基于無線傳感器網(wǎng)絡的豬運動行為監(jiān)測系統(tǒng)研究.pdf

1、養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)是我國最重要的畜牧產(chǎn)業(yè)。隨著現(xiàn)代養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展，對養(yǎng)豬自動化管理水平提出了越來越高的要求?，F(xiàn)有的RFID電子耳標技術通訊距離短、不具有擴展性，難以滿足精準智能化豬養(yǎng)殖的迫切需求。因此將豬的環(huán)境、飲食、行為納入到監(jiān)測的范圍，實現(xiàn)養(yǎng)豬過程的全過程、全方位地跟蹤監(jiān)測，能有效推動智能化豬飼養(yǎng)水平，提高養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)的管理效率，進而提高養(yǎng)豬場的經(jīng)濟收益。
　　本文研究了將無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)應用于養(yǎng)豬運動行為監(jiān)測分析系統(tǒng)中的幾個關

2、鍵問題，包括圈養(yǎng)豬舍內(nèi)無線傳感器節(jié)點的邊緣部署問題;豬舍內(nèi)圈養(yǎng)豬的定位問題;豬舍內(nèi)圈養(yǎng)豬的運動行為監(jiān)測問題;基于WSN的養(yǎng)豬綜合監(jiān)測系統(tǒng)的架構和實體-關系(E-R)模型。研究結果如下:
　　1)評價圈養(yǎng)豬舍內(nèi)無線傳感器節(jié)點的邊緣部署。在已有的覆蓋率、覆蓋效率、以及覆蓋方差的基礎上，提出了K重覆蓋率、K重覆蓋效率、K重全覆蓋所需最小半徑三個針對K重覆蓋問題的評價指標，確立了豬舍內(nèi)無線傳感器節(jié)點部署方案的評價指標體系，并用該評價指標體

3、系對4種可行性的部署方案進行了評價，得出最優(yōu)部署策略，形成一套最優(yōu)部署策略評價分析方法。
　　2)首次建立了K=1邊緣覆蓋問題中最少結點部署方案的計算方法。針對不同豬舍面積，不同節(jié)點通訊半徑，以K=1全覆蓋為目標，提出一套系統(tǒng)地以最少節(jié)點為目標的部署算法。在AdobeDreamweaver軟件開發(fā)平臺及PHPnow互聯(lián)網(wǎng)應用框架上，開發(fā)了豬舍無線網(wǎng)絡節(jié)點部署邊界條件及最小節(jié)點計算軟件，對部署節(jié)點數(shù)進行計算驗證;在Matlab軟件平

4、臺上，開發(fā)了豬舍無線網(wǎng)絡節(jié)點部署仿真分析軟件，對部署方案進行仿真分析。
　　3)豬舍的三邊直角加權質(zhì)心算法的確立。對不同廠家的無線傳感器節(jié)點進行研究和測試，運用曲線擬合，取得了0-80m和0-20m接收信號強度值(RSSI)與距離關系的最優(yōu)模型;在三邊加權質(zhì)心算法的基礎上，開發(fā)出針對豬舍的三邊直角加權質(zhì)心算法，并設計了該算法的具體運算步驟;10.43m×5.72m室內(nèi)空間的測試驗證表明，該算法可以達到平均誤差1.346m，去掉兩個

5、特殊位置點后，平均定位誤差可降低到1.0875m，每次定位時間間隔為10s。
　　4)研究了圈養(yǎng)豬運動行為的監(jiān)測方法。設計了無線傳感器節(jié)點的三軸加速度傳感器硬件，以Z-stack協(xié)議棧為基礎開發(fā)了加速度數(shù)據(jù)采集軟件，并確定了與PC機通訊的通訊方法和通訊協(xié)議，實現(xiàn)了三軸加速度數(shù)據(jù)采集和通訊。
　　5)建立了神經(jīng)網(wǎng)絡模式識別分類算法。在神經(jīng)網(wǎng)絡模式識別算法的理論基礎上構建了二層運動行為識別神經(jīng)網(wǎng)絡分類器，并設計了Matlab軟件

6、實現(xiàn)對四種運動行為（分別為走、跑、跳、靜止）的識別。模擬試驗證明，在85組訓練樣本試驗時識別率達到100％，在439組大樣本時，神經(jīng)網(wǎng)絡方法對走和靜止兩種狀態(tài)的識別率達到100％，而跑和跳兩種運動行為由于實際數(shù)據(jù)特征比較接近，其識別率分別達到99.1％和96.1％，整體識別率達98.9％。
　　6)圈養(yǎng)豬綜合運動行為監(jiān)測的研究。首次采用短時能量和短時過零率計算方法分析計算三軸加速度運動數(shù)據(jù)，設計了短時能量和短時過零率運動行為分類算

7、法、FFT快速傅立葉運動行為分類算法和標準差運動行為分類算法。并基于VS2010平臺開發(fā)了實時綜合豬運動行為監(jiān)測軟件，通過實時模擬試驗證明，采用短時能量分類法優(yōu)于FFT快速傅立葉分類算法和標準差算法，對走、靜止、跳和跑三大類運動行為進行識別分類時，識別率約為100％左右，區(qū)分跳、跑兩種運動行為時，識別率約80％左右。
　　7)基于WSN的養(yǎng)豬綜合精準監(jiān)測系統(tǒng)框架的分析的設計。確立了基于WSN的養(yǎng)豬綜合精準監(jiān)測系統(tǒng)的框架結構和工作原