CN106974625A - 基于智能养殖场动物体温监测系统、异常体温识别方法和异常体温区域定位方法 - Google Patents

基于智能养殖场动物体温监测系统、异常体温识别方法和异常体温区域定位方法 Download PDF

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孙东波
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Abstract

本发明公开一种基于智能养殖场动物体温监测系统、异常体温识别方法和异常体温区域定位方法，其中基于智能养殖场动物体温监测系统包括体温采集模块，采集动物体温数据并以第一频率周期性发送该模块ID和体温数据；无线传输模块，以第一频率收接并汇总数据体温采集模块周期性发送的数据，以及与模块ID和体温数据对应模块信号灵敏度RSSI参数，以第二频率将汇总的数据转发；网关，直接或经中断后将无线传输模块以第二频率发送的数据上传公用网络；云端监控服务器，接收通过网关输入的数据，并对该每个ID对应的温度数据分析进行处理和异常警示。与传统监测相比，可以提高养殖业管理水平和效率，减少与体温变化有关的疫病感染。

Description

基于智能养殖场动物体温监测系统、异常体温识别方法和异 常体温区域定位方法
技术领域
本发明涉及动物体温监测技术领域，特别涉及一种基于智能养殖场动物体温监测系统、异常体温识别方法和异常体温区域定位方法。
背景技术
家畜体温是一项重要指标，很多传染性疫病都会引起体温的变化。目前农业动物养殖呈现大规模化的趋势，在家畜单体出现疫病的早期及时发现进行隔离，是避免疫病大规模传染的一种重要措施。因此建立一个完善的家畜疫情监测体系，特别是家畜体温监测系统，是规模科学养殖不可缺少的一个环节。
但一般养殖场养殖的家畜数量巨大，采用传统的人工监测手段，耗费时间长，效率低，人力成本高；另一方面检测时间长导致无法及时发现家畜染病，以有采取隔离等措施的时效性，容易导致疾病的迅速传染，造成大批家畜受到感染，产生较大的经济损失。
物联网技术的迅猛发展使得对养殖场的家畜进行智能化监测和管理成为可能。专利CN201310435506.0提到用多台非接触式红外测温仪测量家畜体温，配合摄像机拍照帮助工作人员确定位具体家畜个体，进行隔离治疗处理。该方案中系统实现的成本巨大，养殖场规模越大，所需红外测温仪和摄像机的数量越多，成本越高，而且家畜外观类似且到处移动，光凭拍照图片难以帮助工作人员快速定位家畜个体。例如专利CN201610865887.X通过驱动非接触式测温仪和视频采集装置沿轨道移动来降低设备所需数量。但家畜体温的变化在其身上各部位是不一致的，包括红外在内的非接触测温仪在上述两个专利系统中都无法保证每次测量同一家畜的体温都是在同一位置，因此也无法汇总准确的体温波动来判断家畜是否生病。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种基于智能养殖场动物体温监测系统、异常体温识别方法和异常体温区域定位方法，其中该基于智能养殖场动物体温监测系统可以避免测温与固定分离时出现检测温度不准，提高数据采集的及时性和可靠性。
为了解决上述问题，本发明提供一种基于智能养殖场动物体温监测系统。该基于智能养殖场动物体温监测系统包括：
体温采集模块，采集动物体温数据并以第一频率周期性发送该模块ID和体温数据；
无线传输模块，以第一频率收接并汇总数据体温采集模块周期性发送的数据，以及与模块ID和体温数据对应模块信号灵敏度RSSI参数，以第二频率将汇总的数据转发；
网关，直接或经中断后将无线传输模块以第二频率发送的数据上传公用网络；
云端监控服务器，接收通过网关输入的数据，并对该每个ID对应的温度数据分析进行处理和异常警示。
进一步地说，所述体温采集模块包括与动物接触的温度探头和对该温度探头输入的数据进行处理的AD采样单元，该AD采样单元获得的温度数据通过采集控制单元的控制由能发出第一频率的第一射频单元进行传输，所述温度探头、AD采样单元、第一射频单元和采集控制单元由电池进行供电。
进一步地说，所述无线传输模块包括存储人第一射频单元获得的数据的存储单元、设有能接收第一射频发出的温度数据的第一射频单元、能自组网并将存储单元内的温度数据发送的第二频率单元，以及分别与第一射频单元和第二频率单元信号连接，并对在存储单元内的数据进行汇总处理的无线传输控制单元。
进一步地说，所述第二频率包括470M赫兹，所述第一频率包括2.4G赫兹。
进一步地说，所述网关包括GPRS网关、4G网关或WIFI网关。
进一步地说，所述基于智能养殖场动物体温监测系统还设有能从云端监控服务器获取体温异常告警和体温异常的动物所在区域位置的手持监测终。
本发明还提供一种基于动物体温监测系统的异常体温识别方法，包括将养殖的家畜进行分区，并对家畜安装体温采集模块，在每个分区养殖的区域内等距离安装无线传输模块；
设定时间内对接收到的体温数据进行处理获得设定时间内平均体温数据；
对每个无线传输模块区域内家畜温度值形成的集合中取最低温度值，若温度值集合内有数值大于最低温度值与区域浮动范围常量之和时，该区域存在异常体温家畜，并获得异常体温家畜ID，若温度值集合内所有数值都小于或等于区域浮动范围常量与最低温度值之和时，该区域家畜体温无异常；
将各区域最低温度值形成一个最低温集合，若最低温集合内有温度值大于整体浮动范围常量与最低温度值之和时，将该区域设为异常体温区域。
本发明还提供一种基于动物体温监测系统的异常体温区域定位方法，将养殖的家畜进行分区，并对家畜安装体温采集模块，在每个分区养殖的区域内等距离安装无线传输模块；
包括先在一个区域内将家畜ID号相同的数据帧进行数量统计，若只有1个数据帧，则家畜ID位于当前区域ID所在集合；当家畜ID号相同的数据帧有1个以上时，比较各数据帧的RSSI值，若RSSI值最小的数据帧只有1个，将家畜ID分配到该数据帧对应区域ID所在集合；
若RSSI值最小的数据帧有1个以上时，选择区域ID最小的数据帧，将家畜ID分配到该区域ID所在集合；将每个家畜ID分配到一区域ID所在集合，获得家畜ID属于一个区域ID就能获得该家畜所在的区域。
本发明基于智能养殖场动物体温监测系统、异常体温监测识别方法和异常体温个体快速定位方法，其中温监测系统包括体温采集模块、无线传输模块、GPRS/4G/WIFI网关、云端监控服务器和手持监测终端。通过每个家畜单体身上佩戴体温采集模块，养殖场屋顶固定间隔安装无线传输模块，养殖场内部所有家畜的准确体温数值可以持续的以固定间隔汇总到云端监控服务器，智能的家畜个体异常体温识别算法可以迅速发现异常家畜个体并通知养殖场管理员。基于体温采集模块和无线传输模块的区域定位算法使得养殖场管理员可以快速定位异常家畜所在的大致区域，管理员手中的手持监测终端则可以引导管理员最终找到异常家畜。与基于红外等非接触式体温测量方案的监测系统相比，本系统获取的家畜体温值更加精确，异常体温识别更加准确，系统部署的难度和成本也降低很多，同时对异常家畜个体的定位也更加高效可靠。与传统监测相比，可以提高养殖业管理水平和效率，减少与体温变化有关的疫病感染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，而描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1 是基于智能养殖场动物体温监测系统实施例原理框图。
图2是体温采集模块实施例原理框图。
图3 是无线传输模块实施例原理框图。
图4智能养殖场动物体温监测系统数据帧分布示意图。
图5云端监控服务器接收到数据帧示意图。
图6云端监控服务器接收到另一数据帧示意图。
图7云端监控服务器接收到另一数据帧示意图。
下面结合实施例，并参照附图，对本发明目的的实现、功能特点及优点作进一步说明。
具体实施方式
为了使要发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图3所示，本发明提供一种基于智能养殖场动物体温监测系统实施例。
该基于智能养殖场动物体温监测系统包括:体温采集模块1，采集动物体温数据并以第一频率周期性发送该模块ID和体温数据；无线传输模块2，以第一频率收接并汇总数据体温采集模块周期性发送的数据，以及与模块ID和体温数据对应模块信号灵敏度RSSI参数，以第二频率将汇总的数据转发；网关3，直接或经中断后将无线传输模块以第二频率发送的数据上传公用网络，如因特网；云端监控服务器4，接收通过网关输入的数据，并对该每个ID对应的温度数据分析进行处理和异常警示。
具体地说，通过获取信号灵敏度参数可以比较各体温采集模块与各无线传输模块之间的距离远近，从而实现异常体温区域定位。所述体温采集模块1包括:与动物接触的温度探头11和对该温度探头11输入的数据进行处理的AD采样单元12，该AD采样单元12获得的温度数据通过采集控制单元14的控制由能发出第一频率的第一射频发射单元13进行传输，所述温度探头11、AD采样单元12、第一射频发射单元13和采集控制单元14由电池单元15进行供电。
所述云端监控服务器4可以通过屏幕将分析的数据进行显示，在动物出现体温异常时在屏幕上进行体温异常告警和体温异常的动物所在区域位置，将告警信息和位置信息发送给手持监测终端。
所述无线传输模块2：包括存储体温数据的存储单元24、设有能接收第一频率发送的温度数据的第一射频接收单元21、能自组网并将存储单元24内的温度数据以第二频率发送的第二频率发送单元23，以及分别与第一射频接收单元21和第二频率发送单元23信号连接，并对存储单元24内的数据进行汇总处理的无线传输控制单元。所述第二频率发送单元采用可以自组网无线技术，如Zigbee技术，第二频率包括470M赫兹。所述第一射频单元采用蓝牙，其第一频率包括2.4G赫兹，也可以采用其他无线技术。
本实施例以养猪为例，将体温采集模块通过特定的装置固定在猪的耳朵上，也可以是其他能够准确反映家畜体温的部位。体温采集模块外壳上印刷有显眼的ID号，在发送体温数据的同时将ID号一并发送。
当接触式温度探头11获取到猪耳朵体温后，由第一射频发送单元13以2.4G频率将体温数据和对应的ID号按设定的周期发送给无线传输模块2。
养殖场通常内部有区域分隔，无线传输模块2安装于各分隔区域的上方，如房顶，对于没有区域分隔的养殖场则可按一定的距离，如30米等距间隔安装于养殖场。所述无线传输模块2中第一射频接收单元21与第一射频发送单元13频率相同匹配，即第一射频接收单元21可以接收第一射频发送单元13发出的数据，如采用蓝牙技术时，射频的频率为2.4G，该第一射频接收单元21用于接收各个体温采集模块1上报的体温数据和与体温数据对应的ID号，同时也能收到各个体温采集模块1信号灵敏度RSSI参数。
在所述无线传输模块2设有无线传输控制单元22将通过第一射频接收单元21接收到的所有数据进行汇总并存储，再通过第二射频发送单元23，如采用具有自组网能力的470M频率自组网单元负责将数据直接或经由其他无线传输模块中继送达网关，再由网关将相应的数据上传公用网络，如上传因特网等。由于体温采集模块1与无线传输模块2和无线传输模块2与网关之间分别采用两种不同的通讯频段，避免了通讯的互相干扰，提高了系统传输数据的稳定性和吞吐量。
所述网关3将养殖场所有的体温采集模块1获取的体温数据和对应的ID号以及信号灵敏度RSSI参数等信息上传到云端监控服务器4进行处理。用户可以通过相应的手持监测终端登录查阅各家畜实时体温或相关体温曲线、图表等，便于管理。同时在收到家畜体温异常报警时可以利用终端迅速到达相关区域并定位出体温异常的家畜个体。与传统监测相比，可以提高养殖业管理水平和效率，减少与体温变化有关的疫病感染。采用两种频率进行数据传输，可以减少信号之间干扰，提高数据传输珠稳定性和可靠性。
如图4所示，本发明还提供基于动物体温监测系统的异常体温识别方法。
异常体温识别通常都是基于同一家畜个体的温度变化情况设计算法进行识别，而本发明异常体温识别算法则采用不同区域及不同个体的体温对比来实现。
该基于动物体温监测系统的异常体温识别方法包括：
将养殖的家畜进行分区，并对家畜安装体温采集模块1，在每个分区养殖的区域内等距离安装无线传输模块2；
设定时间内对接收到的体温数据进行处理获得设定时间内平均体温数据；
对每个无线传输模块区域内家畜温度值形成的集合中取最低温度值，若温度值集合内有数值大于最低温度值与区域浮动范围常量之和时，该区域存在异常体温家畜，并获得异常体温家畜ID，若温度值集合内所有数值都小于或等于区域浮动范围常量与最低温度值之和时，该区域家畜体温无异常；
将各区域最低温度值形成一个最低温集合，若最低温集合内有温度值大于整体浮动范围常量与最低温度值之和时，将该区域设为异常体温区域。
具体方法说明如下：
如例，假设养殖场的家畜数量为n，每头家畜佩有体温采集模块1，以及对应家畜ID号分别为DID1、DID2、DID3…..DIDn。养殖场所上方根据区域大小等距间隔安装m个无线传输模块，每个无线传输模块对应的区域ID分别为RID1、RID2、RID3…..RIDm，一般而言肯定m<<n。通过区域定位算法可以在RID和DID之间建立一对多的映射关系，说明特定区域内包含哪些家畜个体，即RIDx={DIDa,DIDb….DIDf}，RIDy={DIDo,DIDp…DIDs}。特定区域ID可能对应0到n个家畜ID，每个家畜ID只被1个区域ID包含。
每个体温采集模块1以周期性发送体温数据，周期性的间隔可根据需要进行调整，云端监控服务器4根据设定的时间对接收到的体温数据进行处理。比如家畜ID号为DIDx的体温采集模块1半小时内发送了若干次体温数据，云端监控服务器4则取平均值获得这半小时内的体温值为TEMPDIDx。因此每半小时云端监控服务器4可计算出所有家畜的体温值TEMPDID1、TEMPDID2、TEMPDID3……TEMPDIDn。
云端监控服务器4先对半小时内第1个无线传输模块2区域进行异常体温识别，比如第1区域，即第1个无线传输模块2的区域，包含家畜个体ID为RID1={DIDx,DIDy…DIDp},则半小时内温度值的集合为{TEMPDIDx,TEMPDIDy…TEMPDIDp}，取集合内最低温度值TEMPRID1min，再根据区域浮动范围常量，比如取经验值1.5摄氏度，如温度值集合内有数值如TEMPDIDy大于TEMPRID1min+1.5，则可识别出异常体温家畜，个体ID为DIDy；如果温度值集合内所有数值都小于或等于TEMPmin+1.5，则该区域家畜体温无异常。
云端监控服务器4按照上述方法接着对第2个，第3个直至第n个无线传输模块区域进行异常体温识别，识别出该区域有没有异常体温家畜，有的话分别确定异常体温家畜的ID号。
云端监控服务器4最后将各个区域的最低温度值凑成一个集合{TEMPRID1min,TEMPRID2min,TEMPRID3min…TEMPRIDMmin }，取集合内最低温度值TEMPmin，再根据整体浮动范围常量，如取经验值1.0摄氏度，如温度值集合内有数值如TEMPRIDXmin大于TEMPmin+1.0，则可识别出异常体温区域RIDX，这样可以便于用户更容易缩小排查的区域，提高排查效率。
本发明还提供基于动物体温监测系统的异常体温区域定位方法。
假设养殖场的家畜有n头，每头家畜佩戴的体温采集模块对应的家畜ID号分别为DID1、DID2、DID3…..DIDn。养殖场上方房顶也根据区域大小等距间隔安装了一共m个无线传输模块，每个无线传输模块对应的区域ID分别为RID1、RID2、RID3…..RIDm。一般而言肯定m<<n。每个无线传输模块收到体温采集模块发来的数据后，会再加上自身的区域ID和接收的RSSI值再通过GPRS/4G/WIFI网关汇总到云端监控服务器，如图4所示。
当收到的所有数据帧中，云端监控服务器4首先将家畜ID号相同的数据帧进行数量统计，如果只有1个数据帧，则说明家畜ID属于该区域ID所在集合，如图5所示。
如果家畜ID号相同的数据帧有1个以上时，云端监控服务器首先比较各数据帧的RSSI值，如果该RSSI值最小的数据帧只有1个，则将家畜ID分配到该数据帧对应区域ID所在集合，如图6所示。
如果在上述步骤中，RSSI值最小的数据帧有1个以上时，选择区域ID最小的数据帧，将家畜ID分配到该区域ID所在集合，如图7所示。
最终每个家畜ID都会被分配到某个区域ID所在集合，因为无线传输模块等距间隔安装，计算出家畜ID属于某个区域ID就能知道该家畜所在的区域，从而实现区域定位。
本发明还提供一种迅速定位异常体温家畜个体的方法。管理员手中的手持监测终端含有与体温采集模块相同的2.4G射频单元，能接收到体温采集模块发送的体温数据、家畜ID号以及该数据帧对应的RSSI值。云端监控服务器识别出体温异常的家畜后，通过区域定位算法识别出区域ID，便将体温异常的家畜ID和对应的区域ID都发到管理员的手持监测终端并报警。管理员收到报警信息到达区域ID对应的某区域后，再启动家畜个体定位功能。手持监测终端接收并筛选出对应该家畜ID号的RSSI值，并将RSSI数值以进度条百分比的形式显示，管理员越靠近对应的家畜个体，RSSI数值越小，进度条百分比显示越大，帮助管理员根据进度条调整自己的方向和距离迅速发现对应的家畜个体。
本发明提供了一种应用于养殖场的家畜体温监测系统以及相应的异常体温监测识别方法和异常家畜个体的快速定位方法。本家畜体温监测系统包括体温采集模块、无线传输模块、GPRS/4G/WIFI网关、云端监控服务器和手持监测终端。通过每个家畜单体身上佩戴体温采集模块，养殖场屋顶固定间隔安装无线传输模块，养殖场内部所有家畜的准确体温数值可以持续的以固定间隔汇总到云端监控服务器，智能的家畜个体异常体温识别算法可以迅速发现异常家畜个体并通知养殖场管理员。基于体温采集模块和无线传输模块的区域定位算法使得养殖场管理员可以快速定位异常家畜所在的大致区域，管理员手中的手持监测终端则可以引导管理员最终找到异常家畜。与基于红外等非接触式体温测量方案的监测系统相比，本系统获取的家畜体温值更加精确，异常体温识别更加准确，系统部署的难度和成本也降低很多，同时对异常家畜个体的定位也更加高效可靠。
本发明提供了一种应用于养殖场的家畜体温监测系统以及相应的异常体温监测识别方法和异常家畜个体的快速定位方法。本家畜体温监测系统包括体温采集模块、无线传输模块、GPRS/4G/WIFI网关、云端监控服务器和手持监测终端。通过每个家畜单体身上佩戴体温采集模块，养殖场屋顶固定间隔安装无线传输模块，养殖场内部所有家畜的准确体温数值可以持续的以固定间隔汇总到云端监控服务器，智能的家畜个体异常体温识别算法可以迅速发现异常家畜个体并通知养殖场管理员。基于体温采集模块和无线传输模块的区域定位算法使得养殖场管理员可以快速定位异常家畜所在的大致区域，管理员手中的手持监测终端则可以引导管理员最终找到异常家畜。与基于红外等非接触式体温测量方案的监测系统相比，本系统获取的家畜体温值更加精确，异常体温识别更加准确，系统部署的难度和成本也降低很多，同时对异常家畜个体的定位也更加高效可靠。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.基于智能养殖场动物体温监测系统，其特征在于，
体温采集模块，采集动物体温数据并以第一频率周期性发送该模块ID和体温数据；
无线传输模块，以第一频率收接并汇总数据体温采集模块周期性发送的数据，以及与模块ID和体温数据对应模块信号灵敏度RSSI参数，以第二频率将汇总的数据转发；
网关，直接或经中断后将无线传输模块以第二频率发送的数据上传公用网络；
云端监控服务器，接收通过网关输入的数据，并对该每个ID对应的温度数据分析进行处理和异常警示。
2.根据权利要求1所述的基于智能养殖场动物体温监测系统，其特征在于：所述体温采集模块包括与动物接触的温度探头和对该温度探头输入的数据进行处理的AD采样单元，该AD采样单元获得的温度数据通过采集控制单元的控制由能发出第一频率的第一射频单元进行传输，所述温度探头、AD采样单元、第一射频单元和采集控制单元由电池进行供电。
3.根据权利要求2所述的基于智能养殖场动物体温监测系统，其特征在于：所述无线传输模块包括存储体温数据的存储单元、设有能接收第一频率发送的温度数据的第一射频接收单元、能自组网并将存储单元内的温度数据以第二频率发送的第二频率发送单元，以及分别与第一射频接收单元和第二频率发送单元信号连接，并对存储单元内的数据进行汇总处理的无线传输控制单元。
4.根据权利要求1所述的基于智能养殖场动物体温监测系统，其特征在于：所述第二频率包括470M赫兹，所述第一频率包括2.4G赫兹。
5.根据权利要求1所述的基于智能养殖场动物体温监测系统，其特征在于：所述网关包括GPRS网关、4G网关或WIFI网关。
6.根据权利要求1所述的基于智能养殖场动物体温监测系统，其特征在于：所述基于智能养殖场动物体温监测系统还设有能从云端监控服务器获取体温异常告警和体温异常的动物所在区域位置的手持监测终。
7.根据权利要求1-6所述的基于动物体温监测系统的异常体温识别方法，包括将养殖的家畜进行分区，并对家畜安装体温采集模块，在每个分区养殖的区域内等距离安装无线传输模块；
设定时间内对接收到的体温数据进行处理获得设定时间内平均体温数据；
对每个无线传输模块区域内家畜温度值形成的集合中取最低温度值，若温度值集合内有数值大于最低温度值与区域浮动范围常量之和时，该区域存在异常体温家畜，并获得异常体温家畜ID，若温度值集合内所有数值都小于或等于区域浮动范围常量与最低温度值之和时，该区域家畜体温无异常；将各区域最低温度值形成一个最低温集合，若最低温集合内有温度值大于整体浮动范围常量与最低温度值之和时，将该区域设为异常体温区域。
8.根据权利要求1-6所述的基于动物体温监测系统的异常体温区域定位方法，将养殖的家畜进行分区，并对家畜安装体温采集模块，在每个分区养殖的区域内等距离安装无线传输模块；先在一个区域内将家畜ID号相同的数据帧进行数量统计，若只有1个数据帧，则家畜ID位于当前区域ID所在集合；当家畜ID号相同的数据帧有1个以上时，比较各数据帧的RSSI值，若RSSI值最小的数据帧只有1个，将家畜ID分配到该数据帧对应区域ID所在集合；若RSSI值最小的数据帧有1个以上时，选择区域ID最小的数据帧，将家畜ID分配到该区域ID所在集合；将每个家畜ID分配到一区域ID所在集合，获得家畜ID属于一个区域ID就能获得该家畜所在的区域。
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