CN110487411A - 一种母猪辐射换热监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种母猪辐射换热监测装置及监测方法，所述监测方法包括：根据拍摄的被测母猪和两侧的母猪的图像，计算得到每只母猪的表面积以及确定每一只母猪的运动状态，并根据每一只母猪的运动状态，匹配得到被测母猪与其六个方位对应的各个面之间的角系数；根据被测母猪的表面积、对应各个面的表面积、被测母猪与其对应的各个面之间的角系数以及各个面的温度，计算得到被测母猪的辐射换热量。本发明通过确定监测母猪与周围环境的实时角系数以及温度情况，以此来准确、实时且方便的获取母猪辐射换热量，对于分析母猪的热应激情况提供参考依据。

Description

一种母猪辐射换热监测装置及监测方法

技术领域

本发明实施例涉及畜禽舍热环境监测技术领域，尤其涉及一种母猪辐射换热监测装置及监测方法。

背景技术

在母猪养殖过程中，母猪的生产情况都受到环境的影响，环境过热会使得生产明显降低，严重时甚至会产生死亡，所以对于母猪的热分析及其重要。

畜禽舍中母猪由于汗腺极不发达，所以其主要换热方式是导热、对流换热、辐射换热以及呼吸换热。辐射换热是母猪换热的重要组成部分，有效且准确的获取母猪实时的辐射换热，对于分析母猪的热应激情况是非常重要的。

现有母猪的辐射换热量常用的获取方式是通过平均辐射温度与猪体表的温度计算出来，其中平均辐射温度是通过黑球温度等参数计算得到。由于黑球的几何形体与猪的几何形态差距过大，导致过大误差的产生，且黑球测温时需要的稳定时间过久，黑球长时间放置在猪舍内会引起不方便，不利于母猪的实时辐射换热方面的科学研究。

发明内容

本发明实施例提供一种母猪辐射换热监测装置及监测方法，用以解决现有技术中对于猪体的辐射换热量计算误差过大的缺陷。

根据本发明的一个方面，提供了一种母猪辐射换热监测装置，包括深度相机、红外测温器和处理器；

所述深度相机，用于拍摄被测母猪以及被测母猪两侧的母猪的图像，并确定每一只母猪的运动状态，其中，每一只母猪位于限位栏中，所述深度相机位于被测母猪的正上方；

所述红外测温器，用于获取被测母猪以及所述被测母猪六个方位对应的各个面的温度；

所述处理器，用于根据被测母猪及两侧母猪的图像，计算得到每只母猪的表面积，以及根据所述被测母猪和两侧母猪的运动状态，在预置的对应关系集合中匹配得到所述被测母猪与其六个方位对应的各个面之间的角系数；

所述处理器，还用于根据所述被测母猪的表面积、被测母猪对应的各个面的表面积、被测母猪与其对应的各个面之间的角系数以及各个面的温度，计算得到被测母猪的辐射换热量。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述深度相机，用于确定每一只母猪的运动状态具体包括：

根据拍摄的每一个限位栏中的母猪的身体各部位距离地面的高度，判断母猪的运动状态。

进一步的，所述红外测温器包括红外热像仪和红外线测温探头，所述深度相机和红外热像仪封装于防护壳体下方，所述红外测温探头封装于所述防护壳体上方，所述防护壳体固定于限位栏上方，所述多个限位栏呈矩阵排列放置于猪舍中；

所述红外热像仪，用于测量被测母猪的温度、其两侧的母猪的温度和猪舍内地面的温度；

所述红外线测温探头，用于测量猪舍内屋顶的温度。

进一步的，所述处理器，用于根据被测母猪的图像，计算得到所述被测母猪的表面积具体包括：

根据所述深度相机拍摄的每张母猪的图像，提取出图像中猪体的轮廓，根据所述猪体的轮廓，获取猪体的体尺特征；

根据猪体的体尺与体重的相关性估算出母猪的体重，进而根据母猪的体重估算出母猪的表面积。

根据本发明的第二个方面，提供了一种母猪辐射换热监测方法，包括：

拍摄被测母猪以及被测母猪两侧的母猪的图像，以及获取被测母猪以及所述被测母猪六个方位对应的各个面的温度；

根据被测母猪和两侧的母猪的图像，确定每一只母猪的运动状态，并根据被测母猪和两侧母猪的运动状态，在预置的对应关系集合中匹配得到所述被测母猪与其六个方位对应的各个面之间的角系数；

根据被测母猪和两侧的母猪的图像，计算得到每只母猪的表面积；

根据所述被测母猪的表面积、被测母猪对应的各个面的表面积、被测母猪与其六个方向对应的各个面之间的角系数以及各个面的温度，计算得到被测母猪的辐射换热量。

进一步的，所述根据被测母猪和两侧的母猪的图像，确定每一只母猪的运动状态具体包括：

根据拍摄的每一个限位栏中的母猪的身体各部位距离地面的高度，判断母猪的运动状态。

进一步的，所述预置的对应关系集合中保存了被测母猪和其两侧的母猪的运动状态与被测母猪和其六个方位对应的各个面之间的角系数的对应关系。

进一步的，所述被测母猪的六个方位对应的各个面为母猪或猪舍内地面或猪舍内屋顶或者猪舍内墙壁，相应的，所述被测母猪与其六个方位对应的各个面之间的角系数包括所述被测母猪分别与两侧母猪的角系数、被测母猪与猪舍内地面的角系数、被测母猪与猪舍内屋顶的角系数、被测母猪与猪舍内墙壁的角系数。

进一步的，所述根据被测母猪和两侧的母猪的图像，计算得到每只母猪的表面积具体包括：

根据每张母猪的图像，提取出图像中猪体的轮廓，根据所述猪体的轮廓，获取猪体的体尺特征；

根据猪体的体尺与体重的相关性估算出母猪的体重，进而根据母猪的体重估算出母猪的表面积。

进一步的，通过如下公式计算得到被测母猪的辐射换热量：

Φ_z＝Φ_S-1+Φ_S-2+Φ_S-3+Φ_S-4+Φ_S-5+Φ_S-6；

其中，E_S为被测母猪辐射力(W/m²)，E_n为被测母猪对应的第n面面的辐射力(W/m²)，ε_S为母猪表皮发射率，ε_n为被测母猪对应的第n面的发射率，A_S为被测母猪表面积，A_n为被测母猪对应的第n面的表面积，X_S-n为被测母猪与对应第n面的角系数，Φ_S-n为被测母猪与第n面之间的辐射换热量(W)，Φ_z猪体总的辐射换热量(W)，其中，n为1、2、3、4、5或6；

其中，通过如下公式计算每一只母猪及各个面的辐射力：

E＝σT⁴

其中，σ是玻尔兹曼常数，T为母猪或各个面表面的平均温度(K)。

根据本发明的第三个方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现一种母猪辐射换热监测方法的步骤。

本发明的有益效果为：通过确定监测母猪与周围环境的实时角系数以及温度情况，以此来准确、实时且方便的获取母猪辐射换热量，对于分析母猪的热应激情况提供参考依据。

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一简单地介绍，显而易见地，下面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讲，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的附图。

图1为本发明一个实施例的母猪辐射换热监测装置结构示意图；

图2为本发明一个实施例的母猪辐射换热监测方法流程图；

图3为本发明一个实施例中猪舍内母猪所处位置的示意图；

图4为本发明一个实施例中被测母猪与两侧母猪运动状态示意图。

附图中，各标号所代表的模块名称如下：

1、深度相机，2、防护壳体，3、红外线测温探头，4、处理器，5、红外热像仪。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

为使本发明实施例的目的、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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动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。

参见图1，提供了本发明一个实施例的母猪辐射换热监测装置，该监测装置包括深度相机1、红外测温器和处理器4。

深度相机1，用于拍摄被测母猪以及被测母猪两侧的母猪的图像，并确定每一只母猪的运动状态，其中，每一只母猪位于限位栏中，所述深度相机位于被测母猪的正上方。

红外测温器，用于获取被测母猪以及所述被测母猪六个方位对应的各个面的温度。

处理器4，用于根据被测母猪及两侧母猪的图像，计算得到每只母猪的表面积，以及根据所述被测母猪和两侧母猪的运动状态，在预置的对应关系集合中匹配得到所述被测母猪与其六个方位对应的各个面之间的角系数。

处理器4，还用于根据所述被测母猪的表面积、被测母猪对应的各个面的表面积、被测母猪与其六个方位对应的各个面之间的角系数以及各个面的温度，计算得到被测母猪的辐射换热量。

首先，对本发明实施例的应用场景进行说明，在本发明实施例中，多头母猪是圈养在猪舍中，每一头母猪位于一个限位栏中，母猪之间用限位栏进行隔离，猪舍内的多个限位栏为呈矩阵依次排列且每一个限位栏的底部与猪舍的地面接触。

在本发明实施例中，将深度相机1以及红外测温器均安装于限位栏上方，采用深度相机1拍摄位于下方的限位栏中的母猪的图像，其中，将位于深度相机1正下方的限位栏中的母猪作为被测母猪，当然，也可以理解为需要对被测母猪的辐射换热量进行监测，将深度相机1安装于该被测母猪的限位栏的正上方，通过深度相机1拍摄该被测母猪以及被测母猪两侧的限位栏中母猪的图像。

深度相机1根据拍摄的三只母猪的图像，得到每一只母猪的运动状态，所谓的母猪的运动状态是指母猪位于躺卧、站或者坐的状态。

需要说明的是，这里存在一种特殊情况，被测母猪的两侧可能有一侧没有相邻母猪，比如，当被测母猪所在的限位栏为最边缘的限位栏时，被测母猪的一侧就拍摄不到母猪，因为此时被测母猪的一侧为猪舍的墙壁，这种情况可以看做被测母猪两侧均有相邻母猪的一种特殊情况。

处理器4根据深度相机1拍摄的被测母猪的图像以及被测母猪两侧的母猪的图像，对包含每只母猪的图像进行分析处理，得到每只母猪的表面积。

从表面1发出的辐射能落到表面2上的辐射能存在一个百分数，这个百分数称为表面1对表面2的角系数，在计算被测母猪与其周围六个方位的面之间的角度系数时，根据被测母猪与其两侧母猪的运动状态，在预置的对应关系集合中匹配得到被测母猪与其六个方位对应的各个面之间的角系数。其中，预置的对应关系集合中保存了被测母猪和其两侧的母猪的运动状态与被测母猪和其六个方位对应的各个面之间的角系数的对应关系。

最后，根据被测母猪的表面积、被测母猪对应的各个面的表面积、、被测母猪与其六个方向对应的各个面之间的角系数以及被测母猪的温度、其周围的六个面的温度，计算得到被测母猪的辐射换热量。

本发明通过确定监测母猪与周围环境的实时角系数以及温度情况，以此来准确、实时且方便的获取母猪辐射换热量，对于分析母猪的热应激情况提供参考依据。

在本发明的一个实施例中，深度相机1，用于确定每一只母猪的运动状态具体包括：根据拍摄的每一个限位栏中的母猪的身体各部位距离地面的高度，判断母猪的运动状态。

如上所述，每只母猪的运动状态包括躺卧、站或者坐，在确定每一只母猪的运动状态时，深度相机1可以拍摄每只母猪的三维图像，可以得到每只母猪的各个部位与地面的高度距离，根据母猪的各个部位与地面的高度距离，即可获取母猪的运动状态。比如，分别获取每只母猪的背部、头部和臀部与地面的高度距离，如果母猪的背部、头部和臀部与地面的高度距离均接近0，则表明母猪处于躺卧的状态；若母猪的头部、背部和臀部与地面的高度距离均不同，表明母猪处于坐着的状态；若母猪的头部、背部和臀部与地面的距离均相同且不为0，与地面具有一定的高度，则表明母猪处于站着的状态。

在本发明的一个实施例中，红外测温器包括红外热像仪5和红外线测温探头3，深度相机1和红外热像仪5封装于防护壳体2下方，所述红外测温探头3封装于所述防护壳体2上方，所述防护壳体2固定于限位栏上方，多个限位栏呈矩阵排列放置于猪舍中。

在本发明实施例中，红外测温器包括红外热像仪5和红外线测温探头3，深度相机1、红外热像仪5和红外线测温探头3均封装于防护壳体2上，将防护壳体2固定安装于被测母猪的限位栏正上方，其中，深度相机1和红外热像仪5固定于防护壳体2下方，正好位于被测母猪的限位栏的正上方，而红外线测温探头3则固定安装于防护壳体2的上方。其中，红外热像仪5，用于获取镜头下被测母猪的温度、其两侧的母猪的温度以及地面的温度，而红外线测温探头3，用于测量屋顶的温度。

在此，需要说明的是，本发明实施例中由于红外热像仪5是安装于防护壳体2下方，只能获取下方镜头下母猪的温度、地面的温度，因此，再采用一个红外线测温探头3安装于防护壳体2的上方，用来获取猪舍屋顶的温度。其实，如果防护壳体2可以旋转，将红外热像仪5旋转到朝向屋顶，那么也可以利用红外热像仪5来测量屋顶的温度，或者通过旋转红外线测温探头3来测量每只母猪的温度、地面以及屋顶的温度也是可以的；亦或者在防护壳体2上方和下方均安装红外热像仪5或者红外线测温探头3来测量每一只母猪的温度、地面的温度和屋顶的温度。

在本发明的一个实施例中，处理器4，用于根据被测母猪的图像，计算得到被测母猪的表面积具体包括：根据深度相机1拍摄的每张母猪的图像，提取出图像中猪体的轮廓，根据猪体的轮廓，获取猪体的体尺特征；根据猪体的体尺与体重的相关性估算出母猪的体重，进而根据母猪的体重估算出母猪的表面积。

具体的，根据深度相机1拍摄的被测母猪以及两侧的母猪的图像，提取图像中每只母猪的猪体轮廓，根据每只母猪的猪体轮廓，获取猪体的体尺特征，比如，猪体的长度、宽度和高度等。根据猪体的体尺与体重的相关性估算出母猪的体重，进而估算出母猪的表面积。

当计算出被测母猪的表面积、还需要确定被测母猪六个方位对应的每一个面的表面(包括被测母猪两侧的母猪的表面积、被测母猪对应的地面的表面积、被测母猪对应的屋顶的表面积以及墙壁的表面积)、被测母猪与周围六个方位的每一个面之间的角度系数以及被测母猪的温度和被测母猪周围的各个面的温度，计算得到被测母猪的辐射换热量。

参见图2，提供了本发明一个实施例的母猪辐射换热监测方法，包括：拍摄被测母猪以及被测母猪两侧的母猪的图像，以及获取被测母猪以及所述被测母猪六个方位对应的各个面的温度；根据被测母猪和两侧的母猪的图像，确定每一只母猪的运动状态，并根据被测母猪和两侧母猪的运动状态，在预置的对应关系集合中匹配得到所述被测母猪与其六个方位对应的各个面之间的角系数；根据被测母猪和两侧的母猪的图像，计算得到每只母猪的表面积；根据所述被测母猪的表面积、被测母猪对应的各个面的表面积、被测母猪与其六个方向对应的各个面之间的角系数以及各个面的温度，计算得到被测母猪的辐射换热量。

在本发明实施例中，多头母猪是圈养在猪舍中，每一头母猪位于一个限位栏中，母猪之间用限位栏进行隔离，猪舍内的多个限位栏为呈矩阵依次排列且每一个限位栏的底部与猪舍内的地面接触。

在本发明实施例中，通过深度相机拍摄被测母猪以及被测母猪两侧的限位栏中母猪的图像。根据拍摄的三只母猪的图像，得到每一只母猪的运动状态，所谓的母猪的运动状态是指母猪位于躺、站或者坐的状态。以及根据拍摄的被测母猪的图像以及被测母猪两侧的母猪的图像，对包含每只母猪的图像进行分析处理，得到每只母猪的表面积。

根据被测母猪与其两侧母猪的运动状态，在预置的对应关系集合中匹配得到被测母猪与其六个方位对应的各个面之间的角系数。其中，预置的对应关系集合中保存了被测母猪和其两侧的母猪的运动状态与被测母猪和其六个方位对应的各个面之间的角系数的对应关系。

最后，根据被测母猪的表面积、其六个方位对应的六个面的表面积、被测母猪与其六个方向对应的各个面之间的角系数以及被测母猪的温度、其周围的六个面的温度，计算得到被测母猪的辐射换热量。

在本发明的一个实施例中，所述根据被测母猪和两侧的母猪的图像，确定每一只母猪的运动状态具体包括：根据拍摄的每一个限位栏中的母猪的身体各部位距离地面的高度，判断母猪的运动状态。

其中，每只母猪的运动状态包括躺卧、站或者坐，在确定每一只母猪的运动状态时，深度相机可以拍摄每只母猪的三维图像，可以得到每只母猪的各个部位与地面的高度距离，根据母猪的各个部位与地面的高度距离，即可获取母猪的运动状态。

在本发明的一个实施例中，被测母猪的六个方位对应的各个面为母猪或地面或屋顶或者墙壁，相应的，被测母猪与其六个方位对应的各个面之间的角系数包括被测母猪分别与两侧母猪的角系数、被测母猪与对应的猪舍内地面的角系数、被测母猪与对应的猪舍内屋顶的角系数、被测母猪与对应的墙壁的角系数。

在本发明的一个实施例中，根据被测母猪和两侧的母猪的图像，计算得到每只母猪的表面积具体包括：根据每张母猪的图像，提取出图像中猪体的轮廓，根据所述猪体的轮廓，获取猪体的体尺特征；根据猪体的体尺与体重的相关性估算出母猪的体重，进而根据母猪的体重估算出母猪的表面积。

在本发明的一个实施例中，通过如下公式计算得到被测母猪的辐射换热量：

Φ_z＝Φ_S-1+Φ_S-2+Φ_S-3+Φ_S-4+Φ_S-5+Φ_S-6；

其中，E_S为被测母猪辐射力(W/m²)，E_n为被测母猪对应的第n面面的辐射力(W/m²)，ε_S为母猪表皮发射率，ε_n为被测母猪对应的第n面的发射率，A_S为被测母猪表面积，A_n为被测母猪对应的第n面的表面积，X_S-n为被测母猪与对应第n面的角系数，Φ_S-n为被测母猪与第n面之间的辐射换热量(W)，Φ_z猪体总的辐射换热量(W)，其中，n为1、2、3、4、5或6；

其中，通过如下公式计算每一只母猪及各个面的辐射力：

E＝σT⁴

其中，σ是玻尔兹曼常数，T为母猪或各个面表面的平均温度(K)。

下面以一个具体的实例对本发明实施例提供的母猪辐射换热监测方法进行详细说明。

参见图3，母猪在猪舍内的位置如下，每一只猪均位于一个限位栏中，猪舍内的限位栏位多排，每一排的多个限位栏依次紧挨排列，而每两排限位栏之间留有一条过道，每一条过道的宽度为0.6。如图4所示，以三只在猪舍中间位置的母猪为例进行介绍，假设有三只连续的母猪都为190.5公斤，根据公式体重与表面积的关系：S＝0.097W^0.663可知猪的面积为：S＝2.69m²。

三只母猪均处于站立状态，处于中间位置的那只母猪为被测母猪，则被测母猪的左右方位对应面为母猪，被测母猪上表面对应的面为猪舍屋顶，被测母猪下表面对应的面为猪舍的地面，被测母的前后方分别对应猪舍的墙壁。

假设限位栏的长宽高分别为2.1m、0.6m和0.8m，被测母猪各个方位对应面的表面积为：被测母猪的上表面对应的猪舍屋顶的表面积为三只限位栏的俯视面积、限位栏前方半个过道的面积和限位栏后方半过的面积之和，限位栏的长宽为2.1m*0.6m，所以三个限位栏对应的面积为2.1m*1.8m，再加上半个过道的面积，其中，过道的宽为0.6m，则被测母猪的上表面对应的猪舍屋顶的表面积为2.7m*1.8m的长宽；被测母猪的下表面对应的猪舍地面的表面积同为2.7m*1.8m；被测母猪左右对应的面的表面积则为两侧母猪的表面积，可通过猪体的体尺特征估算出猪的体重，再由猪的体重估算出猪的表面积；被测母猪的前后方对应的面为猪舍的墙壁，其表面积为限位栏的高度与三个限位栏的宽度0.8m*1.8m。

其中，表面1与表面2之间的角系数的定义：从表面1发出的辐射能落到表面2上的辐射能的百分数称为表面1对表面2的角系数，其中，角系数是纯几何因子，它只取决于换热物体的几何特征，而与物体的物质和温度等条件无关。则表面1与表面2之间的角系数的计算公式为：角系数的公式：X_1-2＝从表面1发出且能顺利到达表面2的能量/从表面1发射出的总能量。

具体计算两个表面的角系数的方法为比较成熟的求解方法，可以参考CN106202658A这篇专利，具体为，在多物理场软件comsol内计算面与面的角系数，把建立好的几何模型(根据三只母猪的运动状态建立对应的等效几何模型)导入多物理场软件comsol中，在多物理场软件comsol中选择表面对表面辐射(rad)模型，求解出被测母猪与其它表面的角系数，通过仿真计算得到被测母猪与对应的各个面的角系数可参见表1。

表1

	屋顶	地面	前	后	左猪	右猪
							被测猪	0.034836	0.27373	0.049279	0.053792	0.11488	0.11487

计算出被测母猪以及周围6个面的表面积，且利用红外测温器分别测得猪舍内地面的温度和屋顶的温度，在本发明实施例中，将猪舍内地面的温度和屋顶的温度的平均值作为被测母猪的前后方对应的猪舍墙壁的温度。

根据被测母猪和对应各个面的温度，根据上述公式(3)计算得到被测母猪以及对应各个面的辐射力，其中，ε_S(母猪表皮发射率)，ε_n(被测母猪对应的第n面的发射率)与物体的材质有关，可以根据物体的材质查表获得。

至此，获取了被测母猪的表面积、对应各个面的表面积、被测母猪以及对应各个面的辐射力和被测母猪与对应各个面之间的角系数，从而根据公式(1)可求得被测母猪与对应的每一个面之间的辐射换热量，被测母猪与对应的每一个面之间的辐射换热量之和即为被测母猪总的辐射换热量。

上述实例为三只母猪均处于站立状态时，被测母猪6个方位对应的各个面的表面积，以及利用多物理场软件comsol计算被测母猪的表面与对应的各个面之间的角系数。当三只母猪的运动状态不同时，被测母猪对应的各个面的表面积是相同的，只是被测母猪与对应的各个面之间的角系数不同，可根据三只母猪的运动状态，建立对应的等效几何模型，并将建立的等效几何模型导入多物理场软件comsol中，求得被测母猪的表面与对应各个面之间的角系数。

上述介绍了被测母猪的两侧均有母猪的情况，下面对被测母猪只有一侧有母猪的情形进行介绍。比如，被测母猪的右侧有母猪而左侧为边缘没有母猪时，那么被测母猪的对应各个面的表面积为：被测母猪的上表面对应的猪舍屋顶的表面积为两只限位栏的俯视面积、限位栏前方半个过道的面积和限位栏后方半过的面积之和，限位栏的长宽为2.1m*0.6m，所以两个限位栏对应的面积为2.1m*1.2m，再加上半个过道的面积，其中，过道的宽为0.6m，则被测母猪的上表面对应的猪舍屋顶的表面积为2.7m*1.2m的长宽；被测母猪的下表面对应的猪舍地面的表面积同为2.7m*1.2m；被测母猪右侧对应的面的表面积则为母猪的表面积，可通过猪体的体尺特征估算出猪的体重，再由猪的体重估算出猪的表面积，被测母猪的左侧对应的表面积为墙面的实际高度乘以(一个限位栏的长度加上限位栏前方半个过道的宽度和限位栏后方半个过道的宽度)，即为墙壁的实际高度*2.7m；被测母猪的前后方对应的面为猪舍的墙壁，其表面积为限位栏的高度与两个限位栏的宽度0.8m*1.2m。

随后根据被测母猪与其一侧的母猪的运动状态，建立对应的等效几何模型，并将等效几何模型导入多物理场软件comsol中，求得被测母猪的表面与对应各个面之间的角系数。

通过上述的方式计算得到被测母猪和对应的各个面的温度、被测母猪和对应的各个面的表面积以及被测母猪与对应的各个面的角系数。计算得到被测母猪在不同情形下的辐射换热量。

本发明的一个实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上的一种母猪辐射换热监测方法的步骤。

本发明提供的一种母猪辐射换热监测装置及监测方法，利用深度相机和红外测温器安装于限位栏上方，深度相机和红外测温器的体积不大，而且是安装于限位栏上方的，不像现有技术中的黑球需要放置于猪舍中；在硬件方便只需要深度相机和红外测温器，计算猪舍中被测母猪的辐射换热量主要通过软件来实现，通过确定监测母猪与周围环境的实时角系数以及温度情况，以此来准确、实时且方便的获取母猪辐射换热量，对于分析母猪的热应激情况提供参考依据。

最后应说明的是：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；而这些修改或者替换，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 (10)

1.一种母猪辐射换热监测装置，其特征在于，包括深度相机、红外测温器和处理器；

所述深度相机，用于拍摄被测母猪以及被测母猪两侧的母猪的图像，并确定每一只母猪的运动状态，其中，每一只母猪位于限位栏中，所述深度相机位于被测母猪的正上方；

所述红外测温器，用于获取被测母猪以及所述被测母猪六个方位对应的各个面的温度；

所述处理器，用于根据被测母猪及两侧母猪的图像，计算得到每只母猪的表面积，以及根据所述被测母猪和两侧母猪的运动状态，在预置的对应关系集合中匹配得到所述被测母猪与其六个方位对应的各个面之间的角系数；

所述处理器，还用于根据所述被测母猪的表面积、被测母猪对应的各个面的表面积、被测母猪与对应的各个面之间的角系数以及各个面的温度，计算得到被测母猪的辐射换热量。

2.根据权利要求1所述的母猪辐射换热监测装置，其特征在于，所述深度相机，用于确定每一只母猪的运动状态具体包括：

根据拍摄的每一个限位栏中的母猪的身体各部位距离地面的高度，判断母猪的运动状态。

3.根据权利要求1所述的母猪辐射换热监测装置，其特征在于，所述红外测温器包括红外热像仪和红外线测温探头，所述深度相机和红外热像仪封装于防护壳体下方，所述红外测温探头封装于所述防护壳体上方，所述防护壳体固定于限位栏上方，所述多个限位栏呈矩阵排列放置于猪舍中；

所述红外热像仪，用于测量被测母猪的温度、其两侧的母猪的温度和猪舍内地面的温度；

所述红外线测温探头，用于测量猪舍内屋顶的温度。

4.根据权利要求1所述的母猪辐射换热监测装置，其特征在于，所述处理器，用于根据被测母猪的图像，计算得到所述被测母猪的表面积具体包括：

根据所述深度相机拍摄的每张母猪的图像，提取出图像中猪体的轮廓，根据所述猪体的轮廓，获取猪体的体尺特征；

根据猪体的体尺与体重的相关性估算出母猪的体重，进而根据母猪的体重估算出母猪的表面积。

5.一种母猪辐射换热监测方法，其特征在于，包括：

拍摄被测母猪以及被测母猪两侧的母猪的图像，以及获取被测母猪和所述被测母猪六个方位对应的各个面的温度；

根据被测母猪和两侧的母猪的图像，确定每一只母猪的运动状态，并根据被测母猪和两侧母猪的运动状态，在预置的对应关系集合中匹配得到所述被测母猪与其六个方位对应的各个面之间的角系数；

根据被测母猪和两侧的母猪的图像，计算得到每只母猪的表面积；

根据所述被测母猪的表面积、被测母猪对应的各个面的表面积、被测母猪与对应的各个面之间的角系数以及各个面的温度，计算得到被测母猪的辐射换热量。

6.根据权利要求5所述的母猪辐射换热监测方法，其特征在于，所述根据被测母猪和两侧的母猪的图像，确定每一只母猪的运动状态具体包括：

根据拍摄的每一个限位栏中的母猪的身体各部位距离地面的高度，判断母猪的运动状态。

7.根据权利要求5所述的母猪辐射换热监测方法，其特征在于，所述预置的对应关系集合中保存了被测母猪和其两侧的母猪的运动状态与被测母猪和其六个方位对应的各个面之间的角系数的对应关系。

8.根据权利要求5或7所述的母猪辐射换热监测装置，其特征在于，所述被测母猪的六个方位对应的各个面为母猪或猪舍内地面或猪舍内屋顶或者猪舍内墙壁，相应的，所述被测母猪与其六个方位对应的各个面之间的角系数包括所述被测母猪分别与两侧母猪的角系数、被测母猪与猪舍内地面的角系数、被测母猪与猪舍内屋顶的角系数、被测母猪与猪舍内墙壁的角系数。

9.根据权利要求6所述的母猪辐射换热监测方法，其特征在于，所述根据被测母猪和两侧的母猪的图像，计算得到每只母猪的表面积具体包括：

根据每张母猪的图像，提取出图像中猪体的轮廓，根据所述猪体的轮廓，获取猪体的体尺特征；

根据猪体的体尺与体重的相关性估算出母猪的体重，进而根据母猪的体重估算出母猪的表面积。

10.根据权利要求5所述的母猪辐射换热监测方法，其特征在于，通过如下公式计算得到被测母猪的辐射换热量：

Φ_z＝Φ_S-1+Φ_S-2+Φ_S-3+Φ_S-4+Φ_S-5+Φ_S-6；

其中，E_S为被测母猪辐射力(W/m²)，E_n为被测母猪对应的第n面面的辐射力(W/m²)，ε_S为母猪表皮发射率，ε_n为被测母猪对应的第n面的发射率，A_S为被测母猪表面积，A_n为被测母猪对应的第n面的表面积，X_S-n为被测母猪与对应第n面的角系数，Φ_S-n为被测母猪与第n面之间的辐射换热量(W)，Φ_z猪体总的辐射换热量(W)，其中，n为1、2、3、4、5或6；

其中，通过如下公式计算每一只母猪及各个面的辐射力：

E＝σT⁴

其中，σ是玻尔兹曼常数，T为母猪或各个面表面的平均温度(K)。