基于反刍动物鼻羁压力变化的反刍识别方法与流程

本发明属于畜禽健康养殖技术领域，具体涉及一种基于反刍动物鼻羁压力变化的反刍识别方法。

背景技术：

反刍动物(牛、羊等)的反刍现象是反映动物个体生理信息的一个重要指标，通过获取动物(主要是家畜)的反刍信息，比如反刍时间、反刍次数和反刍食团数等，可以预测反刍动物的发情期、反映复胃健康情况、饲喂情况及其它异常状况，从而对反刍动物及时进行相应的处理。传统的家畜反刍监测主要依靠人工观察，人工观察可分为直接观察法和视频记录分析法，它的优点是数据具备标准性和可靠性。然而，对于大规模养殖场该方法存在一定的局限性，工作量巨大，且要求工作人员需要经过一定的专业训练，容易造成观察时间滞后和效率低下等问题。

发明专利“一种反刍动物反刍与吞咽次数的音频识别算法”(公开号cn103914732a)，公开了一种反刍动物反刍与吞咽次数识别方法，该方法通过在反刍动物颈部佩戴的接触式声音传感器获取反刍声音信号，通过对音频信号在时域和频域的处理，获取反刍时间、次数和持续时间等信息。该方法采用的监测设备易受环境噪声和电磁环境的影响，效果欠佳。

本发明通过内置在反刍动物佩戴的笼头鼻羁的压力传感器测量反刍动物鼻羁压力变化，获取反刍信号，并通过信号识别算法区分反刍动物采食、饮水和反刍信号，并对反刍信号中的反刍食团进行进一步识别，根据食团数的变化来反映动物健康状况。该方法可以有效的减小环境噪声等引入的干扰，并快速有效的识别反刍动物的反刍行为。

技术实现要素：

为了达到连续不间断、准确监测动物反刍的目的，并克服现有反刍监测方法的缺点，本发明提出了一种基于反刍动物鼻羁压力变化的反刍识别方法。

本发明的技术方案如下：

(1)对反刍动物鼻羁压力进行测量；

(2)对测量的信号进行分类识别，首先区分噪声信号和有用信号，有用信号主要包括反刍信号、采食信号和饮水信号，然后对反刍信号进行初步识别；

(3)对分类出的反刍信号进行进一步处理，根据反刍信号中的峰值间隔测量反刍食团数，用于推断反刍动物健康状况。

步骤(1)中在反刍动物佩戴的笼头鼻羁中内置一个压力传感器，该传感器可以测量反刍动物咀嚼时因颌运动而导致的压力变化，压力传感器将该压力转换成信号波形，存储在与之相连的sd卡内，并通过无线传输的方式上传到服务器。

步骤(2)中有用信号压力一般大于噪声信号压力，且有用信号持续一定的时间，因此当压力值超过设定的门限值并持续一段时间时，认为是有用信号，否则是噪声信号。每种信号都有自己独特的峰值频率、峰值间隔和持续时间，反刍信号持续时间长，有稳定的频率，采食信号持续时间长，但是频率不稳定，饮水信号有稳定的频率，但是持续时间短，根据信号频率和持续时间就可以区分反刍信号与采食信号和饮水信号。

步骤(3)中每个反刍食团都有一定的咀嚼时间和咀嚼频率，不同反刍食团之间有一定的时间间隔，根据咀嚼频率和时间间隔就可以估计反刍食团数。

本发明的有益效果是通过内置在笼头鼻羁内的压力传感器测量反刍动物鼻羁压力变化可以有效减小环境噪声干扰。同时通过对监测信号的识别和分类，可以有效的区分反刍信号、采食信号与饮水信号等，提高反刍监测精度，并且相比于传统监测方法，具有更高的效率。

附图说明

图1是佩戴在反刍动物头部的笼头示意图；其中，1为可调节笼头，2为电池，3为嵌入了压力传感器的硅胶软管，4为数据存储仓。

图2是咀嚼信号分类示意图。

图3是奶牛反刍信号时域波形。

图4是奶牛采食信号时域波形。

图5是奶牛饮水信号时域波形。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明提供的一种基于反刍动物鼻羁压力变化的反刍识别方法，以奶牛为例，反刍识别方法主要包括如下步骤：

(1)对反刍动物鼻羁压力进行测量。在奶牛头部佩戴一个笼头，笼头鼻羁中内置一个压力传感器，如图1所示，其中图中1所示为可调节笼头，调节合适的长度使奶牛能够保持舒适。图中2为电池，为整个系统供电。图中3为嵌入了压力传感器的硅胶软管，主要用于测量奶牛咀嚼时因颌运动而导致的压力变化，压力传感器将该压力转换成信号波形。图中4为数据存储仓，可以为sd卡，用于存储采集的信号波形。

(2)对测量的信号进行分类识别，首先区分噪声信号和有用信号，有用信号主要包括反刍信号、采食信号和饮水信号，然后区分反刍信号与采食信号和饮水信号。通过上述步骤1采集到压力信号上传到服务器后，首先对信号进行滤波，滤除带外噪声，然后对信号进行检测和分类。可以通过能量检测法检测到咀嚼信号，当牛鼻羁压力值超过门限值1200mbar时即可认为是咀嚼活动。通过压力传感器采集到的反刍信号、采食信号和饮水信号分别如图3、4、5所示。由于这三种信号分别具有独特的峰值频率、峰值间隔和持续时间，因此可以用于区分这些信号。咀嚼活动引起的不同类型信号区分方法如图2所示，具体信号类型区分方法如下：

首先当检测的信号持续时间超过30秒才进行分类，分类规则如下：

反刍判断依据：每分钟颌运动>30次、至少持续3分钟、有稳定的频率；

采食判断依据：每分钟颌运动>30次、频率不稳定；

饮水判断依据：有稳定的频率、至少持续30秒；

其他活动判断依据：每分钟颌运动<30次、频率不稳定。

(3)对分类出的反刍信号进行进一步识别处理，测量反刍食团数，根据食团个数变化判断奶牛健康状况。对分类得到的反刍信号进行再加工，根据接收到的压力数据统计反刍时的反刍食团数，每分钟至少有一个反刍食团可分类为反刍活动，食团数判断依据如下：

每个食团咀嚼<20次，不计数；

每个食团咀嚼>＝20次，可以计数；

每个食团咀嚼>＝90次,表明反刍牛刚咽下去一个食团，又逆呕上来新食团，计数为2个反刍食团；

每个食团咀嚼>＝150次，表明反刍牛刚咽下去2个反刍食团，又逆呕上来新食团，计数为3个反刍食团。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于反刍动物鼻羁压力变化的反刍识别方法，属于畜禽健康养殖技术领域。反刍行为可以监测反刍动物(主要指牛、羊等家畜)的发情期、饲喂情况和反映动物生理健康状况等。本发明采用压力传感器对反刍动物鼻羁处的压力信号进行采集，根据信号持续时间和是否具有稳定的频率，可以初步区分出反刍信号、采食信号和饮水信号，然后对反刍信号进一步分析，根据反刍信号中峰值间隔测量出反刍食团，反刍食团的变化可以反映反刍动物健康状况。本发明通过测量反刍动物鼻羁处的压力信号监测反刍，可以有效的降低环境噪声干扰，实现对动物个体的反刍行为的精确识别与测量。

技术研发人员：沈维政;尹艳玲;张宇;张爱静;张永根;王润涛
受保护的技术使用者：东北农业大学
技术研发日：2017.04.12
技术公布日：2017.12.01