生豬個體信息獲取與行為識別方法研究.pdf

1、生豬養(yǎng)殖在我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)中占有重大比重，規(guī)?；B(yǎng)殖是現(xiàn)代生豬養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展必然趨勢，生豬健康狀況實時監(jiān)測已成為現(xiàn)代化養(yǎng)殖技術(shù)的研究熱點。研究表明，生豬的行為、體溫、心率等信息可直接反映生豬健康狀況?，F(xiàn)有基于機器視覺、圖像分析、RFID等方法構(gòu)建的行為識別模型存在行為提取分割算法復雜、實時性差、設(shè)備成本高等問題，不適合大范圍應用推廣。本文在分析生豬日常行為對應三軸姿態(tài)角、三軸加速度變化規(guī)律基礎(chǔ)上，采用傳感器技術(shù)，設(shè)計并開發(fā)了以低功耗STC12

2、C5A60S2為核心處理器的可穿戴式生豬個體信息獲取裝置，建立融合姿態(tài)角和加速度的生豬日常行為識別模型，進而通過分析生豬具體行為，結(jié)合生豬體溫和心率信息，建立融合多源信息的生豬運動量和睡眠時間統(tǒng)計模型。設(shè)計并開發(fā)基于行為識別與統(tǒng)計模型的上位機軟件，實現(xiàn)生豬日常行為實時監(jiān)測要求。最后分別選擇關(guān)中野豬與長白母豬進行系統(tǒng)功能測試與穩(wěn)定性驗證，試驗表明，本文設(shè)計的可穿戴式個體信息獲取裝置能夠準確采集生豬運動參數(shù)，整體功能運行穩(wěn)定，滿足系統(tǒng)整體設(shè)

3、計需求。該系統(tǒng)為進一步分析個體生豬深度語義提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐，有利于加快我國生豬產(chǎn)業(yè)向高端市場轉(zhuǎn)型，并對相關(guān)畜禽健康狀況監(jiān)測提供借鑒思路。本文主要工作和結(jié)論如下:
　　(1)分析了生豬行為識別的理論依據(jù)，完成了系統(tǒng)整體功能設(shè)計。通過分析生豬不同行為對應姿態(tài)特征，確定了三軸加速度和三軸姿態(tài)角信息是識別生豬不同行為的關(guān)鍵因子，同時確定采用四元數(shù)法對生豬姿態(tài)信息進行解算，為消除陀螺儀隨機漂移對姿態(tài)角解算產(chǎn)生累計誤差，采用動態(tài)Kalm

4、an濾波和均值濾波算法對陀螺儀進行校準和優(yōu)化，姿態(tài)檢測精度達到0.01°。結(jié)合豬場養(yǎng)殖環(huán)境，設(shè)計開發(fā)了生豬日常行為監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)由行為信息獲取裝置和上位機組成，信息獲取裝置通過松緊布袋固定在生豬頸部，實時采集被測個體生豬信息，并將監(jiān)測信息以藍牙無線方式傳輸至上位機，實現(xiàn)了個體生豬日常行為信息的統(tǒng)計與分析。
　　(2)搭建了可穿戴式生豬個體信息獲取裝置。設(shè)計完成了以低功耗STC12C5A60S2為核心處理器、姿態(tài)、溫度、心率等多傳感

5、器集成的生豬個體信息獲取裝置。實現(xiàn)了包括信息獲取裝置外型封裝設(shè)計、整體硬件電路設(shè)計、多傳感器采集模塊設(shè)計，數(shù)據(jù)無線傳輸設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)。生豬個體信息獲取裝置外型封裝采用3D打印技術(shù)完成，整體尺寸為65mm×25mm×30mm，有效減小了信息獲取裝置整體體積，為可穿戴式個體生豬信息獲取優(yōu)化設(shè)計提供了基礎(chǔ)。
　　(3)研究分析了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的生豬行為識別方法。通過搭建的生豬個體信息獲取裝置，將生豬日常行為產(chǎn)生的姿態(tài)信息經(jīng)歸一化處理后

6、作為BP網(wǎng)絡輸入矢量，對比分析不同BP網(wǎng)絡參數(shù)，結(jié)合模型收斂速度和分類精度，確定最優(yōu)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。以LM訓練法分別構(gòu)建融合姿態(tài)角信息與未融合姿態(tài)角信息的生豬行為識別模型，融合姿態(tài)角信息建立的識別模型訓練誤差為0.0018，且網(wǎng)絡收斂速度快，達到分類誤差要求。進一步分析生豬一天中體溫、心率變化與具體行為關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立了融合多源信息的生豬運動量和睡眠時間統(tǒng)計模型。模型驗證表明，該模型對生豬站、走、坐、躺、睡等日常行為識別的平均準確率為90.47