豬運動信息獲取及分析.pdf

1、豬肉品質是國民食品健康的重要衡量指標?，F(xiàn)階段提高豬肉品質的同時關注豬福利健康是養(yǎng)豬業(yè)的焦點。監(jiān)測豬運動信息可以用來評價豬福利，為提升飼養(yǎng)管理水平、間接提高豬肉品質提供幫助。豬運動信息與豬行為習性、行為異常密切相關，并能夠為疾病防控提供重要參考。當前監(jiān)測手段主要依賴于人工，難以實現(xiàn)全天候、多角度、精細化的監(jiān)測，因此用自動智能化設備對豬運動進行監(jiān)測具有重要的科學意義和良好的應用前景。
　　本文主要研究了無線傳感器定位網(wǎng)絡（Wirele

2、ss Sensor Position Network,WSPN）的搭建和基于機器視覺技術實現(xiàn)豬運動信息（軌跡、速度、里程、能耗、行為識別等）獲取的方法，并分析和識別豬運動狀況。WSPN基于Contiki操作系統(tǒng)實現(xiàn)RSSI值（無線信號傳播損耗）的獲取，通過多邊RSSI值計算可實現(xiàn)豬體定位。通過機器視覺技術實現(xiàn)豬欄俯視圖像抓拍，背景分割提取豬體質心作為運動軌跡定位點，并結合圖像采樣時間序列生成運動軌跡進而計算豬運動信息。分析豬在白天時間內

3、運動速度、里程、能耗，并基于運動信息對豬的躺臥、進食、飲水、排泄、走動行為進行識別。結果證明基于機器視覺的行為識別方法與人工識別結果吻合程度較高。根據(jù)以上研究內容，結果如下:
　　1)WSPN基于Contiki OS通信平臺構建由耳標系統(tǒng)、固定錨節(jié)點、網(wǎng)關路由組成的局域通信網(wǎng)絡。耳標通信采用UDP通信協(xié)議的廣播通信。RSSI值采集上位機是由C＃編寫的Windows界面，具有數(shù)據(jù)實時顯示和SQL數(shù)據(jù)庫存儲功能。
　　2)實現(xiàn)了

4、耳標與網(wǎng)關間的路由轉發(fā)功能，耳標與網(wǎng)關通信RSSI值的采集以及局域網(wǎng)組網(wǎng)通信。耳標低功耗設計將續(xù)航提升至30天左右。對耳標定位系統(tǒng)進行豬場試驗。豬體試驗發(fā)現(xiàn)，當豬靜止時耳標接收距離節(jié)點2.5m以內無丟包，當距離增大后丟包率逐漸增加并且信號連接質量指數(shù)逐漸下降。當距離達到6m左右時丟包率可達69.35％，LQI連接質量指數(shù)為87.3225。由于豬場環(huán)境復雜，無線通信多徑效應嚴重，豬體快速移動時會導致丟包率增加、RSSI數(shù)值跳變不穩(wěn)定。

5、r>　　3)搭建了基于USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄z像頭俯視圖像采集平臺，設計了基于 MATLAB GUI開發(fā)平臺開發(fā)的圖像采集上位機。豬場試驗采集豬五日圖像數(shù)據(jù)，采樣率為1幀/s，共計理論采集217，760幀，實際采樣213，379幀，丟幀率2.012％。
　　4)設計了基于顏色閾值分時分區(qū)域自適應的背景分割算法，較高精度實現(xiàn)了豬體二值化分割。背景分割正確率分別為99.96％、100％、99.54％、99.84％、99.76％，平均日分割正

6、確率為99.5％。部分分割錯誤主要是豬欄食槽干擾、飼養(yǎng)員進入豬欄及豬欄地面反光強烈。
　　5)背景分割獲取的豬體質心結合時間序列形成了運動軌跡，以此計算運動速度、里程、能耗等運動信息。五日豬運動平均速度分別為0.0166m/s、0.0145m/s、0.0218m/s、0.0219m/s、0.019m/s;日運動里程分別為697.2165m、615.3795m、923.2795m、932.4832m、778.8665m，平均日運動里

7、程為789.4450m;日消耗量分別為813.2688KJ、626.5674、1438.11KJ、1157.486KJ、843.3268KJ，平均日消耗量為975.75KJ。
　　6)設計了基于區(qū)域性行為劃分和速度閾值判定行為的識別算法。根據(jù)料槽、飲水器及行為習性劃分行為發(fā)生區(qū)域包括進食區(qū)、飲水區(qū)、排泄區(qū)、躺臥區(qū)。在區(qū)域劃分基礎上，根據(jù)速度閾值判定是否為進食、飲水、排泄、躺臥及走動。通過該算法與人工統(tǒng)計對比，結果證明該算法識別結果