CN109008996A - 一种基于互联网的牛多功能体征预警系统及预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于动物生理及健康指标信息检测技术领域，公开了一种基于互联网的牛多功能体征预警系统及预警方法,体征测量单元：通过无线体温器测量温度数据并由MCU、无线发射器传输至信号中继传输部分，计步器数据每24小时发送一次；信号中继输出部分：由无线信号收发基站通过互联网将耳部测温单元数据存储至云服务器或客户服务器；客户端部分以图像化曲线呈现温度变化；并显示实时温度曲线，设定上下限值，超限自动报警。本发明连续性电源供给解决了能耗问题，可以在动物整个养殖周期内不间断使用；体温信号结合计步数据，对牛体征状况进行无限传输；利用云平台实现数据的远程传输与共享。
Description
技术领域
本发明属于动物生理及健康指标信息检测技术领域，尤其涉及一种基于互联网的牛多功能体征预警系统及预警方法。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：
体温与活动量是哺乳动物非常重要的生理及健康指标，具有重要的生产应用价值，但是，传统的手工测定不但费时费力，也超出人的测定能力和测定范围，测定方法一直无法取得突破性进展，无法深入揭示其生理、病理性状变化规律，更不能有效地指导生产。近年来，无线传感技术飞速发展，使这一领域逐渐实现了突破性进展，首先，加速度传感器率先被阿菲金公司用于活动量自动测定，并研发出了奶牛发情鉴定专用计步器，在全世界推广应用，为世界奶业发展做出了巨大贡献，然而，奶牛全身被毛，较为裸露的无毛部位较少、面积较小、无法固定温度采集设备，体温自动采集进展较为缓慢。
准确、有效的监测奶牛体温与活动量变化，有助于及时确定奶牛的发情、妊娠等繁殖生理状态和健康状况，并通过科学、及时的管理技术预防疾病、缩短产犊间隔，延长泌乳期，提高产奶量，提高奶牛场经济效益。
临床上通常以直肠温度作为奶牛体温，主要通过兽用水银体温计或兽用电子体温计测定。这种手动测温方法需要专人负责，劳动强度大，检测通量较低，容易引起疾病交叉感染，并且不能准确、实时获取奶牛个体体温数据，不能满足规模化养殖的精细管理需求。随着奶牛养殖业的规模化发展，深入进行体温自动检测技术研究，并研究奶牛健康和特定生理现象体温变化规律，指导生产，是产业发展的必然趋势。所以，围绕奶牛体表温度检测展开大量研究。根据测温时传感器与动物的接触方式，构建非接触式、接触式与植入式接触式测温：红外测温技术的诞生使手动测温实现了革命，体表温度测定突破了自动化瓶颈，但是，测定结果受体表毛发影响较大，奶牛体表无毛部位较少，红外测温较难实现。
接触式测温主要利用热电阻、热敏电阻、电子式温度传感器和热电偶等电器元改进。近年来，这一技术逐渐应用于奶牛养殖业。武彦等基于无线通信技术，采用MF5A-4型NTC热敏电阻设计奶牛耳道温度自动采集系统，但固定于耳道内易脱落，因此未见推广使用。尹令等设计奶牛体温自动采集系统，将热敏电阻固定于奶牛鼻孔周围或鼻孔内，固定于鼻孔周围时受外部气流影响较大，固定于鼻孔内环境影响减小，但固定于鼻孔处易脱落，传感器固定部位需进一步改进。
植入式测温是一种不同于接触式测温的无线遥测技术，该方法将测温装置植入动物体内(如消化道、生殖道)，检测到的温度数据通过电磁信号发送至体外接收器，可分为吞服式无线电胶囊技术和专用植入式遥测芯片技术，采集器在体内工作稳定、数据可靠。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)现有技术中的体征预警系统不能无间断连续测温、计步；
植入式测温受环境影响大，造成检测数据不准确；
现有技术中，不能解决无线传输能耗的电源供给；近距离信号传输中，数据缺失大；远程监测中，不能减少交叉感染和疾病传播。
(2)没有能够从连续性体征监测判断牛状态的有效方法；
(3)传统的测温技术需要大量的劳动力，同时侵入性测温设备如直肠测温等会造成动物的热应激反应，不是有效体温；长时间的自动体征测温技术，有效减少人员劳动力，接触式测温方式去除了动物热应激反应。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于互联网的牛多功能体征预警系统及预警方法。
本发明是这样实现的，一种基于互联网的牛多功能体征预警系统，所述基于互联网的牛多功能体征预警系统包括：
体征测量单元：通过无线体温器测量温度数据，并由MCU、无线发射器传输至信号中继传输部分，计步器数据每24小时发送一次；
信号中继输出部分：由无线信号收发基站通过互联网将体征测量单元数据存储至云服务器或客户服务器；其中动物体内温度与t0、t1之间相关关系由服务器调用计算；
客户端部分：根据体表温度X1、环境温度X2和动物体内温度数据X3之间函数关系，计算f(t0,t1)，所得值为校正后的体温值y，由手持终端或PC机读取调用；校正后的数据直接上传至指定平台，平台以图像化曲线呈现温度变化；并显示实时温度曲线，设定上下限值，超限自动报警。
进一步，所述基于互联网的牛多功能体征预警系统进一步包括：
接触式测温器；
信号中继输出单元；
电源；
计步器；
数据分析平台；
体温校正模块；
客户端电脑；
互联网/云服务器。
体征测量单元固定于牛身体某一部位，测定的体温信号经过体温较正模块的体温较正，又中继输出单元输出，每小时上传至互联网/云服务器，计步器数据每24小时上传，电源供给上述部分完成工作。客户端电脑根据提供的网站平台输入用户名和密码访问该用户名下的所有体温测量设备，提供的数据分析平台可以分析动物体温的变化，结合计步器数据，给予基于动物体征的预警报告。当发热连续低于24小时高于6小时，会自动根据用户预留信息，发送预警短信给用户。
本发明的另一目的在于提供一种动物生理及健康指标信息检测预警平台，所述动物生理及健康指标信息检测预警平台至少搭载所述的基于互联网的牛多功能体征预警系统。
本发明的另一目的在于提供一种利用所述基于互联网的牛多功能体征预警系统的牛多功能体征预警方法，所述牛多功能体征预警方法包括：
根据测温设备采集的牛体温，在数据分析平台下形成温度曲线，判定发热类型，持续高热体温日差在1°以内，一般为牛瘤、大叶性肺炎、犊牛副伤寒和牛败血症；发烧日温差超过1°以上，但不会回落到正常体温，多见于牛支气管肺炎；间歇性发热，发热与正常体温交替出现的多为牛焦虫病。分析温度变化后，会根据牛的计步器数据进行判断，牛的状态，如果牛的步数增加，体温升高0.7°-1°，基本可以判定为母牛发情，排除疫病，可以采取配种；如果不是发情，系统会预警相疾病，并提供各种疾病相关建议措施。
根据测温设备采集的牛体温，在数据分析平台下形成温度曲线，判定发热类型，持续高热体温日差在1°以内的为稽留热，一般为牛瘤、大叶性肺炎、犊牛副伤寒和牛败血症；发烧日温差超过1°以上，但不会回落到正常体温的是弛张热，多见于牛支气管肺炎；间歇性发热，发热与正常体温交替出现的多为牛焦虫病。判定热型曲线后，会根据牛的计步器数据进行判断，牛的状态，如果牛的步数增加，体温升高0.7°-1°，基本可以判定为母牛发情，排除疫病，可以采取配种；如果不是发情，系统会预警相疾病，并提供各疾病相关建议措施。
测温基站提供动物养殖环境的温湿度数据，体征测量单元采集所测动物体温数据以后，根据环境温度t0对体表温度t1的影响，动物体温T由下面关系公式计算所得；
本发明的另一目的在于提供一种计算机程序，所述计算机程序运行所述的牛多功能体征预警方法。
本发明的另一目的在于提供一种终端，所述终端至少搭载实现所述牛多功能体征预警方法的控制器。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述牛多功能体征预警方法。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
传统的测温方式如直肠测温具有侵入性，会造成动物本身热应激状态；根据实验表明，在佩戴自动测温设备情况下进行人工直肠测温，奶牛会产生热应激反应，体温突然增加，对比前后一天的同时间段体温监测结果，体温增加了0.7°-1.3°，完成手工测量后的1-2小时，体热应激反应会逐渐消失，体温恢复正常。
本发明的接触式测温和植入式测温可以利用无线自动体温计和体温连续自动监测平台实时获取动物体温信息，克服传统动物测温方法的不足，与传统的人工直肠测温方式相比较，为现代规模化动物养殖的科学管理提供实时准确的生产数据，保证了动物情况实时跟踪且利于为饲养管理服务，对于动物发情和疫病等特殊情况提供依据。现有的接触式和植入式测温设备在无线传输中存在能耗问题，使用周期较短，用于长时间的连续监测存在不足。
本发明的接触式测温计对动物侵害较少；
连续性电源供给解决了能耗问题，可以在动物整个养殖周期内不间断使用；
体温信号结合计步数据，对牛体征状况进行无限传输；
数据信息平平台的数据采集，同时对上千动物开展自动测温，利用云平台实现数据的远程传输与共享；
客户端对牛的体征信息进行分析，对异常体征进行预警。
现代化养殖背景下，牛群的发情和疫病管理尤其重要，传统的计步器没24小时上报一次数据，不能够捕捉24小时内的牛状况，在物联网基础下，无线测温设备补充实时监控，可以进行发情和疫病状况的及时发现。在大大降低人力成本的同时，减少了因为错过发情未能配种和未能及时发现疫病采取措施造成的损失。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于互联网的牛多功能体征预警系统及预警方法
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的基于互联网的牛多功能体征预警系统具有的特点为：
无间断连续测温、计步；
植入式测温不受环境影响；
电源供给解决了无线传输能耗问题；
近距离信号传输，确保稳定性，减少数据缺失；
利用温度和计步体征信息综合判断牛状态；
远程监测，大大减少了交叉感染和疾病传播。
图1，本发明实施例提供的基于互联网的牛多功能体征预警系统，包括：
体征测量单元；
信号中继输出单元；
电源；
计步器；
数据分析平台；
体温校正模块；
客户端电脑；
互联网/云服务器。
体征测量单元固定于牛身体某一部位，测定的体温信号经过体温较正模块的体温较正，又中继输出单元输出，每小时上传至互联网/云服务器，计步器数据每24小时上传，电源供给上述部分完成工作。客户端电脑根据提供的网站平台输入用户名和密码访问该用户名下的所有体温测量设备，提供的数据分析平台可以分析动物体温的变化，结合计步器数据，给予基于动物体征的预警报告。当发热连续低于24小时高于6小时，会自动根据用户预留信息，发送预警短信给用户。
其中，体征测量单元：牛植入无线体温器，所测数据通过由MCU、无线发射器传输至信号中继传输部分，信号每两分钟发射一次。芯片精度0.2摄氏度，发射直径60-80米，消除手工测温因个体差异与操作人员误读带来的误差,。
信号中继输出部分：由无线信号收发基站通过互联网将耳部测温单元数据存储至云服务器或客户服务器。其中动物体内温度数据X3与X1、X2之间相关关系由服务器调用计算。
客户端部分：根据体表温度(X1)、环境温度(X2)和动物体内温度数据(X3)之间函数关系，计算f(t0,t1)，所得值即为校正后的体温值y，客户可由手持终端或PC机读取调用。校正后的数据直接上传至指定平台，平台以图像化曲线呈现温度变化，更直观，更易于数据分析。显示实时温度曲线，可设定上下限值，超限自动报警。
本发明实施例提供的牛多功能体征预警方法，包括：
温度信息自动校正算法
测温基站提供动物养殖环境的温湿度数据，体征测量单元采集所测动物体温数据以后，根据环境温度(t0)对体表温度(t1)的影响，动物体温T由关系公式(1)计算所得。
下面结合具体分析对本发明作进一步描述。
计步器
计步器绑在牛腿部，每小时发送一次数据，计步器合并电源由绑带固定
移动无线测温系统数据服务器基于Linux系统开发，手机APP访问基于Android系统开发的，平台支持大数据并发访问并稳定可靠。客户用手机下载并安装“无线自动测温平台.app”，输入用户名和密码，点击首页右上角“+”，根据耳部绑定对应的无线发射器，体温数据通过无线测温基站和移动通信网络发送到云服务器，用户通过“无线自动测温平台”手机软件实时进行体温监测。客户端界面会显示实时测温曲线和环境温湿度，所显示的温度数据均为设备校正后的体温。
手机软件：
打开手机软件，进入到平台软件登录界面，输入用户名和密码完成后点击登录，需确保手机联网。登录成功进入平台主界面，平台主要功能模块包括“首页”、“警报”、“设备”、“场景”、“历史”和“设置”六项内容，均在手机下方。首页中功能主要有显示各场景下温度计的温度数据显示，在场景下添加、修改、删除温度计、温度计测量数据曲线显示。
设备：
设备中主要分基站和标签。
基站使用数据库后台添加，防止用户不当操作平台出错，这一模块主要功能用于检查基站工作状态。如：信号连接状态、数据传输情况、基站通电情况等信息。
标签设备主要功能便于用户添加测温标签和查看标签工作状态。如：温度计编号、测量温度值、温度计电量、接收到温度计的最新时间等信息。
场景：
为了达到精细化管理，需要对不同的区域进行管理，不同的场景代表不同的区域管理。在场景设置中需要完成场景名称、选择基站、该场景内监测的起止时间(小时)、体温报警的上下限信息。信息完善后首页中就会增加一个新的场景，便于后期查看温度数据。
证明部分(具体实施例/实验/仿真/学分析/)
在15－32℃，35－68％RH的环境下，对处于自由状态下6头荷斯坦经产奶牛进行自动连续体温监测，无线发射器每两分钟采集发送一次体温数据，10天共取得72000个温次，其中有效温次7113，,同时使用水银体温计，每天6：00－6：30；12：00－12：30；18：00－18：30分三次对参试动物进行人工直肠测温，并进行记录。将两种测温方式所测温度数据进行统计分析，牛正常体温约37.5～39.5℃，本发明自动测温设备和人工直肠测温两种方式均有98.8％的数据在此范围中，有高温情况出现时，自动测温设备和人工直肠测温均检测出大于39.5°的数据，且自动测温设备所测数据均比人工测量温度高，在高温环境下，计步器数值明显增加。综合温度和计步器信息，95.6％的预警情况下，奶牛产奶量下降。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于互联网的牛多功能体征预警系统，其特征在于，所述基于互联网的牛多功能体征预警系统包括：
体征测量单元：通过无线体温器测量温度数据并由MCU、无线发射器传输至信号中继传输部分，计步器数据每24小时发送一次；
信号中继输出部分：由无线信号收发基站通过互联网将体征测量单元数据存储至云服务器或客户服务器；其中动物体内温度数据X3与X1、X2之间相关关系由服务器调用计算；
客户端部分：根据体表温度X1、环境温度X2和动物体内温度数据X3之间函数关系，计算f(t1,t0)，所得值为校正后的体温值y，由手持终端或PC机读取调用；校正后的数据直接上传至指定平台，平台以图像化曲线呈现温度变化；并显示实时温度曲线，设定上下限值，超限自动报警。
2.如权利要求1所述的基于互联网的牛多功能体征预警系统，其特征在于，所述基于互联网的牛多功能体征预警系统进一步包括：接触式测温器、信号中继输出单元、电源、计步器、数据分析平台、体温校正模块、客户端电脑及互联网/云服务器；
体征测量单元固定于牛身体某一部位，测定的体温信号经过体温较正模块的体温较正，通过信号中继输出单元输出，上传至互联网/云服务器；
计步器数据每24小时上传，电源用于为触式测温器、信号中继输出单元、电源、计步器、体温校正模块、数据分析平台、客户端电脑及互联网/云服务器供给动能；
客户端电脑根据提供的网站平台输入用户名和密码访问该用户名下的所有体温测量设备，提供的数据分析平台分析动物体温的变化，结合计步器数据，给予基于动物体征的预警报告；
当发热连续低于24小时高于6小时，自动根据用户预留信息，发送预警短信给用户。
3.一种动物生理及健康指标信息检测预警平台，其特征在于，所述动物生理及健康指标信息检测预警平台至少搭载权利要求1-2所述的基于互联网的牛多功能体征预警系统。
4.一种利用权利要求1所述基于互联网的牛多功能体征预警系统的牛多功能体征预警方法，其特征在于，所述牛多功能体征预警方法包括：
根据测温设备采集的牛体温，在数据分析平台下形成温度曲线，判定发热类型；
分析温度变化后，根据牛的计步器数据进行判断牛的状态，并进行预警；
测温基站提供牛养殖环境的温湿度数据，体征测量单元采集所测牛体温数据以后，根据环境温度t0对体表温度t1的影响，牛体温T由下面关系公式计算所得；
5.一种计算机程序，其特征在于，所述计算机程序运行权利要求4所述的牛多功能体征预警方法。
6.一种终端，其特征在于，所述终端至少搭载实现权利要求4所述牛多功能体征预警方法的控制器。
7.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求4所述牛多功能体征预警方法。
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