一、畜牧业现代化迫切需要物联网
（一）养殖方式集约化
改革开放以来，我国畜禽养殖方式发生了根本性的改变：由分散饲养向规模化饲养转变，由家庭副业向支柱产业转变，由粗放饲养向集约饲养转变，由劳动密集型向技术、资金密集型转变，由传统畜牧业向现代畜牧业转变。据统计，生猪年出栏50头以下养殖户比重由2003年的71.60%下降到2012年的32.08%，而年出栏500头以上养殖户比重由2003年的10.60%增加到2012年的38.00%；肉牛年出栏10头以下养殖户比重由2003年的68.50%下降到2012年的56.24%；羊年出栏30头以下养殖户比重由2003年的56.60%下降到2012年的45.04%。养殖方式的根本性转变，迫切需要物联网技术进行实时监测，减少人力物力的投入，提高生产的规模效益。
（二）饲养管理自动化
适应养殖方式规模化、集约化的发展，单纯地依靠传统的人力饲养，很难满足精准饲喂、自动喂养、科学管理的需要。在物联牧场中，通过畜禽个体传感器（如压力传感器、红外传感器等），实时传输畜禽个体生理状态数据，监测畜禽个体数据异常情况，并将数据及时反馈生产者，同时，通过对不同个体生理状态的监测，结合专家系统，对畜禽饲料进行科学配比，精细饲喂，既保证畜禽生长所需能量，又能节约生产成本，是自动化饲养的核心内容。目前，我国肉鸡、蛋鸡、规模养猪的自动化程度相对比较高，而肉牛、肉羊、绵羊的自动化程度和国外相比仍有较大的差距。据统计，2010年我国奶牛养殖量为1258万头，产奶3600万吨，而美国奶牛养殖量仅为910万头，产奶量却高达8750万吨，是中国的2.43倍，按每头年产奶量计算，美国是中国的3.36倍。澳大利亚和新西兰的奶牛单产分别是中国奶牛单产的2.02和1.26倍。世界发达国家普遍使用了DHI（DairyHerdImprovement）技术，实施奶牛牛群改良，而我国只是在个别地方才应用。DHI是以物联网技术为基础，测定奶牛个体单产数据、牛群基础资料，综合评定奶牛生产性能和遗传性能，是世界公认的饲养管理的科学手段。
（三）质量控制追溯化
畜禽及产品质量安全，涉及到畜牧业的持续、稳定、健康发展，涉及到人民群众的身体健康和生命安全，已经成为国家安全的重要组成部分；但目前，畜产品质量安全事件频频发生，成为了社会和人民群众关注的焦点问题。畜禽产品质量安全问题主要包括动物疫病、兽药残留、加工流通过程中的二次污染，是覆盖从“牧场到餐桌”的关键问题。近年来，随着信息技术的迅猛发展，利用物联网的RFID、条形码、电子“药丸”等技术，对畜禽生产、加工、流通和消费实施全过程监管，对发现的问题产品进行追踪溯源，实现全过程、全环节、全方位的可追溯，是有效防止畜禽产品安全事件发生的重要手段。在物联牧场中，畜产品物联网溯源平台已经基本完善，每一种产品都可以通过标识在物联牧场的溯源平台中查到其产地、销地，并通过溯源系统对其质量进行严格把关。
（四）疫病防治即时化
重大动物疫病如高致病性禽流感、口蹄疫、新城疫、猪瘟，以及其他流行性动物疫病，不仅关系到畜牧业的发展，而且关系到农民增收和人民群众健康。近年来，世界各地多次发生动物疫情失控事件，对于畜牧业的发展产生了灾难性的影响，造成了严重的经济损失，如何及时有效地开展监测预警工作、进行动物疫病防治，是一直以来困扰畜牧业发展的难题。以物联网技术为代表的信息化运用于畜禽生产实际，为动物疫病防治工作提供了广阔的空间。物联网技术可以感知畜禽个体及群体的生理变化和行为特征，如温度、采食量、活动量等数据，结合历史数据，及时监测畜禽个体的差异性，见微知著、防患于未然，进而有效防控动物疫病的产生、发展和蔓延。
（五）养殖环境清洁化
用循环经济的理念发展现代畜牧业，通过资源利用节约化、生产过程清洁化、废物利用再生化等环节，减少畜禽生产污染物排放、控制畜禽养殖环境，以达到改善畜禽产品质量的目标，是实现畜禽清洁化生产的重要途径。畜牧业生长环境是影响畜禽产品产量和质量的关键因素，传统畜禽养殖环境很难做到精确控制，畜禽产品产量和质量都难以保证，物联网技术为畜禽生长环境的自动控制提供了条件。通过传感器采集牧场环境信息（光照、温度、湿度、CO2、H2S等），并将信息通过无线传输技术（GPRS、ZigBee等）传输到服务器，应用程序通过将收集到的数据与标准数据库中的数据相比较，结合专家系统，科学准确地计算畜禽养殖环境信息，并通过自动控制技术（温度控制器、光照强度控制器、CO2发生器等）等对畜禽生长环境进行精确控制，为畜禽提供一个更加良好的生长环境。
（六）畜禽品种良种化
畜禽良种是畜牧业发展的物质基础，是和畜牧业现代化同步发展的生产要素，属于技术密集型产业。正在兴起的生物信息学是研究生物信息的采集、处理、存储、传播、分析和解释等各方面的学科，它通过综合利用生物学、计算机科学和信息技术揭示大量复杂的生物数据的生物学奥秘。在分子水平上，进行畜禽品种的选择、培育，是现代育种的重要方式。利用物联网技术，通过监测发情期母畜生理变化情况和仔畜生长发育情况，对于畜禽良种选择具有重要意义。以奶牛为例，发情期的奶牛，其活动量、步行数等都远远大于其他奶牛，通过对奶牛行为进行监测，可以实时了解奶牛的发情状况，科学预测奶牛发情时间，及时进行人工授精，保证奶牛产奶质量。
二、物联牧场理论方法与技术体系
以农业物联网的全要素、全过程和全系统“三全”理论为基础，物联牧场针对养殖环境、畜禽生产资料、劳动投入、饲养管理技术等的全要素，和畜禽生产、流通、加工和消费的全过程，以及自然界、人类社会和思维的全系统，形成了以感知、传输和应用为主线的技术体系，研究重点和方向也日益明晰。
（一）物联牧场的相关理论
牧场是经营畜牧业的生产单位，也是包含畜牧、自然、经济和人类活动的复杂系统。因此物联牧场必须遵循农业物联网中的全要素、全过程和全系统的“三全”化发展理念，才能确保其科学持续性发展。物联牧场是将物联网技术应用在牧场的生产、经营、管理和服务中，运用养殖环境监测传感器、生理体征监测传感器、视频信息采集传感器等设备感知饲料、水、生命体、生产器械、能源动力、运输、劳动力等生产要素，通过无线传感网络、互联网和智能化处理等现代技术，构建包含牧场正常运转所涉及的自然、社会、生产、人力资源等的复杂系统，实现牧场产前、产中、产后的过程监控、科学决策和实时服务，达到牧场人、机、牧一体化，进而实现畜牧养殖的高产、优质、集约化和精细化的目标。
（二）物联牧场的技术体系
要使物联牧场健康持续发展，必须综合考虑人、机、牧的综合配置与协调，实现人机牧一体化发展，才能真正发挥物联牧场的作用。其技术体系是通过感知、传输、处理、控制等现代技术，将人机牧三者相互融合，提供更透明、更智能、更泛在、更安全的一体化服务。感知技术包括：温度、湿度、光照、降雨量、风速等气象环境类传感器技术；二氧化碳、氧气、氨气、甲烷、硫化氢等气体类传感器技术；饲料量、饮水量、运动量、产奶量、体表温度等生命本体传感器技术；视频、声音等多媒体传感器技术。传输技术包括：互联网技术、短信通信技术、Zigbee无线传输技术、GPRS无线传输技术、3G无线通信技术（TD-SCDMA、WSCDMA、SCDMA2000）、4G通信传输技术（TD-LTE、FDD-LTE）。处理技术包括：数据处理技术、图形图像处理技术、声音处理技术、视频处理技术、多信息融合处理技术、智能信息处理技术。控制技术包括：最优控制技术、自适应控制技术、专家控制技术（即以专家知识库为基础建立控制规则和程序）、模糊控制技术、容错控制技术、智能控制技术。
（三）物联牧场的研究重点
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，提升物联牧场发展水平。物联牧场的研究重点包括研究领域和技术研发两个方面。研究领域主要集中在环境、饲养、疫病、繁育等畜牧养殖关键环节方面，通过物联网与现代信息技术，提高畜牧养殖环境的清洁、促进饲料喂养的精细化、降低疫病防治的滞后性、加快畜禽优良品种的推广。技术研发主要集中在传感器技术、传输技术与智能装备上，在物联牧场发展中，传感器技术仍然是发展的关键，是否能研发出低成本、高精端、高灵敏度的传感设备，将直接影响物联牧场发展的水平，光纤、红外、生物等新型传感器的研发，以及自动化智能化兼具可远程操控装备的研制，将为物联牧场的发展奠定技术基础。
作者：孔繁涛 单位：农业部农业信息服务技术重点实验室
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