CN110537499A - 反刍动物运动行为识别方法、系统及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开反刍动物运动行为识别方法、系统及计算机可读存储介质，其中反刍动物运动行为识别方法包括通过加速度传感器实时采集动物的X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度及Z轴方向的加速度；将实时获取的X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度及Z轴方向的加速度进行计算得到实时的合加速度A，计算公式为：其中，Ax为X轴方向的加速度、Ay为Y轴方向的加速度，Az为Z轴方向的加速度；将实时的合加速度A进行降噪处理；获取每间隔b时间段的合加速度A的点值；判断获取动物的运动行为，动物的运动状态包括静止行为、行走行为及奔跑行为。本发明可实时监测反刍动物运动行为，便于对反刍动物的管理和分析。
Description
技术领域
本发明涉及反刍动物的运动行为分析技术领域，特别涉及一种反刍动物运动行为识别方法、系统及计算机可读存储介质。
背景技术
反刍动物包括骆驼、鹿、长颈鹿、羊驼、羚羊、牛、羊。反刍是指骆驼、鹿、长颈鹿、羊驼、羚羊、牛、羊之类的反刍动物的独有消化过程，在进食经过一段时间以后将在胃中半消化的食物返回嘴里再次咀嚼这一行为过程。反刍动物在休息时将半消化的食浆重新咀嚼，然后将这些再次磨碎的食物咽下，通过微生物消化单胃哺乳动物无法消化的糖类。
近年来，国家制定了禁牧、休牧、轮牧等政策，在设施养殖模式下，反刍动物的自发运动时间非常少，运动量明显下降，加之圈舍内通风不良和空气污浊，导致免疫力低下，容易患肠胃疾病，反刍动物对疾病的耐受能力强，患病初期发病症状不明显，但患病反刍动物的精神状态、运动行为与健康反刍动物存在区别，反刍动物的静立、行走、奔跑等运动行为的发生频次及持续时间可以反应反刍动物的精神状态和健康状况，目前缺乏对反刍动物运动行为的有效监测和合理分析。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种反刍动物运动行为识别方法，旨在实时监测反刍动物运动行为，便于对反刍动物的管理和分析。
为实现上述目的，本发明提出一种反刍动物运动行为识别方法，该反刍动物运动行为识别方法包括以下步骤：
S100:通过加速度传感器实时采集动物的X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度及Z轴方向的加速度；
S200:将实时获取的X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度及Z轴方向的加速度进行计算得到实时的合加速度A，计算公式为：其中，AX为X轴方向的加速度、Ay为Y轴方向的加速度，AZ为Z轴方向的加速度；
S300:将实时的合加速度A进行降噪处理；
S400:获取每间隔b时间段的合加速度A的点值；
S500:判断获取动物的运动行为，动物的运动状态包括静止行为、行走行为及奔跑行为，S501:判断合加速度A的点值是否处于静止行为阀值范围内，若是，将反刍动物的行为记为静止行为，若否，判断合加速度A的点值是否处于行走行为阀值范围内，若合加速度A的点值是处于行走行为阀值范围内，则将反刍动物的行为记为行走行为，若合加速度A的点值未处于行走行为阀值范围内，判断合加速度A的点值是否处于奔跑行为阀值范围内，若是，则将反刍动物的奔跑行为，静立行为阈值范围为小于等于1050cm/s2，行走行为阈值范围为大于1050cm/s2，并小于等于1800cm/s2，奔跑行为阈值范围为大于1800cm/s2。
优选地，S300将实时的合加速度A进行降噪处理具体包括以下步骤：
S301：通过小波消噪法对合加速度A进行降噪，所述小波消噪法的分解层数为三层。
优选地，S400获取每间隔b时间段的合加速度A的点值具体包括以下步骤：
S401：获取每间隔1秒的合加速度A的点值，采样频率为60赫兹。
优选地，S500判断获取动物的运动行为，动物的运动状态包括静止行为、行走行为及奔跑行为之后还包括以下步骤：
S600：通过定位器实时获取动物的位置信息，
S700：建立运动模型，运动模型包括实时获取动物的位置信息的运动轨迹。
优选地，S700建立运动模型，运动模型包括实时获取动物的位置信息的运动轨迹之后还包括以下步骤：
S800：实时显示动物的运动轨迹，
S900：将动物对应的运行行为显示于运行轨迹上。
优选地，S900将动物对应的运行行为显示于运行轨迹上之后还包括以下步骤：
S1000：判断动物的运行行为是否变化，若是，显示动物对应的运行行为于对应的部分运行轨迹上。
本发明还提出一种反刍动物运动行为识别系统，包括存储器、控制器、加速度传感器、无线传输装置、后端服务器、滤波器及存储在所述控制器上并可在所述控制器上运行的反刍动物运动行为识别程序，其中：
所述反刍动物运动行为识别程序被所述控制器执行时实现上述所述的反刍动物运动行为识别方法的步骤，
所述加速度传感器电性连接控制器，加速度传感器用于实时采集动物的X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度及Z轴方向的加速度发送给控制器；
所述控制器将实时获取的X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度及Z轴方向的加速度进行计算得到实时的合加速度A后发送至滤波器，计算公式为：其中，AX为X轴方向的加速度、Ay为Y轴方向的加速度，AZ为Z轴方向的加速度，
所述滤波器电性连接控制器，滤波器用于将实时的合加速度A进行降噪处理后再发送给控制器；
所述无线传输装置电性连接控制器，控制器获取每间隔b时间段的合加速度A的点值，判断获取动物的运动行为，动物的运动状态包括静止行为、行走行为及奔跑行为，判断合加速度A的点值是否处于静止行为阀值范围内，若是，将反刍动物的行为记为静止行为，若否，判断合加速度A的点值是否处于行走行为阀值范围内，若合加速度A的点值是处于行走行为阀值范围内，则将反刍动物的行为记为行走行为，若合加速度A的点值未处于行走行为阀值范围内，判断合加速度A的点值是否处于奔跑行为阀值范围内，若是，则将反刍动物的奔跑行为，静立行为阈值范围为小于等于1050cm/s2，行走行为阈值范围为大于1050cm/s2，并小于等于1800cm/s2，奔跑行为阈值范围为大于1800cm/s2，再将判断结果通过无线传输装置发送给后端服务器。
优选地，还包括电性连接控制器的定位器，所述定位器用于实时获取动物的位置信息，并通过无线传输装置发送给后端服务器。
优选地，还包括电源，所述电源电性连接所述控制器。
本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有反刍动物运动行为识别程序，所述反刍动物运动行为识别程序被控制器执行时实现上述所述的反刍动物运动行为识别方法的步骤。
本发明技术方案通过S100:通过加速度传感器实时采集动物的X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度及Z轴方向的加速度；S200:将实时获取的X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度及Z轴方向的加速度进行计算得到实时的合加速度A，计算公式为：其中，AX为X轴方向的加速度、Ay为Y轴方向的加速度，AZ为Z轴方向的加速度；S300:将实时的合加速度A进行降噪处理；S400:获取每间隔b时间段的合加速度A的点值；S500:判断获取动物的运动行为，动物的运动状态包括静止行为、行走行为及奔跑行为，S501:判断合加速度A的点值是否处于静止行为阀值范围内，若是，将反刍动物的行为记为静止行为，若否，判断合加速度A的点值是否处于行走行为阀值范围内，若合加速度A的点值是处于行走行为阀值范围内，则将反刍动物的行为记为行走行为，若合加速度A的点值未处于行走行为阀值范围内，判断合加速度A的点值是否处于奔跑行为阀值范围内，若是，则将反刍动物的奔跑行为，静立行为阈值范围为小于等于1050cm/s2，行走行为阈值范围为大于1050cm/s2，并小于等于1800cm/s2，奔跑行为阈值范围为大于1800cm/s2，以便于实时监测反刍动物运动行为，对反刍动物更好的管理和分析。
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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明反刍动物运动行为识别方法一实施例的流程结构示意图；
图2为图1反刍动物运动行为识别方法的步骤S300的流程结构示意图；
图3为图1反刍动物运动行为识别方法的步骤S400的流程结构示意图；
图4为本发明反刍动物运动行为识别方法另一实施例的流程结构示意图；
图5为本发明反刍动物运动行为识别系统的结构示意图；
图6为本发明反刍动物运动行为识别方法显示的线条示意图。
附图标号说明：
| 标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
| 10 | 控制器 | 50 | 后端服务器 |
| 20 | 存储器 | 60 | 定位器 |
| 30 | 加速度传感器 | 70 | 电源 |
| 40 | 无线传输装置 | 80 | 滤波器 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
参照图5和图6，本发明提出一种反刍动物运动行为识别系统，包括存储器20、控制器10、加速度传感器30、无线传输装置40、后端服务器50、滤波器80及存储在所述控制器10上并可在所述控制器10上运行的反刍动物运动行为识别程序，其中：
所述反刍动物运动行为识别程序被所述控制器10执行时实现反刍动物运动行为识别方法的步骤，
所述加速度传感器30电性连接控制器10，加速度传感器30用于实时采集动物的X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度及Z轴方向的加速度发送给控制器10；
所述控制器10将实时获取的X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度及Z轴方向的加速度进行计算得到实时的合加速度A后发送至滤波器80，计算公式为：其中，AX为X轴方向的加速度、Ay为Y轴方向的加速度，AZ为Z轴方向的加速度，
所述滤波器80电性连接控制器10，滤波器80用于将实时的合加速度A进行降噪处理后再发送给控制器10；
所述无线传输装置40电性连接控制器10，控制器10获取每间隔b时间段的合加速度A的点值，判断获取动物的运动行为，动物的运动状态包括静止行为、行走行为及奔跑行为，判断合加速度A的点值是否处于静止行为阀值范围内，若是，将反刍动物的行为记为静止行为，若否，判断合加速度A的点值是否处于行走行为阀值范围内，若合加速度A的点值是处于行走行为阀值范围内，则将反刍动物的行为记为行走行为，若合加速度A的点值未处于行走行为阀值范围内，判断合加速度A的点值是否处于奔跑行为阀值范围内，若是，则将反刍动物的奔跑行为，静立行为阈值范围为小于等于1050cm/s2，行走行为阈值范围为大于1050cm/s2，并小于等于1800cm/s2，奔跑行为阈值范围为大于1800cm/s2，再将判断结果通过无线传输装置40发送给后端服务器50。
使用时，可将存储器20、控制器10、加速度传感器30、无线传输装置40组成一个采集装置，将采集装置可通过绳带佩戴在反刍动物的背部靠近前腿处，使采集的X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度及Z轴方向的加速度相对更平稳，采集装置通过无线传输装置40将采集的信息发送给后端服务器50，后端服务器50也可为云端服务器或者手机、电脑等设备，以便于随时随地进行观察监测反刍动物运动行为，使用更方便。
优选地，还包括电性连接控制器10的定位器60，所述定位器60用于实时获取动物的位置信息，并通过无线传输装置40发送给后端服务器50。以便于确认动物的位置，便于管理。
优选地，还包括电源70，所述电源70电性连接所述控制器10。电源70用于给存储器20、控制器10、加速度传感器30、无线传输装置40供电，以便于使用。
其中，所述存储器20至少包括一种计算机可读存储介质，用于存储安装于所述反刍动物运动行为识别系统的操作系统和各类应用软件，例如反刍动物运动行为识别程序的程序代码等。此外，所述存储器20还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的各类数据。
所述控制器10在一些实施例中可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、处理器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。该控制器10通常用于控制所述反刍动物运动行为识别系统的总体操作。本实施例中，所述控制器10用于运行所述存储器中存储的程序代码或者处理数据，例如运行所述反刍动物运动行为识别程序等。
参照图1和图6，所述反刍动物运动行为识别程序被所述处理器执行时，实现如下步骤：
S100:通过加速度传感器30实时采集动物的X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度及Z轴方向的加速度，其中的加速度传感器30可为六轴加速度传感器，
S200:将实时获取的X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度及Z轴方向的加速度进行计算得到实时的合加速度A，计算公式为：其中，AX为X轴方向的加速度、Ay为Y轴方向的加速度，AZ为Z轴方向的加速度，以降低由加速度传感器30节点的部署问题对动物运动行为数据造成的影响，将六轴加速度传感器30采集到的三维数据合成为一维数据，来反映反刍动物运动的整体情况。
S300:将实时的合加速度A进行降噪处理，由于反刍动物的身体抖动、喘息等因素的影响，采集到的数据包含相对于运动行为的干扰数据，通过降噪处理进行提高识别效果。参照图2，具体可为S301：通过小波消噪法对合加速度A进行降噪，所述小波消噪法的分解层数为三层，小波消噪法为惯常技术，具体算法再次不再赘述。
S400:获取每间隔b时间段的合加速度A的点值，参照图3，具体为S401：获取每间隔1秒的合加速度A的点值，采样频率为60赫兹。
S500:判断获取动物的运动行为，动物的运动状态包括静止行为、行走行为及奔跑行为，S501:判断合加速度A的点值是否处于静止行为阀值范围内，若是，将反刍动物的行为记为静止行为，若否，判断合加速度A的点值是否处于行走行为阀值范围内，若合加速度A的点值是处于行走行为阀值范围内，则将反刍动物的行为记为行走行为，若合加速度A的点值未处于行走行为阀值范围内，判断合加速度A的点值是否处于奔跑行为阀值范围内，若是，则将反刍动物的奔跑行为，静立行为阈值范围为小于等于1050cm/s2，行走行为阈值范围为大于1050cm/s2，并小于等于1800cm/s2，奔跑行为阈值范围为大于1800cm/s2。以便于实时监测反刍动物运动行为，对反刍动物更好的管理和便于后续进行分析。
参照图4，优选地，S500判断获取动物的运动行为，动物的运动状态包括静止行为、行走行为及奔跑行为之后还包括以下步骤：
S600：通过定位器实时获取动物的位置信息，
S700：建立运动模型，运动模型包括实时获取动物的位置信息的运动轨迹。以便于可远程监控反刍动物的运行轨迹。
进一步地，S700建立运动模型，运动模型包括实时获取动物的位置信息的运动轨迹之后还包括以下步骤：
S800：实时显示动物的运动轨迹，
S900：将动物对应的运行行为显示于运行轨迹上，以便于观察，使用更方便。
更进一步地，参照图4和图6，S900将动物对应的运行行为显示于运行轨迹上之后还包括以下步骤：
S1000：判断动物的运行行为是否变化，若是，显示动物对应的运行行为于对应的部分运行轨迹上，若否，返回上一步骤，继续判断动物的运行行为是否变化，图6中的1对应反刍动物静止行为、2对应行走行为、3对应奔跑行为，以便于观察，使用更方便，并且将动物轨迹和动物行为实时反映出来，也便于统计反刍动物一段时间内的运动总量，分析反刍动物的精神状态和健康状况等。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种反刍动物运动行为识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100:通过加速度传感器实时采集动物的X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度及Z轴方向的加速度；
S200:将实时获取的X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度及Z轴方向的加速度进行计算得到实时的合加速度A，计算公式为：其中，AX为X轴方向的加速度、Ay为Y轴方向的加速度，Az为Z轴方向的加速度；
S300:将实时的合加速度A进行降噪处理；
S400:获取每间隔b时间段的合加速度A的点值；
S500:判断获取动物的运动行为，动物的运动状态包括静止行为、行走行为及奔跑行为，S501:判断合加速度A的点值是否处于静止行为阀值范围内，若是，将反刍动物的行为记为静止行为，若否，判断合加速度A的点值是否处于行走行为阀值范围内，若合加速度A的点值是处于行走行为阀值范围内，则将反刍动物的行为记为行走行为，若合加速度A的点值未处于行走行为阀值范围内，判断合加速度A的点值是否处于奔跑行为阀值范围内，若是，则将反刍动物的奔跑行为，静立行为阈值范围为小于等于1050cm/s2，行走行为阈值范围为大于1050cm/s2，并小于等于1800cm/s2，奔跑行为阈值范围为大于1800cm/s2。
2.如权利要求1所述的反刍动物运动行为识别方法，其特征在于，S300将实时的合加速度A进行降噪处理具体包括以下步骤：
S301：通过小波消噪法对合加速度A进行降噪，所述小波消噪法的分解层数为三层。
3.如权利要求2所述的反刍动物运动行为识别方法，其特征在于，S400获取每间隔b时间段的合加速度A的点值具体包括以下步骤：
S401：获取每间隔1秒的合加速度A的点值，采样频率为60赫兹。
4.如权利要求1-3任一项所述的反刍动物运动行为识别方法，其特征在于，S500判断获取动物的运动行为，动物的运动状态包括静止行为、行走行为及奔跑行为之后还包括以下步骤：
S600：通过定位器实时获取动物的位置信息，
S700：建立运动模型，运动模型包括实时获取动物的位置信息的运动轨迹。
5.如权利要求4所述的反刍动物运动行为识别方法，其特征在于，S700建立运动模型，运动模型包括实时获取动物的位置信息的运动轨迹之后还包括以下步骤：
S800：实时显示动物的运动轨迹，
S900：将动物对应的运行行为显示于运行轨迹上。
6.如权利要求5所述的反刍动物运动行为识别方法，其特征在于，S900将动物对应的运行行为显示于运行轨迹上之后还包括以下步骤：
S1000：判断动物的运行行为是否变化，若是，显示动物对应的运行行为于对应的部分运行轨迹上。
7.一种反刍动物运动行为识别系统，其特征在于，包括存储器、控制器、加速度传感器、无线传输装置、后端服务器、滤波器及存储在所述控制器上并可在所述控制器上运行的反刍动物运动行为识别程序，其中：
所述反刍动物运动行为识别程序被所述控制器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的反刍动物运动行为识别方法的步骤，
所述加速度传感器电性连接控制器，加速度传感器用于实时采集动物的X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度及Z轴方向的加速度发送给控制器；
所述控制器将实时获取的X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度及Z轴方向的加速度进行计算得到实时的合加速度A后发送至滤波器，计算公式为：其中，Ax为X轴方向的加速度、Ay为Y轴方向的加速度，Az为Z轴方向的加速度，
所述滤波器电性连接控制器，滤波器用于将实时的合加速度A进行降噪处理后再发送给控制器；
所述无线传输装置电性连接控制器，控制器获取每间隔b时间段的合加速度A的点值，判断获取动物的运动行为，动物的运动状态包括静止行为、行走行为及奔跑行为，判断合加速度A的点值是否处于静止行为阀值范围内，若是，将反刍动物的行为记为静止行为，若否，判断合加速度A的点值是否处于行走行为阀值范围内，若合加速度A的点值是处于行走行为阀值范围内，则将反刍动物的行为记为行走行为，若合加速度A的点值未处于行走行为阀值范围内，判断合加速度A的点值是否处于奔跑行为阀值范围内，若是，则将反刍动物的奔跑行为，静立行为阈值范围为小于等于1050cm/s2，行走行为阈值范围为大于1050cm/s2，并小于等于1800cm/s2，奔跑行为阈值范围为大于1800cm/s2，再将判断结果通过无线传输装置发送给后端服务器。
8.如权利要求7所述的反刍动物运动行为识别系统，其特征在于，还包括电性连接控制器的定位器，所述定位器用于实时获取动物的位置信息，并通过无线传输装置发送给后端服务器。
9.如权利要求8所述的反刍动物运动行为识别系统，其特征在于，还包括电源，所述电源电性连接所述控制器。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有反刍动物运动行为识别程序，所述反刍动物运动行为识别程序被控制器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的反刍动物运动行为识别方法的步骤。
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