CN101894220A - 一种畜禽健康状况数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实时畜禽健康状况数据采集系统，由可视化辨识平台、健康信息数据库和传感器网络组成。整个系统为金字塔型结构，它的传感器网络处于系统底层，包括计步器节点、多角度摄像机、声音传感器节点和环境传感器节点，记录养殖环境数据以及畜禽活动量、形体和应激语音数据；中间层为健康信息数据库，存储畜禽在不同生长周期的行为和机体特征；顶层为可视化辨识平台，负责根据养殖环境在线辨识并显示畜禽的正常、亚健康及疾病中等健康状况，并发出报警、预报信息。整个系统结构灵活，使用方便，能较好的保障畜禽的健康生长，提高生产效益，降低疾病传播的风险。

Description

一种畜禽健康状况数据采集系统

技术领域

本发明属于畜禽养殖领域，涉及一种畜禽健康状况数据采集系统。

背景技术

进入21世纪，世界性的新农业科技革命正在兴起。数字农业作为现代农业最前沿的发展领域，将有效促进现代信息技术与农业的融合，对农业的生产经营、流通管理、信息服务以及农业资源环境等整个领域进行设计改造，最终实现农业信息化。随着高新技术在农业中的广泛应用，国外对诸如鸡、猪、羊、牛和马等畜禽的设施养殖，特别是其规模化设施养殖愈来愈广泛，而我国这方面的设施使用量居世界前列，在我国的“十二五”农业发展规划中，也将畜禽规模化设施养殖作为重点发展产业。近年来，由于禽流感、口蹄疫、疯牛病等在世界范围内的大面积爆发，对畜牧业造成了很大影响。在畜牧养殖领域，如何保障畜禽健康生长，提高生产效益，降低疾病传播风险一直是畜牧科技研究的热点。

目前常用的畜禽健康状况数据采集方法主要依赖视频监控装置和生化传感器。视频监控装置需要主观视觉来辨析，无法定量分析畜禽健康状况，也不利于及时发出预警信息。目前已有的生化传感器，大多针对畜类，主要有计步器和手持式体温传感器等产品，分别用来测量动物的活动量以及繁殖时的体温和早期病症等。例如，实用新型专利“基于RFID技术的带有计步功能的奶牛身份识别装置”(申请号：200620026857)涉及一种基于RFID技术的带有计步功能的奶牛身份识别装置。但是，该装置主要针对奶牛活动量，且不能采集奶牛的其它行为数据和生理数据，也无法对畜禽健康状况进行在线分析和预警。现有的畜禽健康状况数据采集装置主要缺点是功能单一，针对的畜禽种类单一，数据采集形式过于简单，分析功能和预警手段缺乏等。到目前为止，市场上尚未见灵活、高效的规模化畜禽健康状况数据采集产品。

发明内容

本发明针对畜禽规模化养殖中健康数据难以采集的技术问题，提供了一种畜禽健康状况数据采集系统。

为解决上述技术问题，本发明畜禽健康状况数据采集系统包括了可视化辨识平台、健康信息数据库和传感器网络；其中，传感器网络分布于养殖环境，用于采集实时环境数据和畜禽健康状况数据；健康信息数据库存储适宜养殖条件下的畜禽健康数据和传感器采集的畜禽健康数据；传感器网络和健康信息数据库通过远程传输网络技术设备，在可视化辨识平台上实现人机交互、数据库信息调用以及与传感器网络通讯。

所述可视化辨识平台，含有：计算机、辨识模型及远程传输网络技术设备，其中：

计算机，作为信息收发终端，并设有人机交互界面，设置有如下模块：环境信息显示区、畜禽编号的选择按钮区、对应畜禽编号的详细参数界面和畜禽各角度的监视画面。

辨识模型，基于畜禽在典型健康状况(正常、亚健康和疾病中)下的行为和机体特征建立，并作为监测信息的参照，包括活动量辨识模型、形体辨识模型、应激语音辨识模型和推理机。

远程传输网络技术设备，通过网络连接存储器提供基于文件的存储与共享，内嵌文件服务管理工具，在局域网中提供跨平台文件共享功能，使用TCP/IP协议进行通信。

健康信息数据库，由适宜养殖条件下的畜禽健康数据和传感器采集的畜禽健康数据组成。其中，适宜养殖条件下的畜禽健康数据又包括畜禽活动量、语音和形体信息数据以及对应环境信息数据；传感器采集的畜禽健康数据又包括实时环境信息数据、畜禽活动量、形体和应激语音实时数据。适宜养殖条件下的畜禽健康数据存储不同生长周期内几种典型畜禽的行为和机体特征，为畜禽健康状况的综合判定提供依据。

传感器网络，由分布在养殖环境中的多个传感器节点(包括计步器节点、多角度摄像机、声音传感器节点和环境传感器节点)及相关通信电路组成。传感器网络中计步器节点的无限脚环主要安装于畜禽腿部，多角度网络摄像机安装于光线条件良好且无视觉障碍的畜禽栖息栅栏内，声音传感器节点安装于畜禽栖息栅栏内传感距离合适的位置。

其中：

计步器节点，包括读卡器和无线脚环。所述读卡器由控制模块、无线接收模块和电源模块三个部分组成，无线接收模块接收由所述无线脚环的振动传感器采集并由无线发射模块发出的信号，其输出端与各自对应的控制模块的输入端连接，控制模块、无线通信模块均由其电源模块的输出端供电。

多角度网络摄像机，由镜头、图像传感器、A/D转换电路、编码器、控制器等部分组成。图像信号经过镜头输入后由图像传感器转化为电信号，再由A/D转换电路将模拟电信号转换为数字电信号，经过编码器按一定的编码标准进行编码压缩，在控制器的控制下完成与健康信息数据库之间的数据通讯。所述网络摄像机共计多台，分别获取畜禽不同角度的二维图像。

声音传感器节点，包括声音采集装置和声音接收装置。所述声音采集装置的声音传感器内置一个对声音敏感的电容式驻极体话筒，声波使话筒内的驻极体薄膜振动，导致电容变化，产生与之对应变化的微小电压，经过A/D转换器转换并由无线发射模块发出信号。所述声音接收装置的无线接收模块输出端与各自对应的控制模块的输入端连接，无线接收模块和控制模块均由电源模块供电。

环境传感器节点，包括环境信息采集装置和环境信息接收装置。所述环境信息采集装置集成了光照信息采集装置、温度信息采集装置和湿度信息采集装置，通过所述环境信息接收装置完成养殖环境数据的接收和上传。

远程传输网络技术可采用GPRS、RS-485或以太网，其中优选以太网。将传感器网络采集的实时环境数据和畜禽健康状况数据库传送到可视化辨识平台上，通过人机交互界面实现人机交互、数据库信息调用以及与传感器网络通讯。

本发明将数字化应用到畜禽设施养殖中，运用可视化辨识平台、健康信息数据库和传感器网络对畜禽健康状况进行集中在线监测并实现异常信息预警，尝试以信号处理技术和信息融合技术提高对畜禽个体信息的获取能力，形成一套服务于畜禽健康养殖的综合性信息管理和预警系统平台。

附图说明

图1系统结构连接关系示意图

图2可视化辨识平台的结构连接关系示意图。

图3应用于可视化辨识平台的人机交互界面示意图。

图4应用于可视化辨识平台的辨识模型的结构连接关系示意图。

图5健康信息数据库的结构连接关系示意图。

图6应用于传感器网络的计步器的结构连接关系示意图。

图7应用于传感器网络的多角度摄像机的结构连接关系示意图。

图8应用于传感器网络的声音采集器的结构连接关系示意图。

图9应用于传感器网络的环境传感器的结构连接关系示意图。

图10本发明的系统布局示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步的描述：

实施例1

在图1的系统结构的连接关系示意图中，可视化辨识平台通过计算机上连接的人机交互界面，人们可以方便、直观地对包括健康信息数据库在内的数据采集系统中畜禽健康状况的查询；在该计算机上还连接有远程传输网络技术设备，完成数据的远程传输与共享，并实现可视化辨识平台与传感器网络之间的数据交换。

图2表示可视化辨识平台的结构连接关系，本实施例中采用LabVIEW编写人机交互界面。计算机首先通过远程传输网络技术设备接收健康信息数据库中的数据，对数据进行处理后将结果实时地显示在界面中，并将数据存于后台数据库中，根据辨识模型完成对畜禽健康整体状况和特定编号畜禽健康状况的统计分析、绘制图表、存储打印等工作，用户还可以根据养殖需要预设监测优先级和警报门限参数。使用LabVIEW语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是程序框图。

图3为应用于可视化辨识平台的人机交互界面示意图。图中左侧上方为环境信息显示区；右侧上方为畜禽编号的选择按钮区，点击按钮可以迅速切换到对应编号畜禽的详细参数界面；左侧中间为健康指标的链接按钮区，各按钮下方为健康状况的指示灯，其中绿灯点亮代表健康状况正常，黄灯点亮代表处于亚健康状态，红灯为报警灯，在闪烁的同时发出声音提示，点击链接按钮可以迅速切换到对应健康指标的详细数据界面(包括历史曲线、历史记录等)，以及保存、打印历史数据等功能按钮；图中下方为所选畜禽各角度的监视画面。

图4表示可视化辨识平台的辨识模型的结构连接关系。所述辨识模型处于可视化辨识平台内部，包括活动量辨识模型、形体辨识模型、应激语音辨识模型和推理机。各种辨识模型用于匹配畜禽在正常、亚健康和处于疾病中等各种典型健康状况下的行为和机体特征，推理机负责预警决策的产生，它根据健康信息数据库提供的数据进行判定，并发出报警、预报信息。

图5所示为健康信息数据库的结构连接关系。所述健康信息数据库包含适宜养殖条件下的环境信息数据库和畜禽健康信息数据库、实时环境信息数据库以及畜禽健康状况实时信息数据库，数据来源于传感器网络，通过网络连接存储器实现数据存储与共享，并接受人机交互界面的调用。其中，适宜养殖条件下的畜禽健康信息数据库存储不同生长周期内几种典型畜禽的行为和机体特征，为畜禽健康状况的综合判定提供依据。

图6为应用于传感器网络的计步器节点的结构连接关系。所述计步器节点包括无线脚环和读卡器。无线脚环包含振动传感器、信号调理电路和无线发射模块，读卡器核心部件为控制模块，采用ARM 9微处理器，连接无线接收模块和健康信息数据库，无线接收模块接收由无线脚环的振动传感器采集并由无线发射模块发出的信号，其输出端与各自对应的所述控制模块的输入端相连，各控制模块、无线接收模块均由所述电源模块的18V输出端供电。所述无线脚环中的振动传感器及信号调理电路完成对畜禽活动量的采集。

图7为应用于传感器网络的多角度摄像机的结构连接关系。图像信号经过摄像机镜头输入后由图像传感器转化为电信号，再由A/D转换电路将模拟电信号转换为数字电信号。经过编码器按一定的编码标准进行编码压缩，在控制器的控制下完成与健康信息数据库之间的数据通讯。所述摄像机镜头多台分别安装于不同角度，获取畜禽的二维投影图像，稳压电路将220V供电电压调整为可供摄像机使用的电压。

图8为应用于传感器网络的声音传感器节点的结构连接关系。所述声音传感器节点，包括声音采集装置和声音接收装置。所述声音采集装置的声音传感器内置一个对声音敏感的电容式驻极体话筒，声波使话筒内的驻极体薄膜振动，导致电容的变化，而产生与之对应变化的微小电压，经过A/D转换器转换并由无线发射模块发出信号。所述声音接收装置的无线接收模块输出端与各自对应的控制模块的输入端连接，无线接收模块和控制模块均由电源模块的输出端供电。

图9为应用于传感器网络的环境传感器节点的结构连接关系。所述环境传感器节点包括环境信息采集装置和环境信息接收装置。所述环境信息采集装置集成了光照信息采集装置、温度信息采集装置和湿度信息采集装置，所述环境信息接收装置通过采用基于MSP430低功耗微处理器的控制模块和基于NRF905射频芯片的无线接收模块完成对所采集养殖环境数据的接收和上传，其调理电路通过电阻分压将信号电压变换到0-1.2V范围内，输入其控制模块的A/D端口。环境信息接收装置的控制模块和无线接收模块均由其电源模块的输出端供电。

图10为本发明的系统布局示意图。所述基于传感网的畜禽健康状况数据采集系统利用以太网作为传输方式，将传感器网络中的实时环境数据和畜禽健康状况数据传送到可视化辨识平台，通过LabVIEW实现人机交互、数据库信息调用以及与传感器网络通讯。在传感器网络中，计步器节点的无线脚环主要安装于畜禽的腿部，多角度网络摄像机安装于光线条件良好、无视觉障碍的畜禽栖息栅栏内，声音传感器节点安装于畜禽栖息栅栏内传感距离合适的位置。

实施例2

在本发明其他技术条件不变的情况下，可采用GPRS、RS-485总线替换以太网作为传输方式。GPRS是一项高速的移动数据处理技术，以“分组”的形式将资料传送给GSM移动电话用户，不仅方便数据在局域网的共享，还可以用IE浏览器访问终端数据，和现有的基于局域网的ERP数据库管理系统实现无缝连接。GPRS特别适合远程控制，配合电话交换网和GSM，GPRS无线电话网实现远程数据采集。RS-485采用半双工工作方式，支持多点数据通信，最大通信距离超过1000m，最大传输速率为10Mb/S，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。RS-485总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或256个节点，最大可以支持400个节点。以太网是当前广泛使用，采用共享总线型传输媒体方式的局域网。作为一种技术规范，以太网定义了在局域网(LAN)中采用的电缆类型和信号处理方法，在互联设备之间以10～100Mbps的速率传送信息包。其中，双绞线电缆10Base-T以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术，直扩的无线以太网可达11Mbps，而更高性能的快速以太网和千兆以太网的出现更使其成为最有前途的网络技术，许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行以太网通信，开放性最好。

实施例3

在本发明其他技术条件不变的情况下，可采用编辑文本化开发平台的软件Visual Basic、Visual C++、Visual C#替换图形化开发平台软件LabVIEW。Visual Basic、Visual C++和Visual C#使用文本化的编辑语言编写程序，而LabVIEW使用的是图形化的编辑语言编写程序，产生的程序是框图的形式。

上述仅为本发明的较佳实施例之一，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、替换、添加或改型等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种畜禽健康状况数据采集系统，其特征在于，包括可视化辨识平台、健康信息数据库和传感器网络；其中，传感器网络分布于养殖环境，用于采集实时环境数据和畜禽健康状况数据；健康信息数据库存储适宜养殖条件下的畜禽健康数据和传感器采集的畜禽健康数据；传感器网络和健康信息数据库通过远程传输网络技术设备，在可视化辨识平台上实现人机交互、数据库信息调用以及与传感器网络通讯。

2.根据权利要求1所述的畜禽健康状况数据采集系统，其特征在于，可视化辨识平台包括计算机、辨识模型及远程传输网络技术设备；其中，计算机，作为信息收发终端，设有人机交互界面；辨识模型，基于适宜养殖条件下畜禽的行为和机体特征，作为监测信息的参照；远程传输网络技术设备，通过网络连接存储器提供基于文件的存储与共享，内嵌文件服务管理工具，在局域网中提供跨平台文件共享功能，使用TCP/IP协议进行通信。

3.根据权利要求2所述畜禽健康状况数据采集系统，其特征在于，人机交互界面可采用Visual Basic、Visual C++、Visual C#或LabVIEW编写，其中优选LabVIEW。

4.根据权利要求2所述的畜禽健康状况数据采集系统，其特征在于，所述辨识模型包括活动量辨识模型、形体辨识模型、应激语音辨识模型和推理机；其中，各种辨识模型用于匹配畜禽在正常、亚健康和疾病各种典型健康状况下的行为和机体特征，推理机负责预警决策的产生，它根据健康信息数据库以及辨识模型进行判定，并发出报警、预报信息。

5.根据权利要求2所述畜禽健康状况数据采集系统，其特征在于，所述远程传输网络技术设备，通过网络连接存储器提供基于文件的存储与共享，内嵌文件服务管理工具，在局域网中提供跨平台文件共享功能，使用TCP/IP协议进行通信。

6.根据权利要求1、2或5所述的畜禽健康状况数据采集系统，其特征在于，远程传输网络技术可采用GPRS、RS-485或以太网，其中优选以太网。

7.根据权利要求1所述的畜禽健康状况数据采集系统，其特征在于，传感器网络由分布在养殖环境中的多个传感器节点及相关通信电路组成；其中，计步器节点的无限脚环安装于畜禽腿部，多角度摄像机安装于光线条件良好且无视觉障碍的畜禽栖息栅栏内，声音传感器节点安装于畜禽栖息栅栏内传感距离合适的位置，环境传感器节点用于采集光照信息、温度信息和湿度信息。

8.根据权利要求1所述畜禽健康状况数据采集系统，其特征在于，所述健康信息数据库由适宜养殖条件下的畜禽健康数据和传感器采集的畜禽健康数据组成；其中，适宜养殖条件下的畜禽健康数据又包括畜禽活动量、语音和形体信息数据以及对应环境信息数据；传感器采集的畜禽健康数据又包括实时环境信息数据、畜禽活动量、形体和应激语音实时数据。

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