2025全國畜牧業數智化典型案例——牛羊智慧養殖關鍵技術與精準作業裝備創制及應用
- 2025-09-03 08:40:00
- goke-admin 原創
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牛羊智慧養殖關鍵技術與精準作業裝備創制及應用
中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所、中國農業大學、北京國科誠泰農牧設備有限公司、南京稻盛弘網絡科技有限公司
1基本情況
1.1單位簡介
該成果由牛羊規模化高效健康養殖集成示范（2022YFD1301100）項目組提供，由中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所牽頭，中國農業大學、北京國科誠泰農牧設備有限公司、南京稻盛弘網絡科技有限公司、北京市農林科學院智能裝備技術研究中心等單位聯合實施。
1.2案例背景介紹
牛羊產業是我國農牧業轉型升級的堅實支柱，也是推進鄉村振興戰略的主導產業。近年來，我國牛羊產業實現持續穩定發展，生產水平有效提升，集約化、數字化、智能化已成為了引領這一產業前行的強大動力。但是，當前牛羊產業仍然面臨著產業基礎比較薄弱、養殖分散且規模偏小、飼喂方式相對落后、圈舍環控技術水平低、飼料配制營養均衡性差、健康智能感知裝備緊缺、健康狀況智能識別不足、全過程數字化程度低、技術整體融合力度不足、養殖效益低等產業問題，生產發展不能滿足快速增長的需要，牛羊肉及奶源供給面臨一定壓力。
本項目重點：一是解決飼喂中飼料配制營養均衡性差、配送費時費力、飼料浪費嚴重等問題；二是解決牛羊健康不能智能感知與預警問題，疾病是養殖場內部最大的致損因素，據統計，成年奶牛平均利用率僅2.3胎，乳房炎發病率高達16.2%，奶牛各種疾病年發病率超過60%，分娩死胎率9.2%，哺乳犢牛發病率高達51.4%，0-60天內新生犢牛死淘率8.2%，傳統人工巡欄方式下，疾病揭發滯后、主觀性強、用人成本高、誤診率高、疾病治療周期延長，空懷期長，母牛繁殖率低；三是解決牛羊關鍵行為不能智能識別問題，不斷提升牛羊智能養殖水平，實現節本提質增效。
1.3解決思路
由中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所牽頭的“十四五”國家重點研發計劃“牛羊規模化高效健康養殖集成示范項目（2022YFD1301100）”統一設計，從精準飼喂-精準健康-精準管理層面出發，聚焦牛羊產業節本提質增效內容，重點從以下三個方面開展集成攻關：一是通過TMR中央廚房精準飼喂加上無人配送、推料機器人等裝備，解決飼料配制營養均衡性差、配送費時費力、飼料浪費嚴重等問題；二是通過基于下丘腦生命信號的動物繁育、發病、營養、應激人工智能監測預警技術；三是
應用AI算法實現視覺數據快速標注
，解決標注成本高、效率低等問題。
2場景解決
2.1創新亮點
（1）創新了牛羊TMR飼料營養均衡配制及無人配送方案，適用于大規模牛羊場和集中連片的鄉村養殖合作社，解決了牛羊飼料營養不均衡及配送費時費工等問題，達到國際先進水平。
（2）首創基于下丘腦生命信號的動物繁育、發病、營養、應激人工智能監測預警技術，實現高精度分娩預警（預警準確率96.7%，遠高于國際同行82%水平），達到國際領先水平。
（3）創新提出了畜牧場動物影像加速數據引擎及標準化視覺數據庫構建方法，形成了牛羊計算機視覺數據快速標注算法，標注效率提高78%；
（4）上述成果均已在相關牧場中試應用，成果就緒度達到7級以上。
2.2核心技術
該成果通過牛羊TMR飼料營養均衡配制及無人配送技術，大大減少飼料浪費，實施基于下丘腦生命信號的AI疾病監測預警技術，大幅度減少重大疾病發生，應用機器視覺數據快速標注算法，提升AI技術的智慧牧場應用效率，在解決國家飼料糧安全、生物安全等方面發揮重要作用。
（1）解析營養需求、飼喂量、輸送速度的耦合關系及肉牛身份識別技術，創制數智化中央廚房、無人TMR數智撒料車、無人推料機器人等飼料均衡配制及配送系統并在多家大型牧場應用，實現了牛羊飼料精粗比例等營養均衡配制及智能化配送及精準飼喂，牛舍智能推料機器人入選2024中國農業農村重大科技成果；
（2）系統研究并構建了基于下丘腦生命信號的牛羊繁殖、發病、代謝異常、應激早期預警模型，研制出牛羊健康實時監測芯片及數據云分析系統，可實時獲取每頭牛羊的生理、發病、營養代謝異常、環境應激4大類10余種重大異常早期報警，實現高精度分娩預警（預警準確率96.7%，遠高于國際同行82%水平），新生犢牛腹瀉、肺炎早期預警早期干預實現零死亡；
（3）開發了“采-算-選-改-訓”的新型視覺算法開發方法，在國產智能存算設備的基礎上打通了從視頻采集、圖像計算、數據云存儲、數據篩選、自動標注、人工審核與修改、模型訓練等完整數據集構建鏈路，提出了牛羊計算機視覺數據快速標注算法，在圖像數據集構建及標注效率提高78%；構建了牛羊羊精細健康養殖管控平臺，在全國開展牛羊規模化養殖精準營養關鍵技術推廣示范，輻射肉牛35萬頭，肉羊56萬頭，經濟社會效益顯著。
2.3應用范圍
適用于肉牛、奶牛、肉羊、奶山羊等牛羊產業。特別是規模化養殖企業或牛羊養殖相對集中的鄉村區域，主要功能是用于牛羊精準飼喂、TMR飼料無人配送、牛羊養殖大數據實時監測、牛羊健康實時監測及疾病預警、基于視頻的牛羊關鍵行為高效識別等。
TMR中央廚房精準飼喂系統主要應用在反芻動物規模化養殖飼喂環節中，已在內蒙古、山東、廣西、青海、河北、新疆、云南、陜西、寧夏、天津等10省市實現了應用，共計建成了40余座全混合日糧TMR中央廚房。針對養殖場規模化的大小可采用不同配置的TMR中央廚房，結合客戶的場地、規模、配方等設計要素，國科農牧會規劃不同飼喂工藝的TMR中央廚房。
3應用成效
3.1投入產出情況
（1）牛羊TMR飼料營養均衡配制及無人配送方案：TMR中央廚房精準飼喂系統的高效自動運行，提升了牧場飼料的加工及飼喂效率，減少了飼料的使用和浪費，經過牧場運行評估，配方不變的情況下，比傳統TMR制備方式可以提高產奶量2%以上。飼料更加節約，產量效益顯著提升，最終實現了牧場提質增效的目的。經過實際牧場運行統計，應用該技術的TMR中央廚房系統可使牧場TMR日糧的精料、添加劑和輔料的損失率從2%以上降低到0.2%，粗飼料的牧草的損失率從5%以上降低到1%；青貯的損失率從10%降至2-3%，飼料的損失率、浪費率、人工費用、管理費用、能耗費用和移動機器設備折舊率的降低，可使牧場利潤預期在24個月內提高50%，2-3年內節省的總費用可與整套系統投資總額相平。通過日糧調控技術，碳減排貢獻度可達到70%以上。從自動化角度看，采用我們自動化TMR加工系統，在辦公室內通過一臺電腦來操控該中央控制電氣系統，可以十分準確的自動配置每一次飼料，實現TMR飼料集中加工和配送，負責萬頭牧場TMR加工的人員2-3人即可，實現反芻動物日糧的自動化精準加工，節約工人勞動時間30%以上，降低工人勞動強度60%以上，以及過去系統中的人工勞動任務的減少，降低人工和管理成本30%以上。
（2）首創基于下丘腦生命信號的人工智能監測預警技術：獸醫千里眼通過給牛羊佩戴HMT即健康監測標簽，全天候24小時不間斷采集牛的體溫調節中樞近距溫度，根據疾病發展的前驅期，動物體溫發生異常的特征，通過物聯網、云計算、人工智能手段，還原每頭牛的發病、分娩、營養代謝異常、應激等特征，最終通過手機或電腦軟件系統（獸醫千里眼）實現各種異常的早期報警，第一時間鎖定病牛，確保各種異常早發現、早預警、早應對，將疾病消滅在萌芽階段，達到控制疫病傳播、提高治愈率、減少病死率、降低養殖成本的目的。
通過該項技術，解決以下八個問題：1）改變了人工巡欄的傳統養殖方式，將全天候24小時不間斷預警方案手機電腦報警納入智能巡欄、早發現、早治療納入牧場管理流程與日常考核方案，解放勞動力，提高勞動效率。2）建成基于人工智能的疫病預警體系，將疫病控制在萌芽階段！3）將母牛母羊因病損失減少70%。4）將母牛母羊死亡率下降50%。5）將新生犢牛、羔羊死亡率下降60%。
6）節省飼料成本8%。7）通過獸醫千里眼體系，與中國農科院、中國農大、南農大等國內知名大學的著名獸醫專家建立了長期合作關系。8）為政府監管、活牛保險、活牛貸款、活牛運輸與健康交易提供經驗與有意義嘗試。投入產出因牧場區分牛與羊，奶畜與肉畜，高價值品種與普通品種，牧場舍飼或是放養等情況不同而因事而異。也因牧場管理水平因人而異。
以規模化奶牛場為例，按每頭犢牛價值（母牛285天妊娠期飼養成本）3000元計，按全國繁殖奶牛存欄560萬頭，新生犢牛60天內死淘率8.2計（《中國規模化奶牛場關鍵生產性能現狀（2024版）》對全國25個省397家規模化牧場133.8萬頭奶牛統計數據分析），死淘45萬頭，應用獸醫千里眼早期預警技術，減少新生犢牛病死率60%，即8億，按泌乳牛產后60天死淘率7.8%計，死亡43.6萬頭，按減少70%，每頭母牛因病損失10000元計，30.5億元。空懷期縮短10天計，560萬頭每天飼料成本70元計，節省39.2億飼料成本。奶牛場僅上述三項節省77億元。假如實現上述經濟效益，牧場獸醫千里眼投入7億元左右。投入產出比1：10左右。
（3）應用AI算法實現視覺數據快速標注技術：開發并實施了一種加速數據引擎（ADE）工作流程，用以解決現有技術中畜牧場機器視覺算法的訓練數據集的質量不高的缺陷。在本項目中特別開發了“采-算-選-改-訓”的新型視覺算法開發方法，在國產智能存算設備的基礎上打通了從視頻采集、圖像計算、數據云存儲、數據篩選、自動標注、人工審核與修改、模型訓練等完整數據集構建鏈路。ADE工作流程在牛、羊、豬等多種畜牧場景中經過了嚴格的測試和驗證，證明了其在實際應用中的有效性。在項目中，ADE能夠自動進行肉牛場肉牛的實例識別和分割，將24小時視頻數據的傳統標注時間從141小時大幅縮短至30.5小時，人工工作量減少了78.4%。此外，ADE還采用了多種數據蒸餾策略，對生成的數據進行優化篩選，確保了標注的精確性和數據集的多樣性。
3.2經濟社會價值
（1）在精準飼喂方面，TMR中央廚房精準飼喂系統技術的推廣和應用，不僅大大提高了牧場的生產效率和飼料利用率，減少了人力和物力的浪費，同時也降低了能耗和環境污染。這種技術變革在推動畜牧業向智能化、綠色化方向發展的同時，也為牧場帶來了顯著的經濟效益和社會效益。促進了產業結構的優化和產品的更新換代；有效降低了對勞動力的依賴，減少了人工成本，同時提高了養殖產出效率和產品安全性；對于提升我國畜牧業的國際競爭力，推動農業現代化發展具有重要意義。
（2）在精準健康方面，落實總書記關于加強國家生物安全，建立發病預警體系，做到人病獸防、關口前移，早發現早處置，將疾病消滅在萌芽階段的重要指示。建立了全球首個人工智能與物聯網技術的規模化養殖場高度精準的預警平臺。戰略意義十分重大。全國第一個聯結中國農業科學院北京畜牧獸醫所、中國農業科學院哈爾濱獸醫研究所、中國農業科學院蘭州獸醫研究所、中國農業科學院特產研究所、中國農業大學動物醫學學院、南京農業大學動物醫院、華中農業大學動物醫學院、吉林大學動物醫學院、華南農業大學動物科技學院等國內三十余家科研單位與大學的集預警、病原檢測、治療方案為一體的牧場疾病診療直通車。在牛羊數智化、精準化人工智能預警技術上，代表中國最高水平。一顆HMT芯片，實現包括分娩報警在內的12大類預警，以分娩預警為例，在母牛分娩每10-36個小時預警，預警準確率95%以上，超過榮獲LAMMAShow最佳產品及創新獎(技術類)、英國農業獎機械類年度創新者、德國紅點設計獎、愛爾蘭設計獎大獎賽、挪威農業技術Jury's銀獎、瑞典ElmiaLantbruk創新獎金牌、愛爾蘭時報最佳創新獎的愛爾蘭的moocall的單一的母牛分娩報警設備。（該產品目前市場售價267歐元）。
3.3推廣應用前景
成果已在山東、河北、新疆、甘肅、吉林等省市進行示范、推廣，萬頭牧場TMR中央廚房系統比傳統飼喂加工模式，加工效率提高50%以上，勞產率提高30%以上，攪拌能耗降低20%以上，飼料原料的添加誤差大大降低，保證加工飼喂精準度±1%；AI疾病監測預警技術應用實現牛羊病死淘下降60%以上，新生犢死淘率下降50%以上；機器視覺數據快速標注算法效率提高78%。成果應用前景廣闊，將推動牛羊產業飼料營養均衡化、養殖設施標準化、生產過程規范化、管理智能精細化，促進牛羊產業智能化、綠色化、高質量發展。
國科農牧的TMR中央廚房精準飼喂系統因其突出的創新性和實用性，曾先后獲得全國農牧漁業豐收獎、中國畜牧業科技創新銀獎、新疆維吾爾自治區科技進步一等獎等多項榮譽。此外，公司還擁有發明專利7項，實用新型專利66項，軟件管理系統及軟件著作權117項，這些成果都是該技術獨特性和先進性的有力證明。結合已建成的實際運行證明，TMR中央廚房精準飼喂系統有廣闊的推廣應用前景。
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