漆海霞，張鐵民，羅錫文，Thomas Banhazi

(1．華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510642;3. National Centre for Engineering in Agriculture (NCEA), University of Southern Queensland (USQ), West Street, Toowoomba QLD, 4350)

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學(xué)科動(dòng)態(tài)

現(xiàn)代化生豬養(yǎng)殖環(huán)境測(cè)控技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

漆海霞1,2,3，張鐵民1,2*，羅錫文1,2，Thomas Banhazi3

(1．華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510642;3. National Centre for Engineering in Agriculture (NCEA), University of Southern Queensland (USQ), West Street, Toowoomba QLD, 4350)

針對(duì)現(xiàn)代生豬規(guī)?；B(yǎng)殖帶來(lái)的養(yǎng)殖場(chǎng)舍內(nèi)環(huán)境污染對(duì)豬生長(zhǎng)不利的問(wèn)題，闡明了豬舍內(nèi)溫濕度、有害氣體(CO、CO2、H2S、NH3)、粉塵和氣流速度等環(huán)境因子對(duì)生豬健康生長(zhǎng)的影響，及各環(huán)境因子間的相互影響、相互作用的關(guān)系；綜述了國(guó)內(nèi)外豬舍環(huán)境測(cè)控技術(shù)的現(xiàn)狀，并分析了生豬養(yǎng)殖舍內(nèi)環(huán)境測(cè)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，為我國(guó)生豬養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；⒐こ袒?、工廠化和自動(dòng)化發(fā)展提供參考，推進(jìn)生豬健康福利養(yǎng)殖。

生豬養(yǎng)殖；豬舍內(nèi)環(huán)境因子；環(huán)境測(cè)控技術(shù)

近20年來(lái)，我國(guó)畜牧業(yè)生產(chǎn)獲得巨大發(fā)展，從小規(guī)模、家庭農(nóng)戶(hù)分散飼養(yǎng)到集約化、規(guī)模化、工廠化養(yǎng)殖，產(chǎn)量越來(lái)越高，給養(yǎng)殖戶(hù)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。但規(guī)?；B(yǎng)殖也帶來(lái)的一系列問(wèn)題，環(huán)境污染、疾病防控、飼料營(yíng)養(yǎng)、生存環(huán)境和健康等問(wèn)題日益突出，對(duì)生豬生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖都有影響[1-4]，不但影響生豬的健康和生產(chǎn)質(zhì)量，還會(huì)影響生豬產(chǎn)業(yè)的良性持續(xù)發(fā)展。生豬養(yǎng)殖環(huán)境測(cè)控是調(diào)節(jié)生豬舍內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的有效措施，本文在概述生豬養(yǎng)殖環(huán)境因子對(duì)生豬健康的影響及測(cè)控技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,指出現(xiàn)代工廠化生豬養(yǎng)殖環(huán)境測(cè)量和控制的發(fā)展趨勢(shì)和前景。

1 生豬養(yǎng)殖環(huán)境概述

生豬生存空間中對(duì)其生活產(chǎn)生直接或間接影響的因素的總和構(gòu)成了生豬養(yǎng)殖環(huán)境。環(huán)境控制水平是養(yǎng)豬現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，豬的生存環(huán)境對(duì)生產(chǎn)起決定作用[1]。適宜的環(huán)境狀態(tài)會(huì)讓生豬感覺(jué)舒適，保障豬的生理健康，保證增重快、繁殖成活率高，提高飼料轉(zhuǎn)化率，節(jié)約了生產(chǎn)成本[2-5]。生豬養(yǎng)殖環(huán)境主要包括空間環(huán)境、光環(huán)境、水環(huán)境和空氣環(huán)境。空氣環(huán)境主要包括溫度、濕度、O2、有害氣體(NH3、H2S、CO、CO2)濃度、粉塵濃度、微生物、氣流速度等[6-7]。針對(duì)空氣環(huán)境因子的測(cè)量和控制，在現(xiàn)有豬場(chǎng)設(shè)施和生產(chǎn)模式下，保證豬生存環(huán)境空氣質(zhì)量。

1.1 溫濕度對(duì)生豬健康的影響

溫濕度是豬舍環(huán)境控制的先決條件[8]。豬只對(duì)環(huán)境溫度非常敏感，環(huán)境溫度過(guò)高或過(guò)低都不利于豬的生長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致熱應(yīng)激和冷應(yīng)激，引發(fā)各種疾病，如高溫會(huì)引起熱射病、胃腸道疾患、抵抗力下降等；溫度過(guò)低，超過(guò)機(jī)體的代償能力，會(huì)使體溫下降，對(duì)疾病抵抗力降低[8-9]；一般豬舍適宜的濕度是60%～75%，高濕度(高于80%)總是不利于豬生長(zhǎng)；高溫高濕，會(huì)加劇熱應(yīng)激，急性死亡增多，產(chǎn)仔數(shù)減少；低溫高濕，會(huì)加劇冷應(yīng)激，豬只易患感冒、風(fēng)濕、關(guān)節(jié)炎、腸炎、下痢等疾病，飼料轉(zhuǎn)化率和生長(zhǎng)速度都會(huì)下降，不利于豬生產(chǎn)和健康[9]。育肥豬只最適合在溫度14～23℃，相對(duì)濕度50%～80%的環(huán)境生存，病原體不易繁殖，生長(zhǎng)快，肥育的效果好[2]。

1.2 有害氣體對(duì)生豬健康的影響

豬舍內(nèi)有害氣體主要由豬生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生，主要的有害氣體包括NH3、H2S、CO和CO2。豬舍空氣中有害氣體的最大允許值：NH3為30 mg/L，H2S為20 mg/L，CO為5 mg/L，CO2為1 500 mg/L[10]；豬只長(zhǎng)期生存在高濃度有害氣體的環(huán)境中，可引起應(yīng)激綜合癥，會(huì)發(fā)生中毒或慢性中毒現(xiàn)象[9]。有害氣體NH3、H2S會(huì)影響細(xì)胞呼吸，造成組織缺氧[8]，易引起結(jié)膜炎、鼻炎、氣管炎、肺炎等疾病[3]，長(zhǎng)期處于低濃度NH3、H2S環(huán)境下，可導(dǎo)致豬體質(zhì)變?nèi)?、抵抗力下降、增重緩慢、發(fā)病率上升[9]。舍內(nèi)CO、CO2含量過(guò)高，也會(huì)使豬慢性缺氧，體質(zhì)虛弱，易感染肺結(jié)核等各種慢性傳染病[3，9]。

1.3 粉塵對(duì)生豬健康的影響

豬舍內(nèi)由于飼料、墊草、豬的皮毛等原因產(chǎn)生灰塵，灰塵濃度高，可以引起舍內(nèi)豬只發(fā)生眼病、皮膚病、呼吸道疾病[3，11]；灰塵附著在皮膚上，還會(huì)堵塞皮脂腺，使皮膚干燥，易破損，抵抗力下降。塵埃直徑越小，越會(huì)深入進(jìn)入呼吸道，當(dāng)灰塵直徑小于5 μm時(shí)，可到達(dá)細(xì)支氣管，直到肺泡，導(dǎo)致呼吸道炎癥，甚至肺炎[9，12]。豬舍內(nèi)粉塵的含量限值，一般豬舍要求在1.5 mg/m3以下；育肥豬舍最大值不能超過(guò)3.0 mg/m3；帶仔母豬和哺乳仔豬要求較高，不得大于1.0 mg/m3。細(xì)菌、有毒有害氣體(如NH3)、病原微生物等可吸附在粉塵上。塵埃中的微生物，大多為腐生菌、霉菌、酵母菌等細(xì)菌，疫病流行時(shí)，還會(huì)有病原微生物，如流行感冒病毒、破傷風(fēng)桿菌、炭疽病等。通風(fēng)不良或經(jīng)常不透陽(yáng)光時(shí)，塵埃更能促進(jìn)各種微生物的繁殖。豬舍內(nèi)紫外線(xiàn)弱，微生物來(lái)源多，會(huì)致使微生物含量比大氣高出50～100倍，微生物附著灰塵上，在舍內(nèi)傳播疾病[3，12]。

1.4 氣流速度

豬舍內(nèi)空氣的流動(dòng)，利于驅(qū)散舍內(nèi)熱量，將有害氣體及時(shí)排除舍外，使舍內(nèi)溫濕度、空氣成分均勻，保證舍內(nèi)空氣清潔[9]。豬舍內(nèi)氣流速度應(yīng)與溫度相關(guān)，高溫時(shí)，加強(qiáng)空氣的對(duì)流速度，豬體熱量散發(fā)快，豬只感覺(jué)舒適涼快，減輕熱應(yīng)激對(duì)豬只的危害，當(dāng)環(huán)境溫度高于豬體表溫度時(shí)，對(duì)流使豬只反而獲得熱量，須借助噴淋或滴水等降溫措施[13]，同時(shí)加大流速，來(lái)達(dá)到水分蒸發(fā)散熱的效果[9]。低溫時(shí)，氣流會(huì)帶走豬體表熱量，應(yīng)減小氣流避免冷應(yīng)激對(duì)豬只的危害[14-15]。通風(fēng)是消除有害氣體的重要方法，無(wú)論什么情況下，豬舍內(nèi)應(yīng)保持一定氣流速度[16-17],一般冬天豬場(chǎng)氣流速度以0.1～0.2 m/s為宜，最高不要超過(guò)0.25 m/s;夏季最熱時(shí)，各類(lèi)豬群舍內(nèi)風(fēng)速最大不超過(guò)1 m/s秒。

2 豬舍環(huán)境測(cè)控技術(shù)現(xiàn)狀

國(guó)外學(xué)者較早關(guān)注豬舍環(huán)境質(zhì)量的研究。最早的畜禽舍內(nèi)的空氣質(zhì)量研究報(bào)道是在1953年，研究具體的污染因素、舍內(nèi)通風(fēng)對(duì)氣體濃度的影響、污染對(duì)動(dòng)物和飼養(yǎng)工人的影響。研究顯示，牛、羊、豬、禽的飼養(yǎng)環(huán)境中，由于豬的排泄量大，舍內(nèi)飼養(yǎng)導(dǎo)致舍內(nèi)環(huán)境惡氣大，空氣質(zhì)量差。因此，針對(duì)豬養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)和空氣質(zhì)量控制，提出環(huán)境的綜合管理系統(tǒng)(Integrated Management System, IMS)。20世紀(jì)90年代，普度大學(xué)首次研究了畜禽舍內(nèi)技術(shù)及測(cè)控系統(tǒng)用于實(shí)驗(yàn)室和舍內(nèi)實(shí)驗(yàn)[18]。目前，國(guó)外豬舍環(huán)境測(cè)控系以荷蘭、美國(guó)、丹麥、日本、加拿大、澳大利亞等畜牧大國(guó)發(fā)展較快[5，19]。如荷蘭DigDutchman公司研制了畜禽環(huán)境監(jiān)控管理系統(tǒng)(The Agro Management and Control System，Amacs)，能實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、氨氣濃度的參數(shù)采集，自動(dòng)控制舍內(nèi)溫度、通風(fēng)、喂料，還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)[20]。日本研究的畜禽環(huán)境調(diào)控集群系統(tǒng)，引入專(zhuān)家系統(tǒng)，可對(duì)環(huán)境進(jìn)行調(diào)控，還可診斷發(fā)病畜禽[21]。加拿大圭爾大學(xué)研發(fā)出豬場(chǎng)氣味無(wú)線(xiàn)傳感器檢測(cè)設(shè)備，用來(lái)監(jiān)控養(yǎng)殖環(huán)境，并根據(jù)氣味分析豬的健康情況[22-23]。除此之外，便攜式環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀，體積小、價(jià)格便宜，可以對(duì)環(huán)境因子CO2、NH3、CO等常規(guī)污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如澳大利亞南澳大學(xué)和南昆士蘭大學(xué)聯(lián)合，經(jīng)過(guò)幾年不斷更新及改型，于2005年開(kāi)發(fā)了畜禽設(shè)施內(nèi)環(huán)境質(zhì)量測(cè)量系統(tǒng)BASE-Q(Building Assessment System for Environment Quality)工具箱，該產(chǎn)品具有輕便、價(jià)廉、便攜、低耗的特點(diǎn)，可以將其固定在舍內(nèi)任何位置以檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)[24-25]?？傊?，國(guó)外畜禽舍內(nèi)環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)，綜合了多因子檢測(cè)，環(huán)境綜合調(diào)控，豬只健康分析，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

我國(guó)對(duì)豬舍環(huán)境參數(shù)控制問(wèn)題的研究最近10年才引起重視，長(zhǎng)期以來(lái)豬舍環(huán)境因子測(cè)控處于人工控制或半自動(dòng)化狀態(tài)，依靠工作人員對(duì)豬舍內(nèi)環(huán)境的主觀判斷，人工控制或調(diào)整環(huán)境的各種機(jī)械設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)[5，18]。中央一號(hào)文件提出生豬養(yǎng)殖規(guī)?；l(fā)展，對(duì)豬舍內(nèi)環(huán)境測(cè)控提出了更高的要求。我國(guó)在動(dòng)物育種、營(yíng)養(yǎng)、飼料方面做了大量的工作[1]，而在畜禽應(yīng)激、環(huán)境測(cè)控技術(shù)研究相對(duì)薄弱[9，5]，多為單一技術(shù)的研究。現(xiàn)有的生豬舍環(huán)境自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)以全套進(jìn)口的為主，價(jià)格貴，難以適應(yīng)我國(guó)生豬生產(chǎn)地域差異的養(yǎng)殖需要。

3 豬舍內(nèi)環(huán)境測(cè)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 豬舍環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)

豬舍內(nèi)待測(cè)環(huán)境空間大，舍內(nèi)環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)隨著電子技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，采用分布式控制系統(tǒng)在線(xiàn)采集數(shù)據(jù)和調(diào)控，根據(jù)所用的微控制器不同構(gòu)成不同的系統(tǒng)。 黃華[8]、鄒麗娜等[26]研究了基于單片機(jī)的畜禽舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，分別對(duì)溫度、濕度、CO2、NH3進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)加熱裝置和通風(fēng)機(jī)進(jìn)行參數(shù)調(diào)控；李立峰[5]采用商業(yè)化的西門(mén)子PLC和King View組態(tài)軟件研發(fā)豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能采集溫濕度、NH3濃度，機(jī)械通風(fēng)和熱水采暖，適合于北方寒冷地區(qū)豬舍環(huán)境監(jiān)控；張玉峰[27]、戴春霞[28]研究基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的豬舍現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，這些傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，都是采用有線(xiàn)方式分布設(shè)備，系統(tǒng)布線(xiàn)復(fù)雜，容易造成接觸不良，維護(hù)困難，成本較高[29]。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)、通信技術(shù)等新技術(shù)，能協(xié)作實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知、采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象詳盡準(zhǔn)確信息，并進(jìn)行處理，傳送到需要信息的用戶(hù)，且具有節(jié)點(diǎn)可以任意布置、無(wú)需硬件布線(xiàn)、低耗價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)。梁萬(wàn)杰等[30]研究了基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的豬舍環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。利用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)光照強(qiáng)度、溫度、濕度和氨氣含量等豬舍基礎(chǔ)環(huán)境參數(shù)，并采用J2EE軟件系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了一套豬舍環(huán)境監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。朱偉興等[29]提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的保育豬舍環(huán)境可視化精準(zhǔn)調(diào)控系統(tǒng)， 將養(yǎng)豬場(chǎng)所有豬舍組建成一個(gè)可視化精準(zhǔn)調(diào)控?zé)o線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集中管理。

3.2 采集參數(shù)傳感器的布置

豬舍內(nèi)環(huán)境參數(shù)呈非線(xiàn)性、時(shí)變性和大滯后的特點(diǎn)。由于滯后時(shí)間長(zhǎng)，不同時(shí)刻測(cè)量同一測(cè)量點(diǎn)的環(huán)境參數(shù)，其參數(shù)變化緩慢；同一時(shí)刻測(cè)量不同的測(cè)量點(diǎn)，其參數(shù)可能會(huì)有較大的差異[31-32]。因此，傳感器的布置點(diǎn)不同、采集點(diǎn)的變化，都會(huì)使測(cè)量結(jié)果有較大的變化，從而引入測(cè)量誤差，降低了測(cè)量數(shù)據(jù)的可信度。研究傳感器的合理布置、提高環(huán)境參數(shù)采集的效率和可靠性，是舍內(nèi)環(huán)境測(cè)量等解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

3.3 環(huán)境參數(shù)智能測(cè)控策略

生豬舍內(nèi)環(huán)境各因子對(duì)生豬生長(zhǎng)的影響各不相同，而且是多因子復(fù)雜的、相互耦合的關(guān)系?，F(xiàn)有的測(cè)控系統(tǒng)大多是對(duì)環(huán)境因子的單一調(diào)控，環(huán)境參數(shù)調(diào)控策略是簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)量控制或比例積分微分(PID)調(diào)節(jié)，難以滿(mǎn)足豬舍內(nèi)復(fù)雜的環(huán)境綜合測(cè)控要求。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、人工智能算法、傳感器數(shù)據(jù)處理等技術(shù)的發(fā)展，使豬舍環(huán)境測(cè)控向著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、綜合調(diào)控方向發(fā)展。俞守華等[33]研究了遺傳算法和模糊控制解決豬舍內(nèi)H2S、NH3有害氣體的檢測(cè)傳感器的交叉敏感問(wèn)題，以及對(duì)舍內(nèi)溫度的智能控制算法；滕翠鳳等[34]采用自適應(yīng)加權(quán)算法和D-S證據(jù)推理算法結(jié)合，研究一種適用于豬舍環(huán)境監(jiān)測(cè)的分布式多傳感器體系結(jié)構(gòu)和二級(jí)融合模型，對(duì)溫度、濕度、光照度采集的信息進(jìn)行融合，提高豬舍環(huán)境檢測(cè)的準(zhǔn)確度；王新政[35]基于模糊理論，以畜禽舍溫度為采集對(duì)象，提出統(tǒng)計(jì)方法和時(shí)空融合方法的多傳感器模糊貼近度計(jì)算方法，提高傳感器檢測(cè)的精度。

3.4 豬舍小氣候環(huán)境控制

地域差異、四季變換、晝夜溫差等自然環(huán)境的變化，會(huì)使得豬舍內(nèi)環(huán)境參數(shù)隨室外溫度差異有較大的變化，通過(guò)風(fēng)機(jī)、濕簾、加熱器等環(huán)境調(diào)控設(shè)施和設(shè)備，對(duì)舍內(nèi)溫度、濕度、氣流、光照、空氣質(zhì)量等環(huán)境因子進(jìn)行改善和調(diào)節(jié)，為豬只提供良好的舍內(nèi)小氣候環(huán)境生存條件。同時(shí)，個(gè)體豬只的生活空間相對(duì)豬舍內(nèi)小氣候空間的局部小環(huán)境，由于(1)豬舍內(nèi)空間大，環(huán)境參數(shù)在舍內(nèi)不均勻變化，環(huán)境參數(shù)采集點(diǎn)的選擇是否合理，圈欄的結(jié)構(gòu)、飼養(yǎng)方式、氣流速度等，都會(huì)影響到豬只個(gè)體感受的生活小環(huán)境氣候差異；(2)不同品種、不同日齡的豬只對(duì)環(huán)境要求也有差別，如生長(zhǎng)育肥豬，室溫18～22 ℃，相對(duì)濕度60%～65%，哺乳仔豬，室溫25～30 ℃，相對(duì)濕度65%～70%[36]。因此，豬舍的小氣候環(huán)境和局部小氣候環(huán)境測(cè)控是改善和創(chuàng)造豬生長(zhǎng)的適宜條件，使生豬增得快、繁殖在活率高、飼料轉(zhuǎn)化率高，提高豬只生產(chǎn)辦的前提。豬生長(zhǎng)局部小氣候環(huán)境主要是針對(duì)豬只的生存活動(dòng)小范圍空間的氣候調(diào)節(jié)，如在寒冷的冬季，給仔豬舍、保育豬舍添加紅外取暖等增溫、保溫設(shè)備；環(huán)境檢測(cè)傳感器盡量安裝在豬圈附近采集數(shù)據(jù)，使檢測(cè)的數(shù)據(jù)更接近豬只的感受。

3.5 環(huán)境因子流場(chǎng)分析和控制

計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(Computational Fluid Dynamics, CFD)是用離散的數(shù)學(xué)方法，對(duì)流體的各類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)模擬和分析研究。CFD分析應(yīng)用于農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的時(shí)間不長(zhǎng)，近年來(lái)日益增多，主要應(yīng)用在溫室、畜禽舍、室內(nèi)空氣流動(dòng)及環(huán)境狀態(tài)模擬[15，37-40]。國(guó)內(nèi)外都有對(duì)畜禽舍內(nèi)氣流場(chǎng)、溫度場(chǎng)進(jìn)行研究[15,41-43]，流場(chǎng)模擬可以分析舍內(nèi)流場(chǎng)的分布，分析不同的豬舍結(jié)構(gòu)、縱向或橫向通風(fēng)方式、圍欄高度等對(duì)流場(chǎng)分布的影響，可以此為作為豬舍的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)依據(jù)。CFD數(shù)值模擬，用一個(gè)虛擬情形模擬，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)和畜禽舍內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)的人力、物力、時(shí)間。通過(guò)CFD數(shù)值模擬與驗(yàn)證，研究舍內(nèi)小環(huán)境下，豬只身體周?chē)鷮?duì)流引起的熱浮力流動(dòng),空間流場(chǎng)，預(yù)測(cè)流場(chǎng)分布，獲得豬舍設(shè)計(jì)參數(shù)等方面起著重要作用[37]。

3.6 通風(fēng)換氣

通風(fēng)換氣系統(tǒng)調(diào)節(jié)豬舍內(nèi)小氣候環(huán)境空氣狀態(tài)，合理的通風(fēng)換氣，將有害氣體及時(shí)排出舍外，保證舍內(nèi)空氣質(zhì)量，是豬舍內(nèi)溫度、濕度、有害氣體控制的最主要手段[15，44]。豬場(chǎng)通風(fēng)換氣方式的設(shè)計(jì)結(jié)合具體的季節(jié)和舍內(nèi)的環(huán)境情況，形成一定的氣流，實(shí)現(xiàn)對(duì)豬舍內(nèi)空氣流控制和調(diào)節(jié)。豬舍內(nèi)氣流可促進(jìn)豬體表對(duì)流散熱和蒸發(fā)散熱[44-45]。豬舍內(nèi)熱控制和通風(fēng)換氣是豬場(chǎng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，豬場(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮與豬場(chǎng)匹配的通風(fēng)方式，如根據(jù)豬舍最大夏季通風(fēng)量和最小冬季通風(fēng)量，選擇通風(fēng)設(shè)備相關(guān)參數(shù)；在滿(mǎn)足不同通風(fēng)量要求前提下，設(shè)計(jì)最優(yōu)機(jī)械通風(fēng)方案，避免舍內(nèi)風(fēng)機(jī)配置過(guò)量，減少通風(fēng)系統(tǒng)能耗；較大型豬場(chǎng)，面積較大，需采用多種通風(fēng)方式；豬場(chǎng)內(nèi)避免出現(xiàn)“賊風(fēng)”和“穿堂風(fēng)”[44-45]。豬舍內(nèi)環(huán)境因子測(cè)控系統(tǒng)檢測(cè)環(huán)境因子參數(shù)，通過(guò)計(jì)算給出控制量，通過(guò)通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)舍內(nèi)的空氣調(diào)節(jié)，未來(lái)風(fēng)機(jī)的控制不再是簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)量的控制，而是對(duì)風(fēng)速和風(fēng)量進(jìn)行有效的精確的調(diào)節(jié)[44]?？諝膺^(guò)濾系統(tǒng)減少豬舍空氣中的塵埃。

3.7 豬舍內(nèi)相關(guān)環(huán)境控制法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)

畜禽養(yǎng)殖規(guī)?；瘜?huì)帶來(lái)糞污廢棄物污染和排放、動(dòng)物疫情檢測(cè)和預(yù)防、動(dòng)物生存福利和健康等問(wèn)題，國(guó)際動(dòng)物衛(wèi)生組織(OIE)《國(guó)際動(dòng)物衛(wèi)生法典》就養(yǎng)殖環(huán)境控制、畜禽糞尿、廢污水污染處理、排放標(biāo)準(zhǔn)等都有詳細(xì)法規(guī)[46]。

我國(guó)國(guó)家環(huán)保總局于2001年3月頒布《畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)污染防治管理辦法》，2005年12月頒布了《畜牧法》，2008年1月開(kāi)始實(shí)施的《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)規(guī)范》，2014年1月開(kāi)始實(shí)施的《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》，這些法規(guī)以及GB/T 19630.1-2011都有對(duì)畜禽養(yǎng)殖“飼養(yǎng)條件”的標(biāo)準(zhǔn)，但沒(méi)有對(duì)生豬等舍內(nèi)動(dòng)物生存環(huán)境具體的量化指標(biāo)，制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，有利于養(yǎng)殖標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化和工程化發(fā)展，有利于生豬高效、優(yōu)質(zhì)、安全和無(wú)公害生產(chǎn)。

4 小結(jié)與展望

生豬養(yǎng)殖舍內(nèi)環(huán)境測(cè)控技術(shù)向網(wǎng)絡(luò)化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化方向發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合豬舍內(nèi)環(huán)境檢測(cè)傳感器的合理布置，傳感器信息的優(yōu)化處理計(jì)算，對(duì)豬舍內(nèi)環(huán)境因子流場(chǎng)分析及參數(shù)建模，配合自動(dòng)控制通風(fēng)、加熱、降溫等裝置，可對(duì)豬舍內(nèi)環(huán)境因子實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定的參數(shù)調(diào)節(jié)。未來(lái)生豬養(yǎng)殖場(chǎng)測(cè)控系統(tǒng)將向精細(xì)養(yǎng)殖的方向發(fā)展：(1)人工智能化。對(duì)環(huán)境參數(shù)的測(cè)量，采用模糊控制、自適應(yīng)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、信息融合等人工智能算法，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以獲得對(duì)參數(shù)的精確的控制；(2)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。豬舍內(nèi)環(huán)境參數(shù)應(yīng)適合豬只的生存，環(huán)境參數(shù)依據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)制度的指標(biāo)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)舍內(nèi)環(huán)境因子的標(biāo)準(zhǔn)化；(3)綜合調(diào)控合理化。對(duì)環(huán)境因子的調(diào)控不再是單一的開(kāi)關(guān)量的控制，應(yīng)該是環(huán)境相關(guān)多個(gè)因子的綜合調(diào)控，通過(guò)控制算法，計(jì)算各個(gè)因子的合理輸出值，使環(huán)境達(dá)到適合生豬健康生長(zhǎng)的最優(yōu)狀態(tài)；(4)設(shè)施自動(dòng)化。設(shè)施自動(dòng)化調(diào)節(jié)是豬舍環(huán)境自動(dòng)控制的保證，通過(guò)豬舍設(shè)施實(shí)現(xiàn)環(huán)境通風(fēng)、升溫、降溫和除濕等調(diào)節(jié)，舍內(nèi)環(huán)境設(shè)施控制全自動(dòng)化，能根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)量和風(fēng)速自動(dòng)調(diào)節(jié)，溫度進(jìn)行精確的智能調(diào)控。

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Advances and Prospects of Environment Monitoring Techniques in Modern Piggery

QI Hai-xia1,2,3, ZHANG Tie-min1,2, LUO Xi-wen1,2，Thomas Banhazi3

(1．CollegeofEngineering,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou, 510642,China;2.KeyLaboratoryofKeyTechnologyonAgriculturalMachineandEquipment,MinistryofEducation,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou,510642,China; 3.NationalCentreforEngineeringinAgriculture(NCEA),UniversityofSouthernQueensland(USQ),WestStreet,ToowoombaQLD, 4350)

Targeting at piggery pollution and their hazard to animal growth in the large scale modern farms, the paper investigated the effect of environmental factors including humiture, hazardous gases (CO, CO2,H2S, S NH3), dust and air flow aped on the healthy growth of pigs, illustrated their correlation and interaction, reviewed the current research status on the techniques, and analyzed the technique prospects to provide reference for piggery scale development, industrialization, automation to promote the animal welfare raising.

pig breeding; piggery humiture; environment monitoring technique

2014-12-05，

2015-01-05

廣東省家禽健康養(yǎng)殖協(xié)同創(chuàng)新中心

漆海霞(1969-)，女，湖南醴陵人，高級(jí)工程師，博士研究生，所從事的專(zhuān)業(yè)研究方向：分布式控制系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)機(jī)器人導(dǎo)航與定位，畜禽環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制。E-mail：qihaixia_scau@126.com

*[通訊作者] 張鐵民(1961-)，男，黑龍江大慶人，教授，博士，所從事的專(zhuān)業(yè)研究方向：農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航，微機(jī)電系統(tǒng)，畜禽健康養(yǎng)殖。E-mail：tm-zhang@163.com

S811.6

A

1005-5228(2015)04-0001-05