CN106614071B - 一种母猪产前行为监测系统以及方法 - Google Patents
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Abstract
一种母猪产前行为监测系统以及方法，它包括框体、超声测距节点、和远程控制中心处理器，所述的超声测距节点安装在框体的顶部，超声测距节点用于测量母猪的头部、背部和尾部位置到框体的顶部的距离，所述的超声测距节点的信号输出端与远程控制中心处理器无线连接，发送监测数据。本发明通过对母猪行为进行识别，包括筑窝、站立、躺卧等行为；可以根据母猪的行为做出决策，发生异常情况时向饲养员手机发出报警信号。
Description
技术领域
本发明涉及母猪福利养殖、无线传输、传感器技术的研究领域，具体地讲是一种基于超声波测距的母猪产前行为监测系统研究。
背景技术
随着现代养殖业的规模化、集约化程度越来越高，自动化养猪将成为养猪业的发展趋势，母猪分娩作为养猪生产过程中关键环节之一，能够准确、实时地监测母猪产前行为对判断母猪分娩时间具有重要意义。而行为是动物的肢体语言，通过行为能够了解动物的适应性和生存所需要的条件，因此行为表现是评价动物福利条件最直接的证据。实时监测母猪行为体征，及时了解和分析母猪行为、分娩情况，并采取相应处理措施，对提高母猪健康程度，减少仔猪死亡率，提高猪的福利，减小人力成本投入，提高养殖自动化水平具有重要意义。
目前，无线传感网技术已经在农业生产领域得到广泛应用，但是设施养殖产业中的自动化设备并不多见。目前养殖业对母猪分娩时间的判断主要依靠饲养员目测观察，不仅工作繁重而且容易受饲养员主观经验影响，使得设施福利养殖还没有显现出巨大的现实效益。目前母猪分娩都在限位栏中，因此对于限位栏模式下的母猪的行为智能分析、实时无线传输和精准控制成为当下发展的解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提出一种母猪产前行为监测系统以及方法，实现对分娩前母猪行为的实时监测，通过对母猪行为进行识别(包括筑窝、站立、躺卧等行为)；系统可以根据母猪的行为做出决策，发生异常情况时向饲养员手机发出报警信号。
本发明的技术方案是：
一种母猪产前行为监测系统，它包括框体、超声测距节点、和远程控制中心处理器，所述的超声测距节点安装在框体的顶部，超声测距节点用于测量母猪的头部、背部和尾部位置到框体的顶部的距离，所述的超声测距节点的信号输出端与远程控制中心处理器无线连接，发送监测数据。
本发明的超声测距节点包括三个超声波测距模块、微控制器、无线射频模块和电源供电模块，所述的三个超声波测距模块分别用于采集框体的顶部到母猪头部、背部、尾部对应位置的距离，超声波测距模块的信号输出端与微控制器的信号输入端相连，微控制器通过无线射频模块与远程控制中心处理器无线连接，发送监测数据。
本发明的无线射频模块采用ZigBee通信模块。
本发明的系统还包括CMOS摄像机,所述的CMOS摄像机安装在框体的顶部，其信号输出端与远程控制中心处理器无线连接，发送监测数据。
一种母猪产前行为监测方法，应用母猪产前行为监测系统，它包括以下步骤：
S1、超声测距节点每隔一定时间间隔t采集一组距离数据，获取n组前述距离数据后，将前述距离数据发送至远程控制中心处理器；
S2、远程控制中心处理器中，包括以下步骤：
(1)、质心预设的步骤：对应于母猪产前行为分别预设对应的超声测距节点；
(2)到母猪头部、背部和尾部的距离，将前述距离作为行为对应位置的初始聚类中心；
(2)、采用下述公式分别计算任一组距离数据与各种行为中对应位置初始聚类中心的距离，将其划入与三个对应位置距离均最小的行为，并且存储数据：
其中：X表示任一组数据中的距离数据；X'表示与测量数据对应位置的预设的初始聚类中心的数据，k行为的编号，d表示行为的总数，d＝3；
(3)、采用步骤(2)的方法遍历n组距离数据，将n组距离数据分别划入对应的行为，计算各种行为中若干个数据组各个位置的数据均值作为各种行为的聚类中心；重复步骤(2)和(3)直到聚类中心不再改变，将此聚类中心作为最终的聚类中心；
(4)、当最终的聚类中心确定后，再次接收超声测距节点(2)发送的距离数据后，直接将其与最终的聚类中心进行比较，将其划入与三个对应位置聚类中心距离均最小的行为，并且存储数据。
本发明的步骤S1中，时间间隔t为1-2s，优选1s，采集次数为5-10次，优选10次。
本发明的步骤S2中，远程控制中心处理器首先对接收的数据进行预处理，包括滤波和去噪处理，得到预处理的距离数据。
本发明的步骤S1中，CMOS摄像机对框体的图像数据进行实时采集，并且发送至远程控制中心处理器，能够用于对距离数据所纳入行为的准确性进行验证。
本发明的步骤S1中，母猪产前行为包括筑窝、站立和躺卧。
本发明的有益效果：
本发明的系统对母猪行为进行24小时实时监测，无需人工值守，系统分析记录母猪的行为，便于及时发现异常情况并采取相应措施，减少养殖厂因异常情况造成的损失，有效提高了养殖人员的工作效率。
本发明与传统的加速度传感器监测母猪行为相比，提出了一种非接触式准确实时监测母猪产前行为的方法，无需对母猪佩戴传感器节点，避免母猪产生应激反应。系统成本低廉、安装方便，同时对实现饲养管理的福利化、自动化提供科学依据。
本发明的系统采用无线宽带进行组网，避免了传统布线带来的成本和稳定性上的不足，系统能够保证长期稳定的工作。此外，无线宽带网络方便数据的实时采集，保证系统的工作效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种母猪产前行为监测系统，它包括框体、超声测距节点、和远程控制中心处理器，所述的超声测距节点安装在框体的顶部，超声测距节点用于测量母猪的头部、背部和尾部位置到框体的顶部的距离，所述的超声测距节点的信号输出端与远程控制中心处理器无线连接，发送监测数据。
本发明的超声测距节点包括三个超声波测距模块、微控制器、无线射频模块和电源供电模块，所述的三个超声波测距模块分别用于采集框体的顶部到母猪头部、背部、尾部对应位置的距离，超声波测距模块的信号输出端与微控制器的信号输入端相连，微控制器通过无线射频模块与远程控制中心处理器无线连接，发送监测数据。
具体实施时：
一种母猪产前行为监测方法，应用母猪产前行为监测系统，它包括以下步骤：
S1、超声测距节点每隔一定时间间隔t采集一组距离数据，获取n组前述距离数据后，将前述距离数据发送至远程控制中心处理器；一般时间间隔t为1s，优采集次数为10次；
S2、远程控制中心处理器中，包括以下步骤：
(1)、质心预设的步骤：对应于母猪产前行为分别预设对应的超声测距节点；母猪产前行为包括筑窝、站立和躺卧；
(2)到母猪头部、背部和尾部的距离，将前述距离作为行为对应位置的初始聚类中心；
(2)、采用下述公式分别计算任一组距离数据与各种行为中对应位置初始聚类中心的距离，将其划入与三个对应位置距离均最小的行为，并且存储数据：
其中：X表示任一组数据中的距离数据；X'表示与测量数据对应位置的预设的初始聚类中心的数据，k行为的编号，d表示行为的总数，d＝3；
(3)、采用步骤(2)的方法遍历n组距离数据，将n组距离数据分别划入对应的行为，计算各种行为中若干个数据组各个位置的数据均值作为各种行为的聚类中心；重复步骤(2)和(3)直到聚类中心不再改变，将此聚类中心作为最终的聚类中心；
(4)、当最终的聚类中心确定后，再次接收超声测距节点(2)发送的距离数据后，直接将其与最终的聚类中心进行比较，将其划入与三个对应位置聚类中心距离均最小的行为，并且存储数据。
本发明的步骤S1中，CMOS摄像机对框体的图像数据进行实时采集，并且发送至远程控制中心处理器，能够用于对距离数据所纳入行为的准确性进行验证。
本发明的步骤S2中，远程控制中心处理器首先对接收的数据进行预处理，包括滤波和去噪处理，得到预处理的距离数据。由于母猪产前发生过激行为会对限位栏产生冲击，超声波节点会产生晃动，使得采集到母猪头部、背部、尾部活动量的距离数据不准确，对采集到的距离数据进行滤波，从而确保采集到的距离数据的准确性。
本发明的数据传输采用无线射频模块采用CC2430，无线传感器网络移植ZigBee协议栈，为实时采集母猪的距离数据提供了保障。
本发明中，视频监控记录每头猪行为，通过选取视频中母猪特定行为与此时传感器采集的距离数据，按照母猪行为对距离数据进行分类，确定母猪行为与距离数据间的对应关系。视频监控是作为母猪行为识别的判断依据，在对应关系建立后只需通过实时距离数据判断母猪行为姿态，无需再进行视频采集。
本发明中，服务器通过接收到的距离数据建立行为模型，将行为进行分类处理，存入数据库，通过母猪产前行为与分娩时间的关系来预测分娩时间，若出现异常情况进行报警，并将结果通过短信发送给饲养人员。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (6)
1.一种母猪产前行为监测方法，应用一种母猪产前行为监测系统，其特征是系统包括框体(1)、超声测距节点(2)、和远程控制中心处理器，所述的超声测距节点(2)安装在框体(1)的顶部，超声测距节点(2)用于测量母猪的头部、背部和尾部位置到框体(1)的顶部的距离，所述的超声测距节点(2)的信号输出端与远程控制中心处理器无线连接，发送监测数据；方法包括以下步骤：
S1、超声测距节点(2)每隔一定时间间隔t采集一组距离数据，获取n组前述距离数据后，将前述距离数据发送至远程控制中心处理器；
S2、远程控制中心处理器中，包括以下步骤：
(1)、质心预设的步骤：对应于母猪产前行为分别预设对应的超声测距节点；
(2)到母猪头部、背部和尾部的距离，将前述距离作为行为对应位置的初始聚类中心；
(2)、采用下述公式分别计算任一组距离数据与各种行为中对应位置初始聚类中心的距离，将其划入与三个对应位置距离均最小的行为，并且存储数据：
其中：X表示任一组数据中的距离数据；X'表示与测量数据对应位置的预设的初始聚类中心的数据，k行为的编号，d表示行为的总数，d＝3；
(3)、采用步骤(2)的方法遍历n组距离数据，将n组距离数据分别划入对应的行为，计算各种行为中若干个数据组各个位置的数据均值作为各种行为的聚类中心；重复步骤(2)和(3)直到聚类中心不再改变，将此聚类中心作为最终的聚类中心；
(4)、当最终的聚类中心确定后，再次接收超声测距节点(2)发送的距离数据后，直接将其与最终的聚类中心进行比较，将其划入与三个对应位置聚类中心距离均最小的行为，并且存储数据。
2.根据权利要求1所述的母猪产前行为监测方法，其特征是所述的步骤S1中，时间间隔t为1-2s，采集次数为5-10次。
3.根据权利要求2所述的母猪产前行为监测方法，其特征是所述的步骤S1中，时间间隔t为1s，采集次数为10次。
4.根据权利要求1所述的母猪产前行为监测方法，其特征是所述的步骤S2中，远程控制中心处理器首先对接收的数据进行预处理，包括滤波和去噪处理，得到预处理的距离数据。
5.根据权利要求1所述的母猪产前行为监测方法，其特征是所述的步骤S1中，CMOS摄像机(3)对框体(1)的图像数据进行实时采集，并且发送至远程控制中心处理器，能够用于对距离数据所纳入行为的准确性进行验证。
6.根据权利要求1所述的母猪产前行为监测方法，其特征是所述的步骤S1中，母猪产前行为包括筑窝、站立和躺卧。
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