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母豬分娩舍智慧型分娩照護監控系統建置

資料來源:畜產試驗所/林正斌

前言:

    養豬生產系統自動化與智能化為全球養豬30大國(台灣位居第19名)必然趨勢,如丹麥、德國與荷蘭等國應用自動感知、辨識、偵測、監控、自動控制以及數據推演等智慧化系統,建構智能化豬舍,提升養豬生產效率。因氣候變遷與疫病控制不易,養豬生產系統自動化與智能化為全球必然趨勢(如丹麥、德國與荷蘭等)。傳統開放式養豬場飼養環境易受外界影響,造成養豬場的生物安全無法有效落實等諸多問題,須運用新的知識與人才的量能,降低疫病對養豬產業的衝擊。開發多感測融合畜舍監測技術,即時進行環境異常警告及輔助控制,可降低動物面對熱緊迫、潮溼、寒流所造成的不適與疾病,並優化減少電量消耗,達到節能效用,同時可以解決產業缺工與人力老化以及降低環境污染等問題。

    智慧養豬產業面臨國內養豬場人力老化的問題 (從業人員平均年齡超過62歲),在智能化豬舍環境感測、精準管理及決策系統建置下,針對生長豬的精準飼養管理、種豬發情配種分娩哺乳、保育豬生長追蹤系統以及人工智慧化的養豬專家系統等方向。

    養豬產業導入機器人方面,是從「農業環境感測融合、人工智慧(AI)暨農業機械整合支援系統技術發展計畫」之子項併入的開發豬隻健康與豬舍環境的感測預析系統計畫,其成工作有:(1)建構與收集畜舍噴霧與換氣設施對改善環境溫度與空氣品質的數值,藉以開發智能化畜舍的降溫與換氣系統。(2)建構保育豬舍智慧型監控溫度啟動風扇設施。(3)建立豬隻智能感測裝置研發小組,並規劃1場試驗牧場與1間實驗動物舍,建立實驗動物基礎生理與疾病狀態等背景資訊。(4)建置豬隻健康和畜舍環境的感測融合元件,收集環境氣候之大數據資訊,俾用於各項分析。(5)智慧豬舍環境感測器數據,開發智慧感控制介面技術及感測3種以上環境參數(例如溫度,濕度、光度等)、能夠控制至少1種畜舍環境設備。(6)種豬體型3D感測監控機組替代人工量測種豬體表面積及步行體態,可全場篩選體態優良種豬,降低人力成本30%及提高種用率20%。

    豬舍環境參數感測數據整合系統是一套可移動式、於實驗畜舍內監控溫度、濕度、THI及風速等之設備,用以監控舍內環境對畜禽生長性能之影響,並即時繪製各類2Y軸圖形,使管理者迅速了解環境與畜禽生產性能即時變化關係。該套系統包含以下元件:(1)防水溫濕度感測器及傳送記錄器;(2)資料傳送器及資料傳送主機;(3)4G Wi-Fi無線分享器;(4)4GLTE天線;(5)PoE網路供電交換器;(6)杯式風速計SD記錄器;另自行開發溫濕度記錄整合程式1套,包含:(1)整合溫度、濕度、THI及風速紀錄資料程式;(2)整併各項資料於關聯資料庫系統內;(3)即時呈現各項資料與時間的動態對應資料。

母豬分娩聲紋分析母豬分娩聲紋分析

母豬分娩舍智慧型分娩照護監控系統建置之成果:    

    母豬分娩舍錄音資料存放電腦為主要平台,依豬鳴聲聲紋特性開發豬鳴聲訊號擷取軟體,並於該平台上直接運作進行豬鳴聲訊號擷取,目前已取得超過8,000筆豬鳴聲資料,當中以仔豬之豬鳴聲居多。目前可暫時判定分類之聲紋資料有仔豬聲音、母豬聲音、母豬分娩前喘息聲、人聲、器械敲擊聲音和小豬覓食聲音,而仔豬被壓的聲音和仔豬聲音目前太過類似,無法被有效區分。影像分析部分,目前採監督式學習的方式,蒐集 294 張包含下面三類(小豬、母豬坐臥和母豬站立)資訊的影像,分成「147張訓練影像庫」「147張測試影像庫」兩組,訓練後模型的計數正確率:小豬:共 1,035隻,91.3%;母豬坐臥:共135隻,100%;母豬站立:共12隻,91.7%,整體正確率均大於九成,另外分娩辨識如有效的影片也可以有效辨識,並結合Line Notify進行群組通報,而母豬分娩辨識可以將攝影機盡可能對準母豬屁股、避開欄杆遮擋增加辨識度。另外熱影像部分目前就影像進行收集,以每分鐘一筆的方式進行,並未加入辨識,後續規劃以母豬體溫紀錄為主。

結語:    

    目前國內智慧養豬產業主要發展議題包含「輔導大場導入,以放大效益」、「優先導入國內研發之設備」、「智慧養豬生態圈發展規劃」等。臺灣的農業人口逐趨高齡化且缺乏勞動力,加上傳統的養豬場設備老舊,適當的導入智慧養豬設備將可替牧場帶來更好的管理,並解決缺工的問題,提升生產效率的同時亦可減少勞動力成本。在養豬場管理上,亦能透過智慧感測及數據分析提升管理效能,除了各階段通用之健康監測及疾病預警外,種豬方面可提高受精成功率及個體表現,仔豬方面則可透過減少擠壓增加存活率,保育及育成豬透過自動化餵飼系統,可達成規格化並提升飼料換肉率以增加利潤。

母豬分娩照護機器人母豬分娩照護機器人

▲研發團隊:林正斌、王斌永、沈煜棠

聯絡人:林正斌

電話:06-5911211轉2100

E-mail:jblin@mail.tlri.gov.tw

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