Smart Agriculture ›› 2024, Vol. 6 ›› Issue (4): 1-17.doi: 10.12133/j.smartag.SA202312001
• 专题--智慧畜牧技术创新与可持续发展 • 下一篇
张帆1, 周梦婷1, 熊本海1(), 杨振刚2, 刘民泽2, 冯文晓3, 唐湘方1
收稿日期:
2023-12-04
出版日期:
2024-07-30
基金项目:
作者简介:
通信作者:
ZHANG Fan1, ZHOU Mengting1, XIONG Benhai1(), YANG Zhengang2, LIU Minze2, FENG Wenxiao3, TANG Xiangfang1
Received:
2023-12-04
Online:
2024-07-30
Foundation items:
Key R&D Program of Shandong Province(2022TZXD0013); National Key R&D Program of China(2023YFD2000701)
About author:
Corresponding author:
摘要:
[目的/意义] 随着自动化、数智化技术的快速发展及其相关技术在肉牛养殖上的逐步推广利用,肉牛智能化养殖技术研究也取得了一定进步。肉牛的生理指标如运动量、体温、心率、呼吸频率,以及反刍量等变化反映了肉牛的健康或亚健康状态。基于多种传感器采集到的数据以及机器学习、数据挖掘及模型化分析等技术的利用,肉牛的生理指标可由智能感知装备尤其接触式设备自动获取并用于发情、产犊、健康和应激的监测。[进展]针对肉牛养殖过程生理指标的智能监测技术及其利用价值进行了系统分析,分析了生理指标监测技术在实际生产中的应用现状,总结了肉牛生理指标监测的难点和挑战,并提出了未来发展方向。[结论/展望]肉牛生理指标的智能监测与利用既提高数据采集的时效性和准确性,有利于提高一线人员工作效率,促进肉牛养殖的智能化水平及健康养殖水平。结合当前中国肉牛实际饲养现状和肉牛生理指标智能监测传感器的研究现状,未来需降低接触类相关设备能耗、提高使用寿命;提高各监测数据的相互融合深度分析,提高监测准确率;加强非接触、高精度、自动化的数据采集分析技术研发,减少人工佩戴设备的工作量和设备使用成本。
张帆, 周梦婷, 熊本海, 杨振刚, 刘民泽, 冯文晓, 唐湘方. 肉牛生理指标智能监测技术研究进展与展望[J]. 智慧农业(中英文), 2024, 6(4): 1-17.
ZHANG Fan, ZHOU Mengting, XIONG Benhai, YANG Zhengang, LIU Minze, FENG Wenxiao, TANG Xiangfang. Research Advances and Prospect of Intelligent Monitoring Systems for the Physiological Indicators of Beef Cattle[J]. Smart Agriculture, 2024, 6(4): 1-17.
表1
肉牛生理参数监测传感器的功能与应用研究情况
类别 | 传感器 | 生产商或性能 | 监测部位 | 算法 | 作用 | 精度或结果 | 共性问题 | 参考文献 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
接触式传感器 | 加速度传感器+GPS | Digitanimal | 颈部 | RF算法识别行为、K-medoids无监督机器学习算法识别位置 | 躺卧、站立、吃草及反刍行为识别 | 93% | 1. 电池续航力短,影响使用寿命 2. 设备成本高,佩戴任务重,影响使用覆盖率 3. 使用时需结合人工诊断 | Cabezas等[ |
温度传感器 | Thermobolus | 瘤胃 | — | 呼吸道疾病诊断 | 提前12~6 h发现 | Timsit等[ | ||
温度传感器 | Medria Vel'Phone® | 阴道 | — | 分娩预测 | 产前24 h为89% | Ricci等[ | ||
加速度传感器 | Axivity | 尾根 | RF模型 | 分娩预测 | 产前2 h为5.4% | Miller等[ | ||
压力传感器 | 0~2 000.000 g | 嘴部 | FFT提取特征值,XGB算法识别反刍 | 反刍监测 | 96.6% | Chen等[ | ||
声音传感器 | Sennheiser ME 2-US | 嘴部 | SIGNAL软件 | 采食量预测 | 95%识别咬和 咀嚼 | Clapham等[ | ||
瘤胃pH计 | 参比电极加 阀门 | 瘤胃 | — | 瘤胃pH监测 | 误差0.07,寿命增加到2年 | Higuchi等[ | ||
超声波 | MyLabOne™ | 瘤胃壁厚度 | — | 通过瘤胃壁检测瘤胃酸中毒 | 瘤胃壁与pH显著相关 | Fiore等[ | ||
非接触式传感器 | 彩色摄像机 | 海康威视DS-IPC-T12H-Ia | 整体图像 | DB-TEAF方法 | 异常行为识别 | 92.16% | 1. 易受环境干扰 2. 品种多,建模任务较大 3. 数据量大,设备质量要求高,前期投入成本高 | Han等[ |
彩色摄像机 | IMS系统 | 整体图像 | YOLO v5增强识别模型 | 结合爬跨行为与活动量识别发情 | 可识别相似牛个体与爬跨行为 | Cho和Kim[ | ||
ZED摄像机 | 分辨率:1 920× 1 080,帧率:30 f/s | 侧后方 | CNN和LSTM | 个体识别 | 15 f/s时88%, 20 f/s时91% | Qiao等[ | ||
红外摄像机 | Testo 890 | 眼球、耳根 | IRSoft 4.0 | 体温测定 | 眼球更接近体温,耳根受环境干扰 | Giro等[ | ||
红外摄像机 | FLIR One Pro | 鼻孔 | 目标检测和实例分割Mask R-CNN | 呼吸频率 | 76% | Kim和 Hidaka[ |
1 |
王明利. 2022年肉牛产业发展形势及2023年展望[J]. 中国畜禽种业, 2023, 19(4): 41-45.
|
|
|
2 |
2022~2023年畜牧行业观察 第三章 中国畜牧业发展现状分析[M/OL]// 畜禽养殖与饲料产业年鉴, 2023, 30-34, 60. [2023-11-10].
|
3 |
冉桂霞, 李双, 田天, 等. 高档肉牛生产现状及发展方向[J]. 中国畜牧业, 2022(23): 34-35.
|
|
|
4 |
|
5 |
|
6 |
|
7 |
|
8 |
沈楷祖, 滚双宝. 肉牛生长发育规律及常规生理指标研究综述[J]. 甘肃畜牧兽医, 2017, 47(9): 102-103.
|
|
|
9 |
杨亮, 熊本海, 王辉, 等. 家畜饲喂机器人研究进展与发展展望[J]. 智慧农业(中英文), 2022(2): 86-98.
|
|
|
10 |
|
11 |
|
12 |
|
13 |
赵树林, 盖凌云, 孙晓婷, 等. 肉牛产业链智能感知技术研究与应用系统设计[J]. 青岛农业大学学报(自然科学版), 2023, 40(4): 300-303.
|
|
|
14 |
|
15 |
李奇峰, 王文婷, 余礼根, 等. 信息技术在畜禽养殖中的应用进展[J]. 中国农业信息, 2018, 30(2): 15-23, 41.
|
|
|
16 |
|
17 |
|
18 |
|
19 |
|
20 |
谢忠红, 刘悦怡, 宋子阳, 等. 基于时序运动特征的奶牛爬跨行为识别研究[J]. 南京农业大学学报, 2021, 44(1): 194-200.
|
|
|
21 |
|
22 |
刘志永. 肉牛的饲养管理要点及繁育技术[J]. 畜禽业, 2023, 34(9): 27-29, 33.
|
|
|
23 |
帕力旦木·阿布都外力. 奶牛不同阶段饲养管理技术要点[J]. 中国畜禽种业, 2022, 18(6): 111-112.
|
|
|
24 |
梁晨宏. 肉牛与奶牛早期天然免疫发育基因的研究与开发[D]. 呼和浩特: 内蒙古农业大学, 2022.
|
|
|
25 |
|
26 |
|
27 |
|
28 |
|
29 |
|
30 |
|
31 |
|
32 |
|
33 |
|
34 |
|
35 |
|
36 |
|
37 |
|
38 |
|
39 |
|
40 |
|
41 |
|
42 |
|
43 |
高学杰. 高产奶牛养殖技术要点与疾病防控[J]. 畜禽业, 2022, 33(3): 128-130.
|
|
|
44 |
|
45 |
|
46 |
|
47 |
陈静, 蒋安, 孙晓燕, 等. 红外线测温仪在牛体温测定中的效果观察[J]. 草学, 2018(3): 69-71.
|
|
|
48 |
宣小龙, 吴潇, 朱红娟, 等. 牛耳温度与直肠温度的相关性比较试验[J]. 贵州畜牧兽医, 2021, 45(1): 22-24.
|
|
|
49 |
|
50 |
孙秀玉, 王之保, 李静, 等. 夏南牛体温、心跳、呼吸生理指标测量试验研究(二报)[J]. 中国牛业科学, 2018, 44(5): 36-38.
|
|
|
51 |
柏中林, 李静, 孙秀玉, 等. 夏南牛体温、心跳、呼吸生理指标测量试验研究[J]. 中国牛业科学, 2016, 42(5): 11-13, 22.
|
|
|
52 |
侯引绪, 张凡建, 魏朝利, 等. 热应激对泌乳牛呼吸频率、心率及体温的影响[J]. 中国奶牛, 2012(7): 52-53.
|
|
|
53 |
|
54 |
|
55 |
|
56 |
姬江涛, 刘启航, 高荣华, 等. 基于改进FlowNet 2.0光流算法的奶牛反刍行为分析方法[J]. 农业机械学报, 2023, 54(1): 235-242.
|
|
|
57 |
|
58 |
|
59 |
|
60 |
王月明, 陈甜甜. 基于计算机视觉的牛反刍行为识别与分析[J]. 中国畜牧杂志, 2022, 58(9): 203-208.
|
|
|
61 |
卜也, 孟祥人, 刘利, 等. 肉牛生产中瘤胃酸中毒的诊断与治疗[J]. 黑龙江八一农垦大学学报, 2023, 35(4): 51-53.
|
|
|
62 |
|
63 |
|
64 |
|
65 |
|
66 |
|
67 |
|
68 |
|
69 |
|
70 |
周正义. 肉牛发情期尾部活动量变化规律与预同期处理妊娠率分析[D]. 太谷: 山西农业大学, 2021.
|
|
|
71 |
宣小龙. 体温智能监测系统对肉牛发情配种和疾病诊断的效果及效益分析[J]. 贵州畜牧兽医, 2021, 45(4): 48-49.
|
|
|
72 |
|
73 |
|
74 |
|
75 |
|
76 |
|
77 |
|
78 |
|
79 |
周雅婷. 肉牛采食行为识别与采食量模型研究[D]. 沈阳: 沈阳农业大学, 2018.
|
|
|
80 |
姜美曦, 陈春玲, 周云成. 基于卡尔曼滤波器的肉牛行为识别方法[J]. 江苏农业科学, 2017, 45(12): 167-171.
|
|
|
81 |
|
82 |
|
83 |
|
84 |
|
85 |
|
86 |
|
87 |
房昊源, 杨亮, 王洪壮, 等. 夏季横向交互送风系统对肉牛生理和生产性能的影响[J]. 中国农业科学, 2022, 55(5): 1025-1036.
|
|
|
88 |
杨梓曼, 尚相龙, 陈豪, 等. 热应激对肉牛血清生化指标、瘤胃发酵参数及微生物区系的影响[J]. 动物营养学报, 2022, 34(7): 4487-4497.
|
|
|
89 |
|
90 |
李璟辉, 程琼仪, 陈昭晖. 利用呼吸频率比较不同温热指数在牛舍的应用[J]. 家畜生态学报, 2014, 35(7): 32-36.
|
|
|
91 |
|
92 |
|
93 |
陈丽媛, 洪小华, 颜培实. 中国南方冬季和夏季肉牛体感温度研究[J]. 畜牧与兽医, 2015, 47(2): 40-44.
|
|
|
94 |
|
95 |
|
96 |
王军波, 杨云, 陈康林, 等. 规模化肉牛养殖场的设计方案[J]. 贵州畜牧兽医, 2023, 47(6): 43-45.
|
|
|
97 |
李威风. 基于LoRa的肉牛智能测温耳标设计及系统搭建[D]. 合肥: 安徽大学, 2023.
|
|
|
98 |
张晗, 吕思潼, 杨文静, 等. 畜牧场蚊蝇防控方法及应用研究进展[J]. 家畜生态学报, 2022, 43(5): 81-85.
|
|
|
99 |
张焕. 肉牛皮蝇蛆病的流行病学、临床症状、诊断及防治[J]. 现代畜牧科技, 2021(5): 157-158.
|
|
|
100 |
|
101 |
唐瑜嵘,沈明霞,薛鸿翔,等. 人工智能技术在畜禽养殖业的发展现状与展望[J]. 智能化农业装备学报(中英文), 2023, 4 (1): 1-16.
|
|
[1] | 刘洋, 冀杰, 潘登, 赵立军, 李明生. 基于激光雷达与IMU融合的农业机器人定位方法[J]. 智慧农业(中英文), 2024, 6(3): 94-106. |
[2] | 郭旺, 杨雨森, 吴华瑞, 朱华吉, 缪祎晟, 顾静秋. 农业大模型:关键技术、应用分析与发展方向[J]. 智慧农业(中英文), 2024, 6(2): 1-13. |
[3] | 李露, 葛玉卿, 赵建龙. 基于二硫化钼的电容式土壤湿度传感器[J]. 智慧农业(中英文), 2024, 6(1): 28-35. |
[4] | 卫倩, 高原源, 李爱学. 油菜素内酯原位检测电化学免疫传感器[J]. 智慧农业(中英文), 2024, 6(1): 76-88. |
[5] | 王儒敬. 农业传感器:研究进展、挑战与展望[J]. 智慧农业(中英文), 2024, 6(1): 1-17. |
[6] | 陈睿韵, 田文斌, 鲍海波, 李端, 谢鑫浩, 郑永军, 谭彧. 农业轮式机器人三维环境感知技术研究进展[J]. 智慧农业(中英文), 2023, 5(4): 16-32. |
[7] | 毛克彪, 张晨阳, 施建成, 王旭明, 郭中华, 李春树, 董立新, 吴门新, 孙瑞静, 武胜利, 姬大彬, 蒋玲梅, 赵天杰, 邱玉宝, 杜永明, 徐同仁. 基于人工智能的地球物理参数反演范式理论及判定条件[J]. 智慧农业(中英文), 2023, 5(2): 161-171. |
[8] | 刘又夫, 肖德琴, 周家鑫, 卞智逸, 招胜秋, 黄一桂, 王文策. 水禽智能化养殖研究现状及发展趋势[J]. 智慧农业(中英文), 2023, 5(1): 99-110. |
[9] | 桂泽春, 赵思健. 人工智能在农业风险管理中的应用研究综述[J]. 智慧农业(中英文), 2023, 5(1): 82-98. |
[10] | 卓越, 丁峰, 严海军, 徐婧. 无人机遥感在饲草作物生长监测中的应用研究进展[J]. 智慧农业(中英文), 2022, 4(4): 35-48. |
[11] | 赵瑞雪, 杨晨雪, 郑建华, 李娇, 王剑. 农业智能知识服务研究现状及展望[J]. 智慧农业(中英文), 2022, 4(4): 105-125. |
[12] | 王辉, 陈睿鹏, 余志雪, 贺越, 张帆, 熊本海. 基于卟啉和半导体单壁碳纳米管的场效应气体传感器检测草莓恶疫霉[J]. 智慧农业(中英文), 2022, 4(3): 143-151. |
[13] | 杨亮, 熊本海, 王辉, 陈睿鹏, 赵一广. 家畜饲喂机器人研究进展与发展展望[J]. 智慧农业(中英文), 2022, 4(2): 86-98. |
[14] | 耿闻轩, 赵俊晔, 阮继伟, 侯跃辉. 人工智能辅助种植策略对温室草莓生产调控效果对比研究[J]. 智慧农业(中英文), 2022, 4(2): 183-193. |
[15] | 董宏图, 周思蒙, 王清涛, 王成, 罗斌, 李爱学. 基于羧基化石墨烯-海藻酸钠复合材料的脱落酸电化学免疫传感器的构建及应用[J]. 智慧农业(中英文), 2022, 4(1): 110-120. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||