一种家禽舍气体污染物检测分析系统及方法

1.本发明涉及气体污染物检测技术领域，特别是涉及一种家禽舍气体污染物检测分析系统及方法。


背景技术：

2.畜禽舍中的有害的气体污染物主要有：氨气、硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、吲哚、带有粪臭味的气体等等。对畜禽危害大的是氨气，而毒性强的是硫化氢气体。
3.我国畜禽养殖的规模化起始于20世纪90年代，与国外发达国家相比起步较晚，对畜禽舍气体污染物检测分析系统的研究虽然取得了一定成果，但市场上成熟高效的家禽舍气体污染物检测装置还很鲜见。
4.现有技术中的气体污染物检测分析技术不能准确家禽舍内混合气体浓度及温湿度的数据变化，易造成家禽的应激反应，甚至死亡。传统气体污染物检测分析技术滞后性明显，且成效不明显，不能对家禽舍环境进行有效掌握和检测。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种家禽舍气体污染物检测分析系统及方法。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.一种家禽舍气体污染物检测分析系统，包括：
8.气体检测模块，设置在家禽舍内，用于获取所述家禽舍内的气体污染物中各组分的浓度信息；所述气体污染物包括：氨气、硫化氢、二氧化碳、一氧化碳和甲烷；
9.温湿度检测模块，设置在家禽舍内，用于获取所述家禽舍内的温湿度信息；
10.信息处理模块，分别与所述气体检测模块和所述温湿度检测模块连接，用于对各组分的所述浓度信息和所述温湿度信息进行预处理，得到预处理后的浓度数据和温湿度数据；
11.气体分析模块，与所述浓度处理模块连接，用于根据所述预处理后的浓度数据和温湿度数据对所述家禽舍内的气体污染物进行分析，得到分析结果。
12.优选地，所述气体检测模块包括：
13.气体传感器阵列，包括一氧化碳感应区、二氧化碳感应区、硫化氢感应区、氨气感应区、甲烷感应区和氧气感应区；所述一氧化碳感应区用于对一氧化碳产生高响应；所述二氧化碳感应区用于对二氧化碳产生高响应；所述硫化氢感应区用于对硫化氢产生高响应；所述氨气感应区用于对氨气高响应；所述甲烷感应区用于对甲烷产生高响应；
14.分析子模块，与所述气体传感器阵列连接，用于根据所述一氧化碳感应区、所述二氧化碳感应区、所述硫化氢感应区、所述氨气感应区、所述甲烷感应区产生的响应，获取家禽舍内一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氨气和甲烷的浓度。
15.优选地，所述温湿度检测模块包括：
16.温度检测子模块，用于检测所述家禽舍内的温度信息；所述温度检测子模块包括多个温度传感器；各个所述温度传感器均匀分布设置在所述家禽舍内；
17.湿度检测子模块，用于检测所述家禽舍内的湿度信息；所述湿度检测子模块包括多个湿度传感器；各个所述湿度传感器均匀分布设置在所述家禽舍内。
18.优选地，所述信息处理模块包括：
19.归一化子模块，分别与所述气体检测模块和所述温湿度检测模块连接，用于对各个所述浓度信息和所述温湿度信息进行归一化和去除异常值，得到第一处理信息集；
20.滤波子模块，与所述归一化子模块连接，用于将所述第一处理信息集进行滤波处理，得到所述预处理后的浓度数据和温湿度数据。
21.优选地，所述气体分析模块包括：
22.安全阈值获取子模块，用于获取预设的健康浓度阈值和健康温湿度阈值；
23.分析子模块，分别与所述信息处理模块和安全阈值获取子模块连接，用于判断所浓度数据是否超过所述健康浓度阈值，还用于判断所述温湿度数据是否大于健康温湿度阈值，若至少一个判断结果为是，则产生污染信号，否则产生健康信号；
24.结果显示子模块，与所述分析子模块连接，用于根据所述污染信号或所述健康信号确定分析结果，并进行可视化显示。
25.一种家禽舍气体污染物检测分析方法，包括：
26.获取家禽舍内的气体污染物中各组分的浓度信息；所述气体污染物包括：氨气、硫化氢、二氧化碳、一氧化碳和甲烷；
27.获取所述家禽舍内的温湿度信息；
28.对各组分的所述浓度信息和所述温湿度信息进行预处理，得到预处理后的浓度数据和温湿度数据；
29.根据所述预处理后的浓度数据和温湿度数据对所述家禽舍内的气体污染物进行分析，得到分析结果。
30.优选地，所述获取家禽舍内的气体污染物中各组分的浓度信息，包括：
31.利用气体传感器阵列获取污染物气体的响应；所述气体传感器阵列包括一氧化碳感应区、二氧化碳感应区、硫化氢感应区、氨气感应区、甲烷感应区和氧气感应区；所述一氧化碳感应区用于对一氧化碳产生高响应；所述二氧化碳感应区用于对二氧化碳产生高响应；所述硫化氢感应区用于对硫化氢产生高响应；所述氨气感应区用于对氨气高响应；所述甲烷感应区用于对甲烷产生高响应；
32.根据所述一氧化碳感应区、所述二氧化碳感应区、所述硫化氢感应区、所述氨气感应区、所述甲烷感应区产生的响应，获取家禽舍内一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氨气和甲烷的浓度。
33.优选地，所述获取所述家禽舍内的温湿度信息，包括：
34.利用多个温度传感器检测所述家禽舍内的温度信息；各个所述温度传感器均匀分布设置在所述家禽舍内；
35.利用多个湿度传感器检测所述家禽舍内的湿度信息；各个所述湿度传感器均匀分布设置在所述家禽舍内。
36.优选地，所述对各组分的所述浓度信息和所述温湿度信息进行预处理，得到预处
理后的浓度数据和温湿度数据，包括：
37.对各个所述浓度信息和所述温湿度信息进行归一化和去除异常值，得到第一处理信息集；
38.将所述第一处理信息集进行滤波处理，得到所述预处理后的浓度数据和温湿度数据。
39.优选地，所述根据所述预处理后的浓度数据和温湿度数据对所述家禽舍内的气体污染物进行分析，得到分析结果，包括：
40.获取预设的健康浓度阈值和健康温湿度阈值；
41.判断所浓度数据是否超过所述健康浓度阈值，还用于判断所述温湿度数据是否大于健康温湿度阈值，若至少一个判断结果为是，则产生污染信号，否则产生健康信号；
42.根据所述污染信号或所述健康信号确定所述分析结果，并进行可视化显示。
43.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
44.本发明提供了一种家禽舍气体污染物检测分析系统及方法，系统包括：气体检测模块，设置在家禽舍内，用于获取所述家禽舍内的气体污染物中各组分的浓度信息；所述气体污染物包括：氨气、硫化氢、二氧化碳、一氧化碳和甲烷；温湿度检测模块，设置在家禽舍内，用于获取所述家禽舍内的温湿度信息；信息处理模块，分别与所述气体检测模块和所述温湿度检测模块连接，用于对各组分的所述浓度信息和所述温湿度信息进行预处理，得到预处理后的浓度数据和温湿度数据；气体分析模块，与所述浓度处理模块连接，用于根据所述预处理后的浓度数据和温湿度数据对所述家禽舍内的气体污染物进行分析，得到分析结果。本发明能够根据多种气体污染物的浓度和温湿度进行综合性分析，实现了对家禽舍的环境因素的全程实时精准的监测和分析。
附图说明
45.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
46.图1为本发明提供的实施例中的系统模块连接图；
47.图2为本发明提供的实施例中的方法流程图。
具体实施方式
48.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
50.本技术的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤、过程、方法等没有限定于已列出的步骤，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤元。
51.本发明的目的是提供一种家禽舍气体污染物检测分析系统及方法，能够实现对家禽舍的环境因素的全程实时精准的监测和分析。
52.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
53.图1为本发明提供的实施例中的系统模块连接图，如图1所示，本发明提供了一种家禽舍气体污染物检测分析系统，包括：
54.气体检测模块，设置在家禽舍内，用于获取所述家禽舍内的气体污染物中各组分的浓度信息；所述气体污染物包括：氨气、硫化氢、二氧化碳、一氧化碳和甲烷；
55.温湿度检测模块，设置在家禽舍内，用于获取所述家禽舍内的温湿度信息；
56.信息处理模块，分别与所述气体检测模块和所述温湿度检测模块连接，用于对各组分的所述浓度信息和所述温湿度信息进行预处理，得到预处理后的浓度数据和温湿度数据；
57.气体分析模块，与所述浓度处理模块连接，用于根据所述预处理后的浓度数据和温湿度数据对所述家禽舍内的气体污染物进行分析，得到分析结果。
58.需要主要的是，在家禽舍内，由于禽类的呼吸、排泄，家禽舍内会产生一氧化碳、硫化氢、氨气和甲烷，空气中存在氧气和二氧化碳。在禽类的日常活动中，氧气需要维持在一定的浓度，以保证禽类的生存；由于一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氨气、甲烷会导致禽类死亡或造成爆炸等危险，一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氨气和甲烷的浓度需要控制在一定的范围以下，以保证禽类的生存。基于此，本实施例中气体检测模块还能够检测氧气的浓度信息。
59.此外，生产实践中，由于光照与温度、湿度及氨气浓度基本无关，出于控制禽类作息时间的需要，本实施例中还包括照度检测模块。
60.优选地，所述气体检测模块包括：
61.气体传感器阵列，包括一氧化碳感应区、二氧化碳感应区、硫化氢感应区、氨气感应区、甲烷感应区和氧气感应区；所述一氧化碳感应区用于对一氧化碳产生高响应；所述二氧化碳感应区用于对二氧化碳产生高响应；所述硫化氢感应区用于对硫化氢产生高响应；所述氨气感应区用于对氨气高响应；所述甲烷感应区用于对甲烷产生高响应；
62.分析子模块，与所述气体传感器阵列连接，用于根据所述一氧化碳感应区、所述二氧化碳感应区、所述硫化氢感应区、所述氨气感应区、所述甲烷感应区产生的响应，获取家禽舍内一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氨气和甲烷的浓度。
63.进一步地，气体传感器阵列用于对混合气体中各种气体进行检测。气体传感器阵列上设置有若干个气体感应区。每个气体感应区对混合气体中的每种气体产生响应，但仅对一种气体产生高响应，对其他气体产生低响应。因此，气体传感器阵列可以产生对混合气体中各种气体的响应。
64.更进一步地，所述气体传感器阵列还能够检测吲哚和带有粪臭味的气体的浓度。
65.此外，气体传感器阵列的各气体感应区可以按照最佳几何方式排列，实现高效精准采集原始信号。
66.优选地，所述温湿度检测模块包括：
67.温度检测子模块，用于检测所述家禽舍内的温度信息；所述温度检测子模块包括多个温度传感器；各个所述温度传感器均匀分布设置在所述家禽舍内；
68.湿度检测子模块，用于检测所述家禽舍内的湿度信息；所述湿度检测子模块包括多个湿度传感器；各个所述湿度传感器均匀分布设置在所述家禽舍内。
69.可选地，所述温度传感器和/或湿度传感器设置在所述家禽舍内的角落、地面、墙面和顶面等位置，以对整个家禽舍内进行精准测温。
70.优选地，所述信息处理模块包括：
71.归一化子模块，分别与所述气体检测模块和所述温湿度检测模块连接，用于对各个所述浓度信息和所述温湿度信息进行归一化和去除异常值，得到第一处理信息集；
72.滤波子模块，与所述归一化子模块连接，用于将所述第一处理信息集进行滤波处理，得到所述预处理后的浓度数据和温湿度数据。
73.作为一种可选的实施方式，本实施例中的信息处理模块还包括数据融合子模块，对于同一环境的因子(例如温度)，在畜禽舍内分布多个同类型传感器，在不同位置对舍内的环境数据进行实时监测，同一时间同类型传感器上传的信号为由较多信号组成的信号组，该信号组在数据融合子模块内首先根据最优加权数据融合算法进行处理，最终得出一个环境因子估算值，各类型传感信号都经过该步骤转换成对应的环境因子估算值，即最终的浓度数据和温湿度数据。
74.优选地，所述气体分析模块包括：
75.安全阈值获取子模块，用于获取预设的健康浓度阈值和健康温湿度阈值；
76.分析子模块，分别与所述信息处理模块和安全阈值获取子模块连接，用于判断所浓度数据是否超过所述健康浓度阈值，还用于判断所述温湿度数据是否大于健康温湿度阈值，若至少一个判断结果为是，则产生污染信号，否则产生健康信号；
77.结果显示子模块，与所述分析子模块连接，用于根据所述污染信号或所述健康信号确定分析结果，并进行可视化显示。
78.具体的，本实施例中的健康浓度阈值和健康温湿度阈值可以分为多个评级，所述分析子模块根据不同的评级阈值的判断结果，输出不同等级的污染信号和健康信号，以对结果进行更精细化的区分。
79.对应上述方法，本实施例还提供了一种家禽舍气体污染物检测分析方法，如图2所示，包括：
80.步骤100：获取家禽舍内的气体污染物中各组分的浓度信息；所述气体污染物包括：氨气、硫化氢、二氧化碳、一氧化碳和甲烷；
81.步骤200：获取所述家禽舍内的温湿度信息；
82.步骤300：对各组分的所述浓度信息和所述温湿度信息进行预处理，得到预处理后的浓度数据和温湿度数据；
83.步骤400：根据所述预处理后的浓度数据和温湿度数据对所述家禽舍内的气体污
染物进行分析，得到分析结果。
84.优选地，所述步骤100具体包括：
85.利用气体传感器阵列获取污染物气体的响应；所述气体传感器阵列包括一氧化碳感应区、二氧化碳感应区、硫化氢感应区、氨气感应区、甲烷感应区和氧气感应区；所述一氧化碳感应区用于对一氧化碳产生高响应；所述二氧化碳感应区用于对二氧化碳产生高响应；所述硫化氢感应区用于对硫化氢产生高响应；所述氨气感应区用于对氨气高响应；所述甲烷感应区用于对甲烷产生高响应；
86.根据所述一氧化碳感应区、所述二氧化碳感应区、所述硫化氢感应区、所述氨气感应区、所述甲烷感应区产生的响应，获取家禽舍内一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氨气和甲烷的浓度。
87.优选地，所述步骤200具体包括：
88.利用多个温度传感器检测所述家禽舍内的温度信息；各个所述温度传感器均匀分布设置在所述家禽舍内；
89.利用多个湿度传感器检测所述家禽舍内的湿度信息；各个所述湿度传感器均匀分布设置在所述家禽舍内。
90.优选地，所述步骤300具体包括：
91.对各个所述浓度信息和所述温湿度信息进行归一化和去除异常值，得到第一处理信息集；
92.将所述第一处理信息集进行滤波处理，得到所述预处理后的浓度数据和温湿度数据。
93.优选地，所述步骤400具体包括：
94.获取预设的健康浓度阈值和健康温湿度阈值；
95.判断所浓度数据是否超过所述健康浓度阈值，还用于判断所述温湿度数据是否大于健康温湿度阈值，若至少一个判断结果为是，则产生污染信号，否则产生健康信号；
96.根据所述污染信号或所述健康信号确定所述分析结果，并进行可视化显示。
97.本发明的有益效果如下：
98.(1)本发明能够根据多种气体污染物的浓度和温湿度进行综合性分析，实现了对家禽舍的环境因素的全程实时精准的监测和分析。
99.(2)本发明采用气体阵列传感器，能够实现高效精准采集原始信号。
100.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。
101.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。