CN115349835A - 一种动物监护系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种动物监护系统和方法，所述监护系统包括：第一监护装置和第二监护装置，用于采集监测体的特征数据；所述第二监护装置，分别与所述第一监护装置和远程服务器无线连接，用于接收所述第一监护装置发送的特征数据，将接收的所述特征数据和自身采集的特征数据转发到所述远程服务器，使所述远程服务器根据接收的特征数据得到每个所述监测体的生命体征状况；本申请解决了现有技术中对动物的监护存在监护不便的问题，仅工作在发送数据模式的第一监护装置一直处于低功耗的工作状态，增强了第一监护装置的续航能力，从而对动物的监护管理带来了便利。

Description

一种动物监护系统和方法
技术领域
本发明涉及动物监护管理技术领域，尤其涉及一种动物监护系统和方法。
背景技术
动物养殖业快速发展，并不断向现代集约化、大型化、精细化、智能化养殖方式转变。对规模养殖的动物的生命体征状况进行监控和管理显得尤为重要。目前通常通过智能电子耳标对动物进行生命体征管理。但是，目前是直接通过耳标将数据发送到远端服务器，如通过4G、5G或者Lora等通信技术，这样就给耳标造成较大的功耗压力。如果提高电池容量，又会导致耳标整体的重量和体积增加，重量和体积的增加会增加掉标风险，对监护带来不便。
可见，现有技术中对动物的监护存在监护不便的问题。
发明内容
本申请提供了一种动物监护系统和方法，解决了现有技术中对动物的监护存在监护不便的问题，仅工作在发送数据模式的第一监护装置一直处于低功耗的工作状态，增强了第一监护装置的续航能力，从而对动物的监护管理带来了便利。
第一方面，本发明提供一种动物监护系统，所述监护系统包括：第一监护装置和第二监护装置，用于采集监测体的特征数据；所述第二监护装置，分别与所述第一监护装置和远程服务器无线连接，用于接收所述第一监护装置发送的特征数据，将接收的所述特征数据和自身采集的特征数据转发到所述远程服务器，使所述远程服务器根据接收的特征数据得到每个所述监测体的生命体征状况。
可选地，所述监护系统包括N级第一监护装置，第n级第一监护装置用于接收第n-1级第一监护装置发送的特征数据，还用于将接收的所述特征数据和自身采集的特征数据发送到第n+1级第一监护装置；其中，第N级第一监护装置接收到的特征数据发送到所述第二监护装置，n∈[2，N-1]，n和N为正整数。
可选地，所述第一监护装置包括第一级第一监护装置和第二级第一监护装置，所述第二级第一监护装置用于接收所述第一级第一监护装置发送的特征数据，还用于将接收的所述特征数据和自身采集的特征数据发送给所述第二监护装置。
可选地，所述监护系统包括第一级第一监护装置和第二级第一监护装置，多个第一级第一监护装置与一个第二级第一监护装置建立通信连接形成一组第一监护装置子网。
可选地，所述第一监护装置包括耳标或植入式电子标签；所述第二监护装置包括脖圈或脚环。
可选地，所述第一监护装置包括：传感器模块，用于采集第一监测体的特征数据；处理模块，分别与所述传感器模块和通信模块相连，用于对所述特征数据进行预处理后，通过所述通信模块发送所述特征数据；所述通信模块，与所述处理模块相连，用于发送所述特征数据；同步模块，与所述通信模块相连，用于基于同步机制实现所述第一监护装置与所述第二监护装置的同步通信交互；电源模块，分别与前述模块相连，用于为前述模块提供电能。
可选地，所述电源模块还用于根据所述第二监护装置发送的扫描信号进行能量转换，得到供电电能。
可选地，所述第二监护装置包括：第二传感器模块，用于采集第二监测体的特征数据；第二处理模块，与所述第二传感器模块和第一通信模块相连，用于对所述第一通信模块接收的特征数据和自身采集的特征数据进行预处理后，通过所述第一通信模块发送；所述第一通信模块，与所述第二传感器模块相连，用于将接收的所述第一监护装置发送的所述特征数据和自身采集的特征数据发送到所述远程服务器；第二同步模块，与所述第二处理模块和所述第一通信模块相连，用于基于同步机制实现所述第一监护装置与所述第二监护装置的同步通信交互；第二电源模块，分别与前述模块相连，用于为前述模块提供电能。
可选地，所述第二监护装置还包括：第二通信模块，与所述第二处理模块相连，用于将所述第二传感器模块采集到的所述特征数据和所述第一通信模块接收的所述特征数据发送到所述远程服务器。
第二方面，本发明提供一种动物监护方法，应用于动物监护系统，所述动物监护系统包括第一监护装置和第二监护装置，所述监护方法包括：所述第一监护装置和所述第二监护装置采集监测体的特征数据；所述第二监护装置接收所述第一监护装置发送的特征数据，并将接收的所述特征数据和自身采集的特征数据转发到远程服务器；所述远程服务器根据接收到的特征数据得到每个监测体的生命体征状况。
可选地，当所述监护系统包括N级第一监护装置时，第n级第一监护装置用于接收第n-1级第一监护装置发送的特征数据，还用于将接收的所述特征数据和自身采集的特征数据发送到第n+1级第一监护装置；其中，第N级第一监护装置接收到的特征数据发送到所述第二监护装置，n∈[2，N-1]，n和N都为正整数。
可选地，所述监护系统包括第一级第一监护装置和第二级第一监护装置，所述第二级第一监护装置用于接收所述第一级第一监护装置发送的特征数据，还用于将接收的所述特征数据和自身采集的特征数据发送给所述第二监护装置。
可选地，所述监护方法还包括：设置所述第一级第一监护装置、第二级第一监护装置和所述第二监护装置发送所述特征数据的同步监听周期；所述同步监听周期包括第一时间片、第二时间片、第三时间片和休眠时间片，所述第一级第一监护装置在所述第一时间片中发送所述特征数据，所述第二级第一监护装置在所述第二时间片中发送所述特征数据，所述第二监护装置在所述第三时间片中发送所述特征数据到所述远程服务器，以及所述第一级第一监护装置、第二级第一监护装置和所述第二监护装置在所述休眠时间片中进行休眠。
可选地，所述监护方法还包括：所述远程服务器根据每个第二级第一监护装置接收到第一级第一监护装置的信号强度值，建立多组相互独立的第一监护装置子网，每组第一监护装置子网包括多个第一级第一监护装置和一个第二级第一监护装置。
可选地，在建立多组相互独立的第一监护装置子网之后，所述监护方法还包括：所述远程服务器对所述每组第一监护装置子网形成的网络拓扑结构进行聚类分析，得到每个网络拓扑结构中的当前主节点；将每个网络拓扑结构中的当前主节点作为相对应第一监护装置子网中的第二级第一监护装置。
可选地，当所述监护系统包括X组第一监护装置子网时，所述同步监听周期包括X个第一时间片，每组第一监护装置子网中的第一级第一监护装置在相对应的第一时间片中发送所述特征数据，X为正整数。
可选地，当所述第二监护装置还包括定位模块时，所述监护方法还包括：所述远程服务器根据至少三个第二监护装置的定位数据，获取目标第一监护装置的实时坐标数据，其中所述目标第一监护装置为同时与所述至少三个第二监护装置进行通信的第一监护装置；所述远程服务器根据所述目标第一监护装置的实时坐标数据，计算出与所述目标第一监护装置相对应的监测体的运动轨迹和运动量。
可选地，所述远程服务器根据所述特征数据得到每个监测体的生命体征状况，包括：所述远程服务器判断所有特征数据是否在预设范围内；当存在不在预设范围内的特征数据时，获取所有特征数据中最大值与均值的第一差值，或/和最小值与均值的第二差值；当所述第一差值或所述第二差值都未超过预警值或所述所有特征数据都在预设范围内时，每个监测体的所述生命体征状况为正常状况。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明中的第一监护装置发送特征数据到第二监护装置中，而第二监护装置作为数据的中转基站，又将数据转发到远程服务器，使远程服务器对数据进行分析和处理得到监测体的生命体征状况；因此仅工作在发送数据模式的第一监护装置一直处于低功耗的工作状态，增强了第一监护装置的续航能力，从而对动物的监护管理带来了便利。
附图说明
图1所示为本申请实施例提供的一种动物监护系统的结构示意图；
图2所示为本申请实施例提供的另一种动物监护系统的结构示意图；
图3所示为本申请实施例提供的一种脖圈通信方法的流程示意图；
图4所示为本申请实施例提供的一种动物监护系统的组网示意图；
图5所示为本申请实施例提供的另一种动物监护系统的组网示意图；
图6所示为本申请实施例提供的一种多级耳标同步监听周期的时序示意图；
图7所示为本申请实施例提供的另一种动物监护系统的组网示意图；
图8所示为本申请实施例提供的一种耳标的结构示意图；
图9所示为本申请实施例提供的一种脖圈的结构示意图；
图10所示为本申请实施例提供的一种动物监护方法的流程示意图；
图11所示为本申请实施例提供的一种同步监听周期的时序示意图；
图12所示为本申请实施例提供的另一种同步监听周期的时序示意图；
图13所示为本申请实施例提供的另一种动物监护方法的流程示意图；
图14所示为本申请实施例提供的又一种动物监护方法的流程示意图。
具体实施方式
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做出创造性劳动的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。
第一方面，本发明提供一种动物监护系统，具体包括以下实施例：
所述监护系统包括：第一监护装置和第二监护装置，用于采集监测体的特征数据；
所述第二监护装置，分别与所述第一监护装置和远程服务器无线连接，用于接收所述第一监护装置发送的特征数据，还用于将接收的所述特征数据和自身采集的特征数据转发到所述远程服务器，使所述远程服务器根据接收的所述特征数据得到每个监测体的生命体征状况。
需要说明的是，监护系统至少包括两种不同功能的监护装置。第一监护装置包括耳标、植入式电子标签等，第一监护装置优选低功耗、小体积、轻重量、低成本的设备，能够实现低成本且方便地部署到监测体上；第二监护装置包括脖圈、脚环等，第二监护装置将第一监护装置发送的特征数据通过广域网技术中转到数据云实现数据中继，其优选方便拆卸、非侵入式的设备，更易于佩戴、更换，而且第二监护装置可佩戴于第二监测体上，也可直接悬挂在监测体聚集的地方(如牛舍、猪圈等)；第一监护装置与第二监护装置的区别主要体现为功能属性的差别，对产品的具体形态不做严格限制，如耳标集成广域网通信技术可作为第二监护装置使用，而不考虑成本的情况下脖圈也可作为第一监护装置使用。
监测体可划分为第一监测体和第二监测体，于第一监测体上设置第一监护装置，于第二监测体上设置第二监护装置，通过第一监护装置和第二监护装置对可移动的监测体进行监护。
可选地，所述监护系统包括N级第一监护装置，N级第一监护装置之间建立中继通信连接，并基于聚类算法结果动态划分第一监护装置子网，对可移动监测体进行动态调整监护。
典型地，优选第一监护装置为耳标、第二监护装置为脖圈为例对本发明的各实施例作进一步阐述。
实施例一
图1所示为本申请实施例提供的一种动物监护系统的结构示意图，如图1所示，所述监护系统包括：
耳标和脖圈，用于采集监测体的特征数据；
脖圈，分别与耳标和远程服务器无线连接，用于接收所述耳标发送的特征数据，还用于将接收的所述特征数据和自身采集的特征数据转发到所述远程服务器，使所述远程服务器根据接收的所述特征数据得到每个监测体的生命体征状况。
在本实施例中，所述第一监测体为佩戴耳标的被监护的动物，第二监测体为佩戴脖圈的被监护的动物，其中，佩戴脖圈的动物数量远远小于佩戴耳标的动物数量。
需要说明的是，耳标作为普适终端，在被监护的动物耳朵上穿孔佩戴，负责采集动物特征数据，所述特征数据包括但不限于体温、出汗量、心率、运动量、采食量和信号强度；同时，耳标负责将采集到的特征数据以局域无线电的形式发送出来，通过耳标进行中继或直接发送给脖圈。
在本实施例中的脖圈作为选配终端，按一定比例戴或绑在动物的脖子或四肢等适宜佩戴的地方，负责采集动物的特征数据，该特征数据包括动物的活动轨迹、运动状态、运动量、采食量等生命体征信息及自身位置信息。同时，脖圈负责将接收耳标发送的特征数据，并将采集到的自身采集的特征数据和所接收的特征数据以广域无线电的形式发送到远程服务器。其中，远程服务器负责接收来自脖圈的数据，进行大数据分析，得到每个动物的生命特征状况和定位信息，还将每个动物的生命体征状况和定位等信息推送至动物监控管理中心，或提供数据访问接口给动物监控管理中心，使动物监控管理中心对动物生命体征状况、是否走失行为信息进行统一呈现和预警。
与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：
1、本实施例通过在监测体上设置采集特征数据的耳标，与现有技术中全面布局脖圈的方式相比，不仅降低了监护成本，还方便佩戴。
2、本实施例中的耳标发送特征数据到脖圈，而脖圈作为数据的中转基站，将接收的特征数据和自身采集的特征数据转发到远程服务器，使远程服务器对特征数据进行分析和处理得到每个监测体的生命体征状况；因此，耳标仅需发送特征数据且一直处于低功耗的工作状态，增强了耳标的续航能力，从而对动物的监护管理带来了便利。
实施例二
如图2所示，与实施例一相比，本实施例中的所述监护系统还包括：基站，设置在预设目标监测范围内，与远程服务器通信连接，还与预测目标监测范围内的耳标通信连接，用于当监测体移动到所述预测目标监测范围时，将接收到的特征数据发送到所述远程服务器。
需要说明的是，动物监护为混合养殖架构时，即野外散养和圈养的多场景中，基于降低脖圈的功耗、提高脖圈的续航时长等方面的考虑，本实施例在预设目标监测范围内设置有基站，使动物从野外散养的场所移动到所述预设目标监测范围内时所述脖圈进入休眠状态，通过所述基站将耳标的数据进行中转发送到远程服务器中；其中，所述预设目标监测范围包括动物圈养的场所。
如图3所示，在本实施例中的具体通信切换方案包括：
1)基站广播基站设备信息，方便脖圈等设备感知基站的存在；2)脖圈扫描附近广播包，判断附近是否有基站；3)当附近有基站时，脖圈进入休眠状态；当附近没有基站时，脖圈启动中继功能。
在其他实施例中，动物监护为非混合养殖架构时，即仅在圈养场景中，基于降低成本和功耗等方面的综合考虑，只需在圈养场所内部署固定基站、每个动物佩戴耳标，即可实现对动物群体的监护。
实施例三
在本实施例中，所述监护系统包括N级耳标，第n级耳标用于接收第n-1级耳标发送的特征数据，还用于将接收的所述特征数据和自身采集的特征数据发送到第n+1级耳标；其中，第N级耳标接收到的特征数据和自身采集的特征数据发送到脖圈，n∈[2，N-1]，n和N都为正整数。
需要说明的是，本实施例是在耳标与耳标之间设立中继点，可以实现耳标与耳标之间的数据交互中继，以及脖圈与耳标之间的数据中继，从而降低了脖圈扫描数据的频率，进一步降低了脖圈的功耗。
如图4所示，在其他实施例中，所述耳标包括第一级耳标和第二级耳标，所述第二级耳标可以接收所述第一级耳标发送的特征数据，还可以将接收的特征数据和采集的自身采集的特征数据一起发送给所述脖圈，从而有效解决同一时间通信设备过多导致的频谱资源冲突问题，让同一时间仅有少量的设备占用信道，进行数据传输；进一步地，可以分摊脖圈的并发连接数，保证数据通信的可靠性，降低每个脖圈的负载压力和功耗。
进一步地，为了进一步减少同一时间内多设备通信下可能导致的信道干扰问题，提升系统的稳定性，将多个第一级耳标与一个第二级耳标建立通信连接形成一组耳标子网；如图7所示，可以预先设定好子网组，如设备000001～000010为一组，以000001为第二级设备；设备000011-000020为第二组，以000011为第二级设备。在此，设备可以是耳标，也可以是脖圈。
更优地，本实施例可以通过聚类算法实现动态最优化耳标子网的划分，一般流程如下：(1)通过脖圈获取耳标的信号强度RSSI值，进行三角定位获取耳标的坐标；(2)根据耳标进行聚类分析，具体包括进行K-Means、Mesh等聚类分析，对耳标按几何空间进行聚类，根据设备总数分成M类，选取离中心点最近的耳标作为第二级耳标，其他作为第一级耳标。
更进一步地，上述流程描述了初始分组，在动物活动过程中每个第二级耳标可以允许一定的余量，比如接收信号强度较好的耳标的数据。同时，第二级耳标将第一级耳标的信号强度RSSI值同步也上传到远程服务器，远程服务器根据分组内耳标的RSSI信号强度变化，进行最优化调整，保证分组方案的最优化。也可以是，定时重新发起前述流程(1)～(2)，重新划分分组。同时，也可以动态调整第二级耳标，避免某些耳标长期作为第二级耳标使用，导致耗电增加，影响续航。
在本实施例中，第二级耳标收到的多个第一级耳标发送的特征数据，若将全部数据发出，其功耗较大，可以找出耳标数据的最大值和最小值，并只将最大值和最小值传出，降低能耗、降带宽。
本实施例的有益之处在于，将网络进行了有效分组，实现了监测体的切分管理，增加了网络的通信可靠性。同时，同类设备自组网，自中继，且同类设备可以定义分级通信协议，最大程度地分担了传输负荷，实现系统功耗负载均衡；利用聚类算法动态成组，保证负载均衡的同时还能尽可能地确保不丢失数据，另外将功耗进行了有效分摊，避免了脖圈长期工作接收数据的功耗，也避免个别耳标与脖圈距离过远可能出现的数据传输中断的问题。
实施例四
在本实施例中，所述第一监护装置包括：传感器模块，用于采集第一监测体的特征数据；处理模块，分别与所述传感器模块和通信模块相连，用于对所述特征数据进行预处理后，通过所述通信模块发送所述特征数据；所述通信模块，与所述处理模块相连，用于发送所述特征数据；同步模块，与所述通信模块相连，用于基于同步机制实现所述第一监护装置与所述第二监护装置的同步通信交互；电源模块，分别与前述模块相连，用于为前述模块提供电能。
需要说明的是，如图8所述，本实施例中第一监护装置为耳标，则所述耳标包括传感器模块、电源模块、通信模块和处理模块，其中传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、加速度传感器等，可以用于采集动物的体温、出汗量、运动量等；通信模块选择局域无线网技术，如蓝牙、ZigBee、433M等；电源模块为存储能量的模块，如电池、超级电容等，考虑到实际动物养殖时会出现低温天气，受低温环境的影响也必然会导致电池的续航能力下降，故而会优选低温性能好的电池；处理模块具有一定的边缘计算能力，能够对原始传感器数据进行简单处理，提取中间或部分最终特征数据，如体温、湿度、加速度降采样或求合加速度之后的数据。可选地，所述电源模块还用于根据所述脖圈发送的扫描信号进行能量转换，得到耳标的供电电能。
在本实施例中，所述所述第二监护装置包括：第二传感器模块，用于采集第二监测体的特征数据；第二处理模块，与所述第二传感器模块和第一通信模块相连，用于对所述第一通信模块接收的特征数据和自身采集的特征数据进行预处理后，通过所述第一通信模块发送；所述第一通信模块，与所述第二传感器模块相连，用于将接收的所述第一监护装置发送的所述特征数据和自身采集的特征数据发送到所述远程服务器；第二同步模块，与所述第二处理模块和所述第一通信模块相连，用于基于同步机制实现所述第一监护装置与所述第二监护装置的同步通信交互；第二电源模块，分别与前述模块相连，用于为前述模块提供电能。
可选地，所述第二监护装置还包括：第二通信模块，与所述第二处理模块相连，用于将所述第二传感器模块采集到的所述特征数据和所述第一通信模块接收的所述特征数据发送到所述远程服务器；其中，所述第二监护装置可以是脖圈，此时，第一通信模块主要用于接收第一监护装置也就是耳标发送的特征数据，且第一通信模块的通信技术与耳标的通信模块的通信技术相同，具体包括433Mhz、2.4Mhz等常见的物联网通信技术。
进一步地，为了保证耳标与脖圈的低功耗同步通讯机制，同步模块以低功耗的方式工作，即到约定的特定时间时，如到设定的10分钟时，同步模块会将唤醒耳标、脖圈各自的通信模块，使耳标与脖圈在某一时间片内进行同步通讯交互，其中，在实际场景中，也会出现约定的特定时间有偏差的情况，需定期调整耳标和脖圈的同步时间；进一步地，所述同步模块典型地可选用RTC计时模块或晶振(包括常见MCU内部自带的晶振)，其可以是完整模块内的一个子模块，也可以是一个独立的硬件模块，可实现灵活布局。
需要说明的是，如图9所示，相对于耳标的电源模块，脖圈的电源模块的电池容量会更大，续航能力更强，考虑到极寒天气等因素，会优选低温性能好的电池；第二处理模块的计算能力会更强，可以对所有耳标的数据进行融合分析，提取关键信息后上传远程服务器；脖圈可以包括多个通信模块，如与耳标对应的第一通信模块和具备4G/5G、NB-IoT等广域无线通信技术的第二通信模块，一般，第一通信模块与第二通信模块在硬件上可以复用，脖圈中布置的电源模块电池容量较大，可以通过PA(功率放大器件)对要中继到更远距离的信号进行功率增强。
可选地，脖圈中的第二通信模块也可以不存在，相对于耳标的通信模块，脖圈中的第一通信模块具有更高的发射功率，能够传输的距离更远，可以通过附近的基站进行局域网转广域网的数据传输，如图2所示，耳标、脖圈均可以直接与基站进行通信，远距离情况下靠脖圈进行数据中继。
结合实施例一到实施例四，需要进一步说明的是，如表1示出不同模式下核心模块的平均功耗：
表1
BLE扫描平均电流 BLE广播平均电流 4G工作平均电流 GPS工作平均电流
22.6mA 0.3mA 876.6mA 100mA
其中，耳标可能工作在广播模式(对应一级耳标)，工作状态下的平均功耗在0.3mA左右；耳标也可能工作在扫描模式(对应二级耳标)，工作状态下的平均功耗在22.6mA左右。脖圈内既包括了BLE模块，也包括了4G模块和GPS模块，且脖圈的BLE模块工作在扫描模式。从数据上可以很直观地看出脖圈的功耗会更高。即使让动物单独佩戴脖圈，不需要接收耳标数据的情况下，4G和GPS带来的功耗也远高于耳标。
另外，对于以上几个主要通信模块，在设备处于完全休眠状态时，功耗基本都可以控制在0.01mA以下，甚至为0.001mA量级。
由此可知，本实施例通过在每个第一监测体上设置采集特征数据的耳标，耳标发送特征数据到脖圈，而脖圈作为数据的中转基站，又将接收的特征数据及自身采集的特征数据转发到远程服务器，使远程服务器对数据进行分析和处理得到每个监测体的生命体征状况，不仅降低了监护成本，还降低了耳标和脖圈的功耗，增强了耳标和脖圈的续航能力，从而为动物的监护管理带来了便利。
第二方面，本发明提供一种动物监护方法，具体包括以下实施例：
实施例五
图10所示为本申请实施例提供的一种动物监护方法的流程示意图，如图10所示，应用于动物监护系统时，且所述动物监护系统包括设置第一监测体上的耳标和设置在第二监测体上的脖圈，所述监护方法包括以下步骤：
步骤S101，所述耳标采集第一监测体的特征数据；
步骤S102，所述脖圈将接收的所述特征数据和自身采集的特征数据转发到远程服务器；
步骤S103，所述远程服务器根据接收的特征数据得到每个监测体的生命体征状况。
在本实施例中，当所述监护系统包括N级耳标时，第n级耳标用于接收第n-1级耳标发送的特征数据，还用于将接收的所述特征数据和自身采集的特征数据发送到第n+1级耳标；其中，第N级耳标接收到的特征数据发送到脖圈，n∈[1，N-1]，n和N都为正整数。
在本实施例中，当所述监护系统包括N级耳标时，所述监护方法还包括：
设置所述N级耳标和所述脖圈发送数据的同步监听周期；其中，所述同步监听周期包括第一时间片、第二时间片、……、第TN时间片、第TN+1时间片和休眠时间片，使所述N级耳标依次发送数据，即所述第一级耳标在所述第一时间片中发送数据，所述第二级耳标在所述第二时间片中发送数据，……，所述第N级耳标在所述第TN时间片中发送数据，所述脖圈在所述第TN+1时间片中发送数据到所述远程服务器，以及所述N级耳标和所述脖圈在所述休眠时间片中进行休眠。
在本实施例中根据图6所示的同步监听周期，所述N级耳标和脖圈发送数据的具体过程包括：
(1)在当前同步监听周期中的第一时间片T1中，第一级耳标启动数据发射(如广播)，发射时间持续t1秒，同时第二级耳标启动数据接收(扫描广播数据)，接收时间持续t1秒，第二级耳标将接收到的第一级耳标的数据进行存储；其中，T1大于t1，t1典型值为30秒。
(2)在当前同步监听周期中的第二时间片T2中，第二级耳标将接收到的第一级耳标及本耳标的数据打包成(广播)数据发射出去，发射时间持续t2秒；同时第三级耳标启动数据接收(扫描广播数据)，接收时间持续t2秒，第三级耳标将接收到的第二级耳标的数据进行存储。
(3)在当前同步监听周期中的第三时间片T3中，第三级耳标将接收到的第二级耳标及本耳标的数据打包(广播)发射出去，发射时间持续t3秒；同时第四级耳标启动数据接收(扫描广播数据)，接收时间持续t3秒，第四级耳标将接收到的第三级耳标的数据进行存储。
(4)以此类推，在当前同步监听周期中的第N-1时间片TN-1中，第N-1级耳标将接收到的第N-2级耳标及本耳标的数据打包(广播)发射出去，发射时间持续tN-1秒；同时第N级耳标启动数据接收(扫描广播数据)，接收时间持续tN-1秒，第N级耳标将接收到的第N-1级耳标的数据进行存储。
(5)最终，N级耳标在当前同步监听周期中的第N时间片TN中，第N级耳标将接收到的第N-1级耳标及本耳标的数据打包(广播)发射出去，发射时间持续tN秒；同时脖圈启动数据接收第N级耳标的数据。
(6)在当前同步监听周期中的第N+1时间片TN+1中，脖圈将接收到的数据及自身的数据打包，通过广域网技术(典型如4G/5G等)将数据转发到云端服务器。
(7)在当前同步监听周期中的第N+2时间片TN+2中，所有耳标和脖圈都进入休眠状态。
需要说明的是，整个通信为一个同步监听周期T内的通信过程，需满足如下公式：
Figure BDA0003788033460000121
其他实施例中，图5所示的组网方式，一般地，可以扩展为多级耳标，甚至多级脖圈的方式。
其他实施例中，当所述监护系统包括第一级耳标和第二级耳标时，所述监护方法还包括：
设置所述第一级耳标、第二级耳标和所述脖圈发送数据的同步监听周期；其中，所述同步监听周期包括第一时间片、第二时间片、第三时间片和休眠时间片，所述第一级耳标在所述第一时间片中发送数据，所述第二级耳标在所述第二时间片中发送数据，所述脖圈在所述第三时间片中发送数据到所述远程服务器，以及所述第一级耳标、第二级耳标和所述脖圈在所述休眠时间片中进行休眠。
需要说明的是，为了保证多级耳标的正常通信，为所述第一级耳标、第二级耳标和所述脖圈配置发送数据的同步监听周期，如图11所示，每个同步监听周期包括第一时间片T1、第二时间片T2、第三时间片T3和休眠时间片T4，所述第一级耳标在所述第一时间片T1中发送数据，所述第二级耳标在所述第二时间片T2中发送数据，所述脖圈在所述第三时间片T3中发送数据到所述远程服务器，以及所述第一级耳标、第二级耳标和所述脖圈在所述休眠时间片T4中进行休眠。
可选地，所述第一级耳标在第一时间片T1中发送完数据后，就可以在第二时间片T2及第三时间片T3进入休眠状态，进一步降低了第一级耳标的功耗。
因此，在本实施例中根据图11所示的同步监听周期，所述第一级耳标、第二级耳标和脖圈发送数据的具体过程包括：
(1)在当前同步监听周期中的第一时间片T1中，第一级耳标启动数据发射(如广播)，发射时间持续t1秒，同时第二级耳标启动数据接收(扫描广播数据)，接收时间持续t1秒，第二级耳标将接收到的第一级耳标的数据进行存储；其中，T1大于t1，t1典型值为30s。
(2)在当前同步监听周期中的第二时间片T2中，第二级耳标将接收到的第一级耳标及第二级耳标自身的数据打包(如广播)发射出去，发射时间持续t2秒；同时脖圈启动数据接收。
(3)在当前同步监听周期中的第三时间片T3中，脖圈将接收到的数据及自身的数据打包发送到云端服务器。
(4)在当前同步监听周期中的第四时间片T4中，所有的第一级耳标、第二级耳标和脖圈都进入休眠状态。
需要说明的是，在实际野外散养场景中，基于高精度的定时同步通信机制进行定期唤醒，不需发送端和接收端进行任何侦听策略，在休眠期耳标及脖圈处于绝对的低功耗状态，可以实现监护系统中的耳标以极低功耗维持长久工作。
实施例六
在本实施例中，所述监护方法还包括：所述远程服务器根据每个第二级耳标接收到第一级耳标的信号强度值，建立多组相互独立的耳标子网，每组耳标子网包括多个第一级耳标和一个第二级耳标。
在本实施例中，当所述监护系统包括X组耳标子网时，所述同步监听周期包括X个第一时间片，每组耳标子网中的第一级耳标在相对应的第一时间片中发送数据；其中，每组耳标子网包括多个第一级耳标和一个第二级耳标，X为正整数。
需要说明的是，为了进一步减少同一时间内多设备通信下可能导致的信道干扰问题，提升系统的稳定性，需要建立多组相互独立的耳标子网，如图7所示，每个耳标子网包括多个第一级耳标和一个第二级耳标，且每个耳标子网中第一级耳标的广播数据的时间片都相互独立；本实施例中的第二级耳标将第一级耳标的信号强度值RSSI同步也上传到远程服务器，远程服务器根据分组内耳标的RSSI强度变化，进行最优化调整，保证分组方案的最优化。
如图12所示，第一组耳标子网中的第一级耳标发送数据的时间片为T11，第二组耳标子网中的第一级耳标发送数据的时间片为T12，依次类推，第X组耳标子网中的第一级耳标发送数据的时间片为T1X；其中，第二级耳标和脖圈发送数据的时间片保持不变，还是分别对应的第二时间片T2和第三时间片T3。
因此，在本实施例中根据图12所示的同步监听周期，所述第一级耳标、第二级耳标和脖圈发送数据的具体过程包括：
(1)在当前同步监听周期中的T11时间片中，第1组耳标子网中的第一级耳标启动数据发射(广播)，发射时间持续t1秒，第1组耳标子网中的第二级耳标启动数据接收(扫描广播数据)，接收时间持续t1秒，第二级耳标将接收到的第一级耳标的数据进行存储，t1典型值为10。
(2)在当前同步监听周期中的T12时间片中，第2组耳标子网中的第一级耳标启动数据发射(广播)，发射时间持续t1秒，第2组耳标子网中的第二级耳标启动数据接收(扫描广播数据)，接收时间持续t1秒，第二级耳标将接收到的第一级耳标的数据进行存储。
(3)在当前同步监听周期中的T13时间片中，第3组耳标子网中的第一级耳标启动数据发射(广播)，发射时间持续t1秒，第3组耳标子网中的第二级耳标启动数据接收(扫描广播数据)，接收时间持续t1秒，第二级耳标将接收到的第一级耳标的数据进行存储。
(4)以此类推，在当前同步监听周期中的T1x时间片中，第X组耳标子网中的第一级耳标启动数据发射(广播)，发射时间持续t1秒，第X组耳标子网中的第二级耳标启动数据接收(扫描广播数据)，接收时间持续t1秒，第二级耳标将接收到的第一级耳标的数据进行存储。
(5)在当前同步监听周期中的第二时间片T2中，第二级耳标将接收到的第一级耳标及本耳标的数据打包(广播)发射出去，发射时间持续t2秒；同时脖圈启动数据接收。
(6)在当前同步监听周期中的第三时间片T3中，脖圈将接收到的数据及自身的数据发送到远程服务器。
(7)在当前同步监听周期中的第四时间片T4中，所有的第一级耳标、第二级耳标和脖圈都进入休眠状态。
需要说明的是，基于上述同步通信机制，一旦出现脖圈与远程服务器间信号丢失或传输数据异常等情况，需人为及时干涉。
实施例七
图13所示为本申请实施例提供的另一种动物监护方法的流程示意图，如图10所示，所述监护方法还包括以下步骤：
步骤S201，所述远程服务器根据每个第二级耳标接收到第一级耳标的信号强度值，建立多组相互独立的耳标子网，使每组耳标子网包括多个第一级耳标和一个第二级耳标；
步骤S202，所述远程服务器对所述每组耳标子网形成的网络拓扑结构进行聚类分析，得到每个网络拓扑结构中的当前主节点；
步骤S203，将每个网络拓扑结构中的当前主节点作为相对应耳标子网中的第二级耳标。
需要说明的是，本实施例中的远程服务器通过每个第二级耳标接收到第一级耳标的信号强度值，建立如图7所示的多组相互独立的耳标子网；再对所述每组耳标子网形成的网络拓扑结构进行聚类分析，具体包括进行K-Means、Mesh等聚类分析，对耳标按几何空间进行聚类，根据设备总数分成M类，选取离中心点最近的耳标作为当前主节点，将所述当前主节点作为当前第二级耳标，其他作为第一级耳标。
因此，通过本实施例的方案进行第二级耳标的动态调整，避免某些耳标长期作为第二级耳标使用，导致耗电增加，影响续航。
实施例八
在本实施例中，当所述脖圈还包括定位模块时，所述方法还包括：所述远程服务器根据至少三个脖圈的定位数据，获取目标耳标的实时坐标数据，其中所述目标耳标为同时与所述至少三个脖圈进行通信的耳标；所述远程服务器根据所述目标耳标的实时坐标数据，计算出与所述目标耳标相对应的监测体的运动轨迹和运动量。
需要说明的是，考虑到动物群体户外活动的时候存在群体行为，可以通过仅在脖圈上集成运动传感器，统计佩戴脖圈的动物的运动量，结合定位信息推算其他动物的运动量，可以有效地降低群体散养的监控成本。
一般地，脖圈集成有GPS定位模块(并不限于此处的GPS定位模块，还可以是北斗、伽利略定位模块等)，而耳标出于低功耗考虑，往往不存在GPS定位模块。此时，可以基于脖圈的定位坐标计算出耳标的定位坐标。既可以得到群体的每个个体的坐标，又可以降低耳标的成本和功耗。进而，可以推算出群体每个个体的活动轨迹和运动量。
更具体地，当群体中有至少三个脖圈时，获取耳标的相对坐标的定位原理可以描述如10，可以求解式(1)即可得到耳标的坐标(x,y)。
Figure BDA0003788033460000151
式中，(x1,y1)是1号脖圈的位置，可以通过GPS模块获取；(x2,y2)是2号脖圈的位置，可以通过GPS模块获取；(x3,y3)是3号脖圈的位置，可以通过GPS模块获取；r1是耳标离1号脖圈的距离，可以通过RSSI换算得到；r2是耳标离2号脖圈的距离，可以通过RSSI换算得到；r3是耳标离3号脖圈的距离，可以通过RSSI换算得到。
实施例九
在本实施例中，所述远程服务器根据所述特征数据得到每个监测体的生命体征状况，包括：所述远程服务器判断所有特征数据是否在预设范围内；当存在不在预设范围内的特征数据时，获取所有特征数据中最大值与均值的第一差值，或/和最小值与均值的第二差值；当所述第一差值或所述第二差值都未超过预警值或所述所有特征数据都在预设范围内时，每个监测体的生命体征状况为正常状况。
需要说明的是，其中，预警值和预设范围会因被监护动物的不同而存在差异。被监护动物的模型一旦确认，便可以获取动物的特征数据的预设范围。如监测体以牛为例，体温在[38℃,39.5℃]之间，最大值、最小值超出这个范围，即应该给出预警。为排除环境、运动因素等干扰，本发明还提出基于群体特征数据差值，来判断动物的生命体征状况是否存在出现异常。如牛群温差超过预警值1.5℃则会给出危险预警。
特征数据的生命体征范围是一个统计量，大部分情况满足正态分布。本实施例可以通过统计群体中特征数据的分布情况，判定动物群中是否存在生命体征异常的个体。
如图14所示，通过初步判断动物的生命体征指标是否在合理范围进行初筛，如果在生命体征范围则识别为正常状态。如果偏离生命体征范围，则进一步判断与种群的偏离程度，以排除是环境或活动带来的偏差；统计出最大值与最小值的偏差，取中间值，以此大致判断出需要特别关注的牛，是否为正常状态。
尤其是对于动物温度的计算，由于多数情况下不太适用于植入式体温测量，往往需要在动物体表布不少于一路温度传感器。但是，测量到的温度往往不能直接代表动物的核心体温，因为测温点会受环境温度和运动状态的干扰。此时，典型的方法是通过算法和温度传感器阵列去进行核心体温的计算，但往往由于环境温度差异，估算方法容易出现偏差。通过统计群体皮表分布情况，如图14所示的方法即可以实现动物体温是否正常的判断。
最后需要说明的是，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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (18)

1.一种动物监护系统，其特征在于，所述监护系统包括：
第一监护装置和第二监护装置，用于采集监测体的特征数据；
所述第二监护装置，分别与所述第一监护装置和远程服务器无线连接，用于接收所述第一监护装置发送的特征数据，将接收的所述特征数据和自身采集的特征数据转发到所述远程服务器，使所述远程服务器根据接收的特征数据得到每个所述监测体的生命体征状况。
2.根据权利要求1所述的动物监护系统，其特征在于，所述监护系统包括N级第一监护装置，第n级第一监护装置用于接收第n-1级第一监护装置发送的特征数据，还用于将接收的所述特征数据和自身采集的特征数据发送到第n+1级第一监护装置；
其中，第N级第一监护装置接收到的特征数据发送到所述第二监护装置，n∈[2，N-1]，n和N为正整数。
3.根据权利要求1所述的动物监护系统，其特征在于，所述第一监护装置包括第一级第一监护装置和第二级第一监护装置，所述第二级第一监护装置用于接收所述第一级第一监护装置发送的特征数据，还用于将接收的所述特征数据和自身采集的特征数据发送给所述第二监护装置。
4.根据权利要求3所述的动物监护系统，其特征在于，所述监护系统包括第一级第一监护装置和第二级第一监护装置，多个第一级第一监护装置与一个第二级第一监护装置建立通信连接形成一组第一监护装置子网。
5.根据权利要求1所述的动物监护系统，其特征在于，所述第一监护装置包括耳标或植入式电子标签；所述第二监护装置包括脖圈或脚环。
6.根据权利要求1所述的动物监护系统，其特征在于，所述第一监护装置包括：
传感器模块，用于采集第一监测体的特征数据；
处理模块，分别与所述传感器模块和通信模块相连，用于对所述特征数据进行预处理后，通过所述通信模块发送所述特征数据；
所述通信模块，与所述处理模块相连，用于发送所述特征数据；
同步模块，与所述通信模块相连，用于基于同步机制实现所述第一监护装置与所述第二监护装置的同步通信交互；
电源模块，分别与前述模块相连，用于为前述模块提供电能。
7.根据权利要求6所述的动物监护系统，其特征在于，所述电源模块还用于根据所述第二监护装置发送的扫描信号进行能量转换，得到供电电能。
8.根据权利要求1所述的动物监护系统，其特征在于，所述第二监护装置包括：
第二传感器模块，用于采集第二监测体的特征数据；
第二处理模块，与所述第二传感器模块和第一通信模块相连，用于对所述第一通信模块接收的特征数据和自身采集的特征数据进行预处理后，通过所述第一通信模块发送；
所述第一通信模块，与所述第二传感器模块相连，用于将接收的所述第一监护装置发送的所述特征数据和自身采集的特征数据发送到所述远程服务器；
第二同步模块，与所述第二处理模块和所述第一通信模块相连，用于基于同步机制实现所述第一监护装置与所述第二监护装置的同步通信交互；
第二电源模块，分别与前述模块相连，用于为前述模块提供电能。
9.根据权利要求8所述的动物监护系统，其特征在于，所述第二监护装置还包括：
第二通信模块，与所述第二处理模块相连，用于将所述第二传感器模块采集到的所述特征数据和所述第一通信模块接收的所述特征数据发送到所述远程服务器。
10.一种动物监护方法，其特征在于，应用于动物监护系统，所述动物监护系统包括第一监护装置和第二监护装置，所述监护方法包括：
所述第一监护装置和所述第二监护装置采集监测体的特征数据；
所述第二监护装置接收所述第一监护装置发送的特征数据，并将接收的所述特征数据和自身采集的特征数据转发到远程服务器；
所述远程服务器根据接收到的特征数据得到每个监测体的生命体征状况。
11.根据权利要求10所述的动物监护方法，其特征在于，当所述监护系统包括N级第一监护装置时，第n级第一监护装置用于接收第n-1级第一监护装置发送的特征数据，还用于将接收的所述特征数据和自身采集的特征数据发送到第n+1级第一监护装置；
其中，第N级第一监护装置接收到的特征数据发送到所述第二监护装置，n∈[2，N-1]，n和N都为正整数。
12.根据权利要求10所述的动物监护方法，其特征在于，所述监护系统包括第一级第一监护装置和第二级第一监护装置，所述第二级第一监护装置用于接收所述第一级第一监护装置发送的特征数据，还用于将接收的所述特征数据和自身采集的特征数据发送给所述第二监护装置。
13.根据权利要求12所述的动物监护方法，其特征在于，所述监护方法还包括：
设置所述第一级第一监护装置、第二级第一监护装置和所述第二监护装置发送所述特征数据的同步监听周期；所述同步监听周期包括第一时间片、第二时间片、第三时间片和休眠时间片，所述第一级第一监护装置在所述第一时间片中发送所述特征数据，所述第二级第一监护装置在所述第二时间片中发送所述特征数据，所述第二监护装置在所述第三时间片中发送所述特征数据到所述远程服务器，以及所述第一级第一监护装置、第二级第一监护装置和所述第二监护装置在所述休眠时间片中进行休眠。
14.根据权利要求13所述的动物监护方法，其特征在于，所述监护方法还包括：
所述远程服务器根据每个第二级第一监护装置接收到第一级第一监护装置的信号强度值，建立多组相互独立的第一监护装置子网，每组第一监护装置子网包括多个第一级第一监护装置和一个第二级第一监护装置。
15.根据权利要求14所述的动物监护方法，其特征在于，在建立多组相互独立的第一监护装置子网之后，所述监护方法还包括：
所述远程服务器对所述每组第一监护装置子网形成的网络拓扑结构进行聚类分析，得到每个网络拓扑结构中的当前主节点；
将每个网络拓扑结构中的当前主节点作为相对应第一监护装置子网中的第二级第一监护装置。
16.根据权利要求14或15所述的动物监护方法，其特征在于，当所述监护系统包括X组第一监护装置子网时，所述同步监听周期包括X个第一时间片，每组第一监护装置子网中的第一级第一监护装置在相对应的第一时间片中发送所述特征数据，X为正整数。
17.根据权利要求10-15任一项所述的动物监护方法，其特征在于，当所述第二监护装置还包括定位模块时，所述监护方法还包括：
所述远程服务器根据至少三个第二监护装置的定位数据，获取目标第一监护装置的实时坐标数据，其中所述目标第一监护装置为同时与所述至少三个第二监护装置进行通信的第一监护装置；
所述远程服务器根据所述目标第一监护装置的实时坐标数据，计算出与所述目标第一监护装置相对应的监测体的运动轨迹和运动量。
18.根据权利要求10-15任一项所述的动物监护方法，其特征在于，所述远程服务器根据所述特征数据得到每个监测体的生命体征状况，包括：
所述远程服务器判断所有特征数据是否在预设范围内；
当存在不在预设范围内的特征数据时，获取所有特征数据中最大值与均值的第一差值，或/和最小值与均值的第二差值；
当所述第一差值或所述第二差值都未超过预警值或所述所有特征数据都在预设范围内时，每个监测体的所述生命体征状况为正常状况。
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