本發(fā)明屬于畜禽健康養(yǎng)殖技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于反芻動(dòng)物鼻羈壓力變化的飲水量監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

反芻動(dòng)物產(chǎn)生能量、養(yǎng)分的消化代謝、養(yǎng)分及代謝產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運(yùn)、廢物排除(通過尿液、糞便和呼吸)、維持機(jī)體離子、體液及熱量平衡，都需要水的參與。成年反芻動(dòng)物機(jī)體總含水量占體重的56％—81％，反芻動(dòng)物(主要指牛、羊等家畜)飲水量的變化也可以間接反映水質(zhì)和反芻動(dòng)物健康狀況，因此對動(dòng)物個(gè)體的飲水量進(jìn)行監(jiān)測具有重要的研究意義。反芻動(dòng)物在飲水時(shí)會產(chǎn)生頜運(yùn)動(dòng)，頜運(yùn)動(dòng)會導(dǎo)致反芻動(dòng)物鼻羈曲率發(fā)生變化，同時(shí)，飲水時(shí)的頻率、持續(xù)時(shí)間很有特點(diǎn)，因此，通過獲得反芻動(dòng)物飲水活動(dòng)的頻率和持續(xù)時(shí)間可以幫助我們正確區(qū)分飲水和其他活動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)飲水量的監(jiān)測。大多數(shù)養(yǎng)殖場為反芻動(dòng)物提供充足的飲水，動(dòng)物可以隨時(shí)飲用，而并未對動(dòng)物個(gè)體的飲水量進(jìn)行監(jiān)測和估計(jì)，相關(guān)專利和公開發(fā)表的文獻(xiàn)中未見反芻動(dòng)物飲水量監(jiān)測方法。

本發(fā)明通過內(nèi)置在反芻動(dòng)物佩戴的籠頭鼻羈的壓力傳感器測量反芻動(dòng)物鼻羈壓力變化，獲取壓力信號，并通過信號識別算法區(qū)分反芻動(dòng)物飲水、采食和反芻信號，并對飲水信號中的飲水次數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步識別，進(jìn)而估算飲水量。該方法可以有效的減小環(huán)境噪聲等引入的干擾，快速有效的識別反芻動(dòng)物的飲水行為，并估算出飲水量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了達(dá)到監(jiān)測反芻動(dòng)物飲水量目的，本發(fā)明提出了一種基于反芻動(dòng)物鼻羈壓力變化的飲水量監(jiān)測方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

(1)對反芻動(dòng)物鼻羈壓力進(jìn)行測量；

(2))對測量的信號進(jìn)行分類識別，首先區(qū)分噪聲信號和有用信號，有用信號主要包括飲水信號、采食信號和反芻信號，然后區(qū)分飲水信號和采食信號及反芻信號；

(3)對分類出的飲水信號進(jìn)行進(jìn)一步處理，測量飲水次數(shù)，進(jìn)而估算飲水量。

步驟(1)在反芻動(dòng)物佩戴的籠頭鼻羈中內(nèi)置一個(gè)壓力傳感器，該傳感器可以測量反芻動(dòng)物咀嚼時(shí)因頜運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的壓力變化，壓力傳感器將該壓力轉(zhuǎn)換成信號波形，存儲在與之相連的sd卡內(nèi)，并通過無線傳輸?shù)姆绞缴蟼鞯椒?wù)器。

步驟(2)中有用信號壓力一般大于噪聲信號壓力，且有用信號持續(xù)一定的時(shí)間，因此當(dāng)壓力值超過設(shè)定的門限值并持續(xù)一段時(shí)間時(shí)，認(rèn)為是有用信號，否則是噪聲信號。每種信號都有自己獨(dú)特的峰值頻率、峰值間隔和持續(xù)時(shí)間，飲水信號有穩(wěn)定的頻率，但是持續(xù)時(shí)間短，采食信號持續(xù)時(shí)間長，但是頻率不穩(wěn)定，反芻信號持續(xù)時(shí)間長，有穩(wěn)定的頻率，根據(jù)信號頻率和持續(xù)時(shí)間就可以區(qū)分飲水信號、采食信號和飲水信號。

步驟(3)中每次飲水都會產(chǎn)生一個(gè)壓力峰值，飲水活動(dòng)的波形中每一個(gè)峰值代表一次飲水，因此可以通過飲水信號估計(jì)出飲水次數(shù)，然后事先通過試驗(yàn)估計(jì)出每口的飲水量，估計(jì)方法為：根據(jù)總的飲水量和飲水次數(shù)估計(jì)出每口飲水量，將該估計(jì)值用于估計(jì)飲水量，總的飲水量估計(jì)方法為：飲水量＝飲水次數(shù)*每口水量。

本發(fā)明的有益效果是通過內(nèi)置在籠頭鼻羈內(nèi)的壓力傳感器測量反芻動(dòng)物鼻羈壓力變化可以有效減小環(huán)境噪聲干擾。同時(shí)通過對監(jiān)測信號的識別和分類，可以有效的區(qū)分飲水信號、采食信號與反芻信號等，進(jìn)而有效估計(jì)出飲水量，該方法具有估計(jì)精度高、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是佩戴在反芻動(dòng)物頭部的籠頭示意圖；其中，1為可調(diào)節(jié)籠頭，2為電池，3為嵌入了壓力傳感器的硅膠軟管，4為數(shù)據(jù)存儲倉。

圖2是奶牛飲水信號時(shí)域波形。

圖3是奶牛采食信號時(shí)域波形。

圖4是奶牛反芻信號時(shí)域波形。

圖5是咀嚼信號分類示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明提供的一種基于反芻動(dòng)物鼻羈壓力變化的飲水量監(jiān)測方法，以奶牛為例，飲水量監(jiān)測方法主要包括如下步驟：

(1)對反芻動(dòng)物鼻羈壓力進(jìn)行測量。在奶牛頭部佩戴一個(gè)籠頭，籠頭鼻羈中內(nèi)置一個(gè)壓力傳感器，如圖1所示，其中圖中1所示為可調(diào)節(jié)籠頭，調(diào)節(jié)合適的長度使奶牛能夠保持舒適。圖中2為電池，為整個(gè)系統(tǒng)供電。圖中3為嵌入了壓力傳感器的硅膠軟管，主要用于測量奶牛咀嚼時(shí)因頜運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的壓力變化，壓力傳感器將該壓力轉(zhuǎn)換成信號波形。圖中4為數(shù)據(jù)存儲倉，可以為sd卡，用于存儲采集的信號波形。

(2)對測量的信號進(jìn)行分類識別，首先區(qū)分噪聲信號和有用信號，有用信號主要包括飲水信號、采食信號和反芻信號，然后區(qū)分飲食信號與采食信號和反芻信號。通過上述步驟1采集到壓力信號上傳到服務(wù)器后，首先對信號進(jìn)行濾波，濾除帶外噪聲，然后對信號進(jìn)行檢測和分類?？梢酝ㄟ^能量檢測法檢測到咀嚼信號，當(dāng)牛鼻羈壓力值超過門限值1200mbar時(shí)即可認(rèn)為是咀嚼活動(dòng)。通過壓力傳感器采集到的飲水信號、采食信號和反芻信號分別如圖2-4所示。由于這三種信號分別具有獨(dú)特的峰值頻率、峰值間隔和持續(xù)時(shí)間，因此可以用于區(qū)分這些信號。咀嚼活動(dòng)引起的不同類型信號區(qū)分方法如圖5所示，具體信號類型區(qū)分方法如下：

飲水判斷依據(jù)：有穩(wěn)定的頻率、至少持續(xù)30秒；

采食判斷依據(jù)：每分鐘頜運(yùn)動(dòng)>30次、頻率不穩(wěn)定；

反芻判斷依據(jù)：每分鐘頜運(yùn)動(dòng)>30次、至少持續(xù)3分鐘、有穩(wěn)定的頻率；

其他活動(dòng)判斷依據(jù)：每分鐘頜運(yùn)動(dòng)<30次、頻率不穩(wěn)定。

1、(3)對分類出的飲水信號進(jìn)行進(jìn)一步識別處理，測量飲水次數(shù)，根據(jù)飲水次數(shù)估算奶牛飲水量。對分類得到的飲水信號進(jìn)行再加工，根據(jù)接收到的壓力數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)飲水時(shí)的飲水次數(shù)，飲水活動(dòng)的波形中，每一個(gè)峰值代表一次飲水，因此可以估算出飲水次數(shù)，然后事先通過試驗(yàn)估計(jì)出每口的飲水量，估計(jì)方法為：根據(jù)總的飲水量和飲水次數(shù)估計(jì)出每口飲水量，將該估計(jì)值用于估計(jì)飲水量，總的飲水量估計(jì)方法為：飲水量＝飲水次數(shù)*每口水量。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于反芻動(dòng)物鼻羈壓力變化的飲水量監(jiān)測方法，屬于畜禽健康養(yǎng)殖技術(shù)領(lǐng)域。水是反芻動(dòng)物(主要指牛、羊等家畜)生存必不可少的營養(yǎng)物質(zhì)，飲水量的變化可以間接反映水質(zhì)和反芻動(dòng)物的健康狀況。本發(fā)明采用壓力傳感器對反芻動(dòng)物鼻羈處的壓力信號進(jìn)行采集，根據(jù)信號持續(xù)時(shí)間和是否具有穩(wěn)定的頻率，可以初步區(qū)分出飲水信號、采食信號和反芻信號，然后對飲水信號進(jìn)一步分析，飲水活動(dòng)的波形中，每一個(gè)峰值代表一次飲水，因此可以計(jì)算出飲水次數(shù)，進(jìn)而估算飲水量。本發(fā)明通過測量反芻動(dòng)物鼻羈處的壓力信號監(jiān)測飲水，可以有效的降低環(huán)境噪聲干擾，實(shí)現(xiàn)對動(dòng)物個(gè)體的飲水行為的精確識別和飲水量的估計(jì)。

技術(shù)研發(fā)人員：張宇;尹艷玲;沈維政;張愛靜;付強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.18
技術(shù)公布日：2017.08.01