东北地区应用新质生产力构建优势特色肉羊产业集群之二

——内蒙古肉羊产业学院传统畜牧专业科创项目2

2023年12月12日，中央经济工作会议提出，以科技创新引领现代化产业体系建设，要以科技创新推动产业创新，特别是以颠覆性技术和前沿技术催生新产业、新模式、新动能，发展新质生产力。强化企业科技创新主体地位，发展数字经济，加快推动人工智能发展。广泛应用数智技术、绿色技术，加快传统产业转型升级。把现代化产业体系放在首要位置，将开展科技创新推动产业创新放在最突出的第一位，特别强调了应用颠覆性技术催生新产业新模式。

农牧轮作智能放牧是颠覆性新技术, 能够为内蒙古优势特色肉羊产业注入新动能，是内蒙古优势肉羊产业转型升级的“新质生产力”。农牧轮作应用5G大智云等颠覆性新技术，对耕作制度养殖方式进行重构再造，智能放牧颠覆了现有的畜禽工厂化养殖方式，利用5G物联网北斗导航定位颠覆性新技术，为传统种植业注入了数字化生产要素，也为传统养殖业注入了智能化新要素，一体化解决了粪污治理和耕地退化两大问题。

饮水撒尿喂料排便是放牧羊高频生理行为，饮水撒尿喂料排便每天都多次发生。这些数据是海量重复性数据，是适合计算机处理的数据，可以利用计算机视觉工具进行采集记录。利用视频像素作为图像数据的唯一性特征，利用卷积神经网络在大量数据中找到二者之间规律性。通过建立饮水撒尿喂料排便时间序列预测模型，根据输入输出之间的映射关系建立函数式。在输入饮水数据时即作出准确撒尿时间预测，从而对放牧羊排泄行为进行有效预测调控。

一、农牧轮作智能放牧解决养殖粪污和耕地退化两大问题

农牧轮作颠覆了传统种养分离耕作制度，智能放牧颠覆了工厂化养殖方式，不仅实现了种植业养殖业跨界结合，还实现了用地与养地结合，这些在昨天前天都是不可能的，但是今天在地面上有5G物联网等新技术赋能，在空中有北斗卫星导航云计算等新技术支持，利用这些颠覆性技术将不可能变成现实。既低成本地解决了养殖粪污处理问题，又一石二鸟增加了耕地农田土壤肥力。

1.1、正在建设的高标准农田亟需提升耕地有机质肥力，主要任务重点是解决“有机肥”的来源问题，推行农牧轮作智能放牧生产方式，养羊粪污就能够直接排放在农牧轮作的杂草地上，提高了土壤有机质实现了藏粮于地。能够化解设施化粪污治理成本高问题，这种新方式不需要昂贵的基建设备投入，也不必付出高额的粪污治理费用，能够减少政府补贴费用，降低环保治污固定投入和运维成本。

1.2、农牧轮作智能放牧是低成本的粪污治理方案，还是变废为宝粪污肥料化利用方案。农牧轮作智能放牧颠覆了工厂化养殖方式，畜禽喂料喝水不在圈舍里进行，需要到圈舍外农牧轮作草地上进行，畜禽拉尿排泄也要到放牧的自然杂草地里，这样畜禽粪尿就直接排泄在自然杂草地上，畜禽粪污就实现了全量肥料化还田利用。通过创新农牧轮作智能放牧新模式，能够实现养殖粪污肥料化全量还田利用。

1.3、智能放牧颠覆了现有的畜禽工厂化养殖方式，利用5G物联网北斗导航定位颠覆性新技术，为传统种植业注入了数字化生产要素，也为传统养殖业注入了智能化新要素，一体化解决了粪污治理和耕地退化两大问题。农牧轮作智能放牧畜禽拉尿排泄需要到放牧草地里，这样畜禽粪尿就直接排泄在自然草地上，畜禽粪污就实现了全量肥料化还田利用。可以大大减少种植业的化肥使用量。

1.4、农牧轮作智能放牧从饲养方式入手，将畜禽粪尿排泄从圈舍里转移出来，直接排泄在智能放牧的自然杂草上，智能放牧场应用北斗卫星导航定位技术，对畜禽排泄行为在电子地图上进行网格化管理，畜禽在导航器牵引下到指定地点分散化排泄，在杂草放牧场自然分解消纳。智能放牧养殖不需要对圈舍进行水洗消毒，不采取地沟水冲粪污处理方式，所以耗水量大大减少。

1.5、应用5G大智云等颠覆性新技术，对耕作制度养殖方式进行重构再造。农牧轮作智能放牧主要特征是去设施化，在实施轮牧作业的耕地上，不建设永久性固定设施，不建设固定棚圈畜舍，不能建设围墙围栏，不建设工程化环保排污设施，畜禽粪污直接排放在农牧轮作的土地上，化繁为简低成本解决了养殖粪污肥料化利用问题，与工程化环保治污相比较，大大降低了治污设施设备投资和运维成本。

1.6、在工厂化养殖方式中，畜禽吃喝拉撒睡都在棚圈里面，转型到农牧轮作智能放牧养殖方式之后，牲畜喂料喝水在户外草地里，拉尿排泄也要到户外草地里，畜禽粪尿直接排泄在农牧轮作的草地上，通过粪污肥料化利用来提高土壤肥力。通过畜禽放牧踩踏、阳光暴晒、风吹雨淋既解决了固体粪污污染问题，还利用自然杂草吸收转化解决了液体粪污问题，通过田野风吹稀释解决了臭气污染问题。

二、应用AIoT颠覆性技术将放牧羊打造成移动智能终端

为了让高标准农田能够获得数量足够的有机肥，需要通过农牧轮作让养殖动物排泄物全量还田。智能放牧场应用5G窄带物联网技术，利用放牧羊饲养动物可穿戴设备，在北斗时空信息服务支持下，将每一放牧羊饲养动物打造成为一个移动智能终端，让放牧羊饲养动物成为万物互联中的一个“物体”，低成本地解决了养殖粪污肥料化利用问题，增加了高标准农田土壤肥力。

（一）将放牧羊饲养动物变成一个移动智能终端

2.1、未来，在5G网络支持下将实现万物互联，猪牛羊饲养动物也是“物”，5G物联网要将饲养动物纳入进来，让饲养动物也成为万物互联中的一个“物体”，每一头放牧羊就是一个移动智能终端，利用可穿戴设备牵引导航在放牧场范围内运行。

2.2、每一头放牧羊都是一个移动智能终端，每一头放牧羊都与AI云小脑单线联系，在AI云小脑指挥调度下，放牧羊分别与牧场设备进行连接交互，到指定的水槽去饮水，到指定的料槽去吃食，到指定的栏位去休息，到指定的地点去排泄等等。

2.3、将每一头放牧羊打造成一个移动智能终端，如同自动泊车，智能放牧场如同停车场，是拥有物理边界的，每一头放牧羊都能够实现定位导航，放牧羊排泄活动拥有指定位置，电子地图与物理牧场是数字孪生的，在电子地图上对放牧羊排泄实行网格化定点管理。

（二）智能放牧羊有眼睛识别避障有四足自己行走

2.4、智能牧场不同于智能工厂（车间），工厂设备之间是互连的，智能牧场设备之间并不互相连接，每一头放牧羊都分别与微基站单独通讯交互，放牧羊饲养动物拥有自己的大脑，有自己的四条腿，不需要能源动力驱动，可以自己移动行走，不需要机械轮子进行物理移动。

2.5、智能放牧羊拥有自己的大脑，有自己的四条腿，不需要能源动力驱动，可以自己移动行走，不需要机械轮子进行物理移动。有自己的眼睛识别环境，不需要雷达识别周围物体规避障碍物，智能放牧羊与智能汽车不同，行走速度快一点慢一些没有关系。

2.6、放牧羊用自己的眼睛识别环境，不需要雷达识别周围物体进行避障，智能放牧羊与智能汽车不同，对移动速度没有要求，在智能导航器牵引下定时定向行动，由智能导航器牵引放牧羊行动，吃喝拉撒睡具体行为由放牧羊自主进行，AI云小脑不干预放牧羊的生理行为自由。

三、应用神经网络颠覆性技术建立肉羊时间序列预测模型

著名数学家中科院院士袁亚湘提出，如果一个问题涉及两个部分，同时两部分互不耦合，这两部分是不相干的，就要变成两个小问题，用分离方法进行各个击破。放牧羊排尿时间与饮水时间有相关性，排粪时间与喂料时间在时间上有相关性。这只羊每一次的饮水时间乘上加权值，就是撒尿时间；同样每一次喂料时间乘上加权值，就是排便时间，可以利用神经网络模型并行计算同步操作。

3.1、我国是世界养羊大国，常年存栏量6亿多只，饮水撒尿喂料排便是日常高频生理行为，可以利用计算机视觉工具进行采集记录，饮水撒尿每天都多次发生，利用AIoT生产形成海量重复性数据，这类数据适合利用计算机进行高效处理，可以为放牧羊建立饮水撒尿时间序列预测模型，不存在数据资源不足制约发展问题，对于物联网AI大模型来说，是非常难得的应用场景，是价值连城的稀缺资源。

3.2、根据输入输出之间的映射关系建立函数式，输入饮水时间点就作出准确的撒尿时间预测，从而对放牧羊排泄行为进行有效监控。在肉羊放牧生产过程中，利用卷积神经网络在大量数据中找到规律性，然后提供准确有效的输出。时间序列数据由物联网自动化采集传输处理，能够获得海量饮水撒尿喂料排便重复性数据，这是计算机可以大展身手的应用场景，可以为农牧业创造巨大经济社会价值。

3.3、放牧饲养动物饮水撒尿按时间序列采集数据点，可以建立饮水撒尿单变量时间序列函数，也可以与喂料排便并行建立多变量时间序列函数，饮水时间与撒尿时间形成一个单变量时间序列函数，用于分析预测饮水撒尿这一现象随时间变化的情况，将预测排泄时间段未来值作为目标任务，在这里是将饮水时间点作为输入值，用来预测撒尿的具体时间点，是一个按照时间序列来预测未来值的例子。

3.4、利用摄像头连续采集放牧羊饮水撒尿图像数据，利用计算机视觉技术记录每一次饮水及排泄行为，利用视频图像像素建立特征标签。由于像素是整个图像中不可分割的元素单位，像素决定了该图像的本来面目特征，每一像素方块都有一个明确的位置、还拥有被分配的色彩数值。在人工智能神经网络模型中，可以将视频像素作为图像的唯一性特征，采取无监督学习方式进行自动化快速标注。

3.5、视频是视觉信息的数字表示，由一系列图像组成，传达动作按时间序列变化的情况。用计算机视觉识别视频中物体状态行为动作，有效捕获时间序列数据中存在的长期依赖关系，在智能放牧应用场景中，是饲养动物饮水和撒尿行为动作，根据时间序列关系来建立线性函数关系，随时随地按时间序列为数据点加盖时间戳，利用物联网摄像头连续采集图像数据，作为单变量时间序列信号，建立单变量函数关系，通过计算分析对放牧羊排泄时间作出预测。

3.6、计算机视觉是目前重要的AI应用，在产业界占比70%以上，牧场里24小时摄像头能够记录每只羊每次拉粪排尿时间，这些数据都连续传输到AI云小脑，由专业应用小模型进行分析决策，饮水时间与排尿时间具有时间相关性，使用卷积神经网络建立函数关系，通过大量数据分析精准确定具体排泄时间，由这只羊身上佩戴的导航器（可穿戴设备），利用电子地图北斗导航定位技术，自动化将其牵引到指定排泄地点。

四、应用可穿戴设备导航器实现放牧羊定时定点撒尿排便

放牧羊牵引导航器是饲养动物可穿戴设备，也是一种颠覆性新技术，这个可穿戴设备相当于电子笼头。利用鼻针电磁刺激羊敏感部位实现驱动，如同马嚼子牛鼻针的功能作用。导航器利用微型无人机进行定向牵引，只对放牧羊排泄行为进行智能管控，应用北斗定位导航技术在电子地图上行动，放牧羊在智能导航器引领下，到指定地点在农牧轮作杂草地上去排便拉尿。

（一）放牧羊导航器是一种饲养动物可穿戴设备

4.1、放牧羊导航器是一种饲养动物可穿戴设备，通过电磁感应拉动鼻针产生驱动力。智能放牧羊导航器只有两个功能，一是解决放牧羊行动的方向问题，涉及向前、向左、向右三个方向，识别目标物体由放牧羊自己用眼睛识别；二是解决牵引驱动力问题，利用放牧羊鼻针产生电磁拉力，如同马嚼子或者缰绳的作用。

4.2、AI云小脑对放牧羊排便进行智能化管理，放牧羊饲养动物不能随地大小便，需在智能导航器的牵引下，到农牧轮作杂草地上去排泄，利用电子地图进行网格化管理，在排泄地点上是有安排的，不能随便大小便。每一次排便在电子地图上都要留痕，达到间隔时间才能够再次在此地排泄。

4.3、为了准确掌握每一头放牧羊的排便时间，需要利用传感器记录放牧羊饲养动物每次拉屎及撒尿时间，每次取食及饮水时间，找出二者之间的相隔时间规律性，为每一头放牧羊建立排泄时间区段模型。由AI云小脑对放牧羊排泄活动进行指挥调度。放牧羊不能随时随地随意大小便，不会发生局部地块粪污堆积成山的情况。

（二）只对放牧羊吃喝拉尿排泄行为进行智能管控

4.4、智能导航器是饲养动物可穿戴设备，只对放牧羊吃喝拉撒睡行为进行管控，而且只从时间和地点两个维度进行管控，让放牧羊按指定时间去吃喝拉撒睡，到指定地点去吃喝拉撒睡，这套系统对其它事一概不管，由另外设置的智能系统来解决，5G与AI功能都是专业化的，需要采取铁路警察各管一段的方式进行设计。

4.5、在放牧羊智能放牧养殖场里，有固定饲喂场所和专用饲喂设备，能够智能化记录每一次饲喂时间和采食量，利用耳标或刷脸识别对号入座，将数据录入该放牧饲养动物的数据库。牧场里有固定饮水场所和专用饮水设备，能够智能化记录每一次饮水时间和饮水量，将数据录入该放牧饲养动物的数据库。

4.6、智能放牧场应用数字化工具管控饲养动物排泄行为，放牧动物导航传感器受AI云小脑操控，应用北斗定位导航技术在电子地图上行动，牵引放牧羊向目标方向运行，利用采食时间与排泄时间的相关性，找到二者之间的时间差规律，白天放牧时段不需要管控排泄行为，可以在牧场上随时拉尿，只是夜间在畜舍里的时段，对畜禽排泄行为进行管控。

五、应用北斗导航定位颠覆性技术实现农牧轮作智能放牧

卫星导航系统是建在空中的新基础设施，5G窄带物联网是建在地面上的新基础设施，在北斗时空信息服务支持下，佩戴了导航器（可穿戴设备）的放牧羊饲养动物，也成为一个移动智能终端，应用窄带物联网运营在智能放牧场上，这一场景与智能汽车运行在智能道路上（车路协同），具有异曲同工之妙，只是颗粒度大小不同而已。

（一）放牧羊在牧场范围内到指定位置定时排泄

5.1、北斗卫星遥感技术可用于动植物识别，包括对自然杂草的识别，对农田种植作物的识别，能够实现对草地牧场与作物农田的精准划界，这样尽管智能放牧场是没有围墙的，但在放牧导航器无形缰绳的制约下，放牧羊也不能够越界行动，在定位导航电子地图的监视下，只能在农牧轮作放牧场范围内活动。

5.2、“智能放牧场”与“智能景区”应用场景相似，都有明确清晰的地理位置边界，在固定地域范围内，应用5G窄带物联网，利用电子地图对放牧羊进行网格化管理。电子地图与实体牧场是数字孪生关系，放牧羊饲养动物不能跑到界外去，当放牧羊运动到边界时，智能导航器就会将它拉回来。

5.3、在北斗导航定位技术支持下，将每只羊打造成为一个移动智能终端，在放牧羊饲养动物牧场里，放牧场地是有地理位置的，饮水器是有地理位置的，吃草喂料是有地理位置的，排便拉尿是有地理位置的，在圈舍里每一头羊都有具体位置，如同停车场一样，每一放牧羊都标配一个智能导航器，放牧羊饲养动物在智能导航器引导下对号入座。

（二）农牧轮作智能放牧促进养殖粪污全量还田利用

5.4、由于农牧轮作模式将牧场建设在农田耕地上，需要将智能牧场进行模块化处理，对养殖要素进行解耦提高流动性，种植业可以随时随地转型到养殖业；可移动搬迁的养殖场能够随时随地嵌入种植业，农户从事养殖业可以在多个品种间选择，农户从事种植业可以在任何季节中介入，可以随时随地进行农牧两业交叉轮换作业。

5.5、农牧轮作智能放牧是一石两鸟的解决方案，既是一个低成本的粪污治理方案，还是一个变废为宝粪污肥料化利用方案。农牧轮作智能放牧颠覆了工厂化养殖方式，畜禽喂料喝水不在圈舍里，需要到圈舍外农牧轮作杂草地里进行，畜禽拉尿排泄也要到农牧轮作杂草地里，这样畜禽粪尿就直接排泄在自然杂草地上，畜禽粪污就实现了全量肥料化还田利用。

5.6、推行农牧轮作智能放牧生产方式，是种养结合一体化解决方案，能够低成本地解决养殖业粪污治理和肥料化利用问题。养殖粪污直接排放在农牧轮作的杂草地上，提高了土壤有机质实现了藏粮于地。提高了土壤肥力增加了耕地质量，可以大大减少种植业的化肥使用量，为东北大粮仓实现绿色低碳做出贡献。推行农牧轮作智能放牧实现了去设施化养殖，还能够化解养殖场地选址难的困境。