，奶牛养殖的发展趋势一定是从“数量规模”到“质量效益”的转变，这既是我国奶业高质量发展的客观需要，也是我国奶业振兴战略的内在要求。而在信息化技术与人工智能快速发展的时代背景下，对奶牛场进行智能化管理，利用物联网和大数据技术采集、分析奶牛生产数据，为决策提供科学依据和数据支撑，将为奶牛养殖企业带来更高的经济效益，实现奶牛养殖由“规模化”到“智能化”的转变。人工智能与物联网技术在奶业上的应用，必将进一步推动我国奶业从规模扩张向质量效益提升转变。

参考文献

[1]胡婷婷,廖晨星,张金梦,王翌翀,郭凯军,张仁龙.区块链+5G物联网和大数据在奶牛智能化生产中的应用[J].中国乳业,2021,(05):29-33.

[2]张金梦,胡婷婷,余斯炅,王翌翀,郭凯军,张仁龙.物联网技术在奶牛养殖的应用现状及展望[J].中国乳业,2021,(02):25-29.

[3]任秋鸿,彭华.奶牛养殖：从智慧牧场到智慧牧业，从数据分析到数据应用[J].中国乳业,2020,(12):79-83.