一种羊只生长信息监测系统及方法

本发明属于智慧养殖，尤其涉及一种羊只生长信息监测系统及方法。

背景技术：

1、随着全球养殖业的发展，羊养殖已成为农业部门的重要组成部分。然而，为了提高养殖效率和确保羊只的健康，需要有效的生长信息监测方法和系统。这些方法和系统旨在收集、分析和记录关于羊只生长和健康状态的关键数据，以便养殖者能够做出明智的决策，优化养殖管理和确保养殖业的可持续性。

2、传统的养殖监测方法通常依赖于主观的观察和经验，这种方法存在着许多局限性。因为人工监测可能不够准确，而且不容易在大规模养殖中应用。此外，传统方法不能提供实时数据，养殖者无法及时采取行动以应对潜在的问题。现代农业技术和信息技术的发展推动了羊只生长信息监测方法和系统的创新。这些系统通常包括各种传感器和监测设备，可以测量和记录羊只的体重、体温、饮食摄入量、运动情况等关键数据。这些数据通过互联网连接到计算机或云服务器，可以实时监测和分析。通过使用先进的数据分析技术，养殖者可以获得有关羊只生长趋势和健康状况的宝贵见解。

3、尽管现有的羊只生长信息监测尽管能在一定程度上节省人力，但仍存在诸多不足。大多数监测装置在生长监测时，存在羊只身份识别精度与速度不能做到权衡，不能同时监测进食量、体尺和体重不能同时测定等重要指标，并且设备对羊只正常生活状态做了相应的限制，可能对羊只造成伤害。为了解决上述问题，本发明提出了一种羊只生长信息监测系统及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种羊只生长信息监测方法及系统以解决人工监测羊只生长费时费力效率低下，现有的生长信息监测方装置存在体型较大、价格昂贵，且可能对羊只造成伤害等问题，实现更准确、更自然、非接触监测羊只生长信息。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

3、一种羊只生长信息监测系统，包括：

4、生长信息监测台，所述生长信息监测台置于复杂羊舍内，用于安装采集设备与控制设备，相对限制羊只体位；

5、饲喂装置，所述饲喂装置安装在生长信息监测台面部图像采集区域，所述饲喂装置由底架、草料称和饲喂盆构成，用于提供羊只饲喂草料，并对草料进行称重；

6、视觉感知装置，所述视觉感知装置分别安装在生长信息监测台前方、上方与侧方，用于采集羊只个体多视角图像，反馈至羊只个体监测系统；

7、麦克风，设置于所述面部图像采集架，并用于采集羊只的进食声音信号；

8、称重装置，设置于所述生长信息监测台底部，用于测量羊只体重；

9、红外传感器，设置于所述生长信息监测台(1)侧栏内侧，当检测到羊只靠近生长信息监测台时，启动摄像头和相关设备；

10、羊只个体监测系统，包括羊只身份识别模型、进食量预测模型和体况估计模型；

11、所述羊只身份识别模型基于羊只个体多视角图像精准、高效识别羊只身份，开展羊只生长信息监测；

12、所述进食量预测模型基于羊只进食有效声信号，结合羊、草、羊只饥饿度等特征及所对应的进食时间与参考进食量等信息估测进食羊只的进食量，并根据相关估测结果预测进食羊只此后短时进食量；

13、所述体况估计模型基于羊只俯视图像和侧视图像，结合称重装置自动化测量羊只体况信息。

14、优选地，所述生长信息监测台包括支撑架和设备安装架，所述支撑架底部安装可制动万向轮，所述支撑架与设备安装架螺栓连接，所述设备安装架上方安装可旋转摄像头支架。

15、优选地，在所述生长信息监测台上设置多个刻度尺，其作用是确定实际尺寸与像素距离的换算关系，校准体况估计模型的精度。

16、优选地，所述设备安装架前端安装有电机丝杆机构，所述电机丝杆机构的滑块处安装有饲喂装置，所述滑块与饲喂装置连接处上安装有面部图像采集架，所述面部图像采集架上部弧形构件的上下表面安装弧形滑轨，所述弧形构件的内侧安装弧形齿条，所述弧形滑轨上安装舵机云台，所述舵机云台下端u形架上下表面连接多个凹面轴承，所述凹面轴承滑槽与弧形滑轨凸缘配合装配，所述舵机云台下端舵机转轴处连接齿轮，所述齿轮与弧形齿条啮合传动，舵机云台沿弧形构件运动，适当调节方位，且在任意位置可固定，所述弧形构件上有三个舵机云台，分别阵列于弧形构件的左、中、右侧；

17、优选地，所述舵机云台包括下端舵机和上部二自由度转向云台，所述二自由度转向云台通过支架与两个舵机配合，可在水平与竖直方向配合转动，配合摄像头实现无极跟踪目标。

18、优选地，所述饲喂装置包括底架、草料称和饲喂盆，所述底架连接于电机丝杆机构的滑块处，所述底架上方螺栓连接草料称，所述草料称上螺栓连接饲喂盆，所述饲喂盆用于提供羊只饲喂草料，所述草料称对草料进行称重，其作用是确定实际进食量与进食量预测模型估测的进食量间对比关系，校准进食量预测模型的精度。

19、优选地，所述支撑架底部安装可制动万向轮，所述可制动万向轮下端与地面接触，并均匀分布于支撑架下表面。通过设有多个良好承重的可制动万向轮，以使生长信息监测台在复杂羊舍地面上能轻松移动、随时制动，达到良好的稳定性，增强生长信息监测台适应复杂羊舍环境能力。

20、优选地，所述可旋转摄像头支架能够在水平方向旋转，实现摄像头的多方位调整。

21、优选地，所述设备安装架两侧底边设置有限位护栏，所述限位护栏可调正羊只姿态，限制羊只完全站立于称重装置上，保持羊只体态端正。

22、优选地，所述设备安装架两侧护栏间安装v型阻挡架，所述v型阻挡架可通过护栏上多个安装孔调节安装位置，以适应不同种类、大小羊只使用，所述v型阻挡架可限制羊只体位，保护羊只冲撞设备。

23、优选地，所述视觉感知装置包括连接于舵机云台上的面部视觉感知装置，位于生长信息监测台顶部的俯视视觉感知装置及置于可旋转摄像头支架末端的侧视视角感知装置；

24、所述面部视觉感知装置包括三个摄像头，所述三个摄像头分别设置在三个舵机云台上，其中正摄像头视野捕捉羊正脸，左摄像头和右摄像头视野分别朝向羊左右两侧脸部方向倾斜，捕捉羊侧脸；

25、所述俯视视觉感知装置包括一个俯视摄像头，所述俯视摄像头安装于设备安装架顶端电机丝杆机构的滑块上，所述俯视摄像头视野竖直朝下，用于拍摄羊只俯视图，视野全覆盖整个羊只背面；

26、所述侧视视觉感知装置包括一个侧视摄像头，所述侧视摄像头安装于可旋转摄像头支架末端，所述侧视摄像头视野垂直捕捉羊体侧身，拍摄羊体侧视图像，视野全覆盖整个羊只侧面；

27、综上，视觉感知装置共包括五个摄像头，其拍摄角度可调节。

28、优选地，所述生长信息监测台后面安装有控制装置，用于实现羊只生长信息监测系统的各种控制功能；

29、所述控制装置通过与羊只个体监测系统通信，接收并处理从羊只身份识别模型、进食量预测模型和体况估计模型获取的数据；

30、所述控制装置通过视觉感知装置、麦克风、称重装置和红外传感器通信，协调数据采集、图像处理、声音分析和设备控制；

31、所述控制装置可配置和调整监测系统的参数，以满足不同监测需求，包括羊只身份识别的阈值、进食量预测的模型参数、体况估计的标准等；

32、所述控制装置通过与视觉感知装置通信，协调多视角图像的采集，确保羊只身份识别模型的精确性和效率；

33、所述控制装置还可实现与电机丝杆机构和舵机云台的通信和协调，以确保摄像头的准确定位和方向控制；

34、所述控制装置还负责数据存储、分析和报告生成，以提供用户可视化的监测结果和报告。

35、优选地，所述羊只身份识别模型的建立具体包括：

36、a1、构建样本训练集，所述样本训练集包括预处理后的羊只个体多视角图像与图像所对应的羊只个体标注信息；

37、a2、将所述样本训练集输入多分支卷积神经网络模型进行训练，直至收敛，并获得各输入外貌信息对应网络的计算量和相应的贡献度，规划出精准、高效的外貌特征高效能利用策略，并在模型中引入跟踪算法，对已经检测出的羊只的目标部位进行跟踪，则输出训练好的羊只身份识别模型，识别前来进食的羊只身份信息。

38、优选地，所述羊只进食量预测模型的建立具体包括：

39、b1、构建样本训练集，所述样本训练集包括预处理后的羊只进食有效声信号和羊、草、羊只饥饿度等特征及对应的进食时间与参考进食量等信息；

40、b2、将所述样本训练集输入至深度神经网络模型进行训练，并明晰羊、草、羊只饥饿度等显著特征对羊只进食有效声信号的影响规律，将其作为新特征喂入上述模型中，对模型进行修正，直至收敛则输出训练好的进食量预测模型，预测前来进食的羊只进食量。

41、优选地，所述羊只体况估计模型的建立具体包括：

42、c1、构建样本训练集，所述样本训练集包括预处理后的羊只俯视图像和侧视图像及羊只俯视图像和侧视图像所对应的羊的体重等身份信息；

43、c2、将所述样本训练集输入至卷积神经网络模型进行训练，通过算法将图像距离转换为长度单位，直至收敛则输出训练好的体尺估计模型，并通过称重装置将羊只对应的体重信息喂入所述体尺估计模型中，则构建出体况估计模型，自动化羊测量羊只体况信息。

44、一种采用羊只个体监测系统进行的羊只生长信息监测方法，包括如下步骤：

45、s1、采集图像数据，通过训练与测试，建立羊只身份识别模型、进食量预测模型和体况估计模型；

46、s2、采集羊只个体多视角图像，将待识别的羊只个体多视角图像分别输入到训练好的羊只身份识别模型中，运用高效能利用策略，精准、高效识别前来进食的羊只身份信息；

47、s3、采集羊只进食有效声信号，将待识别羊只进食有效声信号输入到训练好的羊只进食量预测模型中，估测进食羊只的进食量，并根据相关估测结果预测进食羊只此后短时进食量；

48、s4、采集羊只俯视图像和侧视图像，将待识别的羊只俯视图像和侧视图像以及通过称重装置采集得到的体重信息输入到训练好的羊只体况估计模型中，自动化测量羊只体况信息。

49、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

50、(1)本发明中的羊只生长信息监测方法，结合了图像识别、声音分析和体重测量等多种技术，能够实现对羊只的全面监测和生长信息获取，有助于提高养殖效率、羊只健康管理和生产管理的精度和效率，这些有益效果使其在养殖业中具有广泛的应用前景。

51、(2)本发明中的羊只身份识别模型，通过多视角图像和多分支卷积神经网络，获得各输入外貌信息对应网络的计算量和相应的贡献度，规划一条满足羊身份精准识别且计算量最小的羊外貌信息特征引入路径，建立出精准、高效的外貌特征高效能利用策略，实现在光照差异较大、背景混乱、羊姿态随动条件下，各摄像感知装置主动协同联动摄取高质量羊外貌图像，利用增量学习技术动态更新羊只身份识别模型，精准、高效识别羊只身份信息，这有助于跟踪和管理不同羊只的生长和健康状况。

52、(3)本发明还包括进食量预测模型，通过声音信号、饥饿度等特征，系统可以估测羊只的进食量，进而提供对羊只饮食行为的详细监测和预测。体况估计模型，通过俯视图像、侧视图像和体重信息，系统能够实时统计羊只的体尺和体重信息，帮助监测羊只的生长状况和健康状态。校准机制，系统使用多个刻度尺和草料称，可以校准体况估计模型和进食量预测模型，提高监测的准确性。多视角图像采集，系统采用多个摄像头，包括正摄像头、左摄像头、右摄像头、俯视摄像头和侧视摄像头，以确保全方位的图像采集，提高身份识别模型的精确性和效率。控制装置，系统通过控制装置实现各种控制功能，包括数据处理、设备控制、参数配置等，从而满足不同监测需求，提供用户可视化的监测结果和报告。

53、(3)本发明具有卓越的适应性，可轻松部署于复杂多变的羊舍环境中，帮助牧户及时察觉羊只的异常情况，通过全面监测和实时数据分析，这一系统能够在复杂环境中为养殖场主提供多项优势。本发明中的羊只生长信息监测具备可拆卸、易组装、方便运输等特点，同时系统模块化设计与安装，关键尺寸可调节，易于安装和使用，满足不同规模羊养殖场的生长监测任务需求，对提高养殖业智能化水平具有十分重要的价值。