CN108293905A - 生猪养殖场环境实时监测系统 - Google Patents
生猪养殖场环境实时监测系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108293905A CN108293905A CN201810090507.9A CN201810090507A CN108293905A CN 108293905 A CN108293905 A CN 108293905A CN 201810090507 A CN201810090507 A CN 201810090507A CN 108293905 A CN108293905 A CN 108293905A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- firefly
- pig breeding
- breeding farm
- data processing
- node
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000009395 breeding Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 title claims abstract description 39
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims abstract description 24
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 claims abstract description 13
- 241000254158 Lampyridae Species 0.000 claims description 98
- GNBHRKFJIUUOQI-UHFFFAOYSA-N fluorescein Chemical compound O1C(=O)C2=CC=CC=C2C21C1=CC=C(O)C=C1OC1=CC(O)=CC=C21 GNBHRKFJIUUOQI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 14
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 11
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 3
- 230000007306 turnover Effects 0.000 claims description 3
- IGXWBGJHJZYPQS-SSDOTTSWSA-N D-Luciferin Chemical compound OC(=O)[C@H]1CSC(C=2SC3=CC=C(O)C=C3N=2)=N1 IGXWBGJHJZYPQS-SSDOTTSWSA-N 0.000 claims description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 2
- OALHHIHQOFIMEF-UHFFFAOYSA-N 3',6'-dihydroxy-2',4',5',7'-tetraiodo-3h-spiro[2-benzofuran-1,9'-xanthene]-3-one Chemical compound O1C(=O)C2=CC=CC=C2C21C1=CC(I)=C(O)C(I)=C1OC1=C(I)C(O)=C(I)C=C21 OALHHIHQOFIMEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 210000003516 pericardium Anatomy 0.000 claims 1
- 241000131894 Lampyris noctiluca Species 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 2
- 235000015277 pork Nutrition 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000009940 knitting Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01K—ANIMAL HUSBANDRY; AVICULTURE; APICULTURE; PISCICULTURE; FISHING; REARING OR BREEDING ANIMALS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NEW BREEDS OF ANIMALS
- A01K29/00—Other apparatus for animal husbandry
- A01K29/005—Monitoring or measuring activity, e.g. detecting heat or mating
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Animal Husbandry (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
本发明提供了生猪养殖场环境实时监测系统，包括数据处理中心、环境监测装置和用户终端，环境监测装置、用户终端与数据处理中心通信连接；所述的环境监测装置包括汇聚节点和传感器节点，多个传感器节和汇聚节点通过自组织方式构成无线传感器网络，传感器节点用于采集和传输生猪养殖场环境信息，汇聚节点用于汇聚各传感器节点采集的生猪养殖场环境信息并发送至数据处理中心；所述的数据处理中心用于对汇聚节点传送的生猪养殖场环境信息进行存储、显示，并在生猪养殖场环境信息异常时向用户终端发送报警信号。本发明实现了生猪养殖场环境的实时监测。
Description
技术领域
本发明涉及生猪养殖环境监控技术领域，具体涉及生猪养殖场环境实时监测系统。
背景技术
在养猪产业中，生猪饲养管理水平的优劣会直接影响到猪肉的品质以及养猪场的经济效益，其中生猪的饲养环境是不可或缺的因素。采用现代化的技术手段，实现生猪养殖环境信息的智能化监测对于提高生猪的管理水平，进而提高猪肉的品质与产量是非常有必要的。
无线传感器网络集成了传感器技术、嵌入式计算技术以及无线通信技术，能够协作地感知、收集和监测各种环境下的对象信息，通过对感知信息的协作式数据处理，获取感知对象的准确状况信息。
发明内容
针对上述问题，本发明提供生猪养殖场环境实时监测系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了生猪养殖场环境实时监测系统，包括数据处理中心、环境监测装置和用户终端，环境监测装置、用户终端与数据处理中心通信连接；所述的环境监测装置包括汇聚节点和传感器节点，多个传感器节和汇聚节点通过自组织方式构成无线传感器网络，传感器节点用于采集和传输生猪养殖场环境信息，汇聚节点用于汇聚各传感器节点采集的生猪养殖场环境信息并发送至数据处理中心；所述的数据处理中心用于对汇聚节点传送的生猪养殖场环境信息进行存储、显示，并在生猪养殖场环境信息异常时向用户终端发送报警信号。
优选地，所述传感器节点包括温湿度传感器、NH3浓度传感器、风速传感器、传感器无线模块以及传感器电源模块。
优选地，所述的数据处理中心包括存储模块、显示模块、数据处理模块和异常报警模块，存储模块、显示模块、异常报警模块皆与数据处理模块通信连接。
本发明的有益效果为：通过无线传感器网络实时监测到猪场的养殖环境信息，解决了传统环境监测在猪场内安装复杂、可靠性低、维护性差等问题，具有较高的灵活性和实用性。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1本发明一个实施例的生猪养殖场环境实时监测系统的结构框图；
图2是本发明一个实施例的数据处理中心的连接框图。
附图标记：
数据处理中心1、环境监测装置2、用户终端3、存储模块10、显示模块20、数据处理模块30、异常报警模块40。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，本实施例提供的生猪养殖场环境实时监测系统，包括数据处理中心1、环境监测装置2、用户终端3；所述的环境监测装置2、用户终端3与数据处理中心1通信连接。
环境监测装置2包括汇聚节点和传感器节点，多个传感器节和汇聚节点通过自组织方式构成无线传感器网络，传感器节点用于采集和传输生猪养殖场环境信息，汇聚节点用于汇聚各传感器节点采集的生猪养殖场环境信息并发送至数据处理中心1；所述的数据处理中心1用于对汇聚节点传送的生猪养殖场环境信息进行存储、显示，并在生猪养殖场环境信息异常时向用户终端3发送报警信号。
可选地，所述传感器节点包括温湿度传感器、NH3浓度传感器、风速传感器、传感器无线模块以及传感器电源模块。
可选地，如图2所示，所述的数据处理中心1包括存储模块10、显示模块20、数据处理模块30、异常报警模块40，存储模块10、显示模块20、异常报警模块40皆与数据处理模块30通信连接。
本发明上述实施例通过无线传感器网络实时监测到猪场的养殖环境信息，解决了传统环境监测在猪场内安装复杂、可靠性低、维护性差等问题，具有较高的灵活性和实用性。
在一个实施例中，所述多个传感器节点设置于生猪养殖场环境监测区域内，具体地，采用改进的萤火虫优化算法进行所述多个传感器节点的优化部署，具体包括：
(1)在生猪养殖场环境监测区域内随机抛洒传感器节点，并将每个传感节点看成萤火虫；
(2)赋予萤火虫群中每个萤火虫相同的荧光素浓度l0；
(3)进行萤火虫荧光素更新；
(4)判断萤火虫向比自己荧光素浓度高的萤火虫方向移动的概率；
(5)萤火虫向概率最大的萤火虫进行移动，确定萤火虫移动的步长，并根据确定的步长进行萤火虫移动后的位置更新；
(6)迭代次数减1，如果非0，返回(3)，否则传感器节点完成部署。
其中，荧光素的更新公式为：
li(t+1)＝(1-ρ)li(t)+δFi(t+1)
其中
式中，li(t)表示萤火虫i在第t+1次迭代时的荧光素浓度，ρ表示萤火浓度衰减系数，ρ∈(0,1)，li(t)表示萤火虫i在第t次迭代时的荧光素浓度，δ为荧光素更新率，δ∈(0,1)；
Fi(t+1)为萤火虫i在第t+1次迭代时的目标函数值，为萤火虫i在第t+1次迭代时的邻居萤火虫集合，其中邻居萤火虫为位于萤火虫i通信范围内的传感器节点，A(t+1)为在第t+1次迭代时所有工作的传感器节点形成的监控面积，A表示监测区域的面积，dij为萤火虫i与其邻居萤火虫j之间的距离，Di为萤火虫i与其邻居萤火虫集合中的邻居萤火虫距离的均值，为邻居萤火虫集合中的邻居萤火虫数量，σ1、σ2为设定的权重值。
其中，按照下列公式计算萤火虫向比自己荧光素浓度高的萤火虫方向移动的概率：
式中，Pij表示萤火虫i在第t次迭代时向其邻居萤火虫j方向移动的概率，lj(t)为萤火虫j在第t次迭代时的荧光素浓度，lk(t)为萤火虫k在第t次迭代时的荧光素浓度。
生猪养殖场环境监测区域中传感器节点部署的好坏对生猪养殖场环境信息的收集和传输效率具有决定性作用，好的传感器节点位置能够降低生猪养殖场环境信息收集的能耗。本实施例将萤火虫优化算法应用于传感器节点的部署，使用最少的节点对监测区域进行最大面积的覆盖。在荧光素更新公式中，本实施例从冗余的角度构造出新的目标函数，能够在保证网络覆盖效果的前提下，尽量减少传感器节点的数量。
在一个实施例中，所述确定萤火虫移动的步长，具体包括：
(1)计算萤火虫的动态决策域：
式中，Ri(t)为萤火虫i在第t次迭代时的动态决策域，Ri(t-1)为萤火虫i在第t-1次迭代时的动态决策域，R0为感知域半径，β为动态决策域的更新率，为一个常数；NT为萤火虫数量阈值，为邻居萤火虫集合中的邻居萤火虫数量；
(2)计算萤火虫移动的步长：
式中，表示对空间中Xi(t)进行移动的步长，为设定的最大步长，为设定的最小步长，tmax为设定的最大迭代次数，dij为萤火虫i与其邻居萤火虫j之间的距离。
在萤火虫优化算法中，每个萤火虫通过不断移动来寻找最优值，因此萤火虫的移动过程非常重要。现有技术的萤火虫算法中萤火虫的移动步长是个固定值，如果步长设置太小，会造成收敛速度过慢，如果步长设置过大，在收敛后期萤火虫可能会跳过最优解。本实施例中，萤火虫移动的步长随着迭代次数和萤火虫的动态决策域的更新进行自适应更新，能够有效提高萤火虫优化算法的收敛速度和精度，提高萤火虫优化算法全局寻优的能力，从而提高传感器节点优化部署的效率和精度，为更有效地完成生猪养殖场环境信息的采集和传输奠定良好的基础。
在一个实施例中，所述根据确定的步长进行萤火虫移动后的位置更新，具体包括：
若移动后萤火虫i的目标函数值优于移动前的目标函数值，按照下列公式进行萤火虫移动后的位置更新：
若移动后萤火虫i的目标函数值差于移动前的目标函数值，按照下列公式进行萤火虫移动后的位置更新：
式中，Xi(t+1)表示萤火虫i在第t+1次迭代时的位置，Xi(t)为萤火虫i在第t次迭代时的位置，表示对空间中Xi(t)进行移动的步长，Xj(t)为萤火虫j在第t次迭代时的位置，||Xj(t)-Xi(t)||为Xi(t)与Xj(t)之间的标准欧几里得距离；Xg(t)为萤火虫i所在空间中最优萤火虫的位置，||Xg(t)-Xi(t)||为Xi(t)与Xg(t)之间的标准欧几里得距离，λ1、λ2为设定的权重值。
对于萤火虫优化算法而言，萤火虫位置对于算法收敛速度、优化精度有着很大的影响，在未改进的萤火虫优化算法中，移动之前的目标函数值可以优于移动后的目标函数值，萤火虫算法在全局中无法收敛。本实施例从萤火虫位置更新公式方面改进了现有的萤火虫优化算法，在更新后的目标函数值不如更新前的目标函数值时，用随机生成的位置代替更新之前的位置，从而对萤火虫算法在全局的非收敛性进行了改进，本实施例改进的萤火虫优化算法能够对传感器节点位置进行快速的优化，改善收敛速度，提高在生猪养殖场设置生猪养殖场环境实时监测系统的效率。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.生猪养殖场环境实时监测系统，其特征是，包括数据处理中心、环境监测装置和用户终端，环境监测装置、用户终端与数据处理中心通信连接；所述的环境监测装置包括汇聚节点和传感器节点，多个传感器节和汇聚节点通过自组织方式构成无线传感器网络，传感器节点用于采集和传输生猪养殖场环境信息，汇聚节点用于汇聚各传感器节点采集的生猪养殖场环境信息并发送至数据处理中心；所述的数据处理中心用于对汇聚节点传送的生猪养殖场环境信息进行存储、显示，并在生猪养殖场环境信息异常时向用户终端发送报警信号。
2.根据权利要求1所述的生猪养殖场环境实时监测系统，其特征是，所述传感器节点包括温湿度传感器、NH3浓度传感器、风速传感器、传感器无线模块以及传感器电源模块。
3.根据权利要求1所述的生猪养殖场环境实时监测系统，其特征是，所述的数据处理中心包括存储模块、显示模块、数据处理模块和异常报警模块，存储模块、显示模块、异常报警模块皆与数据处理模块通信连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的生猪养殖场环境实时监测系统，其特征是，所述多个传感器节点设置于生猪养殖场环境监测区域内，具体地，采用改进的萤火虫优化算法进行所述多个传感器节点的优化部署，具体包括：
(1)在生猪养殖场环境监测区域内随机抛洒传感器节点，并将每个传感节点看成萤火虫；
(2)赋予萤火虫群中每个萤火虫相同的荧光素浓度l0；
(3)进行萤火虫荧光素更新：
(4)判断萤火虫向比自己荧光素浓度高的萤火虫方向移动的概率；
(5)萤火虫向概率最大的萤火虫进行移动，确定萤火虫移动的步长，并根据确定的步长进行萤火虫移动后的位置更新；
(6)迭代次数减1，如果非0，返回(3)，否则传感器节点完成部署。
5.根据权利要求4所述的生猪养殖场环境实时监测系统，其特征是，荧光素的更新公式为：
li(t+1)＝(1-ρ)li(t)+δFi(t+1)
其中
式中，li(t)表示萤火虫i在第t+1次迭代时的荧光素浓度，ρ表示萤火浓度衰减系数，ρ∈(0,1)，li(t)表示萤火虫i在第t次迭代时的荧光素浓度，δ为荧光素更新率，δ∈(0,1)；
Fi(t+1)为萤火虫i在第t+1次迭代时的目标函数值，为萤火虫i在第t+1次迭代时的邻居萤火虫集合，其中邻居萤火虫为位于萤火虫i通信范围内的传感器节点，A(t+1)为在第t+1次迭代时所有工作的传感器节点形成的监控面积，A表示监测区域的面积，dij为萤火虫i与其邻居萤火虫j之间的距离，Di为萤火虫i与其邻居萤火虫集合中的邻居萤火虫距离的均值，为邻居萤火虫集合中的邻居萤火虫数量，σ1、σ2为设定的权重值。
6.根据权利要求5所述的生猪养殖场环境实时监测系统，其特征是，按照下列公式计算萤火虫向比自己荧光素浓度高的萤火虫方向移动的概率：
式中，Pij表示萤火虫i在第t次迭代时向其邻居萤火虫j方向移动的概率，lj(t)为萤火虫j在第t次迭代时的荧光素浓度，lk(t)为萤火虫k在第t次迭代时的荧光素浓度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810090507.9A CN108293905A (zh) | 2018-01-30 | 2018-01-30 | 生猪养殖场环境实时监测系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810090507.9A CN108293905A (zh) | 2018-01-30 | 2018-01-30 | 生猪养殖场环境实时监测系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108293905A true CN108293905A (zh) | 2018-07-20 |
Family
ID=62867163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810090507.9A Pending CN108293905A (zh) | 2018-01-30 | 2018-01-30 | 生猪养殖场环境实时监测系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108293905A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109906966A (zh) * | 2019-03-28 | 2019-06-21 | 华中农业大学 | 一种畜禽养殖场多功能移动平台 |
| CN113892442A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-01-07 | 贵阳富之源农业科技有限公司 | 一种生猪养殖场环境监测设备 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102932870A (zh) * | 2012-10-30 | 2013-02-13 | 河南科技大学 | 一种无线传感器网络节点部署方法 |
| CN205407890U (zh) * | 2016-03-11 | 2016-07-27 | 陕西科技大学 | 一种基于无线传感器网络的猪场环境信息监测装置 |
-
2018
- 2018-01-30 CN CN201810090507.9A patent/CN108293905A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102932870A (zh) * | 2012-10-30 | 2013-02-13 | 河南科技大学 | 一种无线传感器网络节点部署方法 |
| CN205407890U (zh) * | 2016-03-11 | 2016-07-27 | 陕西科技大学 | 一种基于无线传感器网络的猪场环境信息监测装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109906966A (zh) * | 2019-03-28 | 2019-06-21 | 华中农业大学 | 一种畜禽养殖场多功能移动平台 |
| CN113892442A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-01-07 | 贵阳富之源农业科技有限公司 | 一种生猪养殖场环境监测设备 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Anisi et al. | A survey of wireless sensor network approaches and their energy consumption for monitoring farm fields in precision agriculture | |
| Sharma et al. | Modified energy-efficient range-free localization using teaching–learning-based optimization for wireless sensor networks | |
| CN203324783U (zh) | 基于物联网的集约化水产养殖生态环境远程监测预警系统 | |
| Matilla et al. | Low-cost Edge Computing devices and novel user interfaces for monitoring pivot irrigation systems based on Internet of Things and LoRaWAN technologies | |
| CN112185090A (zh) | 一种基于NB-IoT的农业大棚远程监测系统及方法 | |
| CN108293905A (zh) | 生猪养殖场环境实时监测系统 | |
| CN106092212A (zh) | 仓储环境监测系统 | |
| CN111665328A (zh) | 一种基于物联网的室内空气质量智能监测系统 | |
| CN208269979U (zh) | 一种海洋牧场多参数智能监测系统 | |
| Ding et al. | Environment monitoring and early warning system of facility agriculture based on heterogeneous wireless networks | |
| CN108307399A (zh) | 红树林生长环境无线监测系统 | |
| Vadlamudi | Rethinking food sufficiency with smart agriculture using Internet of things | |
| CN105486350A (zh) | 一种移动式农田环境信息监测系统 | |
| Mishachandar et al. | Crop Yield Estimation Using the Internet of Things | |
| CN203276521U (zh) | 水产养殖无线监控系统 | |
| CN107659474B (zh) | 一种智能家居控制系统 | |
| CN202385301U (zh) | 户外环境监测系统 | |
| JPWO2019235311A1 (ja) | 情報処理装置、情報処理方法、プログラム及びＩｏＴデバイス | |
| CN205426948U (zh) | 一种基于Zigbee无线网络的超声波测风仪 | |
| Martirosyan et al. | LIP: an efficient lightweight iterative positioning algorithm for wireless sensor networks | |
| CN205844947U (zh) | 用于农牧业的智能管理系统 | |
| CN108414683A (zh) | 空气污染实时监测系统 | |
| Anulekshmi et al. | Performance Improvement of the Wireless Sensor Network with Proficient Power Management with Supervised Multimodel Data Regression Algorithm In Precision Agriculture | |
| Adebayo et al. | Increasing agricultural productivity in Nigeria using wireless sensor network (WSN) | |
| CN108271137A (zh) | 生猪养殖场环境监测系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180720 |