Моделирование и прогнозирование водопотребления откормочных свиней с использованием авторегресcивной скользящей средней с внешними параметрами

Почему важно водопотребление в хлеву

На современных свинофермах постоянный доступ к чистой воде так же важен, как и корм. Когда свиньи внезапно начинают пить больше или меньше обычного, это может быть ранним признаком болезни, теплового стресса или проблем с помещением. В этом исследовании фиксировали почасовое потребление воды растущими свиньями в течение трёх лет и создали математический инструмент, способный прогнозировать, как выглядит «нормальное» питьё. Зная этот нормальный шаблон, фермеры и ветеринары могут быстрее замечать проблемы и управлять животными более гуманно и эффективно.

Наблюдение за питьём свиней круглосуточно

Исследование проводилось на крупной коммерческой ферме на северо-востоке Испании, где выращивают свиней от примерно 23 до 110 килограммов. Водомеры регистрировали объём воды, поступавший в каждый хлев почасово, а датчики отслеживали температуру, влажность, такие газы, как аммиак, и стадию откорма свиней. После исключения показаний, связанных с мойкой и охлаждением, а также явных ошибок датчиков, команда проанализировала 30 отдельных временных рядов, охватывающих пять партий свиней в шести хлевах, что в сумме составило более 77 000 почасовых наблюдений.

Суточные ритмы и растущие потребности

Питьё свиней демонстрировало явный суточный ритм. Больше всего воды потреблялось днём, с двумя основными пиками: утром и поздним днём, и очень мало питья ночью. В течение недель откорма суточное потребление воды на одну свинью увеличивалось примерно с 2–3 литров до около 8 литров, отражая их рост. Шаблон также менялся в зависимости от сезона. В тёплые месяцы у свиней был более выраженный утренний пик и более крутой общий рост потребления воды, тогда как в холодные месяцы ранний пик был гораздо слабее. Эти наблюдения подтверждают, что и масса тела, и окружающая среда определяют, как и когда свиньи пьют.

Преобразование шаблонов в прогнозный инструмент

Чтобы превратить эти закономерности в практический прогнозный инструмент, авторы использовали модель временных рядов, известную как ARMAX. Проще говоря, модель учится, как текущее водопотребление зависит от предыдущих часов (внутреннего ритма стада), от случайных краткосрочных колебаний и от внешних факторов, таких как уличная температура и качество воздуха в хлеву. Они также добавили математические члены, улавливающие суточный цикл, аналогично комбинированию простых волн для восстановления повторяющегося паттерна. Модель обучали на большей части данных, а затем проверяли на оставшихся партиях, чтобы оценить, насколько хорошо она может прогнозировать почасовое потребление воды на короткий период вперёд.

Насколько точны были прогнозы

Итоговая модель ARMAX успешно воспроизводила как долгосрочное увеличение потребления воды по мере роста свиней, так и суточные колебания. При построении прогнозов большинство наблюдаемых значений попадало в 95% предсказательные интервалы, а статистические проверки не выявили значимой остаточной структуры в ошибках. Наиболее сильными внешними влияниями оказались уличная температура и аммиак, а также день в периоде откорма. Тёплые условия, как правило, повышали уровень питья, тогда как влияние аммиака, вероятно, отражало более общие изменения в вентиляции и качестве воздуха в хлеву. Одним из ограничений было недооценивание моделью первого суточного пика, вероятно, из-за меньшего количества партий в тёплый сезон в обучающей выборке.

Что это означает для ферм и ухода за животными

Для непрофессионального читателя ключевой вывод в том, что у свиней есть надёжный «отпечаток» питьевого поведения, зависящий от времени суток, стадии роста и погоды. Авторы показывают, что этот отпечаток можно зафиксировать в модели, которая предсказывает, сколько воды свиньи должны потреблять в нормальных условиях в каждый час. Как только такая модель внедрена на ферме, внезапные отклонения от ожидаемого паттерна могут указывать на тепловой стресс, болезни, отказ оборудования или другие проблемы с благополучием ещё до их усугубления. Хотя исследование было сосредоточено на одной ферме, оно указывает на будущее, в котором рутинные данные с датчиков и умный анализ помогают фермерам содержать животных более здоровыми и делать производство более устойчивым.

Цитирование: Marroco, M., Fernández-Fontelo, A., Segalés, J. et al. Modeling and predicting water consumption in fattening pigs using autoregressive moving average with external parameters. Sci Rep 16, 10027 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40343-7

Ключевые слова: потребление воды свиньями, точное животноводство, моделирование временных рядов, мониторинг благополучия животных, условия окружающей среды на ферме