CN114342829B - 基于可穿戴设备和电子围栏的畜牧管理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于可穿戴设备和电子围栏的畜牧管理系统及方法，系统包括依次连接的定位子系统、牧场管理后台和移动终端；其中，定位子系统用于确定牲畜位置，移动终端用于牧场管理人员实时监控牧场情况，牧场管理后台用于对牧场情况进行综合分析；本发明在牧场实现wifi的全覆盖下，工作人员不用人到场就可以实时对牧场的信息实现监测管理；利用卫星技术可以更精确地掌握牧场牲畜位置；工作人员通过移动终端可以更灵活地控制电子围栏或可穿戴设备发出警报或电击操作，预防某些紧急情况的发生。

Description

基于可穿戴设备和电子围栏的畜牧管理系统及方法
技术领域
本发明属于畜牧管理技术领域，具体涉及基于可穿戴设备和电子围栏的畜牧管理系统及方法。
背景技术
电子围栏是为保护牧场而提出的一种周界防范技术，通过可穿戴设备对牧场中的牲畜进行唯一标志，利用电桩划分电子围栏范围，当有外来生物、物体进入牧场，或是牧场中的生物意图离开电子围栏划分的范围区域时，红外线报警电路会产生警报对牧场生物产生警示，并通过移动终端对牧场管理人员发出报警消息，方便牧场工作人员管理牧场。在此基础上，为了使电子围栏能够更好的适应现在的牧场管理方式，需要对现有的电子围栏方法做出改进。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于可穿戴设备和电子围栏的畜牧管理系统及方法解决了电子牧场中散养牲畜的定位及活动区域限制的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：基于可穿戴设备和电子围栏的畜牧管理系统，包括依次连接的定位子系统、牧场管理后台和移动终端；
其中，所述定位子系统用于确定牲畜位置，所述移动终端用于牧场管理人员实时监控牧场情况，所述牧场管理后台用于对牧场情况进行综合分析。
进一步地：所述定位子系统包括可穿戴设备、红外线监测报警电路、可控摄像头设备、无线探测器和中控设备；
其中，所述无线探测器分别与所述可穿戴设备和中控设备连接，所述中控设备还分别与所述红外线监测报警电路和牧场管理后台连接；所述可控摄像头设备与所述牧场管理后台连接。
上述进一步方案的有益效果为：可穿戴设备设置有标签，可实时发送位置信号。
进一步地：所述可控摄像头设备包括设置于每个牧场的摄像头；所述牧场管理后台包括控制主机和处理模块。
上述进一步方案的有益效果为：处理模块可以对根据动态可容纳数量判断处理方式。
基于可穿戴设备和电子围栏的畜牧管理方法，包括以下步骤：
S1、通过无线探测器和红外线监测报警电路收集畜牧的位置信息，并将其发送至牧场管理后台；
S2、通过控制主机控制每个牧场的摄像头，得到畜牧的数量信息；
S3、根据畜牧的数量信息和畜牧的位置信息，通过处理模块得到操作指令；
S4、根据操作指令，通过移动终端控制电子围栏开启及关闭，完成畜牧的管理。
进一步地：所述步骤S1中，畜牧的位置信息包括畜牧的位置、牲畜所处的电子围栏号和畜牧的标号；
所述步骤S1具体为：通过中控设备收集无线探测器和红外线监测报警电路的信号，得到畜牧的位置信息，并将其发送至牧场管理后台。
上述进一步方案的有益效果为：中控设备可以整合无线探测器和红外线监测报警电路的信号，可以节省牧场管理后台处理信号的时间。
进一步地：所述步骤S2中，得到畜牧的数量信息的方法具体为：
S21、根据每个牧场的摄像头采集畜牧的图片，得到畜牧的数据集；
S22、根据畜牧的数据集，构建并训练得到牲畜计数模型，并得到每个牧场畜牧的数量。
上述进一步方案的有益效果为：牲畜计数模型可以计算每个牧场的畜牧数量。
进一步地：所述步骤S21具体为：通过每个牧场的摄像头采集牲畜图片，将得到的牧场图片进行人工标注框选牲畜，得到畜牧的数据集；
所述步骤S22具体为：
SA1、将畜牧的数据集作为Conv layers层的输入，得到特征图组；
SA2、将特征图组作为RPN网络的输入，得到检测框；
SA3、将检测框和特征图组作为RoI Pooling层的输入，得到目标特征图；
其中，RoI Pooling层对特征图组取对应的部分时，取对应部分的像素值浮点数的一位小数；
SA4、将目标特征图作为Classification网络的输入，得到目标特征图的类别；
SA5、根据目标特征图的类别，得到牲畜数量。
上述进一步方案的有益效果为：对像素值浮点数取一位小数，可以略微增加了网络的训练量，但在针对牲畜的检测任务时准确率取得了较大提升。
进一步地：所述步骤SA2具体为：
SA21、根据特征图组得到矩形锚框；
SA22、将矩形锚框作为softmax层的输入，得到候选矩形锚框；
SA23、根据bounding box regression修正候选矩形锚框，得到检测框；
所述步骤SA5具体为：
根据目标特征图的类别，通过bounding box regression得到检测框的精确位置，通过统计检测框的数量得到牲畜的数量。
上述进一步方案的有益效果为：矩形锚框的尺度由[8,16,32]改为[4,8,16]，可以增加矩形锚框的生成数量，这样对于小目标的检测效果更好。
进一步地：所述步骤S3中，通过处理模块得到操作指令的方法具体为：
根据畜牧的数量信息和畜牧的位置信息，通过处理模块计算牧场可容纳牲畜数量，得到处理指令；
其中，计算牧场可容纳牲畜数量Nj的表达式具体为：
Nj＝Nmax-Nnow
式中，Nmax为牧场中最多可容纳牲畜数量，Nnow为牧场中已容纳牲畜数量，其中j为牧场的序号。
上述进一步方案的有益效果为：处理模块可以计算牧场可容纳牲畜数量，实现牧场牲畜的动态管理。
本发明的有益效果为：
(1)本发明在牧场实现wifi的全覆盖下，工作人员不用人到场就可以实时对牧场的信息实现监测管理。
(2)本发明可以利用卫星技术可以更精确地掌握牧场牲畜位置；工作人员通过移动终端可以更灵活地控制电子围栏或可穿戴设备发出警报或电击操作，预防某些紧急情况的发生。
(3)本发明通过加入摄像头以及相关的牲畜统计算法，牧场管理人员可以更直观地看到牧场的情况并可以周期性的向牧场管理人员汇报牧场牲畜数量情况，方便管理人员管理。
附图说明
图1为基于可穿戴设备和电子围栏的畜牧管理系统框图；
图2为基于可穿戴设备和电子围栏的畜牧管理方法的流程图；
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1：
如图1所示，在本发明的一个实施例中，基于可穿戴设备和电子围栏的畜牧管理系统，包括依次连接的定位子系统、牧场管理后台和移动终端；
其中，所述定位子系统用于确定牲畜位置，所述移动终端用于牧场管理人员实时监控牧场情况，所述牧场管理后台用于对牧场情况进行综合分析。
所述定位子系统包括可穿戴设备、红外线监测报警电路、可控摄像头设备、无线探测器和中控设备；
其中，所述无线探测器分别与所述可穿戴设备和中控设备连接，所述中控设备还分别与所述红外线监测报警电路和牧场管理后台连接；所述可控摄像头设备与所述牧场管理后台连接。
可穿戴设备具有标签且可实时发送位置信号，无线探测器探测可穿戴设备信息并发送给中控设备，中控设备将具体信息传递给牧场管理后台，红外线监测报警电路监测到有牲畜靠近牧场边界时，会报警并将报警信息传递给中控设备，由中控设备将信息传递给牧场管理后台。
可控摄像头设备包括设置于每个牧场的摄像头；所述牧场管理后台包括控制主机和处理模块。
牧场管理后台的处理模块用于针对每一个电子围栏执行指令：通过中控设备获取每个牲畜所处的牧场，并计算每个牧场中的牲畜数量，根据每个电子围栏的牧场中最多可容纳牲畜数量与牧场中已容纳牲畜数量，计算牧场可容纳牲畜数量，实现牧场牲畜的动态管理。
牧场管理后台的控制主机用于控制每个牧场的摄像头。
本发明系统的工作过程为：无线探测器收集牲畜的位置信息，将牲畜所处的电子围栏号以及自身标号传送给中控设备，红外线监测报警电路检测到牲畜靠近，判断其靠近边界后发出报警，警告牲畜并向中控设备发送相关信号；中控设备收集无线探测器和红外线监测报警电路的信号传送给牧场管理后台，牧场管理后台接收到中控设备传送的数据，通过处理模块判断应当进行的处理操作，并将相关信息传送到移动终端，牧场工作人员通过移动终端接收到牧场牲畜信息，结合每个牧场的摄像头拍摄到的画面综合判断应该采取的措施，并通过移动终端做出决策提交给牧场管理后台；牧场管理后台接收到决策，管理电子围栏开启及关闭，完成畜牧的管理。
实施例2：
如图2所示，在本实施例中，基于可穿戴设备和电子围栏的畜牧管理方法，包括以下步骤：
S1、通过无线探测器和红外线监测报警电路收集畜牧的位置信息，并将其发送至牧场管理后台；
S2、通过控制主机控制每个牧场的摄像头，得到畜牧的数量信息；
S3、根据畜牧的数量信息和畜牧的位置信息，通过处理模块得到操作指令；
S4、根据操作指令，通过移动终端控制电子围栏开启及关闭，完成畜牧的管理。
所述步骤S1中，畜牧的位置信息包括畜牧的位置、牲畜所处的电子围栏号和畜牧的标号；
所述步骤S1具体为：通过中控设备收集无线探测器和红外线监测报警电路的信号，得到畜牧的位置信息，并将其发送至牧场管理后台。
所述步骤S2中，得到畜牧的数量信息的方法具体为：
S21、根据每个牧场的摄像头采集畜牧的图片，得到畜牧的数据集；
S22、根据畜牧的数据集，构建并训练得到牲畜计数模型，并得到每个牧场畜牧的数量。
本实施例中，通过每个牧场的摄像头采集牲畜图片，得到2400张牧场图片，并对2400张牧场照片进行人工标注框选牲畜，得到畜牧的数据集；
所述步骤S22具体为：
SA1、将畜牧的数据集作为Conv layers层的输入，得到特征图组；
SA2、将特征图组作为RPN网络的输入，得到检测框；
SA3、将检测框和特征图组作为RoI Pooling层的输入，得到目标特征图；
其中，RoI Pooling层对特征图组取对应的部分时，取对应部分的像素值浮点数的一位小数；
SA4、将目标特征图作为Classification网络的输入，得到目标特征图的类别；
SA5、根据目标特征图的类别，得到牲畜数量。
对像素值浮点数取一位小数，可以略微增加了网络的训练量，但在针对牲畜的检测任务时准确率取得了较大提升。
所述步骤SA2具体为：
SA21、根据特征图组得到矩形锚框；
其中，矩形锚框的尺度为[4,8,16]；
SA22、将矩形锚框作为softmax层的输入，得到候选矩形锚框；
SA23、根据bounding box regression修正候选矩形锚框，得到检测框；
将矩形锚框的尺度设置为[4,8,16]，这样像素点生成的矩形锚框会增加，对于小目标的检测效果更好。
所述步骤SA5具体为：
根据目标特征图的类别，通过bounding box regression得到检测框的精确位置，通过统计检测框的数量得到牲畜的数量。
牧场监控摄像头每十分钟就周期性的采集牧场照片，通过网络计算图片中所含的牲畜数量Nc，并且实时的向牧场管理后台传递牲畜数量，牧场管理后台也会将牲畜数量同步给管理人员的移动终端；由于模型计算数量可能出现偏差，所以当1.05Nnow>Nc>0.95Nnow时,中控设备不会向牧场管理后台发送警报，当Nc的值不处于这个范围时，中控设备向牧场管理后台发送警报，牧场管理后台向移动终端发送警报。
所述步骤S3中，通过处理模块得到操作指令的方法具体为：
根据畜牧的数量信息和畜牧的位置信息，通过处理模块计算牧场可容纳牲畜数量，得到处理指令；
其中，计算牧场可容纳牲畜数量Nj的表达式具体为：
Nj＝Nmax-Nnow
式中，Nmax为牧场中最多可容纳牲畜数量，Nnow为牧场中已容纳牲畜数量，其中j为牧场的序号。
所述步骤S4具体为：
将处理模块得到的操作指令发送至移动终端，通过移动终端接收操作指令，并结合监控摄像头拍摄到的画面综合判断应该采取的措施，通过移动终端做出决策提交给牧场管理后台，根据决策使牧场管理后台控制电子围栏开启及关闭，完成畜牧的管理。
本发明的有益效果为：在牧场实现wifi的全覆盖下，工作人员不用人到场就可以实时对牧场的信息实现监测管理；利用卫星技术可以更精确地掌握牧场牲畜位置；工作人员通过移动终端可以更灵活地控制电子围栏或可穿戴设备发出警报或电击操作，预防某些紧急情况的发生。
本发明通过加入摄像头以及相关的牲畜统计算法，牧场管理人员可以更直观地看到牧场的情况并可以周期性的向牧场管理人员汇报牧场牲畜数量情况，方便管理人员管理。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明的技术特征的数量。因此，限定由“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。

Claims (4)

1.基于可穿戴设备和电子围栏的畜牧管理方法，基于可穿戴设备和电子围栏的畜牧管理系统，包括依次连接的定位子系统、牧场管理后台和移动终端；
其中，所述定位子系统用于确定牲畜位置，所述移动终端用于牧场管理人员实时监控牧场情况，所述牧场管理后台用于对牧场情况进行综合分析；
所述定位子系统包括可穿戴设备、红外线监测报警电路、可控摄像头设备、无线探测器和中控设备；
其中，所述无线探测器分别与所述可穿戴设备和中控设备连接，所述中控设备还分别与所述红外线监测报警电路和牧场管理后台连接；所述可控摄像头设备与所述牧场管理后台连接；
所述可控摄像头设备包括设置于每个牧场的摄像头；所述牧场管理后台包括控制主机和处理模块；
其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过无线探测器和红外线监测报警电路收集畜牧的位置信息，并将其发送至牧场管理后台；
S2、通过控制主机控制每个牧场的摄像头，得到畜牧的数量信息；
S3、根据畜牧的数量信息和畜牧的位置信息，通过处理模块得到操作指令；
S4、根据操作指令，通过移动终端控制电子围栏开启及关闭，完成畜牧的管理；
所述步骤S2中，得到畜牧的数量信息的方法具体为：
S21、根据每个牧场的摄像头采集畜牧的图片，得到畜牧的数据集；
S22、根据畜牧的数据集，构建并训练得到牲畜计数模型，并得到每个牧场畜牧的数量；
所述步骤S21具体为：通过每个牧场的摄像头采集牲畜图片，将得到的牧场图片进行人工标注框选牲畜，得到畜牧的数据集；
所述步骤S22具体为：
SA1、将畜牧的数据集作为Conv layers层的输入，得到特征图组；
SA2、将特征图组作为RPN网络的输入，得到检测框；
SA3、将检测框和特征图组作为RoI Pooling层的输入，得到目标特征图；
其中，RoI Pooling层对特征图组取对应的部分时，取对应部分的像素值浮点数的一位小数；
SA4、将目标特征图作为Classification网络的输入，得到目标特征图的类别；
SA5、根据目标特征图的类别，得到牲畜数量。
2.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备和电子围栏的畜牧管理方法，其特征在于，所述步骤S1中，畜牧的位置信息包括畜牧的位置、牲畜所处的电子围栏号和畜牧的标号；
所述步骤S1具体为：通过中控设备收集无线探测器和红外线监测报警电路的信号，得到畜牧的位置信息，并将其发送至牧场管理后台。
3.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备和电子围栏的畜牧管理方法，其特征在于，所述步骤SA2具体为：
SA21、根据特征图组得到矩形锚框；
SA22、将矩形锚框作为softmax层的输入，得到候选矩形锚框；
SA23、根据bounding box regression修正候选矩形锚框，得到检测框；
所述步骤SA5具体为：
根据目标特征图的类别，通过bounding box regression得到检测框的精确位置，通过统计检测框的数量得到牲畜的数量。
4.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备和电子围栏的畜牧管理方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过处理模块得到操作指令的方法具体为：
根据畜牧的数量信息和畜牧的位置信息，通过处理模块计算牧场可容纳牲畜数量，得到处理指令；
其中，计算牧场可容纳牲畜数量Nj的表达式具体为：
Nj＝Nmax-Nnow
式中，Nmax为牧场中最多可容纳牲畜数量，Nnow为牧场中已容纳牲畜数量，其中j为牧场的序号。
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