CN111067484A - 一种奶牛生理参数外部行为智能监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种奶牛生理参数外部行为智能监测系统及方法，其特征在于，包括感知层、网络层、云平台、运营层和服务层；所述感知层用于实时监测奶牛的的行为参数，所述网络层将所述感知层监测的数据传输至云平台，所述云平台通过中间件将数据共享至运营层，所述服务层通过接入运营层获取数据。本发明采用智能传感芯片、指示灯等电子器件监测奶牛生理参数外部行为(牛只活动量、牛只爬垮行为)，将智能监测设备佩戴在奶牛身上，收集奶牛活动量和爬跨数据上传到平台，大数据分析得知奶牛状况(发情检测准确性高达90％以上)，通过APP通知工作人员及时了解奶牛的发情和健康状况行精准定位。

Description

一种奶牛生理参数外部行为智能监测系统及方法

技术领域

本发明实施例涉及奶牛监测技术领域，具体涉及一种奶牛生理参数外部行为智能监测系统及方法。

背景技术

我国奶牛养殖众多，在奶牛养殖过程中，面临着企业管理水平低下，政府监管薄弱，环境污染，行业数据分散等问题，限制了现代奶牛养殖业的快速发展，其旨在监测牛只各项指标情况，为牧场提提供较为全部的管理牛只管理平台。不能全面管理牛只情况出现的问题，如：

(1)不能时时监控牛只情况，容易错过奶牛发情期，从而影响奶牛产量。

(2)每头奶牛发情后，存在找牛困难。

(3)对于牛只健康问题不能及时发现。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种奶牛生理参数外部行为智能监测系统及方法，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：一种奶牛生理参数外部行为智能监测系统，其特征在于，包括感知层、网络层、云平台、运营层和服务层；所述感知层用于实时监测奶牛的的行为参数，所述网络层将所述感知层监测的数据传输至云平台，所述云平台通过中间件将数据共享至运营层，所述服务层通过接入运营层获取数据。

作为本发明的优选实施方式，所述感知层包括监测传感器设备，所述监测传感器设备包括：

用于采集奶牛活动数据的加速度传感器；

用于感知奶牛爬跨他牛的行为的角速度传感器或压力传感器；

用于定位奶牛位置的GPS芯片；

用于自动识别牛只信息的RFID超高频标签；

以及用于异常牛只报警以及室内定位找牛的警报指示灯控制器。

作为本发明的优选实施方式，所述云平台包括API开放模块、业务编排模块、数据分析模块、活动上报模块、产奶数据、健康数据、SIM管理模块、协议适配模块和命令缓存模块。

作为本发明的优选实施方式，所述运营层包括奶牛信息管理模块、行为数据分析模块、奶牛监控管理模块、GIS信息应用模块、BI经营分析模块和设备管理模块。

作为本发明的优选实施方式，还包括用于将所述监测传感器设备固定套设在奶牛颈部的安装组件，所述安装组件包括用于固定所述监测传感器设备的项圈以及围绕所述设置在监测传感器两侧边上的转接柔性杆，所述转接柔性杆包围在所述项圈的外圈，两个所述转接柔性杆绕过奶牛的颈部且两个所述转接柔性杆的上端连接有塑性脊骨耙杆，所述塑性脊骨耙杆通过外力变化成不同形状以适应多种类型的脊骨，所述塑性脊骨耙杆的两侧边设有用于卡定在奶牛牛身的塑性弧形杆。

作为本发明的优选实施方式，所述塑性脊骨耙杆的两侧边外表面分布设有水平线性分布的滑动轨槽，所述塑性脊骨耙杆的两侧边内表面设有若干均匀分布的弹性橡胶块，所述弹性橡胶块与塑性脊骨耙杆的位置相同，所述塑性弧形杆的上端沿着所述滑动轨槽移动，并且所述滑动轨槽的上表面设有供所述塑性弧形杆移位的切割孔槽，每个所述塑性弧形杆上设有竖向推杆，所述竖向推杆上安装有用于固定所述塑性弧形杆位置的夹片。

作为本发明的优选实施方式，所述滑动轨槽的上板内表面设有若干均匀分布的梳形卡条，所述夹片的内表面设有与所述梳形卡条相互固定的齿纹。

另外，本发明还提供了一种奶牛生理参数外部行为智能监测方法，包括如下步骤：

步骤100、利用发情算法实时处理智能检测系统采集的活动量数据；

步骤200、按照奶牛生理活动规律对牛群的每只奶牛的活动量数据进行多级筛选；

步骤300、将筛选后保留的活动量数据对应的奶牛定义为发情牛只。

作为本发明的优选实施方式，在步骤100中，发情算法的处理步骤具体为：

步骤101、创建每只牛的活动量数据与采集时间之间的动态监控坐标系；

步骤102、统计每只牛每小时的平均活动量、每只牛每周每小时的平均活动量以及牛群所有牛每周每小时的平均活动量；

步骤103、在同一个时间坐标轴内建立每只牛每小时的平均活动量、每只牛每周每小时的平均活动量以及牛群所有牛每周每小时的平均活动量的变化曲线。

作为本发明的优选实施方式，在步骤200中，多级筛选过程是就是对每只奶牛实时监测的活动量数据分别依次通过多个筛除条件进行筛选，符合所有筛除条件的奶牛即为发情牛只，具体的筛选步骤为：

构建每只牛每小时的平均活动量与该牛对应的每周每小时的平均活动量之间的筛选逻辑关系作为一级筛除条件；

构建每只牛每小时的平均活动量与牛群整体的每周每小时的平均活动量之间的筛选逻辑关系作为二级筛除条件；

根据每只牛每小时的平均活动量变化曲线，构建峰值在连续时间内回落关系的逻辑关系作为三级筛选条件；

根据每只牛每小时的平均活动量在连续时间内的对比逻辑关系作为四级筛选条件。

本发明的实施方式具有如下优点：

本发明采用智能传感芯片、指示灯等电子器件监测奶牛生理参数外部行为(牛只活动量、牛只爬垮行为)，将智能监测设备佩戴在奶牛身上，收集奶牛活动量和爬跨数据上传到平台，大数据分析得知奶牛状况(发情检测准确性高达90％以上)，通过APP通知工作人员及时了解奶牛的发情和健康状况行精准定位。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施方式中的智能监控设备的安装组件结构示意图；

图2为本发明实施方式中的塑性弧形杆的滑动安装结构示意图；

图3为本发明实施方式中的塑性弧形杆的结构示意图；

图4为本发明实施方式中的智能监测方法的流程示意图；

图5为本发明实施方式中智能监测方法的结构框图；

图中：1-安装组件；2-项圈；3-转接柔性杆；4-塑性脊骨耙杆；5-塑性弧形杆；6-滑动轨槽；7-切割孔槽；8-竖向推杆；9-夹片；10-梳形卡条；11-齿纹；12-弹性橡胶块。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，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做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。

如图4和图5所示，本发明提供了一种奶牛生理参数外部行为智能监测系统，包括感知层、网络层、云平台、运营层和服务层；所述感知层用于实时监测奶牛的行为参数，所述网络层将所述感知层监测的数据传输至云平台，所述云平台通过中间件将数据共享至运营层，所述服务层通过接入运营层获取数据。

其中所述感知层包括监测传感器设备，所述监测传感器设备包括：

用于采集奶牛活动数据的加速度传感器；

用于感知奶牛爬跨他牛的行为的角速度传感器或压力传感器；

用于定位奶牛位置的GPS芯片；

用于自动识别牛只信息的RFID超高频标签；

以及用于异常牛只报警以及室内定位找牛的警报指示灯控制器。

网络层为NB-IOT网络。云平台包括API开放模块、业务编排模块、数据分析模块、活动上报模块、产奶数据、健康数据、SIM管理模块、协议适配模块和命令缓存模块。

中间件包括终端中间件、数据接口服务和业务微服务；运营层包括奶牛信息管理模块、行为数据分析模块、奶牛监控管理模块、GIS信息应用模块、BI经营分析模块和设备管理模块；服务层为用户终端。

数据采集设备和NB-IOT蜂窝窄带物联网无线信息通信，将通过数据采集设备把采集到的牛只相关信息通过NB-IOT网络发送到奶牛发情计算机监测平台，NB-IOT蜂窝窄带物联网无线信息通信后台通过对牛只身份的筛选，结合当前牛只的各项指标情况，进行科学背离算法分析，将发情牛的消息及时推送给牧场管理员，通过提高发情检测率，提高配种成功率，从而大幅度提高牧场年产奶量，同时可以一键预约找牛，方便工作人员在牛栏中上百头牛精确定位牛只。

如图1至图3所示，监测传感器设备具体安装在奶牛身上时，需要利用安装组件1将监测传感器设备固定套设在奶牛颈部，所述安装组件1包括用于固定所述监测传感器设备的项圈2以及围绕所述设置在监测传感器两侧边上的转接柔性杆3，所述转接柔性杆3包围在所述项圈2的外圈，转接柔性杆3不直接接触到奶牛皮肤，因此可防止转接柔性杆3摩擦奶牛皮肤而造成磨伤。

两个所述转接柔性杆3绕过奶牛的颈部且两个所述转接柔性杆3的上端连接有塑性脊骨耙杆4，所述塑性脊骨耙杆4通过外力变化成不同形状以适应多种类型的脊骨，所述塑性脊骨耙杆4的两侧边设有用于卡定在奶牛牛身的塑性弧形杆5。

转接柔性杆3在外力作用下塑形为任意形状，因此塑性脊骨耙杆4通过外力变化成不同形状以适应多种类型的脊骨时，转接柔性杆3可适应性塑形。

塑性脊骨耙杆4主要罩设在奶牛的脊骨上，而塑性弧形杆5适应性塑形后固定在奶牛的肋骨之间，所述塑性脊骨耙杆4的两侧边内表面设有若干均匀分布的弹性橡胶块12，所述弹性橡胶块12与塑性脊骨耙杆4的位置相同，因此塑性脊骨耙杆4和塑性弧形杆5在奶牛生活中不会从牛身上掉落且发生的晃动小，进而与塑性脊骨耙杆4连接的转接柔性杆3左右上下晃动幅度小，保证监测传感器设备不会发生剧烈晃动，提高使用寿命，并且即使项圈2磨损断裂时，也可避免监测传感器设备掉落遗失。

塑性脊骨耙杆4的两侧边外表面分布设有水平线性分布的滑动轨槽6，所述塑性弧形杆5的上端沿着所述滑动轨槽6移动，并且所述滑动轨槽6的上表面设有供所述塑性弧形杆5移位的切割孔槽7，每个所述塑性弧形杆5上设有竖向推杆8，所述竖向推杆8上安装有用于固定所述塑性弧形杆5位置的夹片9。

本实施方式的安装组件1在使用时，塑性弧形杆5通过在滑动轨槽6的线性移动，从而实现肋骨间距不同的奶牛均可使用，用户可自定义塑性弧形杆5的位置，将塑性弧形杆5置于奶牛的两条肋骨之间。

所述滑动轨槽6的上板内表面设有若干均匀分布的梳形卡条10，所述夹片10的内表面设有与所述梳形卡条10相互固定的齿纹11。

将塑性弧形杆5置于奶牛的两条肋骨之间的位置后，释放夹片9，夹片9通过自身的齿纹11与滑动轨槽6的上板内表面的梳形卡条10相互制动，确保塑性弧形杆5不会发生线性位移以及掉落的情况。

另外如图4所示，本发明还提供了一种奶牛生理参数外部行为智能监测方法，包括如下步骤：

步骤100、利用发情算法实时处理智能检测系统采集的活动量数据。

在步骤100中，发情算法的处理步骤具体为：

步骤101、创建每只牛的活动量数据与采集时间之间的动态监控坐标系，智能监测系统每监测一次奶牛的活动量数据，则在动态监控坐标系绘入数据。

步骤102、统计每只牛每小时的平均活动量、每只牛每周每小时的平均活动量以及牛群所有牛每周每小时的平均活动量。

比如统计每只牛第一天内从0点～1点之间的平均活动量、1点～2点之间的平均活动量、1点～2点之间的平均活动量……，然后统计每只牛第二天内从0点～1点之间的平均活动量、1点～2点之间的平均活动量、1点～2点之间的平均活动量……，以此类推，计算每只牛每周每小时的平均活动量后，计算所有的牛在同一时间的平均活动量。

步骤103、在同一个时间坐标轴内建立每只牛每小时的平均活动量、每只牛每周每小时的平均活动量以及牛群所有牛每周每小时的平均活动量的变化曲线。

步骤200、按照奶牛生理活动规律对牛群的每只奶牛的活动量数据进行多级筛选。

在步骤200中，多级筛选过程是就是对每只奶牛实时监测的活动量数据分别依次通过多个筛除条件进行筛选，符合所有筛除条件的奶牛即为发情牛只，具体的筛选步骤为：

构建每只牛每小时的平均活动量与该牛对应的每周每小时的平均活动量之间的筛选逻辑关系作为一级筛除条件。

构建每只牛每小时的平均活动量与牛群整体的每周每小时的平均活动量之间的筛选逻辑关系作为二级筛除条件。

根据每只牛每小时的平均活动量变化曲线，构建峰值在连续时间内回落关系的逻辑关系作为三级筛选条件。

根据每只牛每小时的平均活动量在连续时间内的对比逻辑关系作为四级筛选条件。

由于生理机能紊乱的奶牛发情时，因体内激素分泌较少，奶牛发情的外在特征表现不明显，且活动量大的持续时间大约2～6小时，因此通过上述四级筛除条件的过滤后，即可确定最精确的发情牛只。

其中在本实施方式中，如图5所示，一级筛除条件具体为：奶牛每小时的平均活动量，存在连续2个小时大于该奶牛前7天平均活动量1.35倍时，选入对比群体奶牛活动量对比。

二级筛除条件具体为：奶牛每小时的平均活动量，存在连续2小时大于整个奶牛群体每小时活动量1.4倍时，即可去除因牧场管理中调群、挤奶时间变更、牛群迁移等其他因素造成的活动量增高的奶牛。

三级筛选条件具体为：根据峰值回落判断，奶牛每小时的平均活动量需符合当天前一个小时活动量大于后一个小时活动量。

四级筛选条件具体为：根据该奶牛前7天平均活动量中前一个小时小于后一个小时活动量判断，排除该牛在连续2个小时内均是这样的活动曲线。

通过以上四个级别的筛选条件的判断筛选出来的奶牛即为发情牛。具体的，如步骤300、将筛选后保留的活动量数据对应的奶牛定义为发情牛只。

本发明采用智能传感芯片、指示灯等电子器件监测奶牛生理参数外部行为(牛只活动量、牛只爬垮行为)，将智能监测设备佩戴在奶牛身上，收集奶牛活动量和爬跨数据上传到平台，大数据分析得知奶牛状况(发情检测准确性高达90％以上)，通过APP通知工作人员及时了解奶牛的发情和健康状况行精准定位。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种奶牛生理参数外部行为智能监测系统，其特征在于，包括感知层、网络层、云平台、运营层和服务层；所述感知层用于实时监测奶牛的的行为参数，所述网络层将所述感知层监测的数据传输至云平台，所述云平台通过中间件将数据共享至运营层，所述服务层通过接入运营层获取数据。

2.根据权利要求1所述的一种奶牛生理参数外部行为智能监测系统，其特征在于，所述感知层包括监测传感器设备，所述监测传感器设备包括：

用于采集奶牛活动数据的加速度传感器；

用于感知奶牛爬跨他牛的行为的角速度传感器或压力传感器；

用于定位奶牛位置的GPS芯片；

用于自动识别牛只信息的RFID超高频标签；

以及用于异常牛只报警以及室内定位找牛的警报指示灯控制器。

3.根据权利要求1所述的一种奶牛生理参数外部行为智能监测系统，其特征在于，所述云平台包括API开放模块、业务编排模块、数据分析模块、活动上报模块、产奶数据、健康数据、SIM管理模块、协议适配模块和命令缓存模块。

4.根据权利要求1所述的一种奶牛生理参数外部行为智能监测系统，其特征在于，所述运营层包括奶牛信息管理模块、行为数据分析模块、奶牛监控管理模块、GIS信息应用模块、BI经营分析模块和设备管理模块。

5.根据权利要求2所述的一种奶牛生理参数外部行为智能监测系统，其特征在于，还包括用于将所述监测传感器设备固定套设在奶牛颈部的安装组件(1)，所述安装组件(1)包括用于固定所述监测传感器设备的项圈(2)以及围绕所述设置在监测传感器两侧边上的转接柔性杆(3)，所述转接柔性杆(3)包围在所述项圈(2)的外圈，两个所述转接柔性杆(3)绕过奶牛的颈部且两个所述转接柔性杆(3)的上端连接有塑性脊骨耙杆(4)，所述塑性脊骨耙杆(4)通过外力变化成不同形状以适应多种类型的脊骨，所述塑性脊骨耙杆(4)的两侧边设有用于卡定在奶牛牛身的塑性弧形杆(5)。

6.根据权利要求5所述的一种奶牛生理参数外部行为智能监测系统，其特征在于，所述塑性脊骨耙杆(4)的两侧边外表面分布设有水平线性分布的滑动轨槽(6)，所述塑性脊骨耙杆(4)的两侧边内表面设有若干均匀分布的弹性橡胶块(12)，所述弹性橡胶块(12)与塑性脊骨耙杆(4)的位置相同，所述塑性弧形杆(5)的上端沿着所述滑动轨槽(6)移动，并且所述滑动轨槽(6)的上表面设有供所述塑性弧形杆(5)移位的切割孔槽(7)，每个所述塑性弧形杆(5)上设有竖向推杆(8)，所述竖向推杆(8)上安装有用于固定所述塑性弧形杆(5)位置的夹片(9)。

7.根据权利要求6所述的一种奶牛生理参数外部行为智能监测系统，其特征在于，所述滑动轨槽(6)的上板内表面设有若干均匀分布的梳形卡条(10)，所述夹片(9)的内表面设有与所述梳形卡条(10)相互固定的齿纹(11)。

8.一种根据权利要求1-7任一项所述的奶牛生理参数外部行为智能监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤100、利用发情算法实时处理智能检测系统采集的活动量数据；

步骤200、按照奶牛生理活动规律对牛群的每只奶牛的活动量数据进行多级筛选；

步骤300、将筛选后保留的活动量数据对应的奶牛定义为发情牛只。

9.根据权利要求8所述的一种奶牛生理参数外部行为智能监测方法，其特征在于，在步骤100中，发情算法的处理步骤具体为：

步骤101、创建每只牛的活动量数据与采集时间之间的动态监控坐标系；

步骤102、统计每只牛每小时的平均活动量、每只牛每周每小时的平均活动量以及牛群所有牛每周每小时的平均活动量；

步骤103、在同一个时间坐标轴内建立每只牛每小时的平均活动量、每只牛每周每小时的平均活动量以及牛群所有牛每周每小时的平均活动量的变化曲线。

10.根据权利要求8所述的一种奶牛生理参数外部行为智能监测方法，其特征在于：在步骤200中，多级筛选过程是就是对每只奶牛实时监测的活动量数据分别依次通过多个筛除条件进行筛选，符合所有筛除条件的奶牛即为发情牛只，具体的筛选步骤为：

构建每只牛每小时的平均活动量与该牛对应的每周每小时的平均活动量之间的筛选逻辑关系作为一级筛除条件；

构建每只牛每小时的平均活动量与牛群整体的每周每小时的平均活动量之间的筛选逻辑关系作为二级筛除条件；

根据每只牛每小时的平均活动量变化曲线，构建峰值在连续时间内回落关系的逻辑关系作为三级筛选条件；

根据每只牛每小时的平均活动量在连续时间内的对比逻辑关系作为四级筛选条件。

Images