使用带外部参数的自回归滑动平均模型对育肥猪饮水量进行建模与预测

为什么猪舍用水很重要

在现代养猪场，稳定的清洁饮水和饲料一样重要。当猪的饮水量突然增多或减少时，常常是疾病、热应激或舍内设施出现问题的早期信号。本研究按小时追踪了育肥猪三年间的用水情况，并构建了一个数学工具来预测“正常”饮水模式。一旦掌握了这种正常模式，养殖者和兽医就能更早发现异常，从而以更有人道、更高效的方式管理动物。

全天候监测猪只饮水

该研究在西班牙东北部的一家大型商业养猪场进行，猪只从约23公斤饲养到110公斤。水表按小时记录每个猪舍的进水量，同时传感器监测温度、湿度、氨等气体浓度以及猪在育肥期的阶段。在剔除与清洁和降温相关的读数以及明显的传感器错误后，研究团队分析了6个猪舍中5批次共30条独立时间序列，数据量超过77,000个小时观测值。

日节律与随生长变化的需求

猪只的饮水表现出明显的日节律。大部分用水发生在白天，呈现两个主要高峰：一是在上午，另一是在傍晚，夜间饮水很少。随着育肥周数的增加，人均日饮水量从大约2–3升上升到约8升，反映了个体体重的增长。该模式也随季节发生变化：在温暖月份，猪只的晨间高峰更明显，整体用水上升更陡；在寒冷月份，早期高峰则明显减弱。这些观察结果证实了体重和环境共同影响猪的饮水时间和方式。

将模式转化为预测工具

为了把这些规律转化为实用的预测工具，作者采用了一种称为ARMAX的时间序列模型。简单来说，该模型学习当前用水量如何依赖于前几小时的用水（群体的内部节律）、随机的短期波动，以及诸如室外温度和猪舍空气质量等外部影响。他们还加入了用于捕捉日周期的数学项，类似于将简单波形叠加以重构重复模式。模型在大部分数据上进行训练，然后在剩余批次上进行测试，以评估其对短期小时级用水量的预测能力。

预测表现如何

最终的ARMAX模型成功再现了猪只生长过程中用水的长期上升趋势及日间的涨落周期。模型生成的预测中，多数观测值落在95%预测区间内，统计检验显示残差中无显著的剩余结构。影响最大的外部变量是室外温度和氨浓度，以及育肥期的天数。温暖条件通常会提升饮水水平，而氨的作用可能反映了舍内通风和空气质量的整体变化。一个局限是模型低估了每日的第一个高峰，可能是因为训练数据中温暖季节的批次数较少。

对农场管理与动物护理的意义

对非专业读者而言，关键结论是：猪具有可靠的“饮水指纹”，它取决于一天中的时间、生长阶段和气候条件。作者表明，这一指纹可以用模型来捕捉，从而预测在正常条件下每小时猪群应有的用水量。一旦在农场部署此类模型，偏离预期模式的突发情况就可以作为热应激、疾病、设备故障或其他福利问题的预警，从而在问题恶化之前采取措施。尽管本研究聚焦于单一农场，但它预示着通过常规传感器数据与智能分析，未来可帮助养殖者维持更健康的动物并实现更可持续的生产。

引用: 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

关键词: 猪饮水量, 精准畜牧, 时间序列建模, 动物福利监测, 农场环境条件