CN212232650U - 一种母猪健康监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种母猪发情及健康监测系统包括自动饲喂站，RFID标签，智能腿环，LoRa网关，云计算平台以及信息终端，自动饲喂站与智能腿环收集母猪活动数据，上传至行为记录中继，再上传至LoRa网关，最后传送至云计算平台。云计算平台的数据库记录数据，并管理用户权限。信息终端可从云计算平台获得数据，且根据用户权限可以更改位于数据库或行为记录中继中的数据。采用这种监测方法可以为每只母猪提供更好的饲养条件，减少母猪的非生产天数，提升母猪养殖的生产效率，降低工作人员的经验积累需求，节省人力资源成本。

Description

一种母猪健康监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种监测系统，特别是一种用于监测母猪健康的系统。

背景技术

猪肉生产中，母猪承担着繁育仔猪的职能，因此母猪的繁殖及健康状况受到管理者的高度重视。如何及时准确地判断母猪的发情和健康状态，也一直是生猪养殖行业所关心的主要问题。

对母猪繁殖周期内发情状态及时准确的判断并适时配种是提高母猪受胎率的关键。目前常用的母猪发情监测主要有以下方法：一、综合观察法，即饲养或配种人员观察到母猪出现烦躁不安，食欲减退、主动爬跨其他母猪或接受其他母猪爬跨等行为变化，此外发现母猪外阴肿胀湿润，有粘液流出等情况，都说明母猪可能处于发情状态。二、公猪试情法，需要公猪与母猪接触，通过外激素刺激母猪表现发情。此时发情母猪表现为愿意接近公猪，表现静力反射并接受公猪爬跨。三、B超检查法，该方法可通过超声波成像技术观察卵巢及其卵泡发育情况。如卵巢的大小、形状、质地、卵泡发育的部位、大小、弹性、卵泡壁的厚薄以及卵泡是否破裂，有无黄体等。在具体生产实践中一般会综合上述的2种或3种方法来判断一头母猪的发情状态，不仅需要耗费较大的人力物力，且对工作人员的经验水平和判断能力要求较高。在饲养或配种人员需要实际养殖经验培养下，人员的培训成本对于养殖行业来说是一比昂贵的支出。大型猪饲养场地需要设置在人口密集度非常低的地区，在这些地区对于相关人才的需求与人才市场的实际供应能力严重不符。因此，人力资源问题在养殖行业一直存在。

在现代的规模化、批次化养猪生产中，各种智能化手段也在开始在本领域中加以应用，比如自动饲喂站，为了对养殖猪的身份识别，RFID标签被采用，通常设置于猪耳处。随着物联网的发展，通常自动饲喂站还包括RFID标签读写器，自动在投喂饲料时记录猪只身份。为了了解养殖猪的活动情况，设置在猪身体上的智能腿环，这些技术均使用在养猪生产中，但单单某一项技术的实施，对于科学养殖的环境建设帮助并不多。

实用新型内容

本实用新型提供一种母猪发情及健康状态的监测系统。它可以有效监测母猪的身体实况以及判断其是否处于发情期；有利于母猪的健康成长，提高受胎率；给养殖者扩大生产规模提供便利条件。本实用新型的另一个目的是为了降低饲养员的人力资源成本，使饲养员只需要简单的培训即可具备资格上岗。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种母猪发情及健康监测系统，包括自动饲喂站，用于猪身份识别的RFID标签，用于采集与接收母猪活动数据的智能腿环，自动饲喂站提供的母猪采食数据、体重数据以及接收智能腿环采集的母猪活动数据，定期上传至与自动饲喂站匹配的行为记录中继，由行为记录中继上传至LoRa（Long Range）网关。

行为记录中继上传至LoRa网关的数据通过互联网传送至云计算平台；云计算平台的数据库记录母猪的采食，活动数据，并管理用户权限。

信息终端可通过云计算平台推送或者主动拉取储存于云计算平台数据库中的数据，且根据用户权限可以更改位于数据库或行为记录中继中的数据。

上述用于猪身份识别的RFID标签，设置于猪耳上；采集与接收母猪活动数据的智能腿环设置于猪腿上。自动饲喂站提供的母猪采食数据至少包括母猪的每次进食量。

行为记录中继采用提供蜂窝网络、蓝牙、wifi4与wifi5等多接口接入的智能AP(Acess Point)作为行为记录中继。无论是胖AP或者瘦AP，采用arm芯片组或其他芯片组的都可以灌入智能控制系统，如OpenWrt等具备Linux内核的智能控制系统。通过编辑与自动饲喂站匹配的接口接收数据的应用，收集数据后，再传送至LoRa网关中。通过智能路由，可以根据不同的自动饲喂站配置相应的行为记录中继，提高本实用新型系统的兼容性，可实现对市面上的自动饲喂站达到广泛支持，并且具有可升级性，应用与接口可随着自动饲喂站的升级或改变而改变，也可以就现有的设备进行匹配，免去了重新购置设备的成本。

智能腿环包括密封盒，以及设置于密封盒中的电池，微处理器，数据导线和三轴加速器；其中三轴加速器包括三轴加速度传感器，三轴陀螺仪传感器与三轴磁力计传感器，用于记录母猪活动数据。

为了提高规模化养殖效率以及节能效果，采用间隔发送的方式，智能腿环采集的活动数据每隔1个小时向 LoRa 网关发送一次。

自动饲喂站的行为记录中继与LoRa网关的通讯方式包括蜂窝网络或无线局域网。行为记录中继上传数据至LoRa网关的频率为固定频率，频率的范围为0.25次/小时-1次/小时。LoRa 网关的功能是将母猪智能腿环采集的活动数据信息通过蜂窝网络模块发送到服务器端，进行后期的处理和分析。

用户权限分为管理员权限与一般用户权限，具有管理员权限的用户在信息终端登录时，具备通过云计算平台对数据进行制作与编辑，并保存至数据库，或通过点对点连接接入自动饲喂站的行为记录中继，更改采集到的数据，再通过行为记录中继上传至云计算平台数据库的权限。

云计算平台拥有数据同步功能，与行为记录中继的系统时间保持同步。

云计算平台将收集到的母猪活动数据通过半监督模糊聚类算法对三轴加速器采集的运动数据进行分析，根据样本特征和学习数据获取稳定的聚类中心，再与测试数据进行对比，得到最终聚类结果。系统将母猪的行为划分为五种状态，即站立、静卧、慢走、慢跑、快跑，结合母猪每日采食数据（即采食量、采食次数、采食时间）和体重数据等信息，通过以上九个维度的数据为每头母猪建立特征数据模型，并在逻辑判断时赋予每个参数不同权重因子；云计算平台将每天收集到的母猪特征数据与之前该母猪的特征数据模型相匹配，比对变化幅度。如果变化幅度在所有参数在正常变化幅度区间内，则标记并记录数据；当某一主要参数的变化幅度超出这一区间时，则根据九个参数的数据结合各参数的权重因子，加权计算出母猪发情或疾病几率，做出逻辑判断，并将计算最终结果推送至信息终端。

本实用新型通过实时的监测分析行为和采食数据等信息为每头母猪建立数据模型，通过比对及时发现母猪某项行为或采食的异常变化，从而捕获到其发情或疾病特征。使饲养人员对其饲养的母猪的身体状况有了更客观的及时了解，能准确掌握母猪的繁殖和健康状况，从而对每只母猪提供更好的饲养条件，减少母猪的非生产天数，提升母猪养殖的生产效率。通过集中的数据管理，饲养或配种人员只需要发现数据的异常即可根据数据判断母猪的健康状况，而免去经验积累的过程，饲养员一旦发现数据异常，可将数据上报，通过数据上的诊断，进行相应的处理。显著降低了饲养或配种人员的工作经验需求与人力培训投入。同时因权限的区别，在进行饲养员培训的时候，仅分配一般用户权限，避免误操作引起的数据异常。当饲养或配种人员具备经验后，再分配管理员权限，通过人工核对，保证本系统采集的数据能真实完整的反应母猪的生理以及健康状况。

附图说明

图1为本实用新型实施例的系统拓扑结构示意图；

图2为本实用新型实施例的数据上传流程示意图；

图3为本实用新型实施例的信息更改流程示意图；

图4为本实用新型实施例的猪舍布置示意图；

图5为本你实用新型实施例的猪耳RFID标签与智能腿环环安装示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行阐述。

实施例：一种母猪发情及健康监测系统，包括自动饲喂站1，用于猪身份识别的猪耳RFID标签5，用于采集与接收母猪活动数据的设置于猪腿上的智能腿环环4，其特征在于，自动饲喂站1提供的母猪采食数据、体重数据以及智能腿环环4采集接收的母猪活动数据，定期上传至与自动饲喂站的行为记录中继及云计算平台连接的LoRa网关；行为记录中继上传至LoRa网关的数据通过互联网传送至云计算平台；云计算平台的数据库记录与存储母猪的采食，活动数据，供分析、判断母猪的生理、健康状态使用；信息终端可通过云计算平台推送或者主动拉取储存于云计算平台数据库中的数据，且根据用户权限可以更改位于数据库或行为记录中继中的数据。本例中的自动饲喂站1可采用市场上常见的自动饲喂装置，在获取其数据输出接口后，接入行为记录中继2，它包括RFID读取模块、自动投食装置、食槽称量装置、母猪体重称量装置、猪身喷涂装置和行为记录中继2，其中RFID读取模块接收猪耳RFID标签5信息，食槽称量装置用于记录母猪每次采食量。行为记录中继2接收智能腿环环4数据读取模块用于接收母猪活动数据，并将所有收集到的数据定期上传至LoRa网关3。

优选地，采用智能手机作为信息终端，次优选地，采用个人计算机作为信息终端。但是，只要能提供网页访问的设备都可以作为信息终端。

行为记录中继2采用提供蜂窝网络、蓝牙、wifi4与wifi5等多接口接入的智能AP(Acess Point)作为行为记录中继。无论是胖AP或者瘦AP，采用arm芯片组或其他芯片组的都可以灌入智能控制系统，如OpenWrt等具备Linux内核的智能控制系统，优选地，配置蜂窝网络模块，实现互联网接入。通过编辑与自动饲喂站1匹配的数据接入接口，收集数据后，再传送至LoRa网关3中。通过智能路由，可以根据市场上不同的自动饲喂站配置相应的行为记录中继2，提高本实用新型系统的兼容性。

LoRa网关3通过蜂窝网络和/或无线局域网连接行为记录中继2与云计算平台，将行为记录中继2上传至LoRa网关3的数据通过互联网传送至云计算平台。随着IPv6的普及，在组建本实用新型所述系统时，优选地，所有的设备都开启IPv6支持。因此即使因蓝牙等设备对2.4Ghz无线网络造成干扰，也可以使用蜂窝网络通过互联网将数据传输至LoRa网关3。虽然行为记录中继通过互联网接入时，也可将信息直接发送至云计算平台，但为了保证数据的统一性，降低云计算平台的计算负担，统一通过LoRa网关3上传数据。次优选地，在不具备IPv6接入条件的情况下，云计算平台通过反向代理，提供行为记录中继2与LoRa网关3之间的通讯。再次优选地，行为记录中继2同时通过蜂窝网络与无线局域网，从互联网与本地网络两种渠道将采集到的数据传输至LoRa网关，并附带上传流水ID，通过行为记录中继2附带的上传流水ID来判断数据的归属，避免LoRa网关重复记录数据上传至云计算平台。

云计算平台用于对母猪的采食、体重以及活动数据进行记录，存储至云计算平台的数据库中，供分析使用，判断母猪的繁殖和健康状态。

信息终端可通过云计算平台推送或者主动拉取储存于云计算平台数据库中的数据，且根据用户权限更改位于数据库或行为记录中继2中的数据。

母猪进入自动饲喂站采食后，RFID读取器会读出该母猪的信息，根据母猪的日龄或怀孕时间状态进行少量多次投料，在母猪采食过程中，会对母猪的体重进行称量。当母猪采食结束，离开采食区，即RFID标签超出RFID读取器读取范围时，进行食槽内余料称量。在一次采食结束后可获得母猪采食时间、采食量以及体重的数据。并将这些数据上传至行为记录中继2。

用户权限分为管理员权限与一般用户权限，具有管理员权限的用户在信息终端登录时，具备通过云计算平台对数据进行制作与编辑，并保存至数据库，或通过点对点连接接入行为记录中继2，更改采集到的数据，再通过行为记录中继2上传至云计算平台数据库的权限。

云计算平台拥有数据同步功能，与行为记录中继2的系统时间保持同步，并通过比对云计算平台与行为记录中继2中所保存数据生成时间点，以最后生成的时间点作为最终保存的数据。优选地，因云计算平台的算力远大于行为记录中继2，故采用行为记录中继2将数据记录后，或者是信息终端通过行为记录中继2修改数据后，上传至云计算平台。云计算平台根据数据生成的时间，以同一个数据（即流水ID）最新的时间点作为判断依据，保存该数据，并将采集后，因采集时间差异重复接收的数据依据时间轴合并。

行为记录中继2上传数据至LoRa网关3的频率为固定频率，频率的范围为0.25次/小时~1次/小时。

智能腿环4包括密封盒，以及设置于密封盒中的电池，微处理器，数据导线和三轴加速器；其中三轴加速器包括三轴加速度传感器，三轴陀螺仪传感器与三轴磁力计传感器，用于记录母猪活动数据。

为了提高规模化养殖效率以及节能效果，采用间隔发送的方式，智能腿环采集的活动数据每隔1个小时向 LoRa 网关发送一次。

通过安装在母猪上的三轴加速器，我们可以获得每秒钟母猪位置在x/y/z三个方向的加速情况，通过系统的运动特征算法可将母猪在1小时内的运动划分为站立、静卧、慢走、慢跑、快跑五个维度。通过分类可以清晰的看出这头母猪在这1个小时内五种姿势或运动模式所占的时间以及在某时间区段内他们所处的运动状态。而母猪自动饲喂站1可以获得2个小时内，母猪的采食信息包括母猪的采食次数、采食时间、采食量、体重的数据。

当管理者在确认每头母猪都能进入自动饲喂站1采食母猪并完善所有母猪的基本信息后，点击开始测试，系统正式开始收集对每头母猪建立特征数据模型。此时系统会根据母猪的品种和体重匹配一个相应的数据模型，在测试期间进行数据比对，判断母猪的繁殖与健康状态。

在第一天的00：00获取完每头母猪24小时的数据后，系统首先将以上数据与该品种体重相应的“健康空怀”特征数据模型（数据不足21天）进行比对，如果各项参数的变化幅度均在20%以内，则直接将当天的数据标记为“健康空怀”状态，并将其加入“健康空怀”特征数据模型中。如果其中的某一项（如站立时间、静卧时间以及运动总时间）参数超过健康空怀特征数据模型20%，便会将当日数据与“健康发情”、“疾病空怀”、“健康发情前”的特征数据模型比较，如果各项参数的匹配程度的平均值超过70%，则直接将该日数据标记为相应的特征数据，并归入该特征数据模型中。如果匹配程度低于70%，则根据各项参数的权重进行发情、疾病以及发情前状态的概率计算，最后进行逻辑判断。当发情状态的概率值超过70%，则对该天的数据标记为“健康发情”状态；当疾病状态的概率值超过70%，则对该天的数据标记为“疾病空怀”状态；当发情前状态的概率值超过70%，则对该天的数据标记为“健康发情前”状态；

系统根据数据库内9个参数对以下4种状态进行加权计算，得出该母猪处于某一状态的概率值。下表为4种状态下各参数的主要特征变化。

随着观测数据的积累，系统中的“健康空怀”“健康发情”“疾病空怀”等数据特征模型将不断扩大。之后每日的数据将会与该扩充后的特征模型进行比较后，再进行逻辑判断。

如果某天某母猪在一天内的静卧时间超过 “健康空怀”特征数据库中静卧时间20%以上（正常情况下某健康母猪每日静卧时间在10-14h之间12±2h，如果出现疾病其静卧时间会显著增加，比如增加到16h，与正常的12h相比增幅为4h，增幅比例为4/16超过了20%），则将该天中的各项参数与“疾病空怀”特征数据库中的所有参数进行比较。如果匹配程度超过70%，系统直接将其判断为“疾病空怀”状态。如果匹配程度未超过70%，则根据各项参数的权重进行疾病状态的概率计算，最后进行逻辑判断。如果概率计算的结果超过70%，则将其判断为“疾病空怀”状态，系统将该日数据归列入“疾病空怀”数据，并给自动饲喂站1和信息终端的APP推送消息。自动饲喂站1会在该母猪再次进入采食时在其背部喷涂颜料标记，猪场管理人员在收到消息后，第二天现场对母猪的疾病状态进行核实，实施治疗。母猪在经治疗后各项指标都达到了该母猪的正常特征模型的范围内，则当天该母猪的数据会再次以 “健康空怀”列入数据库。

当某头母猪在一天内的站立时间超过“健康空怀”特征数据库中站立时间20%以上，则将该天中的各项参数与“健康发情”特征数据库中的所有参数进行比较，如果匹配程度超过70%，系统便会判断为“健康发情”状态。如果匹配程度未超过70%，则根据各项参数的权重进行疾病状态的概率计算，最后进行逻辑判断。如果概率计算的结果超过70%，则将其判断为“健康发情”状态，系统将该日数据归列入“健康发情”数据，并给自动饲喂站1和信息终端推送消息。自动饲喂站1会在该母猪再次进入采食时在其背部喷涂另一种颜料标记，猪场管理人员在收到消息后，第二天现场对母猪的发情状态进行核实，实施输精配种。配种后可直接在自动饲喂站1上录入母猪的配种时间，也可以在手机端修改后通过蓝牙连接系统后更新配种信息。

母猪配种当天数据标记为“健康妊娠0天”，此后的数据将首先与“健康妊娠X天”特征数据库比较。如果匹配程度超过70%，系统便会判断为“健康妊娠”状态。如果匹配程度低于70%，则与“健康空怀”特征数据库比较，如果匹配程度超过70%，系统便会判断为“健康空怀”状态。如果匹配程度低于70%，则继续将其归入“健康妊娠X天”。如果该母猪在21天左右返情，则重复之前判断发情的程序，最后由管理人员配种后录入新的配种时间。母猪配种当天数据标记为“健康妊娠0天”，重新执行之前的判断“妊娠”或“空怀”的程序。

当母猪妊娠期间出现采食量减少超过“健康妊娠”特征数据库中采食量20%以上，则当天中各项参数与“疾病妊娠”特征数据库中所有参数进行比较。如果匹配程度超过70%，系统则判断其为“疾病妊娠”状态。如果匹配程度未超过70%则根据各项参数的权重进行疾病状态的概率计算，最后进行逻辑判断。如果概率计算的结果超过70%，则将其判断为“疾病妊娠”状态，系统将该日数据归列入“疾病妊娠”数据，并给自动饲喂站1和信息终端推送消息。自动饲喂站1会在该母猪再次进入采食时在其背部喷颜料标记，猪场管理人员在收到消息后，第二天现场对母猪的疾病状态进行核实，实施治疗。母猪在经治疗后各项指标都达到了该母猪的正常特征模型的范围内，则当天该母猪的数据会再次以 “健康空怀”列入数据库。

当某母猪“健康妊娠X天”达110天，系统将给自动饲喂站1和信息终端推送消息，由猪场管理者将该母猪转至产房待产。当母猪经过分产仔哺乳，又会重新进入配种妊娠舍。由工作人员完善相关信息后，继续开始的操作流程。

通过该系统猪场管理者不仅可以轻易的查询母猪的怀孕和空怀状态，更好地进行繁殖管理。也可以及时地了解母猪的疾病状态进行治疗，使其尽快好转。

本实用新型所述的系统，可以批量布置于大型饲养场所，可实现在600头的基础母猪群的猪场进行设备安装和网络调试，举例而言，一栋猪舍内可安装6个自动饲喂站1，每个饲喂站可饲养30～40头母猪。一批母猪群规模在70头左右。一批母猪可进行静态组群，2个自动饲喂站1以及配套的行为记录中继2即可满足一批母猪的饲养要求，再由LoRa网关对行为记录中继2中的数据进行统一管理与上传。因此，根据猪舍的实际情况配置相应数量的自动饲喂站1与行为记录中继2，再由LoRa网关统一管理的情况下，使得本系统具有灵活布置的特点，符合大规模饲养的需求。

Claims (3)

1.一种母猪健康监测系统，包括智能腿环，猪耳RFID标签，自动饲喂站，LoRa网关，云计算平台以及信息终端，其特征是：自动饲喂站与智能腿环无线连接，自动饲喂站匹配一个行为记录中继，实现智能腿环与行为记录中继的通讯，由行为记录中继连接LoRa网关，

LoRa网关连接云计算平台，云计算平台的数据库中包括母猪的采食与活动数据；

信息终端连接云计算平台。

2.根据权利要求1所述的母猪健康监测系统，其特征是：智能腿环设置有密封盒，密封盒中包括电池，微处理器，数据导线，三轴加速器，其中三轴加速器包括三轴加速度传感器，三轴陀螺仪传感器与三轴磁力计传感器。

3.根据权利要求2所述的母猪健康监测系统，其特征是：LoRa网关包括蜂窝网络模块与无线模块，行为记录中继与LoRa网关无线连接。

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