综述：关于在禽类研究中使用的可穿戴传感器技术的系统性文献综述

《Computers and Electronics in Agriculture》：A systematic literature review of wearable sensor technologies used in poultry research

可穿戴传感器在禽类研究中应用广泛，通过RFID、加速度计、UWB和IMU等技术实现个体行为、健康及福利监测，但面临成本高、设备笨重、误读率等问题，需开发更经济适用的系统。

　　随着科技的不断进步，精准畜牧业（Precision Livestock Farming, PLF）在近年来得到了快速发展。PLF通过引入先进的传感器技术，使得对家禽个体行为、健康状况和福利状态的监测变得更加高效和精准。这一技术的应用不仅提升了养殖业的生产效率，还为改善动物福利提供了科学依据。从2000年代起，可穿戴传感器逐渐成为家禽研究的重要工具，其非侵入性、自动化和持续性的特点使其在监测个体活动、健康和行为方面具有显著优势。

家禽养殖是动物养殖业的重要组成部分，尤其是在美国，家禽产业不仅是全球最大的肉类和蛋类生产与出口国之一，而且在鸡蛋生产方面占据重要地位。根据2024年的统计数据，美国每年生产约3.75亿只蛋鸡、1090亿枚鸡蛋、93.3亿只肉鸡和2亿只火鸡。随着生产规模的扩大，对家禽健康和福利的关注也日益增加。消费者和企业越来越重视农场的动物福利标准，推动了相关研究和技术创新的发展。例如，麦当劳公司自2017年起承诺采购具有更好福利条件的鸡肉，这促使了更多关于家禽福利评估和改进的研究。

在传统养殖模式中，监测家禽的健康和行为主要依赖人工观察，这种方法在小规模养殖中尚可操作，但在大规模养殖环境中则显得效率低下且成本高昂。因此，开发和应用精准畜牧业技术成为解决这一问题的关键。PLF系统的核心在于利用传感器技术进行实时、连续的数据采集，从而实现对动物行为、活动模式、健康状况和福利水平的全面监控。这些系统不仅减少了人工干预的需求，还提高了数据收集的准确性和及时性，有助于早期发现健康问题并采取相应措施。

在PLF技术中，传感器扮演着至关重要的角色。传感器技术可以分为远程传感器和可穿戴传感器两大类。远程传感器通常安装在养殖环境中，如2D和3D摄像头、红外热成像仪、负载传感器、麦克风以及用于监测环境参数的传感器（如二氧化碳、氨气、温度和湿度）。这些设备能够收集鸟类的活动分布、移动轨迹、体重变化、声音特征、饲料摄入量以及环境条件等数据。然而，远程传感器在大规模养殖中存在一定的局限性，例如无法准确识别个体鸟类的行为，且容易受到环境干扰。

相比之下，可穿戴传感器直接佩戴在鸟类身上，能够更精确地获取个体层面的数据。常见的可穿戴传感器包括射频识别（RFID）系统、加速度计、超宽带（UWB）跟踪系统以及惯性测量单元（IMU）。这些传感器可以监测鸟类的进食、饮水、活动、栖息、产蛋、筑巢等行为，同时还能记录其运动轨迹和位置信息。通过这些数据，研究人员可以识别出群体中活动较少、社交地位较低或存在健康隐患的个体，从而更深入地了解家禽的福利状况和生产性能。此外，可穿戴传感器在夜间或难以直接观察个体的情况下尤为重要，因为它们能够自动记录鸟类的行为，避免了人为干扰对自然行为模式的影响。

尽管可穿戴传感器在精准畜牧业中展现出巨大潜力，但其应用仍面临诸多挑战。首先，成本是一个重要的限制因素。在大规模养殖中，为每只鸟类配备独立的传感器设备需要较大的经济投入，这在一定程度上限制了该技术的普及。其次，设备的可靠性和稳定性也是需要解决的问题。传感器可能会出现误读、故障或丢失的情况，尤其是在高密度养殖环境中，设备的维护和校准变得更加复杂。此外，某些传感器体积较大或重量较重，可能会对鸟类的正常活动造成干扰，甚至影响其生长和健康。因此，如何在不影响鸟类自然行为的前提下，设计出更轻便、耐用且易于安装的传感器设备，是未来研究的重要方向。

目前，关于可穿戴传感器在畜牧业中的应用已有大量研究，涵盖了不同类型的动物，如牛、猪、羊等。然而，针对家禽的研究相对较少，尤其是在具体应用和实际限制方面。本研究通过系统文献综述的方式，对2004年至2024年间发表的84篇相关文献进行了分析，旨在全面评估可穿戴传感器在家禽研究中的应用现状，并探讨其面临的挑战和未来发展方向。文献检索涵盖了Web of Science Core Collection、Scopus、PubMed和CABI Digital Library四个数据库，确保了研究的全面性和代表性。

从研究环境来看，大多数研究是在实验室或研究机构中进行的，仅有少数研究在实际商业农场或模拟商业条件的环境中开展。这种研究环境的差异可能导致部分研究成果在实际应用中存在一定的局限性。实验室环境能够提供更加可控的条件，便于研究人员对变量进行精确管理，从而获得更准确的数据。然而，实际养殖环境更加复杂，包括不同的饲养密度、温度、湿度以及鸟类的自然行为模式，这些因素都可能影响传感器的性能和数据的准确性。因此，未来的研究应更加注重在真实养殖环境中进行测试和验证，以确保传感器技术的实用性和可推广性。

从研究对象来看，大多数研究集中在蛋鸡（即产蛋鸟类）和肉鸡上，而关于火鸡和肉鸡父母代的研究相对较少。这可能与蛋鸡和肉鸡的生命周期较长、行为模式相对稳定有关。相比之下，火鸡和肉鸡父母代的生长周期较短，且在养殖过程中对环境和管理措施的反应更为敏感。因此，针对这些特殊类型的家禽，开发更适合其生理特性和行为特征的传感器技术具有重要意义。此外，由于火鸡在商业养殖中相对较少，相关研究的资源投入也相对有限，这可能是其研究较少的原因之一。

在实际应用中，可穿戴传感器技术的推广需要考虑多个因素。首先，设备的经济性至关重要。对于大型养殖企业而言，每只鸟类的传感器成本可能较高，这需要通过技术创新和规模化生产来降低设备价格。其次，传感器的耐用性和易维护性也是影响其推广的重要因素。在实际养殖环境中，鸟类可能会频繁移动、啄食、饮水等，这些行为可能导致传感器脱落或损坏。因此，开发更加坚固、轻便且不易受到环境影响的传感器设备是未来研究的重点。此外，数据的处理和分析能力也需要不断提升，以确保研究人员能够从海量数据中提取有价值的信息，并用于优化养殖管理策略。

为了提高可穿戴传感器在家禽养殖中的应用效果，还需要加强与农民和养殖专业人员的合作。农民是技术应用的最终使用者，他们对养殖环境和管理需求有着最直接的了解。因此，在传感器技术的研发和测试过程中，应充分考虑农民的实际需求和操作习惯，确保技术的实用性和可接受性。此外，培训和支持也是推动技术应用的关键环节。农民需要掌握传感器设备的使用方法、数据解读技巧以及维护知识，这样才能充分发挥这些技术的优势，提高养殖效率和动物福利水平。

总的来说，可穿戴传感器在家禽研究中的应用为精准畜牧业的发展提供了强有力的支持。然而，要实现这些技术的广泛应用，还需要克服成本、可靠性、维护性和适用性等方面的挑战。未来的研究应更加注重技术的创新和优化，同时加强与实际养殖环境的结合，推动传感器技术在农业生产中的落地和推广。通过不断改进和完善的传感器系统，家禽养殖业有望实现更加高效、可持续的发展，同时提升动物福利水平，满足消费者对高质量、负责任养殖产品的日益增长的需求。