CN110612921A - 一种定位栏母猪的监测***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种定位栏母猪的监测***及方法，通过数据采集装置采集母猪的彩色图像、深度图像和热分布图像，并根据母猪的所述彩色图像、所述深度图像和所述热分布图像，获取母猪的体尺体况、体重和体温，以及根据母猪的所述体尺体况、体重和体温，获取母猪的生长健康状况评分。本发明实施例集成机器视觉、深度传感器、热成像传感器、物联网、信号处理、三维立体扫描以及智能信息处理等技术，包括母猪生理体征监测、体尺参数监测、健康状况监测、养殖环境评估等，能实现定位栏母猪体况信息和环境信息的及时、准确、快速以及自动化、智能化信息采集与监测。
Description
技术领域
本发明涉及畜牧技术领域，尤其涉及一种定位栏母猪的监测***及方法。
背景技术
生猪生产是畜牧业的重要组成部分，我国规模化猪场母猪、商品猪繁育过程中母猪通常采取定位栏饲养方式。在定位栏母猪养殖生产中，母猪体尺体况、生理指标和养殖环境参数是影响生产性能和繁殖性能的重要因素，当母猪体况或环境发生异常情况时能够及时发现并作出评估和预警具有重要的现实意义，此外，母猪生长状况的日常生产档案记录对于优良品种选育和品种追溯也具有重要价值。
目前，定位栏母猪健康状况和养殖状况巡检方法主要包括人工观察、环境传感器和视频监控等，也包括利用自导航移动平台的巡检平台的方式。其中，人工巡检方法受到人员、场地、种群数量等因素的限制，往往难以达到准确、快速、及时监测的目的，人力成本高，且对观察人员要求高、工作强度大，不能实现实时不间断巡检，发现异常情况不及时，规模化养殖管理过程中人力成本投入很大；传感器方式通常仅能采集环境指标，不能直接实时反映种猪生理体况信息；视频监控通常是被动的拍摄，受拍摄位置和角度所限，难以实现全方位覆盖的准确监控，且通常需要人工监控视频，难以满足监测的全面性、准确性的要求，因而也难以获得较好的监测精度和监测效果。当前，基于自导航移动平台(AGV)的畜禽养殖智能巡检装置一般需要依赖于***地图、导航、避障等，需要搭载激光雷达、导航装置模块，一方面对于养殖场的复杂环境适应性较差，移动平台采用充电的方式，***日常使用和维护面临加大压力，另一方面移动平台成本较高。此外，现有的移动平台巡检***并未提出体况、生理指标以及巡检决策的智能模型，仅实现平台装置，在智能巡检实际应用中仍然存在诸多局限。
因此，目前上述几种定位栏母猪的监测方式，存在人工或资金成本投入过大，且对于养殖场的复杂环境适应性较差、集成度不高，无法适应越来越高的智能巡检要求的问题。
发明内容
为了解决目前定位栏母猪的监测方式，存在人工或资金成本投入过大，且对于养殖场的复杂环境适应性较差、集成度不高，无法适应越来越高的智能巡检要求的问题，本发明实施例提供一种定位栏母猪的监测***及方法。
第一方面，本发明实施例提供一种定位栏母猪的监测***，该***包括：数据采集装置和闭环导轨，闭环导轨架设于母猪定位栏的正上方，数据采集装置与闭环导轨相连并沿闭环导轨移动；数据采集装置用于采集监测区域的环境信息、母猪的彩色图像、深度图像和热分布图像，并根据母猪的彩色图像、深度图像和热分布图像，获取母猪的体尺体况、体重和体温，以及根据环境信息、母猪的体尺体况、体重和体温，获取母猪的生长健康状况评分。
优选地，数据采集装置包括数据处理模块，以及与数据处理模块分别相连的环境信息获取模块、彩色图像采集模块、深度图像采集模块、热分布图像采集模块；环境信息获取模块用于采集监测区域的环境信息，彩色图像采集模块、深度图像采集模块和热分布图像采集模块分别用于采集母猪的彩色图像、深度图像和热分布图像；数据处理模块分别用于根据彩色图像和深度图像获取母猪的三维点云数据，根据彩色图像或深度图像和三维点云数据获取母猪的体尺体况、根据体尺体况和三维点云数据提取母猪的特征点和轮廓线、以及根据特征点和轮廓线以及三维点云数据估算母猪的体重，并根据彩色图像和热分布图像估算母猪的体温。
优选地，环境信息包括温度、湿度、CO2含量和NH3含量，深度图像采集模块采用Kinect传感器、热分布图像采集模块采用Flir热成像传感器。
优选地，数据采集装置还包括无线模块，数据处理模块通过无线模块与服务器相连。
优选地，该***还包括两对U型凹槽滑轮和电机，一对U型凹槽滑轮固设于数据采集装置的一侧，另一对U型凹槽滑轮固设于数据采集装置的另一侧；两对U型凹槽滑轮中的一对为主动轮，另一对为从动轮，主动轮由电机驱动。
优选地，该***还包括供电滑触线和供电滑块电刷，供电滑触线设于闭环导轨的正上方，供电滑块电刷与数据采集装置固定连接，供电滑块电刷沿供电滑触线滑动以为数据采集装置供电。
优选地，该***还包括清洗装置和复位校准装置，清洗装置和复位校准装置分别设于闭环导轨的不同的两个固定处，复位校准装置用于数据采集装置停靠，清洗装置用于清洗数据采集装置。
第二方面，本发明实施例还提供一种定位栏母猪的监测方法，该方法包括：采集监测区域的环境信息、母猪的彩色图像、深度图像和热分布图像；根据母猪的彩色图像、深度图像和热分布图像，获取母猪的体尺体况、体重和体温，以及根据环境信息、母猪的体尺体况、体重和体温获取母猪的生长健康状况评分。
优选地，根据母猪的彩色图像、深度图像和热分布图像，获取母猪的体尺体况、体重和体温，具体包括：利用彩色图像和深度图像，获取母猪的三维点云数据；根据彩色图像或深度图像，以及三维点云数据，计算母猪的体尺体况；根据体尺体况对三维点云数据进行点云分层并提取层曲线，并根据层曲线提取母猪的体型特征点；根据三维点云数据和体尺体况，获取母猪的体重；根据彩色图像和热分布图像，获取母猪的体温。
优选地，根据环境信息、母猪的体尺体况、体重和体温，获取母猪的生长健康状况评分，具体包括：将母猪的饲养数据输入至母猪养殖生长模型，输出饲养数据对应的体尺体况、体重和体温，饲养数据包括饲养时间、饲养量和监测区域的环境数据；其中，母猪养殖生长模型是根据第一样本饲养数据和第一样本体尺体况、体重和体温进行训练后得到的；将母猪的体尺体况、体重和体温输入至母猪生理健康智能分析模型，输出体尺体况、体重和体温对应的生长健康状况评分；其中，母猪生理健康智能分析模型是根据第二样本体尺体况、体重和体温和第二样本生长健康状况评分训练获得的。
本发明实施例提供的定位栏母猪的监测***及方法，通过数据采集装置采集母猪的彩色图像、深度图像和热分布图像，并根据母猪的所述彩色图像、所述深度图像和所述热分布图像，获取母猪的体尺体况、体重和体温，以及根据母猪的所述体尺体况、体重和体温，获取母猪的生长健康状况评分。本发明实施例集成机器视觉、深度传感器、热成像传感器、物联网、信号处理、三维立体扫描以及智能信息处理等技术，包括母猪生理体征监测、体尺参数监测、健康状况监测、养殖环境评估等，能实现定位栏母猪体况信息和环境信息的及时、准确、快速以及自动化、智能化信息采集与监测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的定位栏母猪的监测***的总体示意图；
图2为本发明实施例的定位栏母猪的监测***的具体示意图；
图3为本发明实施例的数据采集装置的结构示意图；
图4为本发明实施例的定位栏母猪的监测方法的总体流程示意图；
图5为本发明实施例的定位栏母猪的监测方法的具体流程示意图；
其中：
1、导轨支架 2、U型凹槽滑轮 3、主动滑轮支座
4、同步带 5、闭环导轨 6、供电滑触线
7、供电滑块电刷 8、从动滑轮支座 9、数据采集装置
10、编号码指示牌 11、母猪定位栏 12、猪舍
13、无线模块 14、清洗装置 15、复位校准装置。
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作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。
随着现代信息化、自动化技术手段的发展，特别是传感器、物联网、计算机技术在农业领域的深入应用，为传统的畜禽动物性状参数获取、测量与分析以及动物行为、生命体征监测等领域带来全新的技术手段和实用工具，通过构建基于机器视觉、多类传感器、物联网的自主巡检监测***和装置，实现准确、高效、快速、及时的定位栏母猪生命体征监测，为种猪生产提供实时准确的数据支持，从而提高种猪养殖行业乃至畜牧业高产、稳产能力，对于推动现代农业的快速发展有着巨大的现实意义。
图1为本发明实施例的定位栏母猪的监测***的总体示意图，如图1所示，本发明实施例提供一种定位栏母猪的监测***，该***包括：数据采集装置9和闭环导轨5，闭环导轨5架设于母猪定位栏11的正上方，数据采集装置9与闭环导轨5相连并沿闭环导轨5移动；数据采集装置9用于采集监测区域的环境信息、母猪的彩色图像、深度图像和热分布图像，并根据母猪的彩色图像、深度图像和热分布图像，获取母猪的体尺体况、体重和体温，以及根据环境信息、母猪的体尺体况、体重和体温，获取母猪的生长健康状况评分。
具体地，将闭环导轨5架设于母猪定位栏11的正上方，将数据采集装置9安装在闭环导轨5上并能沿着闭环导轨5移动，从而利用数据采集装置9对母猪进行监测。数据采集装置9能从母猪的正上方采集母猪的彩色图像、深度图像和热分布图像，并通过分析母猪的彩色图像、深度图像和热分布图像，获取母猪的体尺体况包括母猪的体长、体宽和体高，以及母猪的体重和体温，同时根据环境信息、母猪的体尺体况、体重和体温，对母猪的生长健康状况进行评分，从而对母猪的生长健康状况进行定量的评价和分析。
本发明实施例集成机器视觉、深度传感器、热成像传感器、物联网、信号处理、三维立体扫描以及智能信息处理等技术，包括母猪生理体征监测、体尺参数监测、健康状况监测、养殖环境评估等，能实现定位栏母猪体况信息和环境信息的及时、准确、快速以及自动化、智能化信息采集与监测。
图2为本发明实施例的定位栏母猪的监测***的具体示意图，如图2所示，闭环导轨5通过导轨支架1架设于母猪定位栏11的上方。
图3为本发明实施例的数据采集装置的结构示意图，如图3所示，数据采集装置9包括数据处理模块，以及与数据处理模块分别相连的环境信息获取模块、彩色图像采集模块、深度图像采集模块、热分布图像采集模块；环境信息获取模块用于采集监测区域的环境信息，彩色图像采集模块、深度图像采集模块和热分布图像采集模块用于采集母猪的彩色图像、深度图像和热分布图像；数据处理模块分别用于根据彩色图像和深度图像获取母猪的三维点云数据，根据彩色图像或深度图像和三维点云数据获取母猪的体尺体况、根据体尺体况和三维点云数据提取母猪的特征点和轮廓线、以及根据特征点和轮廓线以及三维点云数据估算母猪的体重，并根据彩色图像和热分布图像估算母猪的体温。
具体地，利用环境信息获取模块采集监测区域的环境信息，利用彩色图像采集模块获取母猪的彩色图像，利用深度图像采集模块获取母猪的深度图像，利用热分布图像采集模块获取母猪的热分布图像。
进一步地，利用数据处理模块，根据深度图像重建指定范围定位栏母猪的三维模型，结合彩色图像的母猪轮廓，提取指定范围定位栏母猪的三维点云数据，然后根据彩色图像或深度图像和三维点云数据进行母猪的体尺体况计算，包括母猪的体长、体宽和体高，再根据体尺体况的主要参数对三维点云数据提取层曲线，计算层曲线的曲率，提取母猪体型的特征点，包括头点、前肩点、后臀点、尾点，并提取母猪的轮廓线，包括背脊线、前肩轮廓线、后臀轮廓线，同时根据特征点和轮廓线以及三维点云数据估算母猪的体重，另外根据彩色图像和热分布图像估算母猪的体温。
需要说明的是，环境信息包括温度、湿度、CO2含量和NH3含量，深度图像采集模块采用Kinect传感器、热分布图像采集模块采用Flir热成像传感器。
进一步地，如图2所示，每个猪舍12上设有编号码指示牌10，数据采集装置9还包括文字识别模块，文字识别模块用于根据彩色图像提取编号码指示牌10，并采用前后连续的上下文校正错误编码，将提取到的编号码作为当前定位信息和唯一识别码。
进一步地，数据采集装置9还包括异常报警模块，异常报警模块用于根据根据母猪的体尺体况、体重和体温，以及母猪的生长健康状况评分确定异常情况并发出预警信号，以便及时作出响应，降低养殖风险。
进一步地，如图1所示，数据采集装置9还包括无线模块13，数据处理模块通过无线模块13与服务器相连，服务器通过无线模块13与数据处理模块交换数据。
如图2所示，该***还包括两对U型凹槽滑轮2和电机，一对U型凹槽滑轮2固设于数据采集装置9的一侧，另一对U型凹槽滑轮2固设于数据采集装置9的另一侧；两对U型凹槽滑轮2中的一对为主动轮，另一对为从动轮，主动轮由电机驱动。
具体地，两对U型凹槽滑轮2分别设于数据采集装置9的两侧，其中一对作为主动轮通过主动滑轮支座3与闭环导轨5固定连接。另一对作为从动轮通过从动滑轮支座8与闭环导轨5滑动连接，从动轮支座利用转动轴承通过直线滑块与闭环导轨5连接，这样使从动轮能够在一定范围内旋转和移动，从而保证数据采集装置9适应闭环导轨5上转弯的圆弧处滑动。
由此，每对U型凹槽滑轮2中的一个分别利用一个同步带4与数据采集装置9连接，作为主动轮的一对U型凹槽滑轮2带动作为从动轮的另一对U型凹槽滑轮2沿闭环导轨5移动，从而带动数据采集装置9沿闭环导轨5移动。
进一步地，如图2所示，该***还包括供电滑触线6和供电滑块电刷7，数据采集装置9利用滑触供电方式，供电滑触线6设于闭环导轨5的正上方，供电滑块电刷7与数据采集装置9固定连接，供电滑块电刷7沿供电滑触线6滑动，从而为数据采集装置9供电。
进一步地，如图1所示，该***还包括清洗装置14和复位校准装置15，清洗装置14和复位校准装置15分别设于闭环导轨5的不同的两个固定处，复位校准装置15用于数据采集装置9日常停靠，清洗装置14用于清洗数据采集装置9。
图4为本发明实施例的定位栏母猪的监测方法的总体流程示意图，如图4所示，本发明实施例还提供一种定位栏母猪的监测方法，该方法包括：S1、采集监测区域的环境信息、母猪的彩色图像、深度图像和热分布图像；S2根据母猪的彩色图像、深度图像和热分布图像，获取母猪的体尺体况、体重和体温，以及根据环境信息、母猪的体尺体况、体重和体温获取母猪的生长健康状况评分。
基于上述实施例，图5为本发明实施例的定位栏母猪的监测方法的具体流程示意图，如图5所示，根据母猪的彩色图像、深度图像和热分布图像，获取母猪的体尺体况、体重和体温，具体包括：利用彩色图像和深度图像，获取母猪的三维点云数据；根据彩色图像或深度图像，以及三维点云数据，计算母猪的体尺体况；根据体尺体况对三维点云数据进行点云分层并提取层曲线，并根据层曲线提取母猪的体型特征点；根据三维点云数据和体尺体况，获取母猪的体重；根据彩色图像和热分布图像，获取母猪的体温。
基于上述实施例，如图5所示，根据环境信息、母猪的体尺体况、体重和体温，获取母猪的生长健康状况评分，具体包括：将母猪的饲养数据输入至母猪养殖生长模型，输出饲养数据对应的体尺体况、体重和体温，饲养数据包括饲养时间、饲养量和监测区域的环境数据；其中，母猪养殖生长模型是根据第一样本饲养数据和第一样本体尺体况、体重和体温进行训练后得到的；将环境信息和母猪的体尺体况、体重和体温输入至母猪生理健康智能分析模型，输出体尺体况、体重和体温对应的生长健康状况评分；其中，母猪生理健康智能分析模型是根据第二样本环境信息、体尺体况、体重和体温和第二样本生长健康状况评分训练获得的。
具体地，基于多因素智能分析神经网络知识，利用第一样本饲养数据和第一样本体尺体况、体重和体温训练得到母猪养殖生长模型，然后将母猪的饲养数据输入至母猪养殖生长模型，由此输出饲养数据对应的体尺体况、体重和体温。
同理，进一步地，利用第二样本环境信息、体尺体况、体重和体温和第二样本生长健康状况评分训练得到母猪生理健康智能分析模型，然后将境信息和母猪的体尺体况、体重和体温输入至母猪生理健康智能分析模型，由此输出体尺体况、体重和体温对应的生长健康状况评分。
本发明实施例提供的定位栏母猪的监测***及方法，能实现定位栏母猪体况信息和环境信息的及时、准确、快速以及自动化、智能化信息采集与监测，并集成物联网数据平台的软硬件环境，实现数据的远程传输与管理，并上传到数据服务器，实现非接触式、自动化、智能化的定位栏母猪巡检监测，并针对体况异常和环境异常及时发出预警，为母猪养殖管理提供全面、准确、及时的全方位监测数据，从而为生产管理决策提供技术支撑和辅助工具，从而提高畜牧业生产中种猪养殖的信息化和智能化水平。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种定位栏母猪的监测***，其特征在于，包括：数据采集装置和闭环导轨，所述闭环导轨架设于母猪定位栏的正上方，所述数据采集装置与所述闭环导轨相连并沿所述闭环导轨移动；
所述数据采集装置用于采集监测区域的环境信息、母猪的彩色图像、深度图像和热分布图像，并根据所述彩色图像、所述深度图像和所述热分布图像，获取母猪的体尺体况、体重和体温，以及根据母猪的所述体尺体况、体重和体温与所述环境信息，获取母猪的生长健康状况评分。
2.根据权利要求1所述的定位栏母猪的监测***，其特征在于，所述数据采集装置包括数据处理模块，以及与所述数据处理模块分别相连的环境信息获取模块、彩色图像采集模块、深度图像采集模块、热分布图像采集模块；
所述环境信息获取模块用于采集监测区域的环境信息，所述彩色图像采集模块、深度图像采集模块和热分布图像采集模块分别用于采集母猪的所述彩色图像、所述深度图像和所述热分布图像；
所述数据处理模块用于根据所述彩色图像和所述深度图像获取母猪的三维点云数据，根据所述彩色图像或深度图像和所述三维点云数据获取母猪的体尺体况、根据所述体尺体况和所述三维点云数据提取母猪的特征点和轮廓线、以及根据所述特征点和轮廓线以及所述三维点云数据估算母猪的体重，并根据所述彩色图像和所述热分布图像估算母猪的体温。
3.根据权利要求2所述的定位栏母猪的监测***，其特征在于，所述环境信息包括温度、湿度、CO2含量和NH3含量，所述深度图像采集模块采用深度传感器、所述热分布图像采集模块采用热成像传感器。
4.根据权利要求2所述的定位栏母猪的监测***，其特征在于，所述数据采集装置还包括无线模块，所述数据处理模块通过所述无线模块与服务器相连。
5.根据权利要求1所述的定位栏母猪的监测***，其特征在于，还包括两对U型凹槽滑轮和电机，一对所述U型凹槽滑轮固设于所述数据采集装置的一侧，另一对所述U型凹槽滑轮固设于所述数据采集装置的另一侧；所述两对U型凹槽滑轮中的一对为主动轮，另一对为从动轮，所述主动轮由所述电机驱动。
6.根据权利要求1所述的定位栏母猪的监测***，其特征在于，还包括供电滑触线和供电滑块电刷，所述供电滑触线设于所述闭环导轨的正上方，所述供电滑块电刷与所述数据采集装置固定连接，所述供电滑块电刷沿所述供电滑触线滑动以为所述数据采集装置供电。
7.根据权利要求1所述的定位栏母猪的监测***，其特征在于，还包括清洗装置和复位校准装置，所述清洗装置和所述复位校准装置分别设于所述闭环导轨的不同的两个固定处，所述复位校准装置用于所述数据采集装置停靠，所述清洗装置用于清洗所述数据采集装置。
8.一种定位栏母猪的监测方法，其特征在于，包括
采集监测区域的环境信息、母猪的彩色图像、深度图像和热分布图像；
根据母猪的所述彩色图像、所述深度图像和所述热分布图像，获取母猪的体尺体况、体重和体温，以及根据所述环境信息、母猪的所述体尺体况、体重和体温获取母猪的生长健康状况评分。
9.根据权利要求8所述的定位栏母猪的监测方法，其特征在于，所述根据母猪的所述彩色图像、所述深度图像和所述热分布图像，获取母猪的体尺体况、体重和体温，具体包括：
利用所述彩色图像和所述深度图像，获取母猪的三维点云数据；
根据所述彩色图像或所述深度图像，以及所述三维点云数据，计算母猪的体尺体况；
根据所述体尺体况对所述三维点云数据进行点云分层并提取层曲线，并根据所述层曲线提取母猪的体型特征点；
根据所述三维点云数据和所述体尺体况，获取母猪的体重；
根据所述彩色图像和所述热分布图像，获取母猪的体温。
10.根据权利要求8所述的定位栏母猪的监测方法，其特征在于，所述根据环境信息、母猪的所述体尺体况、体重和体温，获取母猪的生长健康状况评分，具体包括：
将母猪的饲养数据输入至母猪养殖生长模型，输出所述饲养数据对应的所述体尺体况、体重和体温，所述饲养数据包括饲养时间、饲养量和监测区域的环境数据；其中，所述母猪养殖生长模型是根据第一样本饲养数据和第一样本体尺体况、体重和体温进行训练后得到的；
将母猪的所述体尺体况、体重和体温输入至母猪生理健康智能分析模型，输出所述体尺体况、体重和体温对应的所述生长健康状况评分；其中，所述母猪生理健康智能分析模型是根据第二样本体尺体况、体重和体温和第二样本生长健康状况评分训练获得的。
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