本發(fā)明屬于動物個體體征監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種通過反芻時間與活動量信息相結(jié)合來監(jiān)測奶牛發(fā)情情況的方法。

背景技術(shù)：

在奶牛生產(chǎn)中，奶牛的發(fā)情檢測具有重要地位，準(zhǔn)確的對發(fā)情情況進(jìn)行判斷，有利于奶牛的及時受孕、產(chǎn)犢、提高泌乳期并有效的提高生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)檢測奶牛方法大多采用專業(yè)人員通過觀察來判斷奶牛的發(fā)情情況，然而這種方法有以下三個缺點：1.科學(xué)性低，僅通過專業(yè)人員本身的經(jīng)驗來判斷主觀性較強(qiáng)，且當(dāng)奶牛出現(xiàn)專業(yè)人員所不熟知的情況就容易導(dǎo)致對奶牛的錯誤操作；2.實時性差，據(jù)統(tǒng)計，傍晚和夜間開始發(fā)情的比例明顯高于白天，夜間發(fā)情的奶牛人工診斷的難度很大，常常會發(fā)生漏報的情況；3.工作量大，需要不斷的觀察，才能實現(xiàn)對奶牛個體發(fā)情的監(jiān)測。同時，亦有通過監(jiān)測奶?；顒恿炕蛘吣膛７雌c時間來判斷奶牛的發(fā)情情況，但是影響奶牛的活動量或者反芻時間變化的因素不僅包括發(fā)情，還與很多其他因素有關(guān)，因此通過單個因素來判斷奶牛是否發(fā)情，檢測概率不夠高，同時通過反芻只能大概估計出發(fā)情處于某一天，而無法精確到小時。

發(fā)明專利“一種連續(xù)監(jiān)測反芻動物咀嚼活動的方法及裝置”(公開號：cn102577995a)，公開了一種連續(xù)監(jiān)測反芻動物咀嚼活動的方法，該方法采用自動記錄軟件和攝像頭進(jìn)行監(jiān)測，需要專業(yè)人員對其觀察記錄分析。這種方法效率低，同時需要多個攝像頭對所有的奶牛監(jiān)測，無法實現(xiàn)對個體奶牛的精確監(jiān)測。實用新型專利“一種基于奶?；顒恿孔兓陌l(fā)情監(jiān)測系統(tǒng)”(公開號：cn204579481u)，公開了一種基于奶?；顒恿孔兓陌l(fā)情監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了三種不同的數(shù)據(jù)采集和傳輸方式，并通過所采集數(shù)據(jù)判斷奶牛的發(fā)情情況。該方法僅提到發(fā)情奶牛與非發(fā)情奶?；顒恿康牟顒e，而非應(yīng)對于單個奶牛，由于奶牛個體的差異，易造成誤差；且僅通過活動量判別是否發(fā)情，不夠準(zhǔn)確。

本發(fā)明通過對奶牛咀嚼產(chǎn)生的聲音信號進(jìn)行處理，識別出反芻信號，統(tǒng)計一天內(nèi)奶牛的反芻時間，并通過對單個奶牛定義活動量閾值，能有效避免奶牛場統(tǒng)一活動量閾值造成的誤差。通過奶?；顒恿颗c反芻時間的結(jié)合，可以對奶牛進(jìn)行發(fā)情預(yù)警，也可以在預(yù)警后精確地找到奶牛發(fā)情的時間，以達(dá)到對奶牛發(fā)情監(jiān)測的目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了實現(xiàn)對奶牛發(fā)情時間的準(zhǔn)確判斷，并克服現(xiàn)有發(fā)情監(jiān)測方法的缺點，本發(fā)明提出了一種基于反芻時間與活動量的奶牛發(fā)情監(jiān)測方法。

其技術(shù)方案如下：

步驟1：通過在奶牛頸部佩戴的錄音設(shè)備，采集奶牛因咀嚼活動產(chǎn)生的聲音信號，同時通過在奶牛腿部捆綁的計步器對奶牛的活動量信息進(jìn)行采集。

步驟2：通過能量檢測法和過零率法對采集的聲音信號進(jìn)行檢測，可以檢測到的信號主要包括反芻信號、進(jìn)食信號、飲水信號和干擾信號等，通過對聲音信號進(jìn)行傅里葉變換，觀察信號的頻譜，由于三種信號具有不同的頻譜特征，因此可以從三種信號中識別出反芻信號，其中三種信號的頻譜特征分別為：反芻信號頻率大于1赫茲，頻率穩(wěn)定，飲水信號頻率小于1赫茲，頻率穩(wěn)定，進(jìn)食信號和干擾信號頻譜能量較分散，頻率不穩(wěn)定。

步驟3：獲取奶牛反芻時間和奶?；顒恿啃畔ⅲ鶕?jù)這兩個信息，判斷奶牛是否發(fā)情。首先統(tǒng)計二十四小時內(nèi)奶?？偟姆雌c時間和奶牛行走的步數(shù)，當(dāng)反芻時間小于設(shè)定的門限且行走步數(shù)大于設(shè)定的門限，并且該時間處于下一次奶牛應(yīng)該發(fā)情期內(nèi)的前后4-5天，對發(fā)情進(jìn)行預(yù)警，表示奶牛處于發(fā)情前期，其中二十四小時的時間統(tǒng)計方法為：0:00至24:00之間和當(dāng)日12:00至次日12:00之間，當(dāng)采用任何一種時間統(tǒng)計方法滿足上述要求時，進(jìn)行預(yù)警，預(yù)警后以小時為間隔統(tǒng)計奶牛行走的步數(shù)，當(dāng)步數(shù)超過設(shè)定門限時，判定此時奶牛發(fā)情。

本發(fā)明的有益效果是通過奶牛反芻時間與活動量的結(jié)合能夠更加精準(zhǔn)的對奶牛進(jìn)行預(yù)警和準(zhǔn)確發(fā)情時間的判斷。同時通過對聲音信號的分析和處理，可以更加簡單有效的區(qū)分反芻、采食、飲水三種行為。通過對單一奶牛設(shè)定閾值，可以避免統(tǒng)一閾值所產(chǎn)生的誤差，相比于傳統(tǒng)發(fā)情監(jiān)測方法，具有更高的效率。

附圖說明

圖1為奶牛發(fā)情監(jiān)測算法流程圖

圖2為奶牛咀嚼產(chǎn)生的聲音信號示意圖。

圖3為圖1中信號的短時能量和短時過零率。

圖4為奶牛反芻信號、飲水信號和進(jìn)食信號的示意圖。

圖5為反芻信號的幅度譜。

圖6為飲水信號的幅度譜。

圖7為進(jìn)食的信號的幅度譜。

圖8為反芻時間獲取圖。

圖9為奶牛反芻前后一天內(nèi)總的反芻時間。

圖10為處于發(fā)情期的奶牛活動量曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明提供的一種基于反芻時間與活動量的奶牛發(fā)情監(jiān)測方法，算法流程圖如圖1所示，具體發(fā)情監(jiān)測方法主要包括如下步驟：

(1)采集奶牛的聲音信號與活動量信息?？梢圆捎靡陨衧cr公司開發(fā)的hr-tag或者其他錄音設(shè)備來采集奶牛因咀嚼活動產(chǎn)生的聲音信號，hr-tag被專用的繩索鏈接后，固定在奶牛頸部的左側(cè)靠近左耳部位，通過內(nèi)部的麥克風(fēng)系統(tǒng)以2小時為時段，持續(xù)收聽和記錄聲音數(shù)據(jù)。計步器可以采用市面上銷售的計步器或者自己開發(fā)的計步器，主要用于監(jiān)測奶牛行走的步數(shù)，將計步器捆綁于奶牛后腿腳腕部，對奶牛的活動量信息進(jìn)行采集。

(2)對采集來的聲音信號分析處理。圖2是采集的一段奶牛咀嚼產(chǎn)生的聲音信號的示意圖，能夠看出圖2中有三個有用信號以及持續(xù)的干擾信號，三個有用信號依次是反芻信號、飲水信號、進(jìn)食信號。圖3是對采集的聲音信號求取短時能量與短時過零率，當(dāng)二者之一達(dá)到設(shè)定的門限，即可判斷為有用信號而非干擾信號，通過該方法可以將三個有用信號從聲音信號中提取出來。圖4為奶牛反芻信號、飲水信號和進(jìn)食信號的示意圖，對這三個信號進(jìn)行傅里葉變化，得到的頻譜分別如圖5～7所示。從圖中可以看到，飲水信號頻率小于1赫茲，頻率峰值穩(wěn)定在0.71hz；進(jìn)食信號頻率不穩(wěn)定，在0.11hz與1.07hz均有峰值；反芻信號頻率大于1赫茲，頻率峰值穩(wěn)定在1.19hz。因此通過三種信號不同的頻譜特征，就可以將反芻信號區(qū)分出來，并統(tǒng)計反芻持續(xù)時間。

(3)通過奶牛反芻時間和奶?；顒恿啃畔⑴袛嗄膛Ｊ欠癜l(fā)情。首先獲取奶牛的反芻時間與奶?；顒恿啃畔?，之后定義一個反芻時間判斷發(fā)情預(yù)警算法、一個活動量判斷奶牛發(fā)情算法，基于兩個算法定義四個判斷條件，最后通過這四個條件來判斷奶牛的發(fā)情情況并對奶牛的整個發(fā)情階段進(jìn)行監(jiān)測。

獲取奶牛的反芻時間：對步驟2中識別出的反芻信號求取短時能量如圖8，設(shè)置相應(yīng)門限，僅保留達(dá)到門限以上的能量的時間，反芻開始時間為圖中t1，反芻結(jié)束時間為圖中t2，故反芻時間可由兩者做差取得：t＝t2-t1。奶?；顒恿啃畔⒖梢灾苯油ㄟ^讀取計步器數(shù)值獲取。

反芻時間判斷發(fā)情預(yù)警算法：奶牛在未發(fā)情期一天內(nèi)的反芻時間一般在380～530分鐘左右(不同階段不同的奶牛具體反芻時間是不同的)，當(dāng)奶牛發(fā)情時一天內(nèi)的反芻時間則會下降10％～30％左右。由于奶牛發(fā)情期間反芻時間明顯減少，故可以通過反芻時間初步判斷奶牛發(fā)情期。設(shè)定一個時間閾值tmin，代表發(fā)情預(yù)警反芻時間，奶牛通過反芻時間與該閾值的比較即可對奶牛發(fā)情進(jìn)行預(yù)警，該算法可初步確定奶牛發(fā)情的日期，通過奶牛反芻時間進(jìn)行發(fā)情預(yù)警的示意圖如圖9所示。

活動量判斷奶牛發(fā)情算法：為每頭奶牛定義了五個閾值變量，aave為非發(fā)情期2小時活動量平均值；amin表示發(fā)情起始活動量，采用aave與k的乘積表示；amax表示發(fā)情盛期活動量，用aave與c的乘積表示；由大量實驗得到奶牛非發(fā)情的活動量最大值小于非發(fā)情期2小時活動量平均值的二倍，且奶牛發(fā)情盛期時的活動量為非發(fā)情期的3～5倍，所以k介于2～3之間，c介于3～5之間，t表示發(fā)情持續(xù)時間。由大量實驗監(jiān)測數(shù)據(jù)得到當(dāng)發(fā)情盛期結(jié)束時剛好歷經(jīng)整個發(fā)情期t的三分之二倍，即發(fā)情結(jié)束前三分之一時為最佳配種時間。通過一天的活動量數(shù)值與上述閾值比較，即可對奶牛發(fā)情進(jìn)行預(yù)警，并對奶牛發(fā)情時間準(zhǔn)確判斷。

通過以上反芻時間判斷發(fā)情預(yù)警算法和活動量判斷奶牛發(fā)情算法的結(jié)合，可以準(zhǔn)確得到奶牛的發(fā)情時間，具體判斷條件總結(jié)如下：

奶牛預(yù)警判斷條件：1.a＞amin且t＜tmin，警報響起，預(yù)警可能發(fā)情。

奶牛發(fā)情判斷條件：2.α＞αmax，確定已經(jīng)發(fā)情。

最佳配種時間判斷條件：3.當(dāng)a＜amax，并持續(xù)小于達(dá)一小時，此時為最佳配種時間。

結(jié)束發(fā)情時間判斷條件：4.a＜aave，此時發(fā)情已結(jié)束。

結(jié)合圖9和圖10進(jìn)一步解釋該算法，統(tǒng)計二十四小時內(nèi)奶?？偟姆雌c時間和奶牛行走的步數(shù)，當(dāng)反芻時間小于設(shè)定的門限如圖9中d1且行走步數(shù)大于設(shè)定的門限如圖10中a1、a2兩點，并且該時間處于下一次奶牛應(yīng)該發(fā)情期內(nèi)的前后4-5天，對發(fā)情進(jìn)行預(yù)警，表示奶牛處于發(fā)情前期，其中二十四小時的時間統(tǒng)計方法為：0:00至24:00之間和當(dāng)日12:00至次日12:00之間，當(dāng)采用任何一種時間統(tǒng)計方法滿足上述要求時，進(jìn)行預(yù)警。預(yù)警后以小時為間隔統(tǒng)計奶牛行走的步數(shù)，當(dāng)步數(shù)超過設(shè)定門限如圖10中a3點時，判定此時奶牛發(fā)情；當(dāng)活動量數(shù)值達(dá)到圖10中a4點時，則已達(dá)到最佳配種時間；當(dāng)活動量數(shù)值達(dá)到圖10中a5點時，結(jié)束發(fā)情。