母豬大欄智能群養(yǎng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展

楊秀麗，張鐵民，邢　航，文　晟，漆海霞

(1 華南農(nóng)業(yè)大學(xué) a 工程學(xué)院，b 工程基礎(chǔ)教學(xué)與訓(xùn)練中心，廣東 廣州 510642；2 華南家禽疫病防控與產(chǎn)品安全協(xié)同創(chuàng)新中心，廣東 廣州 510642)

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母豬大欄智能群養(yǎng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展

楊秀麗1a,2，張鐵民1a,2，邢航1a，文晟1b，漆海霞1a

(1 華南農(nóng)業(yè)大學(xué) a 工程學(xué)院，b 工程基礎(chǔ)教學(xué)與訓(xùn)練中心，廣東 廣州 510642；2 華南家禽疫病防控與產(chǎn)品安全協(xié)同創(chuàng)新中心，廣東 廣州 510642)

[摘要]隨著近年來(lái)農(nóng)業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化的高速發(fā)展，“福利養(yǎng)豬”觀念的普及，我國(guó)規(guī)模化養(yǎng)豬的井噴式發(fā)展，以及養(yǎng)豬行業(yè)人工成本、飼料、藥物成本等的增加，降低養(yǎng)豬成本和實(shí)現(xiàn)“豬性化”的養(yǎng)豬模式成為養(yǎng)豬行業(yè)的一個(gè)緊迫任務(wù)。母豬大欄智能群養(yǎng)系統(tǒng)具有降低人工成本、減少飼料浪費(fèi)、提高母豬生產(chǎn)性能等提高經(jīng)濟(jì)效益的優(yōu)點(diǎn)。文章總結(jié)了國(guó)內(nèi)外母豬大欄智能群養(yǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并就我國(guó)母豬大欄智能群養(yǎng)系統(tǒng)以后的研究方向進(jìn)行了探討。

[關(guān)鍵詞]母豬群養(yǎng)系統(tǒng)；精準(zhǔn)養(yǎng)豬；智能系統(tǒng)

近年來(lái)，我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)總產(chǎn)值年均增速達(dá)16.1%，按照目前的發(fā)展速度，預(yù)計(jì)到2020年，養(yǎng)殖業(yè)總產(chǎn)值在農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值中的比重將達(dá)50.3%，超越種植業(yè)所占比重而晉升為農(nóng)業(yè)中的第一大產(chǎn)業(yè)[1]。在養(yǎng)殖業(yè)的生豬生產(chǎn)中，母豬的管理最為重要，它直接影響著豬場(chǎng)的整體效益[2]。在歐美國(guó)家，每頭外源良種母豬年提供商品豬的能力在 22～26 頭，一些豬場(chǎng)甚至超過(guò)了 26 頭，養(yǎng)豬業(yè)的生產(chǎn)力得到充分的釋放。我國(guó)豬場(chǎng)每頭母豬年提供商品豬 16頭左右，規(guī)?；i場(chǎng)為 18 頭左右，但由于目前疫病形勢(shì)嚴(yán)峻，母豬年提供商品豬僅有 14～16 頭。造成這種狀況的主要原因有 2 個(gè)：一是種豬帶毒帶菌嚴(yán)重，成為豬場(chǎng)的儲(chǔ)毒儲(chǔ)菌庫(kù)，影響種豬生產(chǎn)力的發(fā)揮，威脅后代的健康；二是機(jī)械化養(yǎng)豬發(fā)展過(guò)程中的落后養(yǎng)殖技術(shù)至今仍在使用，如限位欄、高密度等惡劣的小環(huán)境，大大降低了種豬群乃至后代的健康水平[3]。

目前，母豬的飼養(yǎng)方式有3種：?jiǎn)误w限位欄飼養(yǎng)，傳統(tǒng)的圈欄小群飼養(yǎng)和大群飼養(yǎng)等。其中單體限位欄飼養(yǎng)就是將母豬終身飼養(yǎng)在2.1 m×0.6 m的單體限位欄內(nèi)，這種飼養(yǎng)方式雖然在一定程度上可以通過(guò)人工操作人為地控制母豬的飼喂量，但由于長(zhǎng)期被限制在不到1.5 m2的生活空間內(nèi)，母豬完全失去了自由行動(dòng)的機(jī)會(huì)和自由運(yùn)動(dòng)的空間，從而造成了母豬的身心缺陷，肢蹄病及繁殖性疾病發(fā)病率高，淘汰率高，利用年限短。由于單體限位欄養(yǎng)殖方式的嚴(yán)重缺陷及其嚴(yán)重的“非豬性化”，歐盟等重視“動(dòng)物福利”的養(yǎng)豬發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)通過(guò)法律條例，于2013-01-01禁止此種飼養(yǎng)方式。

圈欄小群飼養(yǎng)是將4～5頭母豬放在10 m2左右的圈欄內(nèi)進(jìn)行“小群飼養(yǎng)”。這種飼養(yǎng)方式可在一定程度上為母豬提供適當(dāng)?shù)淖杂苫顒?dòng)和運(yùn)動(dòng)空間，但由于母豬采食時(shí)存在著嚴(yán)重的強(qiáng)弱爭(zhēng)食問(wèn)題，最終造成母豬個(gè)體采食不均、肥瘦不勻現(xiàn)象，而過(guò)肥過(guò)瘦都會(huì)大大影響母豬的繁殖性能，從而大幅度降低了母豬的生產(chǎn)性能。

大群飼養(yǎng)能為母豬提供群居環(huán)境和自由活動(dòng)的空間，母豬能按自己的喜惡組建和諧的小群體，自由組群、自由活動(dòng)，母豬間有了行為、社交與心理的交流，避免了刻板和神經(jīng)質(zhì)等不良行為，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)與社交的能力，解決了母豬單體限位欄飼養(yǎng)運(yùn)動(dòng)不足的問(wèn)題，大幅度降低了母豬肢蹄病和繁殖性疾病的發(fā)病率，健全了母豬心理，保證了母豬福利。這種飼養(yǎng)方式借助母豬智能化管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)群養(yǎng)母豬的個(gè)體精確飼喂，從而解決了母豬采食不均問(wèn)題，使母豬均勻地達(dá)到理想體況，大幅度提高了母豬的繁殖性能。

母豬群養(yǎng)是一種福利和健康的飼養(yǎng)新模式[4]，其建立在自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)基礎(chǔ)之上，也稱之為母豬大欄智能群養(yǎng)系統(tǒng)(母豬電子飼喂系統(tǒng))。該系統(tǒng)的工作原理是每頭母豬都有惟一的電子耳牌， 每個(gè)電子耳牌通過(guò)飼喂站上的天線與控制主板建立通訊。母豬采食時(shí)， 信號(hào)感應(yīng)， 耳牌的惟一編碼就會(huì)被控制主板識(shí)別，該母豬的身份就得以識(shí)別?？刂破骺刂浦靼鍖?duì)收到的信息和內(nèi)部?jī)?chǔ)存的信息進(jìn)行檢查和匹配， 然后控制器會(huì)根據(jù)之前儲(chǔ)存的胎次、膘情、妊娠天數(shù)信息和軟件中的管理計(jì)劃執(zhí)行定量投料，并對(duì)需特別處理的母豬自動(dòng)分欄或噴墨標(biāo)識(shí)[5-6]。母豬大欄智能化群養(yǎng)管理系統(tǒng)由母豬自動(dòng)化飼喂站、智能化分離站和智能化發(fā)情鑒定站組成[7]。

目前，大群飼養(yǎng)和單體限位欄飼養(yǎng)方式在我國(guó)處于磨合期，盡管大群飼養(yǎng)技術(shù)尚不完全成熟，但該技術(shù)將是未來(lái)養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)的主流發(fā)展趨勢(shì)。故此，文章總結(jié)了國(guó)內(nèi)外母豬大欄智能群養(yǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并就我國(guó)母豬大欄智能群養(yǎng)系統(tǒng)以后的研究方向進(jìn)行了探討，以期促進(jìn)該技術(shù)的不斷進(jìn)步，推動(dòng)我國(guó)母豬養(yǎng)殖科學(xué)化、規(guī)范化發(fā)展。

1國(guó)外研究現(xiàn)狀

現(xiàn)階段國(guó)外母豬智能群養(yǎng)系統(tǒng)設(shè)備的生產(chǎn)主要集中在幾家大公司，如美國(guó)奧斯本工業(yè)有限公司(TEAM系統(tǒng))、荷蘭 Nedap (VELOS系統(tǒng))公司等[8]。

荷蘭的科研人員在奶牛自動(dòng)飼養(yǎng)管理系統(tǒng)PORCOD的基礎(chǔ)上成功研發(fā)出母豬自動(dòng)飼養(yǎng)VELOS管理系統(tǒng)[9]。該系統(tǒng)利用無(wú)線射頻識(shí)別(Radio Frenquency Identification,RFID)技術(shù)在母豬大群飼養(yǎng)的前提下準(zhǔn)確識(shí)別個(gè)體懷孕母豬，并通過(guò)相應(yīng)管理軟件準(zhǔn)確執(zhí)行懷孕母豬的飼喂方案，使母豬在大群飼養(yǎng)的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)個(gè)體精確喂料，保持懷孕母豬良好的體況和生產(chǎn)性能[10]。

美國(guó)奧斯本工業(yè)有限公司推出的TEAM系統(tǒng)，可以根據(jù)懷孕母豬的體質(zhì)量和懷孕日期計(jì)算每天合適的飼喂量，并且控制飼喂器精確下料，大大提高了懷孕母豬的生產(chǎn)水平。

歐盟頒發(fā)《動(dòng)物保護(hù)和福利制度改善的具體計(jì)劃》后，現(xiàn)階段歐盟區(qū)域的國(guó)家正逐步替換以前的限位欄飼養(yǎng)母豬的方式，逐步使用母豬智能群養(yǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)目前在歐盟處于大范圍推廣使用階段。在美洲國(guó)家，現(xiàn)階段大部分還是使用限位欄母豬飼喂系統(tǒng)，主要原因是其還能獲得較大的母豬生產(chǎn)性能，但也有少部分地區(qū)使用母豬智能群養(yǎng)系統(tǒng)。近幾年是母豬智能群養(yǎng)系統(tǒng)磨合使用階段。但是無(wú)論是母豬限位欄系統(tǒng)還是母豬智能群養(yǎng)系統(tǒng)，它們都是智能機(jī)械化系統(tǒng)，其智能化機(jī)械化的發(fā)展趨勢(shì)不變[8]。

群養(yǎng)豬的日?；顒?dòng)是一個(gè)復(fù)雜的行為，它涉及到眾多的影響因素，包括生理因素、心理因素、環(huán)境因素等。運(yùn)用電子信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)群養(yǎng)豬行為的自動(dòng)監(jiān)測(cè)有利于精確把握智能群養(yǎng)過(guò)程的每一個(gè)環(huán)節(jié)，可詳細(xì)了解群養(yǎng)豬的生活細(xì)節(jié)，研究其行為與生長(zhǎng)規(guī)律以及環(huán)境適應(yīng)性之間的關(guān)系。國(guó)外將現(xiàn)代化信息技術(shù)用于豬的采食、行為、環(huán)境舒適度等信息的采集，以及上述信息與豬生長(zhǎng)的關(guān)系分析中。此方面的研究目前報(bào)道最多的是在豬舍里自動(dòng)監(jiān)測(cè)豬咳嗽的方法，通過(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)豬的咳嗽聲，并建立聲音檔案，從這些聲音檔案中，使用濾波與振幅解調(diào)相結(jié)合的方法來(lái)識(shí)別豬的咳嗽病情[11-12]。

Shao等[13]運(yùn)用實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)采集和分析圖像特征，提取豬群的運(yùn)動(dòng)圖像、奔跑頻率和豬群的密度作為特征向量，采用最小歐氏距離法識(shí)別豬群分布狀況，然后分析豬的冷熱舒適度，根據(jù)當(dāng)前的圖像信息特征分類結(jié)果來(lái)調(diào)節(jié)窗戶的開關(guān)以及通風(fēng)量的大小，使豬群處于舒適狀態(tài)，以保證豬群的行為正常和良好生長(zhǎng)。

2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)對(duì)母豬智能群養(yǎng)系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)也主要集中在幾家大公司，如上海河順自動(dòng)化科技發(fā)展有限公司[14]，但與國(guó)外相比在整體應(yīng)用上存在著巨大差距。隨著國(guó)內(nèi)養(yǎng)豬業(yè)對(duì)養(yǎng)豬智能機(jī)械化設(shè)備投入使用的加大，生產(chǎn)廠家對(duì)養(yǎng)豬智能機(jī)械化設(shè)備研發(fā)的投入會(huì)逐步增加，同時(shí)投入到養(yǎng)豬智能機(jī)械化設(shè)備生產(chǎn)這一行業(yè)的企業(yè)也會(huì)越來(lái)越多，養(yǎng)豬智能機(jī)械化設(shè)備的研究將呈現(xiàn)出遍地開花的景象。國(guó)內(nèi)母豬智能群養(yǎng)系統(tǒng)分為智能耳標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)、母豬智能發(fā)情鑒定裝置及其識(shí)別系統(tǒng)、智能分欄裝置及其控制系統(tǒng)、智能飼喂裝置及其控制系統(tǒng)、病母豬自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)等5個(gè)子系統(tǒng)，下面對(duì)其研究現(xiàn)狀加以綜述。

2.1智能耳標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)

電子耳標(biāo)(又稱電子標(biāo)簽)作為牲畜的各類信息的記憶體，可以記錄的信息包括：牲畜的編號(hào)、性別、畜別、特征、是否免疫、疫苗種類、生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)批號(hào)、接種方法、接種劑量、免疫數(shù)量以及免疫員簽名等內(nèi)容[15]。在種豬場(chǎng)的生產(chǎn)管理中，耳標(biāo)關(guān)系著整個(gè)豬場(chǎng)的配種、妊娠、分娩、防疫、治療以及系譜建立、豬群分析、種豬性能測(cè)定、雜交利用等重要的環(huán)節(jié)[16]。電子耳標(biāo)近年來(lái)在各地普遍使用，主要用于動(dòng)物防疫和動(dòng)物食品安全追溯[17-23]。目前國(guó)內(nèi)常見的豬只個(gè)體標(biāo)識(shí)技術(shù)主要有二維條形碼和RFID[24-26]。

昔克[15]基于射頻識(shí)別技術(shù)構(gòu)建了一個(gè)電子秤系統(tǒng)，其主要由電子秤、閱讀器、天線、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等組成。該系統(tǒng)將射頻識(shí)別天線固定在牲畜秤兩邊，連接遠(yuǎn)距離閱讀器，當(dāng)掛有電子耳標(biāo)的牲畜進(jìn)入時(shí)，閱讀器自動(dòng)讀取其電子耳標(biāo)編碼，同時(shí)通過(guò)壓力傳感器完成稱重過(guò)程，將這2個(gè)一一對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)(編號(hào)-體質(zhì)量)連同采集時(shí)間一起通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)自動(dòng)發(fā)送到養(yǎng)殖場(chǎng)的上位服務(wù)器上，便可為數(shù)字化養(yǎng)殖平臺(tái)提供重要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)精細(xì)飼養(yǎng)。

白紅武等[27]構(gòu)建的基于物聯(lián)網(wǎng)的種豬管理平臺(tái)，通過(guò)RFID電子耳標(biāo)不僅能夠?qū)ΨN豬個(gè)體進(jìn)行標(biāo)識(shí)，還能記錄豬飼養(yǎng)過(guò)程的重要數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)飼養(yǎng)過(guò)程的可追溯。作者將RFID技術(shù)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)技術(shù)、3G(3rd-Generation)技術(shù)融合起來(lái)應(yīng)用到規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)管理中，如將RFID技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)種豬個(gè)體識(shí)別與追蹤，WSN技術(shù)完成種豬健康狀況和養(yǎng)殖場(chǎng)環(huán)境狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，3G技術(shù)解決豬場(chǎng)視頻傳輸問(wèn)題，從而為養(yǎng)殖場(chǎng)的自動(dòng)化管理、疫情防治和食品安全管理提出了一種綜合解決辦法。

黃瑞森等[28]開發(fā)了智能型種豬測(cè)定系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用RFID識(shí)別、自動(dòng)稱重傳感等技術(shù)對(duì)種豬的采食次數(shù)、時(shí)間、采食量、日增質(zhì)量、料肉比進(jìn)行測(cè)定，利用自主研發(fā)的軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、統(tǒng)計(jì)分析，形成種豬日生長(zhǎng)性能報(bào)告。系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)記錄和處理功能可以對(duì)豬只的采食行為、日飼料利用率、采食曲線等做出細(xì)微分析，有助于豬行為學(xué)、采食量性狀和精準(zhǔn)飼料配方的研究，促進(jìn)了選種、育種和良種基因庫(kù)的建設(shè)。

劉佳[29]通過(guò)對(duì)攝像頭采集到的豬耳標(biāo)圖像進(jìn)行分析，基于能量直方圖分析思想，完成了條碼碼區(qū)獲取算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，并對(duì)碼區(qū)圖像進(jìn)行了相應(yīng)的圖像處理，編寫了一個(gè)PC平臺(tái)端豬耳標(biāo)二維條碼圖像識(shí)讀軟件，實(shí)現(xiàn)了二維條碼的識(shí)讀。

鄢祖建[30]結(jié)合RFID技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)和上位機(jī)管理軟件技術(shù)設(shè)計(jì)出一套準(zhǔn)確測(cè)定生豬生長(zhǎng)性能的測(cè)定系統(tǒng)，使生豬生長(zhǎng)性能測(cè)定實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化。該測(cè)定系統(tǒng)分為上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)，下位機(jī)系統(tǒng)采集生豬生長(zhǎng)性能數(shù)據(jù)，上位機(jī)系統(tǒng)對(duì)生豬生長(zhǎng)性能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而可以更好地了解生豬生長(zhǎng)狀況，有利于健康養(yǎng)殖。

從以上研究可見，在我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)中，目前二維碼和RFID智能耳標(biāo)并存，但RFID智能耳標(biāo)是發(fā)展趨勢(shì)。在RFID使用過(guò)程中存在以下問(wèn)題：(1)耳標(biāo)松動(dòng)脫落，后期識(shí)讀非常困難；(2)因長(zhǎng)期曝曬或水泡，部分耳標(biāo)難以成功掃描；(3)在信息上傳過(guò)程中有時(shí)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定現(xiàn)象，導(dǎo)致溯源數(shù)據(jù)信息不能及時(shí)上傳。在后續(xù)智能耳標(biāo)使用研究中，需在智能耳標(biāo)的管理軟件中及時(shí)發(fā)現(xiàn)、判斷耳標(biāo)有無(wú)脫落，并提醒管理者；在智能耳標(biāo)系統(tǒng)中，改進(jìn)軟、硬件設(shè)計(jì)，確保信息傳遞的穩(wěn)定性與及時(shí)性。

2.2母豬智能發(fā)情鑒定裝置及其識(shí)別系統(tǒng)

準(zhǔn)確鑒定母豬發(fā)情即掌握最佳配種時(shí)機(jī)是提高母豬配種受胎率、增加母豬產(chǎn)仔數(shù)量、保證出生仔豬質(zhì)量的前提和基礎(chǔ)。母豬發(fā)情鑒定的方法有時(shí)間鑒定法、觀察外觀表現(xiàn)法(眼神、采食、精神不安、外陰鑒定)、電阻法、外激素法、聲音鑒別法和公豬試情法。其中電阻法測(cè)定發(fā)情母豬的適宜配種時(shí)間比經(jīng)驗(yàn)觀察法更為可靠；外激素法可避免驅(qū)趕試情公豬的麻煩，特別適用于規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)使用，是近幾年多數(shù)國(guó)家養(yǎng)豬場(chǎng)用來(lái)進(jìn)行母豬發(fā)情鑒定的一種新方法[31-36]。

劉煒等[37]成功研制出“母豬試情車”。該車的成功研制，提供了一種由電力驅(qū)動(dòng)的裝載公豬器械，方便公母豬接觸，有效解決公豬移動(dòng)的控制問(wèn)題，使公豬只在一定范圍內(nèi)活動(dòng)，能夠一對(duì)一、專心地與母豬交流試情，從而降低勞力支出，提高誘情效果與查情、妊檢準(zhǔn)確率。

張超等[38]發(fā)明了一種母豬發(fā)情檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)有數(shù)據(jù)分析模塊，數(shù)據(jù)分析模塊連接參數(shù)輸入模塊、傳感器數(shù)據(jù)輸入模塊和結(jié)果輸出模塊。該系統(tǒng)采用安裝在母豬圈上的檢測(cè)裝置和檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)母豬與檢測(cè)裝置的距離，實(shí)時(shí)分析該距離的變化特征，根據(jù)變化特征預(yù)測(cè)母豬是否發(fā)情，具有方法簡(jiǎn)單、方便、易操作、節(jié)省人工勞動(dòng)強(qiáng)度、準(zhǔn)確率高的特點(diǎn)。

胡天劍等[39]發(fā)明了母豬發(fā)情智能檢測(cè)標(biāo)記裝置，該裝置能實(shí)時(shí)監(jiān)控待測(cè)母豬是否發(fā)情，并對(duì)發(fā)情的待測(cè)母豬做噴墨標(biāo)記與體溫檢測(cè)，不僅準(zhǔn)確性高且降低了飼養(yǎng)員的工作量與難度，能及時(shí)對(duì)發(fā)情母豬進(jìn)行相應(yīng)處理，同時(shí)能保證發(fā)情母豬懷孕前處于最佳體況。

吉斯等[40]發(fā)明了一種精準(zhǔn)化母豬發(fā)情檢測(cè)器，這種檢測(cè)裝置通過(guò)檢測(cè)母豬的體溫來(lái)判斷母豬是否發(fā)情。該檢測(cè)裝置不用限制母豬的運(yùn)動(dòng)量，不影響母豬體質(zhì)，檢測(cè)結(jié)果較為準(zhǔn)確，可提高整個(gè)豬場(chǎng)的產(chǎn)量。

黃瑞森等[41]開發(fā)了一種實(shí)用新型母豬發(fā)情監(jiān)測(cè)裝置，可以監(jiān)測(cè)母豬與公豬接觸的頻率和次數(shù)，飼養(yǎng)員可以據(jù)此監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有針對(duì)性地觀察母豬是否發(fā)情，從而減輕飼養(yǎng)員的工作量。

目前，我國(guó)盡管做了一些關(guān)于母豬發(fā)情檢測(cè)的研究工作，但未見真正應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中的報(bào)道。智能發(fā)情鑒定裝置及其識(shí)別系統(tǒng)是以后母豬大欄智能群養(yǎng)系統(tǒng)的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)，可結(jié)合外激素法和電阻法研制母豬智能發(fā)情鑒定裝置，或研究基于聲音和其他行為的智能發(fā)情鑒定裝置。

2.3智能分欄裝置及其控制系統(tǒng)

智能分欄裝置系統(tǒng)是對(duì)豬群中需要特殊處理的個(gè)體進(jìn)行分離。當(dāng)母豬吃完料后，進(jìn)入分離巷道，通過(guò)識(shí)別器對(duì)母豬的耳標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，傳到計(jì)算機(jī)，軟件管理系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)日采食量、妊娠日齡及發(fā)情鑒定系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果等信息進(jìn)行判斷后，指令智能化分離系統(tǒng)控制裝置，將懷疑生病、免疫接種、鑒定發(fā)情、臨產(chǎn)轉(zhuǎn)舍及丟失耳標(biāo)的母豬個(gè)體自動(dòng)噴色記憶并自動(dòng)分離到特殊處理區(qū)，根據(jù)需要進(jìn)行特殊處理，不需要處理的母豬返回大群。

秦興等[42]發(fā)明了一種育肥豬分欄器，該分欄器包括進(jìn)口通道和3個(gè)出口，出口側(cè)通過(guò)受控分離門選擇性地與所述3個(gè)出口的其中一個(gè)連通，出口與采食區(qū)連接。進(jìn)口通道設(shè)有受控入口門、位置傳感器、電子秤、RFID卡的身份識(shí)別卡，這些設(shè)備分別與智能控制器連通。該分欄器可實(shí)現(xiàn)根據(jù)豬只的增重狀況進(jìn)行不同的飼喂。

劉忠臣等[43]發(fā)明了一種家畜飼養(yǎng)用分欄采食裝置及其電控門鎖機(jī)構(gòu)，通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)使兩轉(zhuǎn)軸門中至少有一個(gè)處于開啟狀態(tài)，避免了單頭豬因停電或出現(xiàn)其他狀況而被關(guān)閉在通道中的情況發(fā)生，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中出口通道中的轉(zhuǎn)軸門容易因停電而導(dǎo)致無(wú)法開啟的缺陷。

胡天劍等[44]提出了一種豬只同欄分離飼養(yǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括2個(gè)隔欄，在2隔欄之間有隔離裝置。針對(duì)不同生產(chǎn)階段、不同區(qū)域的豬群隨時(shí)分群或合群飼養(yǎng)，能有效防止豬只追尾，降低了飼養(yǎng)成本，方便飼養(yǎng)人員進(jìn)行管理。

劉忠臣等[45]研發(fā)了一種育肥豬群養(yǎng)自動(dòng)分食系統(tǒng)及其分欄采食裝置。在一個(gè)大豬圈中將采食區(qū)分隔成2個(gè)獨(dú)立區(qū)，當(dāng)單頭豬進(jìn)入單向通道后，無(wú)線耳標(biāo)識(shí)別器和電子稱重裝置能夠迅速讀取出豬的即時(shí)體質(zhì)量和豬的身份編號(hào)，并將這些信息傳給計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制裝置，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制裝置根據(jù)豬的體質(zhì)量大小迅速控制電控門禁機(jī)構(gòu)打開其中的一個(gè)單向出口，控制不同體質(zhì)量的豬進(jìn)入不同的采食區(qū)域采食，每個(gè)采食區(qū)域給予不同品種的飼料，從而使養(yǎng)豬場(chǎng)在受客觀條件限制無(wú)法分欄的情況下可以在一個(gè)大豬圈中對(duì)不同體質(zhì)量的單頭豬進(jìn)行分別飼喂，使其做到科學(xué)、精確的管理，縮短豬的出欄時(shí)間，降低飼喂成本。

黃瑞森等[46-48]公開了用于群豬飼養(yǎng)的個(gè)體豬分欄裝置，包括通道、識(shí)別系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和分欄系統(tǒng)，通道設(shè)有通道入口段和通道出口段，識(shí)別系統(tǒng)安裝在通道入口段內(nèi)，分欄系統(tǒng)包括若干分欄通道，通道的兩側(cè)壁在通道出口段一直延伸到分欄通道最外的兩側(cè)壁上，在分欄通道入口段上設(shè)有分離門裝置，識(shí)別系統(tǒng)將檢測(cè)到的信號(hào)傳遞給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制分離門裝置。這種裝置可在大規(guī)模群養(yǎng)豬時(shí)快速實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)體豬的分離，方便對(duì)單只豬和少數(shù)豬進(jìn)行特殊管理。

從上面的資料可見，我國(guó)沒有展開針對(duì)母豬大欄智能群養(yǎng)系統(tǒng)中智能分欄裝置及其控制系統(tǒng)的研究。后期需研究開發(fā)針對(duì)母豬大欄群養(yǎng)的分欄裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)懷疑生病、免疫接種、鑒定發(fā)情、臨產(chǎn)轉(zhuǎn)舍及丟失耳標(biāo)的母豬個(gè)體進(jìn)行自動(dòng)噴色記憶并自動(dòng)分離到特殊處理區(qū)。

2.4智能飼喂裝置及其控制系統(tǒng)

智能飼喂系統(tǒng)的功能是對(duì)每頭母豬的飼喂量進(jìn)行精確控制，保證每頭母豬達(dá)到理想體況。該系統(tǒng)通過(guò)識(shí)別器對(duì)母豬的耳標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，母豬信息傳到電腦后，精確飼喂系統(tǒng)可迅速調(diào)用相應(yīng)初始化檔案信息(耳牌號(hào)、背膘厚、胎次、妊娠期、環(huán)境溫度、日糧營(yíng)養(yǎng)水平等)，計(jì)算當(dāng)日的投料量，并控制自動(dòng)飼喂控制系統(tǒng)裝置投料，實(shí)現(xiàn)母豬的精確飼喂，保證每頭母豬的理想體況。

郭忠利等[49]研發(fā)了一套用于母豬精細(xì)飼養(yǎng)的管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料和對(duì)單只母豬進(jìn)行精細(xì)飼喂，但沒有考慮自動(dòng)標(biāo)記和智能分離，不能對(duì)生病母豬或臨產(chǎn)母豬進(jìn)行自動(dòng)噴色標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)智能分離、單獨(dú)飼養(yǎng)。

胡圣杰[50]應(yīng)用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)母豬身份的自動(dòng)識(shí)別，開發(fā)了一套較為完整的適用于規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)的母豬自動(dòng)飼喂控制系統(tǒng)(Automatic Sow Feeding Control System,ASFCS)。該系統(tǒng)由上位機(jī)、下位機(jī)和通信線路組成。該系統(tǒng)上位機(jī)可顯示進(jìn)食豬只的體質(zhì)量、食槽內(nèi)的預(yù)置料量以及各測(cè)定設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)采集的信息，自動(dòng)計(jì)算并繪制母豬日增質(zhì)量、體質(zhì)量變化曲線、日進(jìn)食量、飼料報(bào)酬圖及發(fā)情指數(shù)圖。上位機(jī)還發(fā)送命令給下位機(jī)，設(shè)置進(jìn)食量、進(jìn)食時(shí)間等參數(shù)。模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，料秤靜態(tài)稱量誤差±0.1%；RC500射頻讀寫器靈敏度高，識(shí)讀時(shí)間<10 ms，識(shí)讀距離達(dá)到8 cm；母豬異常報(bào)警及時(shí)準(zhǔn)確，誤讀率<0.1%。但系統(tǒng)為一對(duì)一通信，不能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)追溯。

曾慶杰[51]立足國(guó)內(nèi)普遍的限位欄母豬飼養(yǎng)現(xiàn)狀，研發(fā)了一種母豬自動(dòng)飼喂系統(tǒng)。該系統(tǒng)以槽輪為出料機(jī)構(gòu)，以應(yīng)力傳感器為計(jì)量零件的計(jì)量裝置，用單片機(jī)控制落料時(shí)間和落料量，實(shí)現(xiàn)飼料的精細(xì)控制；同時(shí)在豬舍安裝全方位的攝像球機(jī)以及各種環(huán)境參數(shù)傳感器，設(shè)計(jì)人性化的上位機(jī)操作界面，通過(guò)SOCKET通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，構(gòu)成母豬的自動(dòng)飼喂系統(tǒng)。但該系統(tǒng)曲線繪制的表現(xiàn)手法過(guò)于粗糙，整個(gè)曲線不是很平滑。系統(tǒng)對(duì)下料量的計(jì)量和控制都過(guò)于簡(jiǎn)單。

徐世軍等[52]在國(guó)外同類設(shè)備基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)豬舍難以恒溫的實(shí)際情況，創(chuàng)新性地加裝了溫濕環(huán)境感應(yīng)裝置以及豬只體溫自動(dòng)測(cè)量裝置。在收集豬只生產(chǎn)性能相關(guān)數(shù)據(jù)的同時(shí)，還能收集非常有用的環(huán)境溫濕度與豬體溫?cái)?shù)據(jù)，通過(guò)這些曲線結(jié)合相應(yīng)算法能夠?qū)ωi只生產(chǎn)性能數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，從而使數(shù)據(jù)更加精確。結(jié)果表明，該自動(dòng)飼喂站成本低、功能強(qiáng)、維護(hù)方便，能提供豬只生長(zhǎng)性能的精確數(shù)據(jù)。

陳小江[53]針對(duì)傳統(tǒng)牲畜精料自動(dòng)補(bǔ)飼裝置中螺旋計(jì)量方式和稱重計(jì)量方式的缺陷，提出了一種基于槽輪式計(jì)量機(jī)構(gòu)的自動(dòng)飼喂落料系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用 PLC 高速脈沖輸出控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)下料，并用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了上位機(jī)控制界面。試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高，落料誤差可控制在 15%以內(nèi)，能滿足精細(xì)飼喂系統(tǒng)對(duì)精準(zhǔn)計(jì)量的要求。但落料誤差較大，需要對(duì)落料器進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

楊亮等[54]為解決妊娠母豬按個(gè)體定量飼喂及剩料難以控制等問(wèn)題，以妊娠母豬為試驗(yàn)對(duì)象，設(shè)計(jì)了一種妊娠母豬自動(dòng)飼喂機(jī)電控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用低頻(134.2 kHz)RFID標(biāo)識(shí)及無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)母豬個(gè)體的自動(dòng)識(shí)別與數(shù)據(jù)交換；利用全機(jī)械式通道，實(shí)現(xiàn)單頭母豬進(jìn)入與離開的自動(dòng)連鎖設(shè)計(jì)；通過(guò)嵌入式芯片(ARM LPC1766)的模塊飼喂器控制，配合下料直流無(wú)刷電機(jī)的單圈旋轉(zhuǎn)以及與接近傳感器觸發(fā)的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)設(shè)飼喂量的準(zhǔn)確投料及剩料的前移控制設(shè)計(jì)。試驗(yàn)結(jié)果表明，預(yù)設(shè)的日飼喂量可以 2 次飼喂完成，不論飼喂的內(nèi)、外環(huán)境應(yīng)激如何，出現(xiàn)剩料比例僅為 2.1%；不同妊娠期(前期、中期及后期)的母豬，可以實(shí)施有差異的精確飼喂。但該系統(tǒng)只考慮母豬的妊娠日期，沒有考慮單頭母豬個(gè)體的實(shí)際情況，不能做到針對(duì)個(gè)體母豬的精細(xì)喂養(yǎng)。

朱軍等[55]設(shè)計(jì)了卸料器和可用于種豬自動(dòng)供料的精細(xì)飼喂系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由可編程控制器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、卸料器組成，軟件應(yīng)用程序主要由精細(xì)飼喂主界面和料量添加界面組成。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)精確的投放飼料，在一定的范圍內(nèi)投放飼料，其最大誤差不超過(guò)±2%。

徐利[56]采用分布式控制結(jié)構(gòu)構(gòu)建了自動(dòng)化生豬飼養(yǎng)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由自動(dòng)飼喂子系統(tǒng)和信息化管理子系統(tǒng)兩部分組成。自動(dòng)飼喂子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)豬只身份識(shí)別、飼料精確添加、豬只采食信息采集、現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)交互以及系統(tǒng)通信等功能；信息化管理子系統(tǒng)主要用于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)豬的生長(zhǎng)狀態(tài)以及飼料使用等情況，為提高飼料利用率、降低生產(chǎn)成本提供依據(jù)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了生豬的自動(dòng)化飼養(yǎng)和信息化管理，基本滿足了用戶的需求，但該系統(tǒng)不能根據(jù)采集的信息計(jì)算并繪制豬只的日增質(zhì)量曲線、體質(zhì)量變化曲線以及進(jìn)食量曲線等，也不能根據(jù)每頭豬的生長(zhǎng)情況實(shí)現(xiàn)精細(xì)飼喂。

代林波[57]針對(duì)母豬智能化自動(dòng)飼喂系統(tǒng)在全國(guó)各大豬場(chǎng)推廣應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，如精確飼喂站內(nèi)的下料裝置在下料過(guò)程中出現(xiàn)堵塞、結(jié)拱現(xiàn)象，定量下料達(dá)不到高精度要求，進(jìn)門機(jī)構(gòu)電插鎖鎖柱彈力過(guò)小，柱銷彈簧使用期限過(guò)短等，借助虛擬樣機(jī)技術(shù)完成了飼喂裝置的裝配體參數(shù)化建模，并基于螺旋軸的靜力結(jié)構(gòu)和模態(tài)特性進(jìn)行了仿真分析研究，設(shè)計(jì)出了一個(gè)結(jié)構(gòu)合理、各部件尺寸參數(shù)準(zhǔn)確的母豬精確飼喂裝置。但其只是完成了母豬智能化自動(dòng)飼喂系統(tǒng)中精確飼喂裝置機(jī)械硬件結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)及研究。

從以上研究資料可知，我國(guó)在引進(jìn)國(guó)外成套設(shè)備的基礎(chǔ)上，逐步探討、開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的母豬大欄智能飼喂裝置及其控制系統(tǒng)，但還沒有開發(fā)出成套的產(chǎn)品應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。今后應(yīng)從以下方面進(jìn)行深入研究：(1)開發(fā)適用于我國(guó)飼料特點(diǎn)的落料器。對(duì)于落料器等機(jī)械部分的開發(fā)設(shè)計(jì)采用有限元分析和虛擬樣機(jī)技術(shù)，對(duì)機(jī)械部件開展熱分析、諧響應(yīng)分析和耦合分析。采用虛擬樣機(jī)技術(shù)進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，獲得更全面的仿真分析工作，縮短開發(fā)周期。(2)結(jié)合我國(guó)豬品種和豬飼料的特點(diǎn)，研究、開發(fā)出適合我國(guó)國(guó)情的母豬飼喂曲線，真正實(shí)現(xiàn)精細(xì)養(yǎng)豬。(3)考慮到豬舍環(huán)境惡劣，采用PLC開發(fā)母豬飼喂站軟、硬件系統(tǒng)。(4)系統(tǒng)各部分不僅能綜合運(yùn)行，也能獨(dú)立運(yùn)行。

2.5病母豬自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)

禽畜正常的采食、飲水、排泄等行為是判斷其健康與否的重要依據(jù)，以豬為例，其采食、飲水、排泄等行為貫穿整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程，這些行為表現(xiàn)能反映出其生長(zhǎng)過(guò)程的不同狀態(tài)，通過(guò)分析豬的行為表現(xiàn)有助于監(jiān)控其生長(zhǎng)過(guò)程。豬的行為、社交以及心理活動(dòng)多交織在一起，常常互為因果，并受環(huán)境的制約，豬的正常行為是遺傳、本能以及后天對(duì)環(huán)境適應(yīng)的反映，它標(biāo)志著豬自我維護(hù)福利的能力。因此，人類在養(yǎng)豬生產(chǎn)中要主動(dòng)維護(hù)這些正常行為，對(duì)于異常行為要及時(shí)發(fā)現(xiàn)并診斷。目前我國(guó)主要采用人工觀察的方式對(duì)豬的日常行為進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在行為監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化與智能化方面，無(wú)論是在研究還是實(shí)踐上，國(guó)內(nèi)幾乎都是一片空白。

浦雪峰[58]在總結(jié)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的依靠人工觀察群養(yǎng)豬行為方法既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力的缺點(diǎn)，提出了一種基于嵌入式技術(shù)和機(jī)器視覺技術(shù)的病豬行為自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)圖像監(jiān)視與識(shí)別，盡早發(fā)現(xiàn)病癥前兆，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并診治病豬或疑似病豬。這種基于行為監(jiān)測(cè)的病豬自動(dòng)識(shí)別方法，為實(shí)現(xiàn)智能化牲畜高效養(yǎng)殖提供了科學(xué)的理論、技術(shù)支持及可行方案，對(duì)我國(guó)的養(yǎng)殖業(yè)領(lǐng)域?qū)嵤┳詣?dòng)化與智能化監(jiān)測(cè)提供了一個(gè)非常好的經(jīng)驗(yàn)，具有一定的借鑒意義。

可見，母豬生病識(shí)別系統(tǒng)的研究開發(fā)在我國(guó)還是空白，可通過(guò)構(gòu)建的智能養(yǎng)殖系統(tǒng)，采集的母豬行為(視頻圖像、聲音等)，集合專家分析系統(tǒng)構(gòu)建病豬自動(dòng)診斷系統(tǒng)。

3結(jié)論

綜上所述，現(xiàn)階段無(wú)論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)從事母豬智能群養(yǎng)系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家仍為少數(shù)。我國(guó)的母豬大欄智能群養(yǎng)系統(tǒng)開發(fā)與研究屬于起步階段，目前雖然在母豬大欄飼喂精準(zhǔn)養(yǎng)殖方面取得了一些進(jìn)展，但有關(guān)核心技術(shù)的基礎(chǔ)研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，缺乏精準(zhǔn)養(yǎng)殖的實(shí)用技術(shù)，片面重視表面上看得見的硬件建設(shè)，忽視根據(jù)母豬生長(zhǎng)條件和科學(xué)的精準(zhǔn)養(yǎng)殖內(nèi)在規(guī)律的研究。母豬大欄智能飼喂需解決5個(gè)方面的問(wèn)題：母豬個(gè)體識(shí)別、母豬個(gè)體精準(zhǔn)飼喂、發(fā)情母豬鑒定、特殊情況母豬分離和病母豬識(shí)別。解決途徑是：(1)結(jié)合無(wú)線網(wǎng)絡(luò)開發(fā)信息不易丟失、適用于豬舍惡劣環(huán)境、信息存儲(chǔ)量大的智能耳標(biāo)系統(tǒng)；(2)采用信息融合技術(shù)，結(jié)合母豬行為和音頻特性等開發(fā)準(zhǔn)確率高的母豬發(fā)情智能識(shí)別系統(tǒng)；(3)開發(fā)針對(duì)母豬大欄群養(yǎng)的自動(dòng)化分欄系統(tǒng)；(4)開發(fā)既能獨(dú)立運(yùn)行，又能與其他部分配合運(yùn)行的精準(zhǔn)性高的母豬智能飼喂裝置及系統(tǒng)；(5)開發(fā)根據(jù)母豬行為習(xí)性診斷豬生病與否的病豬識(shí)別系統(tǒng)。

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Progress in key technologies of intelligent system for group-housed sows

YANG Xiu-li1a,2,ZHANG Tie-min1a,2,XING Hang1a,WEN Sheng1b,QI Hai-xia1a

(1aEngineeringCollege,bProjectBasedTeachingandTrainingCenter,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou,Guangdong510642,China;2SouthernChinaPoultryDiseasePreventionandControlandProductsSafetyCollaborativeInnovationCenter,Guangzhou,Guangdong510642,China)

Abstract:With the rapid development of agricultural mechanization, automation and intelligent as well as the popularity of the concept of pig welfare,the large-scale pig production increased fast and labor,feed,and drug costs of pig industry increased significantly.Reducing costs and achieving “pig personalization” becomes an urgent task.Intelligent system for group-housed sows has the advantage of improving economic efficiency with lower labor costs,reducing feed waste,and improving production performance.This paper summarizes the research status of key technologies for domestic and foreign intelligent systems for group-housed sows and probes future research directions.

Key words:group-housed sows system;precision pig;intelligent systems

DOI：網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間:2016-03-1408:4510.13207/j.cnki.jnwafu.2016.04.004

[收稿日期]2014-08-22

[基金項(xiàng)目]廣東省國(guó)際合作項(xiàng)目(2014A050503061)；廣東省財(cái)政廳其它項(xiàng)目(2014A02020810)

[作者簡(jiǎn)介]楊秀麗(1971-)，女，山西古交人，講師，博士，主要從事智能檢測(cè)及其控制研究。E-mail:xlyscau@163.com

[通信作者]張鐵民(1961-)， 男， 黑龍江齊齊哈爾人，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事機(jī)電一體化研究。

[中圖分類號(hào)]S818

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1671-9387(2016)04-0024-09

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20160314.0845.008.html

E-mail:tm-zhang@163.com