精準畜牧業(Precision livestock farming ，PLF)主要指利用信息技術對現代畜牧業進行精細的管理 ，它被定義為使用過程工程的技術對動物進行管理 。它同時也被認為是依賴於自動監測動物相關生理過程的一套整合管理係統 ，是研究以信息技術為核心的高新技術在畜牧業應用的一個專門領域 ，代表著畜牧業未來的發展方向乜] 。這一技術的應用原理是采用工程手段來優化和輔助畜牧生產過程中的管理措施 。由於其具有實時監控和控製生產過程的特點 ，它也是畜牧生產可持續發展的一個核心領域 。

PLF技術在歐洲已經發展了30多年 ，取得了多方麵的研究成果 。歐洲精準畜牧業會議研討內容代表了該領域內最新的技術研究及應用水平 ，因此 ，總結精準畜牧業會議內容 ，對把握PLF技術的發展現狀及趨勢具有重大意義 。2012年 ，歐盟還成立了歐洲精準畜牧業項目(EU—PLF) ，這一項 目的主要任務是將PLF實驗室技術應用到生產實踐中 ，項目人員及機構也是歐洲精準農業會議的主要參與方之一 。

本課題組人員於2015年9月中旬赴意大利米蘭參加了第七屆歐洲精準畜牧業會議 。本文以歐洲精準畜牧業會議的內容為線索 ，結合目前PLF技術的研究與應用現狀 ，介紹了精準畜牧業技術在蛋雞養殖領域的發展 ，為PLF技術在國內蛋雞產業內的開發和應用提供參考 。

1 歐洲精準畜牧業會議發展簡史

歐洲精準畜牧業會議(EC—PLF)每兩年舉行一次 ，第一次於2003年在柏林召開 ，盡管當時精準畜牧業技術(PLF)在歐洲已經發展了二十多年 ，但那是第一次就畜牧業召開的國際性專門會議 。從2003年至今 ，會議已舉辦了7屆 。第七屆EC—PLF會議於2015年9月15日至9月18日在意大利米蘭舉行 ，會議議題是突出畜牧業領域的 創新 ，討論畜牧業領域內最新的高科技研究進展 。會議分為科學版 塊和產業版塊 。其中科學版塊主要交流精準畜牧業在科研方麵的 最新進展 ，而產業版塊主要關注歐洲精準畜牧業項目的參加者及合作單位匯報精準畜牧業的應用進展 。

起初的精準畜牧業會議討論的主題主要包含 ：針對動物的個體識別技術(目前已經發展為動物的ISO標準編碼技術) 、動物的自動稱重(與圖像識別技術相結合) 、精確控製動物的日糧以及奶牛自動擠奶技術等 。到目前為止 ，精準畜牧業技術會議也由當初的幾十人參加 、論文集僅包含26篇文獻的小型學術會議 ，發展為一百多人參會 、論文集涵蓋94篇文獻的大型會議 。起初會議將各種技術集中在一起討論 ，近年由於各主題包含的內容增多 ，開始按照不同動物種類分會場討論 。

2 歐洲精準畜牧業項目簡介(EU—PLF)

作為歐洲精準畜牧業會議的主要參與方之一 ，2012年12月 ，旨在將PLF技術轉化為產業實踐的歐洲精準畜牧業項目被發起 ，預期於2016年10月結束 。項目參與者主要是比利時魯汶大學 、意大利米蘭大學 、英國布裏斯托爾大學 、荷蘭瓦赫寧根大學等9所高校和科研單位 ，以及Facom 、Soundtalks NV 、GEA Farm Technologies等十多家企業和公司 。該項目劃分為7個工作團隊，研究的重點分別是 ：動物關鍵行為 、生理指標及黃金原理的研究 ；廣泛的田間試驗研究 ；整體解決方案以及PLF作為技術支撐的研究 ；牧場及食品工廠增值的研究 ；通過高新技術中小企業進行創新 ；匯總所有的研究 ，撰寫項目總結 ；創建網站、傳播資料 、新聞發布 、建立網絡社區 。

目前該項目已取得多方麵的進展 ，如豬 、禽 、奶牛的關鍵指標及基本原理的定義 ；對可操作係統的定義 ；視頻監控 、聲音監控 、環境監控以及數據收集係統在15個豬 、禽場和4個奶牛場的應用經驗 ；與關鍵指標相關的社會 、經濟因素研究 。截至目前 ，該項目還發表5篇期刊論文以及20餘篇會議論文 ，2015年該項目還聯合瓦赫寧根大學出版社出版了名為((Precision Livestock FarmingApplications))的書籍 ，旨在介紹最新的PLF技術的研究和應用進展 。

3 PLF技術在蛋雞養殖中的研究和應用

與其他農業新技術不同 ，PLF技術在整個係統中包含活體動物 ，也就是說 ，要使用在活體動物上采集的信息作為反饋 ，進而對個體活體畜群進行管 理和調控 。目前這一技術主要的應用載體是奶牛 ，肉牛 、羊 、豬和禽類也有一些研究 ，但關於禽類的研究主要是在肉雞領域 ，主要體現在肉雞日糧的精準控製 、生長模型的建立和預測 、舍內外環境模擬研究和控製技術以及個體識別和行為追蹤監測等 。

在蛋雞領域 ，相關的研究和應用目前還較為少見 ，由於蛋雞生長周期長 ，產品受影響的因素諸多 ，且蛋雞一般采用籠養 ，舍內環境複雜 ，難以進行非常精確的模擬研究 。21世紀初 ，蛋雞的個體監測技術主要包括用電子標簽對采食行為的監測 、體溫的監測等 。近年來 ，隨著計算機技術的發展 ，研究者開始對聲音和圖像進行監測和識別 。中國農業大學農業部設施農業工程重點實驗室對蛋雞發聲監測進行了較多的研究 ，主要集中在蛋雞發聲識別 、檢測 、提取與發聲音頻數據庫的建立 、風機噪聲的去除 、棲架散養係統下蛋雞的發聲識別等 。近年來會議中關於蛋雞的PLF研究主要集中在利用RFID和圖像處理進行個體識別和跟蹤方麵的研究 。

3．1單隻雞的行為識別及跟蹤

3．1．1射頻識別(RFID)

2015年第七屆EC—PLF會議發表了荷蘭瓦赫寧根大學研究人員關於雞與運動場開口的距離遠近對冬季舍外運動場使用影響的一項研究 。該研究沿用了射頻識別(RFID)技術進行雞隻的識別 。通過在去運動場的開口處設置一個接收裝置來識別穿過開口進 、出運動場的雞隻，結合雞在舍內的原始位置 ，來判定在冬季雞是否願意經過較遠的距離(大於15 m小於19 m)到運動場中去活動 。由於開口處每次隻能容納一隻雞進出 ，因此當單隻雞靠近開口時便能激發接收器 ，對這一雞隻所發出的信號進行識別 ，從而確定穿過開口的雞隻個體 。美國伊利諾伊大學厄巴納一香檳分校農業工程係的研究人員采用射頻識別技術在偏好性選擇箱中對雞進行了研究 ，他們的研究證明射頻識別係統在偏好性選擇試驗中更適合於記錄雞在某個籠具中停留的時長 ，而對於記錄雞在特定箱體中進入的次數則不太適型 。巴伐利亞國家農業研究中心的人員則嚐試了采用射頻識別技術記錄群養雞群中單隻雞的產蛋行為 ，結果表明 ，在裝有集中產蛋箱和稱重棲杆的群養係統中識別單隻雞的產蛋是可行的 ，但其準確率有待提高 。

3．1．2圖像識別

圖像識別與人工觀察相比 ，其優點是省時省力 ，且能在動物生活的時間內進行連續監測 ，並且可以實現行為的量化 ，而不依賴於人類的視覺 。而與射頻識別相比 ，這種方法的優點是克服了射頻識別在當有兩個發射器同時出現在一個接收器的接收領域內時 ，信號會互相幹擾導致無法判斷個體的不足 。而對於圖像識別這項技術 ，多個個體可以通過他們的不同特點同時進行一一識別 ，可以規避射頻識別中互相幹擾的問題 。Leroy等早在2003年第一次會議中率先報道了一套能夠識別雞站立、行走 、伸展三種行為的圖像識別係統 。勞鳳丹等報道了利用機器視覺對單隻蛋雞進行運動 、采食 、飲水 、抖身 、休息 、拍翅等行為的識別 ，開發一種新的計算機視覺識別模型 ，大多數行為達到了較高的識別率 。

歐洲精準畜牧業會議上比利時魯汶大學的研究人員基於偏好性選擇箱中單隻雞的行為軌跡進行了圖像識別分析 。目前這些基於圖像處理的識別跟蹤技術也逐漸應用於蛋雞偏好性選擇的研究中 。會議所報道的研究中 ，采用橢圓擬合法 ，將從偏好性選擇箱中采集的圖像去除背景信息後 ，進一步對雞的身體進行簡化 ，最後形成一個橢圓形 。該方法也是目前蛋雞圖像處理中應用較為廣泛的一種方法 。該方法通過對這個橢圓形在水平麵的移動和轉動來描述雞體的移動和轉動 ，根據不同雞隻的運動狀況不同 ，來識別和跟蹤該個體 ，其原理見圖1 。 

3．2多隻雞的個體識別及跟蹤

在2013年歐洲精準畜牧業會議上 ，美國愛荷華州立大學的研究人員展示了采用三維視覺傳感器和射頻識別技術(RFID)相結合來自動量化偏好 選擇箱中群養蛋雞行為的技術乜“ 。采用視頻記錄和分析蛋雞的行為已經成為一種常用的技術 ，但目前廣為沿用的人工對采集的視頻進行分析的方法不僅耗時耗力 ，還容易出現人為因素引起差錯 。而在此之前 ，雖然已經開發了一些自動分析技術 ，但是這些蛋雞跟蹤技術隻能基於單個個體 ，無法進行群養中個體的行為跟蹤 ，這勢必限製了個體跟蹤技術研究和應用的範圍 。為此 ，該研究開發了一種新方法來自動量化群養個體母雞的一些行為如運動 、棲息 、采食 、飲水 、築巢 ，並做到同時跟蹤5個個體(見圖2) 。 

研究所采用的三維視覺傳感器的成像為深度圖像 ，深度圖中像素值的大小反映了景深的遠近 。深度圖中的像素值越大 ，代表景深越近 ；深度圖中的像素值越小 ，代表景深越遠 ，這就加強了對雞隻定位以及分析相應行為的準確性 。

研究中在每隻雞在地麵以及采食、棲息 、飲水 、產蛋的位置分別安裝了接收信息的天線 ，而每隻雞身上則安裝了發射器 。當雞在雞籠中活動時 ，臨近相應位置則會激發接收器接收雞隻個體識別的信息 ，從而判定出這一特定行為發自於哪隻雞 。這樣 ，不僅雞的行為和位置能夠得到分析 ，而且能夠和雞的編號一一對應起來 ，達到在群體中自動特定跟蹤單隻雞行為的目的 。

國內對多隻雞的圖像分析也有一些研究 。勞鳳丹等乜列采用凹點分析法 ，對多隻雞在複雜環境下活動時 ，對蛋雞進行識別及粘連分離 。通過分析蛋雞的顏色信息特征去除複雜背景的幹擾 ，獲取蛋雞區域 ，實現粘連蛋雞的有效分離和雞隻計數 。鄭雙陽等開發了利用圖像識別的方法監測高階直立式雞籠內病雞 、死雞的方法 。該研究基於機器視覺的識別技術 ，通過對籠內蛋雞進食時腿 、腹部的圖像特征進行圖像處理 ，建立以特征區域麵積值作為判別雞籠內是否存在病 、死雞的標 準 ，判別籠內是否存在病 、死蛋雞 。

4小結與展望

從畜牧業的PLF技術來講 ，它是一項處於發展初期階段的技術 ，它在持續自動監測及改善動物健康和福利 、畜產品質量方麵具有極大的發展潛力陋“ 。雖然PLF技術已經發展了近40年 ，但相比奶牛 、豬 、肉雞來說 ，這一項技術在蛋雞領域的研究相對還比較少 。目前 ，在一些動物的研究中用於動物日糧的精準控製 、動物行為的實時監測 、疾病的早期預防 、減少汙染物的擴散以及為飼養員提供有用的培訓數據 。但是 ，在蛋雞領域相應的研究還較為鮮見 。目前國內對這方麵的研究也還處在初級階段 ，雖然對於發聲 、圖像方麵已經有了一些探索 ，但是離應用這些技術在蛋雞舍對蛋雞進行監測和管理還有一段距離 。

當前 ，高技能的飼養員越來越少 ，年輕人不願意從事飼養員這一職業的形勢下 ，以及PLF技術下產品細節更加可控 ，產品具有信息更加可靠和豐富的優點 ，為這一技術贏得了廣闊的發展空間 。PLF技術能夠很好地輔助工作人員進行畜禽場的管理 。但由於這項技術本身的發展還處於初級階段 ，用戶對這些不穩定的高科技產品還缺乏信心 ，另外 ，投資這些高科技產品能否得到預期的回報 ，也還不能保證 。因此 ，目前投人使用的技術也還較為鮮見 ，在世界蛋雞領域也都還處於初步的研究階段 。研究和開發一些價值低廉的傳感器等設備，尋找更好的個體識別和跟蹤方法以及深入了解動物的行為和習性以便更好地對它們進行管理 ，增加設備的穩定性等 ，是未來PLF技術發展的方向 。