豬運(yùn)動(dòng)信息獲取及分析.pdf

1、豬肉品質(zhì)是國(guó)民食品健康的重要衡量指標(biāo)?，F(xiàn)階段提高豬肉品質(zhì)的同時(shí)關(guān)注豬福利健康是養(yǎng)豬業(yè)的焦點(diǎn)。監(jiān)測(cè)豬運(yùn)動(dòng)信息可以用來評(píng)價(jià)豬福利，為提升飼養(yǎng)管理水平、間接提高豬肉品質(zhì)提供幫助。豬運(yùn)動(dòng)信息與豬行為習(xí)性、行為異常密切相關(guān)，并能夠?yàn)榧膊》揽靥峁┲匾獏⒖?。?dāng)前監(jiān)測(cè)手段主要依賴于人工，難以實(shí)現(xiàn)全天候、多角度、精細(xì)化的監(jiān)測(cè)，因此用自動(dòng)智能化設(shè)備對(duì)豬運(yùn)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)具有重要的科學(xué)意義和良好的應(yīng)用前景。
　　本文主要研究了無線傳感器定位網(wǎng)絡(luò)（Wirele

2、ss Sensor Position Network,WSPN）的搭建和基于機(jī)器視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)豬運(yùn)動(dòng)信息（軌跡、速度、里程、能耗、行為識(shí)別等）獲取的方法，并分析和識(shí)別豬運(yùn)動(dòng)狀況。WSPN基于Contiki操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)RSSI值（無線信號(hào)傳播損耗）的獲取，通過多邊RSSI值計(jì)算可實(shí)現(xiàn)豬體定位。通過機(jī)器視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)豬欄俯視圖像抓拍，背景分割提取豬體質(zhì)心作為運(yùn)動(dòng)軌跡定位點(diǎn)，并結(jié)合圖像采樣時(shí)間序列生成運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)而計(jì)算豬運(yùn)動(dòng)信息。分析豬在白天時(shí)間內(nèi)

3、運(yùn)動(dòng)速度、里程、能耗，并基于運(yùn)動(dòng)信息對(duì)豬的躺臥、進(jìn)食、飲水、排泄、走動(dòng)行為進(jìn)行識(shí)別。結(jié)果證明基于機(jī)器視覺的行為識(shí)別方法與人工識(shí)別結(jié)果吻合程度較高。根據(jù)以上研究?jī)?nèi)容，結(jié)果如下:
　　1)WSPN基于Contiki OS通信平臺(tái)構(gòu)建由耳標(biāo)系統(tǒng)、固定錨節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)路由組成的局域通信網(wǎng)絡(luò)。耳標(biāo)通信采用UDP通信協(xié)議的廣播通信。RSSI值采集上位機(jī)是由C＃編寫的Windows界面，具有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示和SQL數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)功能。
　　2)實(shí)現(xiàn)了

4、耳標(biāo)與網(wǎng)關(guān)間的路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，耳標(biāo)與網(wǎng)關(guān)通信RSSI值的采集以及局域網(wǎng)組網(wǎng)通信。耳標(biāo)低功耗設(shè)計(jì)將續(xù)航提升至30天左右。對(duì)耳標(biāo)定位系統(tǒng)進(jìn)行豬場(chǎng)試驗(yàn)。豬體試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)豬靜止時(shí)耳標(biāo)接收距離節(jié)點(diǎn)2.5m以內(nèi)無丟包，當(dāng)距離增大后丟包率逐漸增加并且信號(hào)連接質(zhì)量指數(shù)逐漸下降。當(dāng)距離達(dá)到6m左右時(shí)丟包率可達(dá)69.35％，LQI連接質(zhì)量指數(shù)為87.3225。由于豬場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，無線通信多徑效應(yīng)嚴(yán)重，豬體快速移動(dòng)時(shí)會(huì)導(dǎo)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(tái)，設(shè)計(jì)了基于 MATLAB GUI開發(fā)平臺(tái)開發(fā)的圖像采集上位機(jī)。豬場(chǎng)試驗(yàn)采集豬五日?qǐng)D像數(shù)據(jù)，采樣率為1幀/s，共計(jì)理論采集217，760幀，實(shí)際采樣213，379幀，丟幀率2.012％。
　　4)設(shè)計(jì)了基于顏色閾值分時(shí)分區(qū)域自適應(yīng)的背景分割算法，較高精度實(shí)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(cuò)誤主要是豬欄食槽干擾、飼養(yǎng)員進(jìn)入豬欄及豬欄地面反光強(qiáng)烈。
　　5)背景分割獲取的豬體質(zhì)心結(jié)合時(shí)間序列形成了運(yùn)動(dòng)軌跡，以此計(jì)算運(yùn)動(dòng)速度、里程、能耗等運(yùn)動(dòng)信息。五日豬運(yùn)動(dòng)平均速度分別為0.0166m/s、0.0145m/s、0.0218m/s、0.0219m/s、0.019m/s;日運(yùn)動(dòng)里程分別為697.2165m、615.3795m、923.2795m、932.4832m、778.8665m，平均日運(yùn)動(dòng)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(shè)計(jì)了基于區(qū)域性行為劃分和速度閾值判定行為的識(shí)別算法。根據(jù)料槽、飲水器及行為習(xí)性劃分行為發(fā)生區(qū)域包括進(jìn)食區(qū)、飲水區(qū)、排泄區(qū)、躺臥區(qū)。在區(qū)域劃分基礎(chǔ)上，根據(jù)速度閾值判定是否為進(jìn)食、飲水、排泄、躺臥及走動(dòng)。通過該算法與人工統(tǒng)計(jì)對(duì)比，結(jié)果證明該算法識(shí)別結(jié)果