CN114431170A - 一种猪场疫病预警系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及畜牧养殖管理技术领域，且公开了一种猪场疫病预警系统，包括电子测温耳标、前端设备、中间接收设备、前端采集PC机端、数据管理云平台、数据预警分析模块、预警信息分发模块、预警信息接收端，所述电子测温耳标与前端设备通过2.4G无线网络相连接，所述前端设备、中间接收设备通过无线网络、有线网络相连；本发明采用无线网络耳温监测设备实时采集猪只个体的耳部温度，对于猪只的体温监测具有24小时不间断、全天候、全覆盖的特点；系统后台通可以实时解算猪的真实体温，并通过大数据分析、对比分析等，实现猪只个体体温异常、体温变化异常等进行分析，与不同疫病体温异常、变化异常值进行匹配。
Description
技术领域
本发明涉及畜牧养殖管理技术领域，具体为一种猪场疫病预警系统与方法。
背景技术
在猪场饲喂猪的过程中，当猪患有一些疾病时，尤其是传染性疾病时会伴随有发热的症状，因此，猪只体温成为衡量猪体健康的重要生理指标。应用信息技术、物联网技术在猪场养殖过程中实时动态监测猪只个体体温变化状况，通过监测体温异常变化来评估猪只个体感染疫病风险，在猪只个体出现疫病的早期就能够及时发现并采取相关隔离处置措施，可以有效避免疫病大规模传染。因此建立一套基于物联网、无线网的技术，实时、动态实现猪只体温监测的猪场疫情监测与预警系统，成为猪场疫病管理与控制的有效技术手段。该系统可以提升猪场对猪群进行疫病监测与预警的自动化、智能化、科学化水平，从而可以为猪场节约人工成本、降低疫病风险、提升养殖效率以及提高养殖收益。
传统猪只体温测量方法有直接测量法和间接测量法。直接测量法是人工采用水银温度计插入猪肛门进行温度测量，这种测量方法是温度测量准确、定位准确，但是耗费人力成本高、时间周期长、工作任务重。间接测量法是采用非接触式红外测温仪测量猪群体温，配合摄像机拍照帮助工作人员确定位具体牲畜个体，该方法耗费成本巨大，养殖场规模越大，所需红外测温仪和摄像机的数量越多，而且猪个体外观类似且到处移动，光凭拍照图片难以帮助工作人员快速定位感染疫病猪只个体。
目前，采用电子测温耳标对猪只个体进行实时体温监测是一种有效的技术手段，专利文献CN201610583599.5提出一种采用超高频通信的有源电子耳标，可以实现识别设备和电子耳标之间远距离的通信，而且温度传感器可以测量牲畜体温。该有源电子耳标支持识别设备对某个范围的群体牲畜进行识别以及监测它们的体温。
但是现有电子测温耳标采集的猪只体体温实际为耳朵附近的体温，由于猪个体耳朵温度会因为环境温度导致其变化大、差异大，因此测得的体温就会比实际体温相差很多，因而测得的数据准确性差，对于疫病的监测与预警的起不到相应的作用。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种猪场疫病预警系统与方法，解决了上述背景技术中所存在的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种猪场疫病预警系统，包括电子测温耳标、前端设备、中间接收设备、前端采集PC机端、数据管理云平台、数据预警分析模块、预警信息分发模块、预警信息接收端，所述电子测温耳标与前端设备通过2.4G无线网络相连接，所述前端设备、中间接收设备通过无线网络、有线网络相连，所述中间接收设备、前端采集PC机通过有线网络、USB连接线或RS-232C标准串口线相连接，所述前端采集PC机与数据管理云平台通过有线网络、4G、5G网络等互联网相连接；
所述前端设备、中间接收设备具有相同的数据接收、数据发送功能，所述前端设备直接与电子测温耳标相连，接收耳标上传的数据，然后将耳标上传的数据发送给中间接收设备，同时也接收中间接收设备下发的指令数据，将下发的指令数据传递给目标电子测温耳标，中间接收设备接收前端设备上传的数据，对所收到的数据进行缓存，然后将数据上传给前端采集PC机端，同时也接收前端采集PC机端下发的指令数据，将下发的指令的数据传递给目标前端设备；
所述预警信息接收端包含监视大屏幕、工作台式机和移动端工具，接收信息的方式包括监视大屏幕预警信息展示、工作台式机预警信息展示，移动端可以通过APP、微信小程序、短信等接收预警信息，移动端支持Android、iOS两种平台，同时，工作台式机、移动端APP工具、微信小程序可以通过数据管理云平台、数据采集PC机、中间设备和数据采集前端设备向电子测温耳标发送相应的指令。
优选的，所述电子测温耳标包括盒体，所述盒体的内部从左到右依次固定有电池和主板，所述电池和所述主板通过电路接线电性连接，所述盒体的内侧壁固定有防水胶圈，且所述盒体的内部位于所述电池和所述主板之间的上方固定有发光二极管电路线孔。
优选的，所述盒体的内部设有电路板，所述电路板包括主控单元、温度监测模块、无线传输模块、发光二极管、电池单元，所述主控单元分别与温度监测模块、无线传输模块、发光二极管和电池单元相连，所述温度监测模块可同时测定探测孔外部的猪耳表面温度和耳标内部的环境温度，所述主控单元按照设定的时间频率分别读取温度监测模块测得的体温值和环境温度值、电池单元的电压值数据信息，与设定的ID值一并转换成无线信号，通过无线传传输模块发送给数据前端设备，再通过中间接收设备、前端采集PC机传输至数据管理云平台，猪场相关管理人员就可以通过数据管理云平台远程实时查询掌握场内猪群及个体的体温状况、场内环境温度、电子测温耳标的设备工作状态信息。
优选的，所述主控单元设定的读取信息时间频率可以由系统管理员预先设定，也可以根据管理需要由工作人员进行控制设定，所述发光二级管是否发光、发光模式均可以通过主控单元进行控制，当主控单元接收到来自服务器端的发光指令时，控制发光二级管发出光亮，可以根据发光时间长度、发光频率的不同表达收到发光指令的具体意义。
一种猪场疫病预警方法，包括以下步骤：
S1、前端数据采集PC机将猪场内安装的电子测温耳标所采集的猪只体温数据、环境温度数据、电池电量数据定时发送给数据管理云平台，数据管理云平台将获取到的猪只体温数据、环境温度数据、电池电量数据进行数据有效的检查，并通过耳标编号ID值与猪场编号、猪场栏号、管理人员等进行数据匹配，并存入后台数据库中；
S2、数据预警分析模块定时启动，按照猪场编号、猪场栋号、猪场栏号、时间序列周期扫描数据库表中的猪只个体体温记录、环境温度数据记录，计算出猪场每栋的平均环境温度值、平均猪群体温值；计算每个栏中的环境温度平均值、猪群体温平均值；找出异常环境温度值、异常猪只体温值；与标准数据值进行对比，确定异常的猪只个体体温值；
S3、在步骤S2中通过分析发现存在疫病风险信息后，则通过猪个体的ID编号，寻找到猪所有猪场位置，包括猪场栋号、猪场栏号，并通过系统确定与之相关的工作人员和管理人员，通过APP软件、微信小程序、短信等方式推送疫病预警预警信息，并在工作台式机、大屏幕监视器上显示异常信息提醒；
S4、工作人员和管理人员从APP、微信小程序、短信或工作台式机、大屏幕监视系统接收预警信息之后，通过APP、微信小程序、工作台式机等提供的系统功能，激活并点亮电子设备主板上的发光二级管；
S5、工作人员和管理人员到达有疫病风险的猪场位置，通过发光二级管显示的发光信号辅助定位，快速寻找到具有异常的猪只个体，可以做进一步的疫病控制处理。
优选的，所述步骤S2中，当发现存在猪个体体温存在异常后，根据环境温度值，体温值的偏离值，确定疫病风险等级，并形成疫病风险信息。
优选的，所述步骤S2中，数据预警分析模块定时启动周期时长可以有管理人员通过数据管理云平台自行进行设定。
优选的，所述步骤S4中，发光二极管发光指令发送也可以通过系统自行进行控制。
优选的，所述步骤S2中，体温数据处理的具体步骤为：
S21、载入耳温现场测量的原始时间序列值，由于在传输过程中发生丢包现象，缺失数值用其前值和后值的中值替代，并求取所有数据的平均值；
S22、使用耳温原始数据的平均值作为耳温最优估计的初始值，最优协方差Pk-1的初始值取0，固定过程激励噪声方差Q和测量方差R，Q和R的值由试验确定，一般可取Q＝10-6，R＝10-5；
S23、向前推算状态变量和误差协方差；
S24、计算卡尔曼增益Kk，更新最优估计和最优协方差Pk，其中zk为原始体温序列的数值；
S25、k＝k-1，返回步骤S22继续迭代，当k＝200时停止迭代；
S26、查找数据库中当天测得的所有耳温历史值与本次耳温的最优估计值计算平均值作为测得猪只耳温的测量值并更新数据库中当日耳温数据。
(三)有益效果
本发明提供了一种猪场疫病预警系统与方法，具备以下有益效果：
(1)、本发明采用无线网络耳温监测设备实时采集猪只个体的耳部温度，对于猪只的体温监测具有24小时不间断、全天候、全覆盖的特点；系统后台通可以实时解算猪的真实体温，并通过大数据分析、对比分析等，实现猪只个体体温异常、体温变化异常等进行分析，与不同疫病体温异常、变化异常值进行匹配，从而对猪只个体感染疫病风险进行实时评估，达到一定的风险等级时发出疫病预警风险提示，从而实现疫病预警的实时性。
(2)、本发明采用超长待机功能的无线耳温监测设备，一次安装，一个生长周期内不用更新监测设备和供电电池，也无须给供电电池进行充电等操作，减少了设备的人工维护工作量；本发明的耳温采集、耳温传输、后台数据处理、疫病风险预警等均为自动实现，无须人工干预，减少人工工作量；发出风险预警后，管理人员只需要对潜在疫病风险的猪只个体进行进一步检测和处理，目标精准有效，降低了检测工作量，从而大大降低了猪场疫端正风险防控的成本。
附图说明
图1为本发明中的系统结构示意图；
图2为本发明中电子测温耳标的结构示意图；
图3为本发明中电子测温耳标中的电路模块结构示意图；
图4为本发明中方法的流程示意图。
图中：11、外壳；12、防水胶圈；13、电池；14、发光二极管电路线孔；15、电路接线；16、主板；17、主控单元；18、温度监测模块；19、无线传输模块；20、发光二极管；21、电池单元。
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1所示，本发明提供一种技术方案：一种猪场疫病预警系统，包括电子测温耳标、前端设备、中间接收设备、前端采集PC机端、数据管理云平台、数据预警分析模块、预警信息分发模块、预警信息接收端，电子测温耳标与前端设备通过2.4G无线网络相连接，前端设备、中间接收设备通过无线网络、有线网络相连，中间接收设备、前端采集PC机通过有线网络、USB连接线或RS-232C标准串口线相连接，前端采集PC机与数据管理云平台通过有线网络、4G、5G网络等互联网相连接；
前端设备、中间接收设备具有相同的数据接收、数据发送功能，前端设备直接与电子测温耳标相连，接收耳标上传的数据，然后将耳标上传的数据发送给中间接收设备，同时也接收中间接收设备下发的指令数据，将下发的指令数据传递给目标电子测温耳标，中间接收设备接收前端设备上传的数据，对所收到的数据进行缓存，然后将数据上传给前端采集PC机端，同时也接收前端采集PC机端下发的指令数据，将下发的指令的数据传递给目标前端设备；
预警信息接收端包含监视大屏幕、工作台式机和移动端工具，接收信息的方式包括监视大屏幕预警信息展示、工作台式机预警信息展示，移动端可以通过APP、微信小程序、短信等接收预警信息，移动端支持Android、iOS两种平台，同时，工作台式机、移动端APP工具、微信小程序可以通过数据管理云平台、数据采集PC机、中间设备和数据采集前端设备向电子测温耳标发送相应的指令。
如图2所示，电子测温耳标包括盒体11，盒体11的内部从左到右依次固定有电池13和主板16，电池13和主板16通过电路接线15电性连接，盒体11的内侧壁固定有防水胶圈12，且盒体11的内部位于电池13和主板16之间的上方固定有发光二极管电路线孔14，电池13通过电路接线15为主板16进行供电，防水胶圈12可以避免外界的水分进入到盒体11中，从而造成电路短路的情况，发光二极管电路线孔14可以供发光二极管的线路通过。
如图3所示，盒体11的内部设有电路板，电路板包括主控单元17、温度监测模块18、无线传输模块19、发光二极管20、电池单元21，主控单元17分别与温度监测模块18、无线传输模块19、发光二极管20和电池单元21相连，温度监测模块18可同时测定探测孔12外部的猪耳表面温度和耳标内部的环境温度，主控单元17按照设定的时间频率分别读取温度监测模块18测得的体温值和环境温度值、电池单元21的电压值数据信息，与设定的ID值一并转换成无线信号，通过无线传传输模块19发送给数据前端设备，再通过中间接收设备、前端采集PC机传输至数据管理云平台，猪场相关管理人员就可以通过数据管理云平台远程实时查询掌握场内猪群及个体的体温状况、场内环境温度、电子测温耳标的设备工作状态信息。
主控单元17设定的读取信息时间频率可以由系统管理员预先设定，也可以根据管理需要由工作人员进行控制设定，发光二级管20是否发光、发光模式均可以通过主控单元17进行控制，当主控单元17接收到来自服务器端的发光指令时，控制发光二级管20发出光亮，可以根据发光时间长度、发光频率的不同表达收到发光指令的具体意义。
一种猪场疫病预警方法，包括以下步骤：
S1、前端数据采集PC机将猪场内安装的电子测温耳标所采集的猪只体温数据、环境温度数据、电池电量数据定时发送给数据管理云平台，数据管理云平台将获取到的猪只体温数据、环境温度数据、电池电量数据进行数据有效的检查，并通过耳标编号ID值与猪场编号、猪场栏号、管理人员等进行数据匹配，并存入后台数据库中；
S2、数据预警分析模块定时启动，按照猪场编号、猪场栋号、猪场栏号、时间序列周期扫描数据库表中的猪只个体体温记录、环境温度数据记录，计算出猪场每栋的平均环境温度值、平均猪群体温值；计算每个栏中的环境温度平均值、猪群体温平均值；找出异常环境温度值、异常猪只体温值；与标准数据值进行对比，确定异常的猪只个体体温值，当发现存在猪个体体温存在异常后，根据环境温度值，体温值的偏离值，确定疫病风险等级，并形成疫病风险信息；
数据预警分析模块定时启动周期时长可以有管理人员通过数据管理云平台自行进行设定；
体温数据处理的具体步骤为：
S21、载入耳温现场测量的原始时间序列值，由于在传输过程中发生丢包现象，缺失数值用其前值和后值的中值替代，并求取所有数据的平均值；
S22、使用耳温原始数据的平均值作为耳温最优估计的初始值，最优协方差Pk-1的初始值取0，固定过程激励噪声方差Q和测量方差R，Q和R的值由试验确定，一般可取Q＝10-6，R＝10-5；
S23、向前推算状态变量和误差协方差；
S24、计算卡尔曼增益Kk，更新最优估计和最优协方差Pk，其中zk为原始体温序列的数值；
S25、k＝k-1，返回步骤S22继续迭代，当k＝200时停止迭代；
S26、查找数据库中当天测得的所有耳温历史值与本次耳温的最优估计值计算平均值作为测得猪只耳温的测量值并更新数据库中当日耳温数据；
S3、在步骤S2中通过分析发现存在疫病风险信息后，则通过猪个体的ID编号，寻找到猪所有猪场位置，包括猪场栋号、猪场栏号，并通过系统确定与之相关的工作人员和管理人员，通过APP软件、微信小程序、短信等方式推送疫病预警预警信息，并在工作台式机、大屏幕监视器上显示异常信息提醒；
S4、工作人员和管理人员从APP、微信小程序、短信或工作台式机、大屏幕监视系统接收预警信息之后，通过APP、微信小程序、工作台式机等提供的系统功能，激活并点亮电子设备主板上的发光二级管20，发光二极管20发光指令发送也可以通过系统自行进行控制；
S5、工作人员和管理人员到达有疫病风险的猪场位置，通过发光二级管20显示的发光信号辅助定位，快速寻找到具有异常的猪只个体，可以做进一步的疫病控制处理。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种猪场疫病预警系统，包括电子测温耳标、前端设备、中间接收设备、前端采集PC机端、数据管理云平台、数据预警分析模块、预警信息分发模块、预警信息接收端，其特征在于：所述电子测温耳标与前端设备通过2.4G无线网络相连接，所述前端设备、中间接收设备通过无线网络、有线网络相连，所述中间接收设备、前端采集PC机通过有线网络、USB连接线或RS-232C标准串口线相连接，所述前端采集PC机与数据管理云平台通过有线网络、4G、5G网络等互联网相连接；
所述前端设备、中间接收设备具有相同的数据接收、数据发送功能，所述前端设备直接与电子测温耳标相连，接收耳标上传的数据，然后将耳标上传的数据发送给中间接收设备，同时也接收中间接收设备下发的指令数据，将下发的指令数据传递给目标电子测温耳标，中间接收设备接收前端设备上传的数据，对所收到的数据进行缓存，然后将数据上传给前端采集PC机端，同时也接收前端采集PC机端下发的指令数据，将下发的指令的数据传递给目标前端设备；
所述预警信息接收端包含监视大屏幕、工作台式机和移动端工具，接收信息的方式包括监视大屏幕预警信息展示、工作台式机预警信息展示，移动端可以通过APP、微信小程序、短信等接收预警信息，移动端支持Android、iOS两种平台，同时，工作台式机、移动端APP工具、微信小程序可以通过数据管理云平台、数据采集PC机、中间设备和数据采集前端设备向电子测温耳标发送相应的指令。
2.根据权利要求1所述的一种猪场疫病预警系统，其特征在于：所述电子测温耳标包括盒体(11)，所述盒体(11)的内部从左到右依次固定有电池(13)和主板(16)，所述电池(13)和所述主板(16)通过电路接线(15)电性连接，所述盒体(11)的内侧壁固定有防水胶圈(12)，且所述盒体(11)的内部位于所述电池(13)和所述主板(16)之间的上方固定有发光二极管电路线孔(14)。
3.根据权利要求2所述的一种猪场疫病预警系统，其特征在于：所述盒体(11)的内部设有电路板，所述电路板包括主控单元(17)、温度监测模块(18)、无线传输模块(19)、发光二极管(20)、电池单元(21)，所述主控单元(17)分别与温度监测模块(18)、无线传输模块(19)、发光二极管(20)和电池单元(21)相连，所述温度监测模块(18)可同时测定探测孔(12)外部的猪耳表面温度和耳标内部的环境温度，所述主控单元(17)按照设定的时间频率分别读取温度监测模块(18)测得的体温值和环境温度值、电池单元(21)的电压值数据信息，与设定的ID值一并转换成无线信号，通过无线传传输模块(19)发送给数据前端设备，再通过中间接收设备、前端采集PC机传输至数据管理云平台，猪场相关管理人员就可以通过数据管理云平台远程实时查询掌握场内猪群及个体的体温状况、场内环境温度、电子测温耳标的设备工作状态信息。
4.根据权利要求3所述的一种猪场疫病预警系统，其特征在于：所述主控单元(17)设定的读取信息时间频率可以由系统管理员预先设定，也可以根据管理需要由工作人员进行控制设定，所述发光二级管(20)是否发光、发光模式均可以通过主控单元(17)进行控制，当主控单元(17)接收到来自服务器端的发光指令时，控制发光二级管(20)发出光亮，可以根据发光时间长度、发光频率的不同表达收到发光指令的具体意义。
5.一种猪场疫病预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、前端数据采集PC机将猪场内安装的电子测温耳标所采集的猪只体温数据、环境温度数据、电池电量数据定时发送给数据管理云平台，数据管理云平台将获取到的猪只体温数据、环境温度数据、电池电量数据进行数据有效的检查，并通过耳标编号ID值与猪场编号、猪场栏号、管理人员等进行数据匹配，并存入后台数据库中；
S2、数据预警分析模块定时启动，按照猪场编号、猪场栋号、猪场栏号、时间序列周期扫描数据库表中的猪只个体体温记录、环境温度数据记录，计算出猪场每栋的平均环境温度值、平均猪群体温值；计算每个栏中的环境温度平均值、猪群体温平均值；找出异常环境温度值、异常猪只体温值；与标准数据值进行对比，确定异常的猪只个体体温值；
S3、在步骤S2中通过分析发现存在疫病风险信息后，则通过猪个体的ID编号，寻找到猪所有猪场位置，包括猪场栋号、猪场栏号，并通过系统确定与之相关的工作人员和管理人员，通过APP软件、微信小程序、短信等方式推送疫病预警预警信息，并在工作台式机、大屏幕监视器上显示异常信息提醒；
S4、工作人员和管理人员从APP、微信小程序、短信或工作台式机、大屏幕监视系统接收预警信息之后，通过APP、微信小程序、工作台式机等提供的系统功能，激活并点亮电子设备主板上的发光二级管(20)；
S5、工作人员和管理人员到达有疫病风险的猪场位置，通过发光二级管(20)显示的发光信号辅助定位，快速寻找到具有异常的猪只个体，可以做进一步的疫病控制处理。
6.根据权利要求5所述的一种猪场疫病预警方法，其特征在于：所述步骤S2中，当发现存在猪个体体温存在异常后，根据环境温度值，体温值的偏离值，确定疫病风险等级，并形成疫病风险信息。
7.根据权利要求5所述的一种猪场疫病预警方法，其特征在于：所述步骤S2中，数据预警分析模块定时启动周期时长可以有管理人员通过数据管理云平台自行进行设定。
8.根据权利要求5所述的一种猪场疫病预警方法，其特征在于：所述步骤S4中，发光二极管(20)发光指令发送也可以通过系统自行进行控制。
9.根据权利要求5所述的一种猪场疫病预警方法，其特征在于：所述步骤S2中，体温数据处理的具体步骤为：
S21、载入耳温现场测量的原始时间序列值，由于在传输过程中发生丢包现象，缺失数值用其前值和后值的中值替代，并求取所有数据的平均值；
S22、使用耳温原始数据的平均值作为耳温最优估计的初始值，最优协方差Pk-1的初始值取0，固定过程激励噪声方差Q和测量方差R，Q和R的值由试验确定，一般可取Q＝10-6，R＝10-5；
S23、向前推算状态变量和误差协方差；
S24、计算卡尔曼增益Kk，更新最优估计和最优协方差Pk，其中zk为原始体温序列的数值；
S25、k＝k-1，返回步骤S22继续迭代，当k＝200时停止迭代；
S26、查找数据库中当天测得的所有耳温历史值与本次耳温的最优估计值计算平均值作为测得猪只耳温的测量值并更新数据库中当日耳温数据。
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