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當(dāng)AI開始進(jìn)村養(yǎng)豬 | 深度

 wheatfa 2019-09-19

聯(lián)合出品

“母豬杜洛克C7259號,沒有懷孕,請在12小時內(nèi)再次安排配種!”如今,國內(nèi)一些豬場工作人員已經(jīng)能在自己的電腦上看到這樣的提醒。

與此同時,長白山精氣神養(yǎng)殖基地里,一只母豬在豬欄中的六個食槽一一湊過去,但都沒有通過面部識別。飼喂機(jī)紋絲不動,就是不給投料,它只能落寞地走到墻角趴下。

工程師在App上查了一下狀態(tài),原來智能飼喂機(jī)識別出這頭豬的當(dāng)日進(jìn)食量已經(jīng)達(dá)到配額,不能再吃了。

工程師在App上查看豬舍的狀態(tài) | 攝影:樟腦玩

這幅魔幻的景象正在曾經(jīng)蚊蠅漫天、臭氣逼人的養(yǎng)豬場每天上演。不知不覺中,一場人工智能參與的技術(shù)革命正在中國鄉(xiāng)村養(yǎng)豬場徐徐拉開帷幕。

“我跟你講,豬場處處都是坑”

2017年,京東數(shù)科工程師李佳隆第一次來到山東濱州實(shí)地調(diào)查養(yǎng)豬場時,盡管已經(jīng)做好了心理準(zhǔn)備,但他還是被豬場撲面而來的氨氮?dú)怏w熏得流出了眼淚。

當(dāng)時,同行的同事們甚至還買了口罩、防毒面具、鞋套,“你能想到的一切都帶了”。然而幾天過后,大家都默默地把這些行頭留在了宿舍里。防毒面具下崗是因?yàn)樨i臭味滲透力太強(qiáng)防不勝防,鞋套則會在行走時被豬糞吸住,稍不留神就會中招,“戴了還不如不戴”。


養(yǎng)豬場內(nèi)夏季多生蚊蠅,冬天為了不讓豬著涼則需要關(guān)緊門窗,臭氣無法及時排出,室內(nèi)空氣甚至比夏天還要差。每間豬舍都是封閉的大屋,平均一個豬舍里有三百到四百頭豬,而另一邊種豬舍寬度只有半米的限位欄里,是沒法轉(zhuǎn)身的母豬。

而這已經(jīng)是當(dāng)?shù)仡H具規(guī)模的養(yǎng)殖場的條件。

別說是初來乍到的工程師,就算是已經(jīng)在豬場工作多年的養(yǎng)殖戶,在進(jìn)入豬場的一瞬間也還是會腦袋里“嗡”的一下。在山東養(yǎng)豬的散戶葛洪完全能理解李佳隆們的感受:“豬場里空氣不好,年輕人不一定受得了?!?/p>

工程師們尚有喘息的機(jī)會,養(yǎng)殖戶卻被大豬小豬牢牢拴住,不得不一天到晚“泡”在豬場里。

到了豬場才發(fā)現(xiàn),我們真的是一個象牙塔里的團(tuán)隊,”李佳隆說道,“都2017年了,農(nóng)戶還在肩扛飼料、手工拌料、手動稱重,所有的環(huán)節(jié)都要人來做?!?/p>

中國是世界生豬養(yǎng)殖和豬肉消費(fèi)第一大國,生豬養(yǎng)殖產(chǎn)值占國內(nèi)畜牧業(yè)總產(chǎn)值的四分之三。對于中國的養(yǎng)殖戶來說,養(yǎng)豬一直以來都是一個極耗心力的勞動密集型行業(yè)。在大型養(yǎng)殖場里,平均每100頭豬就要至少配備一個工作人員,對于沒有形成規(guī)模養(yǎng)殖的散戶來說,養(yǎng)豬更是全家上陣的苦差事。

大到豬的生產(chǎn)出欄,小到豬的吃喝拉撒,豬的每一個成長環(huán)節(jié)都不能離開人的監(jiān)控。因此,養(yǎng)殖場里少不了人日夜巡舍,養(yǎng)殖戶也往往住在離豬圈不遠(yuǎn)的地方,與豬同呼吸共進(jìn)退。

舉個例子,母豬生產(chǎn)時如果無人看護(hù),就很有可能在翻身時壓死小豬仔,為了保證生產(chǎn)安全,養(yǎng)殖戶常常要親自在豬圈旁守候到深夜。

此外,豬場需要大量的人力來記錄豬的日常數(shù)據(jù)。比如給豬稱體重時,就要把豬一頭一頭趕到秤上,再等豬停止掙扎后才能稱重,平均稱一頭要花3分鐘時間。

對于動輒上千頭豬的養(yǎng)殖場來說,這是一筆很大的人工成本。

長白山精氣神養(yǎng)殖基地的小黑豬正在休息 | 京東數(shù)科

人少豬多數(shù)據(jù)量大,傳統(tǒng)的養(yǎng)殖模式往往難免粗放。

養(yǎng)殖場里,10頭到15頭豬一起投料,每頭豬只能憑力氣搶著吃。結(jié)果同一欄豬在出欄時往往體重差異巨大,力氣小的豬只有70公斤,戰(zhàn)斗力強(qiáng)的豬則可以長到130公斤,飼養(yǎng)效率低下。

當(dāng)有豬生病時,“眉毛胡子一把抓”的毛病就更明顯了?!白蛱炜吹接胸i打噴嚏,拿來藥找不到到底是哪一頭了,只好把抗生素拌進(jìn)料里,一欄豬都喂了?!备鸷檎f。

但在工程師眼里,這些困擾養(yǎng)殖戶多年的苦活累活,正是人工智能(AI)的用武之地:人不可能24小時監(jiān)控豬場,捕捉分析豬發(fā)出的每一個信號,但機(jī)器人可以。

眼前這只豬,到底是不是昨天那只?

李佳隆一行人來到豬場的初衷,其實(shí)是為了解決一個金融部門同事提出的委托。

為了抵御瘟疫等災(zāi)害,有不少農(nóng)戶會給自家的豬投保,但問題在于,在理賠過程中,查勘員難以確定死于非命的豬是不是投保的那只豬。甚至有些人用同一頭豬的左臉右臉偽裝兩頭死豬來騙保,也沒法識破。于是,京東數(shù)科決定開發(fā)“豬臉識別”系統(tǒng),以確定豬只的身份。

“其實(shí),理論上來講豬臉識別比人臉識別更好做。豬的臉比人立體,特征點(diǎn)更多。人臉的特征點(diǎn)能達(dá)到一百八,豬臉的話能達(dá)到二百三四。”李佳隆說,“但問題在于,豬沒有主觀能動性,不會乖乖把臉湊過來讓你刷。”

在豬場,理論和現(xiàn)實(shí)總是有巨大的差距,幾乎沒有任何一個常規(guī)方法能行得通。

一開始,李佳隆和同事們打算套用人臉識別的建模方法,用單反相機(jī)為豬采集各個角度的高清照片,然而工程師們“真的很難摁住豬,讓它乖乖被拍”。而且豬的成長速度很快,如果隔幾天不采集,面部特征就會產(chǎn)生差異。

常規(guī)方法錄入效率太低,大家只好研究“非常之法”。

詳細(xì)觀察了很久之后,李佳隆們終于抓住了一個捕捉豬正臉的機(jī)會——在開飯時,豬從休息區(qū)走到采食區(qū)的幾米距離,頭是一直沖著食槽的。在這短短的幾秒鐘內(nèi),裝在食槽上的3D攝像頭可以從正面清晰地錄入豬臉。 

京東數(shù)科的攝像頭已經(jīng)認(rèn)出了豬臉 | 京東數(shù)科

很快,工程師們發(fā)現(xiàn),自己在研究保險理賠問題的解決方法時,竟然也一舉解決了困擾養(yǎng)殖戶多年的問題:確認(rèn)每頭豬的身份。

確定豬只身份,也是豬場精細(xì)化管理最關(guān)鍵的一步。把給料數(shù)據(jù)和體重數(shù)據(jù)對準(zhǔn)到每一頭豬,能幫助農(nóng)戶針對不同的豬進(jìn)行差異化飼養(yǎng),大大減少飼料的浪費(fèi),提高料肉比。

應(yīng)用了豬臉識別系統(tǒng)后,配合食槽上的重量傳感器,系統(tǒng)就能精確標(biāo)識判定哪頭豬吃掉了多少克飼料。對于飯量還沒達(dá)標(biāo)的豬,智能食槽會適當(dāng)加餐,如果喂食量已經(jīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),食槽就會停止給食——就如本文開頭那只母豬遭遇的情況。

據(jù)李佳隆透露,目前京東數(shù)科豬臉識別配合聲紋識別,認(rèn)豬的準(zhǔn)確率已經(jīng)達(dá)到了100%。

談到豬只識別的難度,阿里云工程師念鈞也深有體會。

念鈞第一次來到距離成都400多公里四川宜賓市麻衣村養(yǎng)豬場時,農(nóng)戶們覺得他們無所不能,給予了他們最大的期待和支持,然而面對5000頭嗷嗷待哺的種豬,工程師們自己都沒底氣。。

麻衣村里的宣傳標(biāo)語 | 阿里云

“豬臉很臟,上面全是灰塵和草料,很難做到一一識別。要網(wǎng)絡(luò)沒有網(wǎng)絡(luò),要設(shè)備沒有設(shè)備,一切都要從零開始架設(shè),”念鈞說,“一些理想化的解決方法只能止步于實(shí)驗(yàn)室?!?/p>

為了解決豬只識別問題,阿里云因地制宜,選擇了不同的思路:對于一豬一欄限位養(yǎng)殖的豬只,采用豬欄對應(yīng)的方法,建立唯一ID進(jìn)行管理,對于群養(yǎng)模式下的豬,則進(jìn)行刺青編碼,再通過攝像機(jī)把對應(yīng)信息導(dǎo)入系統(tǒng),在后臺統(tǒng)一管理。

只要查閱數(shù)字ID,就能獲得這頭豬的品種、天齡、體重、進(jìn)食情況、運(yùn)動頻次、軌跡等信息,而飼養(yǎng)員再也不用再花費(fèi)大量的時間在豬場里巡邏,手動更新紙質(zhì)檔案了。

AI 比人更懂豬

除了料肉比,另一個評估養(yǎng)殖效率的關(guān)鍵數(shù)據(jù)是PSY,即每頭母豬每年提供的斷奶仔豬頭數(shù)。養(yǎng)豬發(fā)達(dá)國家的規(guī)模豬場平均PSY能超過25,丹麥的PSY甚至高達(dá)30,而在中國,PSY的平均數(shù)只有16。

“PSY提不上來的原因之一,就是讓豬懷孕實(shí)在太費(fèi)勁了,空懷期太長?!备鸷檎f。

想要讓母豬懷孕,就要先判斷母豬是否已經(jīng)發(fā)情做好配種準(zhǔn)備,在傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)里,這是一件既要靠眼力也要靠運(yùn)氣的大工程。

進(jìn)豬場的第一周,李佳隆就有幸參與了母豬發(fā)情鑒定小分隊。

當(dāng)時,李佳隆和幾個豬場的小伙子七手八腳地趕著一頭大公豬走進(jìn)種豬舍,慢慢經(jīng)過兩側(cè)限位欄里“夾道歡迎”的母豬們?!?00斤的大公豬,獠牙那么老長,看了直害怕?!被叵肫疬@個過程,李佳隆還是心有余悸。一邊趕著公豬慢慢走,李佳隆一邊挨個觀察著母豬的反應(yīng):“如果母豬眼神很迷離,耳朵豎起,站著不動,那大概率是發(fā)情了。”

一般來說,從確定母豬的發(fā)情期,到判斷配種之后是否懷孕、是否要重復(fù)配種,需要耗費(fèi)1個多月。而如果母豬錯過受孕窗口期沒懷上,就會耽誤產(chǎn)仔,成為“無效飼養(yǎng)”。

“無效飼養(yǎng)”無法完全避免,但通過懸掛在屋頂?shù)难矙z機(jī)器人一天24小時對母豬圖像的采集和分析,阿里云AI已經(jīng)可以捕捉母豬的每一個細(xì)小動作,自動檢測發(fā)情信號。

沿著軌道運(yùn)行的巡檢機(jī)器人 | 阿里云

“如果在特定的時間母豬發(fā)出了特定的信號,AI就會判斷母豬已經(jīng)發(fā)情,”念鈞解釋道,“比如說母豬斷完奶3~7天后,攝像頭監(jiān)測到母豬耳朵豎立,身體繃直,進(jìn)食量驟降,就會判定母豬已經(jīng)發(fā)情可以配種?!?/p>

而當(dāng)巡邏攝像頭觀測到母豬容易進(jìn)入深度睡眠、站著不亂跑、食量穩(wěn)定增長,即可判斷母豬已經(jīng)懷孕。

目前阿里云的這套“懷孕診斷算法”已經(jīng)在四川特驅(qū)集團(tuán)、德康集團(tuán)旗下的養(yǎng)殖場得到應(yīng)用。在去年的理論驗(yàn)證階段,AI 已經(jīng)可以讓母豬每年多產(chǎn)3頭小豬仔,且豬仔死淘率降低3%左右。

另一邊,在河北唐山的豬場,負(fù)責(zé)開發(fā)養(yǎng)豬算法的李佳隆也在研究怎么利用AI提高母豬產(chǎn)量。

想要入這個門,就必須要會養(yǎng)豬,和飼養(yǎng)員聊天,和他們做一樣的事。”李佳隆說。為了研究豬的行為模式,有一段時間,李佳隆的枕邊書都變成了《母豬的產(chǎn)后護(hù)理》、《母豬飼養(yǎng)寶典》和《PSY提升寶典》。這些書中的理論也許有依賴經(jīng)驗(yàn)主義之嫌,卻是農(nóng)戶總結(jié)出的精華。

比如,母豬什么樣的體型最適合發(fā)力、什么樣的臀部形狀最適合生產(chǎn)、豬仔后膘的厚度和出欄時的重量之間有什么關(guān)系等等。

“書中說道,母豬排卵期體溫會略有上升,于是我們用集成了溫濕度感應(yīng)器的攝像頭直接看母豬體溫,發(fā)現(xiàn)在排卵期,它們的體溫會上升0.8到1度?!崩罴崖≌f。

農(nóng)戶的經(jīng)驗(yàn)與大數(shù)據(jù)得出的模型互證,AI正在一步一步破譯豬的行為邏輯

念鈞則更進(jìn)一步,認(rèn)為最好的AI必須邀請農(nóng)戶一起來開發(fā)

在四川宜賓麻衣村的養(yǎng)殖場內(nèi),每一頭豬面前都有一張布滿格子的小卡片,這些小格子分門別類地記錄了母豬的斷奶、背膘、發(fā)情、疫病等多種情況,只要農(nóng)戶發(fā)現(xiàn)異常,就可以隨時涂卡告知巡檢機(jī)器人。

阿里云開發(fā)的卡片 | 阿里云

“巡檢機(jī)器人會識別農(nóng)人判斷的信息,用輸入的信息優(yōu)化模型。這樣,我們的模型就會在不知不覺間受到專家知識訓(xùn)練,越來越準(zhǔn)確?!蹦钼x說。

有時候,豬也會直接表達(dá)自己的“不適”。

目前,科大訊飛洛陽語音云創(chuàng)新研究院正在開發(fā)一套瘟疫預(yù)警系統(tǒng)。通過聲紋識別技術(shù),這套系統(tǒng)能在嘈雜的豬舍環(huán)境中準(zhǔn)確提取豬的咳嗽聲和應(yīng)激聲,并給管理員發(fā)出警報。

今后誰來養(yǎng)豬?

人工智能的實(shí)踐在大型養(yǎng)殖場中開展得如火如荼,然而,國內(nèi)生豬養(yǎng)殖業(yè)的現(xiàn)狀卻并不樂觀。

根據(jù)養(yǎng)豬科技刊物《北方牧業(yè)》2016年統(tǒng)計數(shù)據(jù),如果將集約化養(yǎng)殖的數(shù)量定義為200頭豬以上,目前國內(nèi)規(guī)?;B(yǎng)殖與散戶養(yǎng)殖在行業(yè)內(nèi)占比約為1∶9。

然而,相較于外出務(wù)工,養(yǎng)豬投入大,風(fēng)險高回報率低,許多農(nóng)村散養(yǎng)戶開始退出養(yǎng)豬行業(yè),曾經(jīng)重度依賴散戶生產(chǎn)的養(yǎng)豬業(yè)正在遭遇無人愿養(yǎng)的危機(jī)。

“一直在賠錢,養(yǎng)不起了?!备鸷楦嬖V我,去年冬天,自己只是離開豬場回家打打牌,可母豬偏偏就在這會兒時間里悄無聲息地生仔了?!罢?2只小豬仔,因?yàn)闆]有及時處理,全被凍死了?!币患胰诵列量嗫嗝跣“肽甑某晒?,就這么沒了。

在聽說有了人工智能監(jiān)控系統(tǒng),再也不用在豬圈邊等著接生了之后,葛洪告訴我,類似的簡易監(jiān)控攝像頭村里的另一位養(yǎng)殖戶郭愛紅家也有?!叭ツ赀^年時候,她邊打麻將邊在手機(jī)App上看豬圈,人人都羨慕。”

但沒等到他也跟風(fēng)裝上攝像頭,一場非瘟就讓葛洪家的幾十頭豬全部死掉了。

葛洪家空蕩蕩的豬圈 | 作者供圖

在聽到看看豬圈的請求之后,葛洪主動提出幫我聯(lián)系郭愛紅,“她家可能還有豬”。打完電話后,葛洪抱歉地告訴我,“郭愛紅家已經(jīng)改養(yǎng)雞了,攝像頭也已經(jīng)拆了賣了”。

留下空蕩蕩的豬圈的不止是葛洪和郭愛紅。

國家統(tǒng)計局公布數(shù)據(jù)顯示,2018年,我國生豬存欄量為42817萬頭,比上年下降3.0%,2019年上半年豬肉產(chǎn)量同比下降5.5%。然而與此同時,國家統(tǒng)計局7月10日發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,2019年上半年豬肉價格同比上漲21.1%。

這種“高豬價、低存欄”的現(xiàn)象意味著,不少散戶已經(jīng)不再看著豬價高而擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。

隨著畜禽養(yǎng)殖環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)提高,養(yǎng)豬行業(yè)資本門檻也水漲船高,養(yǎng)豬已經(jīng)不再是散戶的最佳選擇。近五年,政府在環(huán)境保護(hù)方面重拳出擊,相繼出臺新《環(huán)保法》 、《水污染防治行動計劃》。

據(jù)統(tǒng)計,要達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn),豬場廢水處理成本約3元每立方米,固體廢物處理成本約25元每噸,綜合算下來,每頭豬要達(dá)到養(yǎng)殖排放標(biāo)準(zhǔn),每年在環(huán)保方面的投入需要50到100元,而目前許多散戶養(yǎng)一頭豬的利潤約為300元。

因此,要想靠養(yǎng)豬賺錢,就要走集約化、標(biāo)準(zhǔn)化的路,以規(guī)模換利潤。

在這種大趨勢下,即使AI養(yǎng)豬發(fā)展得再蓬勃,對于葛洪和郭愛紅這樣的零星散戶來說,也只是另一筆無法回收的成本罷了。

小戶、散戶抵御不了風(fēng)險陸續(xù)退場,然而在吉林長白山和四川宜賓豬場里日夜不停、用集成攝像頭“眼睛”觀察著欄內(nèi)生豬的巡檢機(jī)器人,又好像在宣示著,一個新的時代即將到來。

作者:邢逸帆

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