基于反刍动物鼻羁压力变化的饮水量监测方法与流程

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饮水量监测方法。

背景技术：

反刍动物产生能量、养分的消化代谢、养分及代谢产物的转运、废物排除(通过尿液、粪便和呼吸)、维持机体离子、体液及热量平衡，都需要水的参与。成年反刍动物机体总含水量占体重的56％—81％，反刍动物(主要指牛、羊等家畜)饮水量的变化也可以间接反映水质和反刍动物健康状况，因此对动物个体的饮水量进行监测具有重要的研究意义。反刍动物在饮水时会产生颌运动，颌运动会导致反刍动物鼻羁曲率发生变化，同时，饮水时的频率、持续时间很有特点，因此，通过获得反刍动物饮水活动的频率和持续时间可以帮助我们正确区分饮水和其他活动，从而实现饮水量的监测。大多数养殖场为反刍动物提供充足的饮水，动物可以随时饮用，而并未对动物个体的饮水量进行监测和估计，相关专利和公开发表的文献中未见反刍动物饮水量监测方法。

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，获取压力信号，并通过信号识别算法区分反刍动物饮水、采食和反刍信号，并对饮水信号中的饮水次数进行进一步识别，进而估算饮水量。该方法可以有效的减小环境噪声等引入的干扰，快速有效的识别反刍动物的饮水行为，并估算出饮水量。

技术实现要素：

为了达到监测反刍动物饮水量目的，本发明提出了一种基于反刍动物鼻羁压力变化的饮水量监测方法。

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，有用信号主要包括饮水信号、采食信号和反刍信号，然后区分饮水信号和采食信号及反刍信号；

(3)对分类出的饮水信号进行进一步处理，测量饮水次数，进而估算饮水量。

步骤(1)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，饮水信号有稳定的频率，但是持续时间短，采食信号持续时间长，但是频率不稳定，反刍信号持续时间长，有稳定的频率，根据信号频率和持续时间就可以区分饮水信号、采食信号和饮水信号。

步骤(3)中每次饮水都会产生一个压力峰值，饮水活动的波形中每一个峰值代表一次饮水，因此可以通过饮水信号估计出饮水次数，然后事先通过试验估计出每口的饮水量，估计方法为：根据总的饮水量和饮水次数估计出每口饮水量，将该估计值用于估计饮水量，总的饮水量估计方法为：饮水量＝饮水次数*每口水量。

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，可以有效的区分饮水信号、采食信号与反刍信号等，进而有效估计出饮水量，该方法具有估计精度高、效率高等优点。

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是奶牛饮水信号时域波形。

图3是奶牛采食信号时域波形。

图4是奶牛反刍信号时域波形。

图5是咀嚼信号分类示意图。

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饮水量监测方法，以奶牛为例，饮水量监测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，有用信号主要包括饮水信号、采食信号和反刍信号，然后区分饮食信号与采食信号和反刍信号。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饮水信号、采食信号和反刍信号分别如图2-4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5所示，具体信号类型区分方法如下：

饮水判断依据：有稳定的频率、至少持续30秒；

采食判断依据：每分钟颌运动>30次、频率不稳定；

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；

其他活动判断依据：每分钟颌运动<30次、频率不稳定。

1、(3)对分类出的饮水信号进行进一步识别处理，测量饮水次数，根据饮水次数估算奶牛饮水量。对分类得到的饮水信号进行再加工，根据接收到的压力数据统计饮水时的饮水次数，饮水活动的波形中，每一个峰值代表一次饮水，因此可以估算出饮水次数，然后事先通过试验估计出每口的饮水量，估计方法为：根据总的饮水量和饮水次数估计出每口饮水量，将该估计值用于估计饮水量，总的饮水量估计方法为：饮水量＝饮水次数*每口水量。

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饮水量监测方法，属于畜禽健康养殖技术领域。水是反刍动物(主要指牛、羊等家畜)生存必不可少的营养物质，饮水量的变化可以间接反映水质和反刍动物的健康状况。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，可以初步区分出饮水信号、采食信号和反刍信号，然后对饮水信号进一步分析，饮水活动的波形中，每一个峰值代表一次饮水，因此可以计算出饮水次数，进而估算饮水量。本发明通过测量反刍动物鼻羁处的压力信号监测饮水，可以有效的降低环境噪声干扰，实现对动物个体的饮水行为的精确识别和饮水量的估计。

技术研发人员：张宇;尹艳玲;沈维政;张爱静;付强
受保护的技术使用者：东北农业大学
技术研发日：2017.04.18
技术公布日：2017.08.01