生猪个体信息获取与行为识别方法研究
生猪养殖在我国畜禽养殖业中占有重大比重，规模化养殖是现代生猪养殖业发展必然趋势，生猪健康状况实时监测已成为现代化养殖技术的研究热点。研究表明，生猪的行为、体温、心率等信息可直接反映生猪健康状况。现有基于机器视觉、图像分析、RFID等方法构建的行为识别模型存在行为提取分割算法复杂、实时性差、设备成本高等问题，不适合大范围应用推广。本文在分析生猪日常行为对应三轴姿态角、三轴加速度变化规律基础上，采用传感器技术，设计并开发了以低功耗STC12C5A60S2为核心处理器的可穿戴式生猪个体信息获取装置，建立融合姿态角和加速度的生猪日常行为识别模型，进而通过分析生猪具体行为，结合生猪体温和心率信息，建立融合多源信息的生猪运动量和睡眠时间统计模型。设计并开发基于行为识别与统计模型的上位机软件，实现生猪日常行为实时监测要求。最后分别选择关中野猪与长白母猪进行系统功能测试与稳定性验证，试验表明，本文设计的可穿戴式个体信息获取装置能够准确采集生猪运动参数，整体功能运行稳定，满足系统整体设计需求。该系统为进一步分析个体生猪深度语义提供理论基础和数据支撑，有利于加快我国生猪产业向高端市场转型，并对相关畜禽健康状况监测提供借鉴思路。本文主要工作和结论如下: (1)分析了生猪行为识别的理论依据，完成了系统整体功能设计。通过分析生猪不同行为对应姿态特征，确定了三轴加速度和三轴姿态角信息是识别生猪不同行为的关键因子，同时确定采用四元数法对生猪姿态信息进行解算，为消除陀螺仪随机漂移对姿态角解算产生累计误差，采用动态Kalman滤波和均值滤波算法对陀螺仪进行校准和优化，姿态检测精度达到0.01°。结合猪场养殖环境，设计开发了生猪日常行为监测系统，系统由行为信息获取装置和上位机组成，信息获取装置通过松紧布袋固定在生猪颈部，实时采集被测个体生猪信息，并将监测信息以蓝牙无线方式传输至上位机，实现了个体生猪日常行为信息的统计与分析。 (2)搭建了可穿戴式生猪个体信息获取装置。设计完成了以低功耗STC12C5A60S2为核心处理器、姿态、温度、心率等多传感器集成的生猪个体信息获取装置。实现了包括信息获取装置外型封装设计、整体硬件电路设计、多传感器采集模块设计，数据无线传输设计等关键技术。生猪个体信息获取装置外型封装采用3D打印技术完成，整体尺寸为65mm×25mm×30mm，有效减小了信息获取装置整体体积，为可穿戴式个体生猪信息获取优化设计提供了基础。 (3)研究分析了基于BP神经网络的生猪行为识别方法。通过搭建的生猪个体信息获取装置，将生猪日常行为产生的姿态信息经归一化处理后作为BP网络输入矢量，对比分析不同BP网络参数，结合模型收敛速度和分类精度，确定最优网络结构。以LM训练法分别构建融合姿态角信息与未融合姿态角信息的生猪行为识别模型，融合姿态角信息建立的识别模型训练误差为0.0018，且网络收敛速度快，达到分类误差要求。进一步分析生猪一天中体温、心率变化与具体行为关联关系，建立了融合多源信息的生猪运动量和睡眠时间统计模型。模型验证表明，该模型对生猪站、走、坐、躺、睡等日常行为识别的平均准确率为90.47％，运动量和睡眠时间统计准确率分别为84.28％和86.61％。 (4)基于C＃语言构建了生猪行为监测系统上位机软件开发。采用C#高级编程语言，以Visual Studio2010为平台，开发上位机监测系统，并将生猪行为识别与运动量和睡眠时间统计模型嵌入到上位机软件中，实现系统功能需求。进而对系统整体功能和关键参数指标进行测定，系统能够持续运行约7.6天，整体功能运行平稳，为生猪日常行为实时监测提供了保障。
生猪;个体信息;日常行为;识别模型
西北农林科技大学
硕士
农业电气化与自动化
张海辉
2017
中文
S828.1
68
2017-08-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）