智慧养殖新征程!南农大张炜课题组以人工智能引领动物疫病智能化防控变革

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牛羊等反刍动物饲养是我国畜牧业的重要基石，但大型养殖基地长期承受疫病早期识别困难、人工巡场耗费高、细菌病反复出现、抗生素滥用等现实挑战。传统途径依靠兽医实地查栏、肉眼辨别症状，存在发现滞后、漏检频繁、判断主观等缺陷，一旦疫病蔓延，将造成巨额经济损失，同时引发动物性食品质量安全隐患。

依托人工智能计算机视觉、多源信息感知、微生物生态干预手段，南京农业大学张炜教授课题组构建了"反刍动物疾病智能诊断与生态防控整体化解决路径"，串联"牧场端实时监测——智能预警——病原区分——生态化绿色干预"全流程业务环节，为规模化反刍动物养殖供应一套减药使用、提前预警、易推广的数字化牧场技术方案。

张炜，教授、博士生导师，南京农业大学动物医学院/三亚研究院教授。国家自然科学基金优秀青年基金获得者（2013）、教育部新世纪人才（2011）、江苏省"333高层次人才培养工程"第三层次（2022）、南京农业大学"钟山学术骨干"（2023）、新疆"天池英才"特聘教授（2023）。现任中国噬菌体学组委会委员、中国人体健康科技促进会临床微生物与感染精准检测专业委员会常务委员、江苏省免疫学会兽医分类/感染免疫专委会常委。隶属于教育部"动物健康与食品安全"国际合作联合实验室、农业农村部细菌病诊断实验室和世界动物卫生组织猪链球菌病诊断实验室。以第一作者或通讯作者发表SCI论文78篇，主持国家自然科学基金4项、省级重点研发1项及其他省部级课题8项。主要研究领域为动物疫病人工智能诊断、疫苗研发、致病机制以及噬菌体疗法等。

▌多源感知人工智能诊断体系

由采集装置、边缘智能单元、云端平台、PC/终端软件构成，支持反刍动物（牛、羊），同步适配猪、禽、水产多类养殖对象。

采集装置层：涵盖高清摄像头、红外热成像、环境传感器（温湿度、氨气、pH）、动物穿戴生理记录标签、RFID电子耳标，完成视频、图像、环境、生理多源原始资料采集；

边缘运算智能单元：部署于养殖现场本地，搭载轻量级YOLO系列模型，本地完成目标检测、姿态估计、行为识别，异常资料按需回传云端，弱网牧场同样稳定运转；

云端高性能运算平台：承担大模型训练、全域资料存储、报表输出、模型迭代更新；

终端软件：图形化监控操作台，可实现群体存栏统计、个体发病识别、局部病症识别（腹泻、口疮、蹄病、乳房炎）、分娩风险预警。

模型具备三层识别维度：群体分布状态监测、个体行为姿态识别、局部病灶与解剖病变识别，可识别羊口疮、牛羊腹泻、蹄部病变、乳房炎、犬坐姿态、破伤风姿态等典型发病特征。

▌病理解剖与样本溯源数字系统

自主研制标准化解剖拍照设备+智能牧业二维码溯源移动小程序。

统一病理图像采集规范；每一份病料生成专属溯源二维码，关联解剖照片、PCR检测、病理切片、处置档案，实现从发病个体到实验室检测全流程数字留痕；配套血凝抑制试验AI智能判读模块，替代人工肉眼判读，自动输出抗体效价，提升实验室检测效能。

▌反刍动物细菌病生态防控技术包

区别于传统抗生素施治路线，主打生态友好型干预方案，三大核心技术组件：

靶向噬菌体复合制剂，针对牧场流行致病菌实现裂解防控；

益生元、益生菌制剂，调节反刍动物瘤胃与肠道菌群，修复肠道稳态；

反向疫苗学研制亚单位候选疫苗，面向主要流行细菌病开发新型疫苗储备。

以计算机视觉为主模态的多源信息融合AI架构

▌硬件层——三位一体采集系统

课题组搭建了覆盖"采集终端——边缘算力——云端服务器"的全链条硬件架构：

采集终端：涵盖高清/红外/深度摄像头、温湿度/氨气/二氧化碳传感器、穿戴式生理指标监测设备（体温、心率、活动度）及水下摄像头（淡水/海水适配），对标人体"五感"为智能运算供应原始资料。

边缘算力：边缘智能单元部署于边缘硬件，可实现"感知——决策——执行"全闭环，依托本地算力完成推理与管控，仅按需对接云端协同运转。

云端中枢：高性能计算机承担完整大模型训练与全域数据分析，云服务平台承担边缘设备接入管控、全量资料存储与远程配置升级。

▌算法层——YOLO+多模态融合

课题组提出适配畜牧兽医行业的差异化AI思路：大动物侧重"计算机视觉+可穿戴"，禽类侧重"计算机视觉+声音+环境因子"，水产侧重"计算机视觉+环境因子"。

课题组以YOLO算法为核心，实现目标检测、颜色识别、动作识别与姿态估计四大功能。在此基础上，搭建多模态资料融合预警模型：通过图像+红外+声音+传感器资料，将参数对齐到同一时间轴，全面评估畜禽健康状态。

对比传统人工巡检：

人工巡栏：依赖经验，夜间、恶劣环境漏检高，无法实现7×24小时不间断监测；

本套AI系统：全天候不间断，夜间红外模式下可稳定识别动物状态，自动标注异常个体，及时推送预警信息。

▌资料层——规模化菌株库与噬菌体库

课题组已建立国内领先的动物病原菌种资源库：

大肠杆菌：1142株（全基因测序70株）

沙门氏菌：384株（全基因测序59株）

肺炎克雷伯菌：419株（全基因测序131株）

猪链球菌：610株（全基因测序78株）

金黄色葡萄球菌：197株（全基因测序14株）

产气荚膜梭菌：23株（全基因测序5株）

在此基础上，课题组已分离噬菌体数百株，建立了覆盖大肠杆菌（342株噬菌体，47株测序）、沙门氏菌（173株噬菌体，14株测序）、肺炎克雷伯菌（162株噬菌体，34株测序）、副溶血性弧菌（35株噬菌体，8株测序）等主要病原的规模化噬菌体库。

已表达肺炎克雷伯菌K47、K64、K1、K2、K3、K5、K57等血清型及鲍曼不动杆菌KL2、KL3、KL9、KL72、KL77等多种噬菌体源解聚酶。

▌现实层——多区域多物种完成试点落地

课题组已经落地海南黄牛、宁夏滩羊、新疆猪场、安徽家禽、南美白对虾、东风螺等多个科研示范项目。

积累大量真实牧场现场图像、行为、病理数据集，模型经过真实养殖场景打磨，并非实验室纯仿真模型。

▌养殖环节——24小时非接触式智能监测

传统兽医诊断依赖人工巡查，存在主观性强、响应慢、交叉感染风险高等难题。课题组开发的AI智能诊断系统实现了24小时不间断的动物行为与发病症状图像采集。

以猪场为例：

呼吸道症候群：系统可实时识别猪肺炎支原体感染的"犬坐式"呼吸困难姿态

消化道症候群：通过粪便颜色和质地，对仔猪黄痢、白痢、红痢进行初步病原辨别

皮肤症候群：通过皮肤异常颜色变化，识别油皮病（表皮葡萄球菌）和猪丹毒

神经症候群：识别猪链球菌脑膜炎引起的"四肢划水"症状

反刍动物：系统可识别牛场梭菌病的"四肢划水"症状、羊口唇部增生性痂垢（痘病毒科副痘病毒）、腹泻"肛周污染"等。

禽类：系统覆盖沙门氏菌"糊肛"（鸡白痢）、大肠杆菌/支原体"肿头"、金葡/鸭疫"关节炎/瘫痪"三大症候群。

水产：系统可监测东风螺"翻背""吻突肿胀"、石斑鱼体表溃烂、对虾游动速度与体色变化等。

▌屠宰与加工环节——AI视觉在线检疫

课题组将计算机视觉技术延伸至屠宰与加工环节：

屠宰前检测：候宰期动物体温与行为异常监测；

屠宰过程检疫：病变组织辅助检测（肺脏、肝脏、心脏、淋巴结等）；

肉质检测：计算机视觉识别颜色与纹理，AI判断淤血或病变（如识别PSE肉、DFD肉、黄脂/黄疸）。

▌溯源管理跨界应用

区块链结合AI整合养殖、屠宰、运输信息，扫码即可追溯肉品全生命周期。

课题组还将计算机视觉技术跨界应用于食品保鲜研究，如芒果保鲜方法的智能筛选评估。

▌产业刚需强劲，反刍养殖体量庞大

我国牛羊反刍养殖产业规模达数千亿元，规模化牧场占比持续提升，但疫病造成的死亡、淘汰、生产性能下降，每年带来巨额经济损失。传统依靠人工巡栏的模式已经跟不上规模化扩张的需求，市场急需低成本、可落地的智能监测方案。

随着全球"禁抗/限抗"政策推进，同时消费者对肉奶产品安全要求提升，养殖业减抗、替抗成为硬性发展方向，噬菌体作为抗生素替代品受到广泛关注，生态防控技术市场空间广阔。

研究证实，噬菌体疗法在控制多重耐药菌方面具有巨大潜力。课题组研发的噬菌体制剂已在大肠杆菌病、沙门氏菌病、弧菌病等领域实现产品化。

▌国家政策大力推动智慧牧场建设

农业农村部印发的《全国智慧农业行动计划（2024-2028年）》明确提出建设智慧牧场，重点发展疾病智能诊断、个体体征监测等技术装备，鼓励AI、物联网技术在畜牧业落地应用。各地政府陆续出台智慧农牧业扶持政策，牧场数字化改造具备政策补贴红利。

▌行业现存短板带来差异化机会

当前市面上多数畜牧AI产品聚焦饲喂、盘点，针对动物疾病症状识别、细菌病生态防控一体化的成熟产品较少；很多算法只适合理想实验室环境，在尘土、弱光、复杂牧区环境识别效果下滑。

本项目经过多地区实地牧场打磨，同时配套后端生态防控技术包，形成"预警+处置"完整闭环，具备明显差异化竞争优势。

项目拥有完整算法软件、硬件适配、噬菌体与微生态技术能力，面向养殖集团、地方政府、设备厂商、兽药企业、科研机构开放多层次合作。

▌项目示范与整体解决方案合作

面向规模化牛羊养殖集团、产业园，输出整套"AI智能诊断平台+生态防控技术包"整体落地解决方案，包含部署调试、模型本地化迭代、技术培训。

▌技术授权与定制开发

向安防、畜牧设备厂商开放AI算法SDK接口，支持硬件厂商二次集成，适配已有监控、物联网硬件；

为兽药企业、生物技术公司提供AI诊断模型授权、噬菌体筛选与改造技术服务、疫苗候选抗原筛选等技术授权与定制开发服务。针对特定地方品种（滩羊、黄牛等）开展定制化模型训练，开发专属识别模型。

▌技术产品联合转化

面向饲料、动保企业，开展噬菌体制剂、益生菌、亚单位疫苗联合开发；将AI监测系统与动保产品配套，打造"监测预警-绿色干预"组合产品，面向牧场渠道推广。

课题组基于反向疫苗学技术，开发跨血清型保护性的亚单位疫苗。针对大肠杆菌已筛选交叉保护性抗原61个，3个候选抗原组合使用对禽致病性大肠杆菌保护率达70%。

▌产学研联合共建

联合各地高校、畜牧站、科研院所，共建动物疫病智能防控联合实验室；共同申报省部级、国家级科研课题，共享专利、数据集、示范成果，推动技术迭代升级。

动物疫病防控，是一个关乎国家粮食安全与公共卫生安全的千亿级战略市场。畜牧业正在从"人工经验养殖"迈向"数据驱动的智慧养殖"。

从AI智能诊断到噬菌体制剂，从亚单位疫苗到多模态预警系统——张炜教授课题组研发的完整技术链条清晰地勾勒出一条从实验室到养殖场的商业化路径。

诚邀养殖产业集团、设备厂商、动保企业、地方科研平台携手，共同推进反刍动物养殖智能化升级，助力畜牧业高质量发展与减抗替抗目标落地！

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