本發(fā)明涉及動物健康監(jiān)測領(lǐng)域，特別涉及動物心率監(jiān)測系統(tǒng)以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的心率狀態(tài)識別方法。

背景技術(shù)：

心率是動物重要的健康指標(biāo)，心率監(jiān)測是評價動物健康狀態(tài)的重要方式之一，心率監(jiān)測的及時性、準(zhǔn)確性、可靠性直接影響疾病的預(yù)防、診斷、治療以及術(shù)后恢復(fù)效果。

傳統(tǒng)動物心率檢測采取單個心率樣點(diǎn)，非常不便于跟蹤動物心率變化，而且目前對動物心率的測量主要靠手工來完成，主人需要每天手工測量動物心率，記錄心率，繪制心率曲線，這是一個很大的工作量。而且，某些動物，如放養(yǎng)的牛無法配合心率檢測，往往需要麻醉才能實(shí)現(xiàn)，對于這類動物，傳統(tǒng)的心率檢測方式無法實(shí)施高頻率的檢測。

此外，不同種類動物、同種類動物不同年齡段、同種類動物同年齡不同個體、同個體動物不同運(yùn)動狀態(tài)，往往具有不同的正常心率，如：貓在運(yùn)動、恐懼、興奮、過熱、妊娠等狀態(tài)下可使心率暫時增快；又如：成年犬的心率為68-80次/分，幼犬的正常心率為80-120次/分，因而，動物心率的監(jiān)測應(yīng)考慮動物的種類、年齡、個體、運(yùn)動狀態(tài)等差異，而傳統(tǒng)方式很難全面做到。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一個動物心率監(jiān)測系統(tǒng)以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的心率狀態(tài)識別方法，該動物心率監(jiān)測系統(tǒng)能夠自動地采集動物的心率信息，實(shí)現(xiàn)對動物心率的實(shí)時遠(yuǎn)程監(jiān)控，不需要主人人工檢測并記錄結(jié)果，節(jié)省人力，檢測結(jié)果更加準(zhǔn)確，用以解決傳統(tǒng)心率檢測方式工作量大的缺陷；而且，系統(tǒng)采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的心率狀態(tài)識別方法，能夠根據(jù)被監(jiān)測動物的運(yùn)動狀態(tài)信息和心率信息及其對應(yīng)的心率狀態(tài)信息進(jìn)行訓(xùn)練，并能基于訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型智能識別出動物的心率狀態(tài)，即動物的處于正常心率、過快心率或過慢心率?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的動物心率狀態(tài)識別方法能夠排除動物的種類、年齡、個體和運(yùn)動狀態(tài)等差異，真正為每個被監(jiān)測對象量身定做，達(dá)到精準(zhǔn)有效的心率檢測目的。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案是：一個動物心率監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括采集裝置和智能終端應(yīng)用。所述采集裝置穿戴在動物身體上，用于動物心率、加速度、接觸壓力等信息采集的；所述智能終端應(yīng)用接收采集裝置采集的信息，并基于這些信息對動物心率狀態(tài)(如正常心率、過快心率或過慢心率)進(jìn)行識別；所述采集裝置與所述智能終端應(yīng)用連接；

所述采集裝置包括心率采集器和綁縛帶，所述心率采集器兩側(cè)均固定連接長度可調(diào)的綁縛帶，所述的綁縛帶用于將采集裝置與動物固定，所述綁腹帶內(nèi)置電池組，所述的采集裝置中嵌裝有壓力傳感器、加速度傳感器、心率傳感器、控制模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊以及數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述的壓力傳感器和心率傳感器緊貼動物皮膚設(shè)置，所述采集裝置可以通過綁縛帶兩端的卡扣連接，或者直接綁在一起，實(shí)現(xiàn)穿戴在動物身上；

所述壓力傳感器、心率傳感器和加速度傳感器用于采集動物的接觸壓力、心率和加速度信息；

所述控制模塊與所述壓力傳感器、心率傳感器和加速度傳感器連接，用于配置壓力傳感器、心率傳感 器、加速度傳感器的工作參數(shù)和控制它們的工作狀況，并能接收接觸壓力、心率和加速度信息，及判斷接收信息是否有效；

所述數(shù)據(jù)緩存模塊與所述控制模塊連接，從所述控制模塊接收并緩存有效的接觸壓力、心率和加速度信息；

所述數(shù)據(jù)傳輸模塊與所述數(shù)據(jù)緩存模塊連接和所述智能終端應(yīng)用連接，從所述數(shù)據(jù)緩存模塊獲取數(shù)據(jù)信息，并發(fā)送給所述智能終端應(yīng)用；

所述智能終端應(yīng)用包括采集數(shù)據(jù)傳輸模塊、采集數(shù)據(jù)緩存模塊、心率狀態(tài)識別模塊、狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存模塊；

所述采集數(shù)據(jù)傳輸模塊用于接收所述采集裝置采集的動物數(shù)據(jù)，并處理后存入所述采集數(shù)據(jù)緩存模塊；

所述采集數(shù)據(jù)緩存模塊用于緩存接收到的動物數(shù)據(jù)，并在緩存數(shù)據(jù)滿足心率狀態(tài)識別要求時，傳輸給所述心率狀態(tài)識別模塊；

所述心率狀態(tài)識別模塊將采集到的動物數(shù)據(jù)識別為動物的心率狀態(tài)，并將動物心率狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸給所述狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存模塊；

所述動物心率監(jiān)測系統(tǒng)用于動物心率采集包括如下步驟：

(1)所述控制模塊設(shè)置的所述壓力傳感器、所述加速度傳感器和所述心率傳感器的采集頻率；

(2)所述壓力傳感器檢測與動物皮膚的接觸壓力，所述加速度傳感器檢測動物加速度信息，所述心率傳感器檢測動物心率信息；

(3)所述控制模塊接收步驟(2)中檢測到的接觸壓力信息、加速度信息以及動物心率信息，并根據(jù)接觸壓力信息來判斷采集裝置是否與動物皮膚接觸：如果沒有接觸，則拋棄所有同時刻采集的信息；如果有效接觸，則將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)緩存模塊中；

(4)安裝在主人智能設(shè)備上的所述智能終端應(yīng)用通過所述采集數(shù)據(jù)傳輸模塊接收所述采集裝置的所述數(shù)據(jù)緩存模塊中的接觸壓力信息、加速度信息和心率信息，并將信息適當(dāng)處理后傳輸給所述采集數(shù)據(jù)緩存模塊；

(5)所述智能終端應(yīng)用的所述狀態(tài)識別模塊基于動物的加速度信息和心率信息識別出動物的心率狀態(tài)信息。

可選的，所述智能終端應(yīng)用包括人機(jī)交互模塊。所述人機(jī)交互模塊用于接收用戶交互指令，根據(jù)指令從所述采集數(shù)據(jù)緩存模塊和狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存模塊中獲取所需的信息，并通過屏幕或語音等方式向用戶展示查詢結(jié)果。

可選的，所述智能終端應(yīng)用包括狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸模塊。所述狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸模塊將心率的狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)端的智能監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)對狀態(tài)數(shù)據(jù)提供進(jìn)一步的智能分析和服務(wù)。

所述的采集裝置穿戴于動物的頸部，或腿部，或胸部等，采集裝置的綁縛帶中設(shè)置有電池組，可以擴(kuò)大電池容量，實(shí)現(xiàn)更長時間的數(shù)據(jù)采集；

所述的壓力傳感器為半導(dǎo)體壓電阻型或靜電容量型。

所述的心率傳感器為光電式或電極式心率傳感器。

所述的加速度傳感器為壓電式，或壓阻式，或電容式等的加速度傳感器。

所述智能終端應(yīng)用可以基于android、ios、window10等主流移動平臺開發(fā)，也可以是定制的軟硬件平臺。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的心率狀態(tài)識別方法，能夠針對特定的被監(jiān)測動物個體進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，然后可以使用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行心率狀態(tài)識別，達(dá)到健康監(jiān)測的目標(biāo)。

所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的心率狀態(tài)識別方法的訓(xùn)練過程包括以下步驟：

(1)對于特定某個或某種動物，在不同的心率狀態(tài)(如正常心率、過快心率或過慢心率)下，針對不同運(yùn)動狀態(tài)(如睡眠、靜止、輕微運(yùn)動、普通運(yùn)動、劇烈運(yùn)動)采集加速度和心率；

(2)用一定長度的時間窗去采樣加速度及心率信息，計算時間窗內(nèi)加速度平均值和心率平均值，保存為訓(xùn)練樣例；

(3)建立心率狀態(tài)評估的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，使用訓(xùn)練樣例集，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練；

所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的心率狀態(tài)識別方法的識別過程包括以下步驟：

(1)對于特定的被檢測動物采集加速度和心率；

(2)用一定長度的時間窗去采樣加速度及心率信息，計算時間窗內(nèi)加速度平均值和心率平均值；

(3)將加速度平均值和心率平均值作為輸入，使用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型實(shí)施心率狀態(tài)識別。

本發(fā)明所達(dá)到的有益效果如下：

(1)本發(fā)明的心率監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對動物心率的自動檢測以及遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測，不需要人工記錄被檢測動物的心率狀況，節(jié)省大量的人力，減輕勞動力；

(2)本發(fā)明的心率監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置有加速度傳感器以及壓力傳感器，可以檢測采集裝置是否與動物有效接觸，以及動物在不同運(yùn)動狀態(tài)下的心率，檢測結(jié)果更準(zhǔn)確；

(3)本發(fā)明的心率監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置有智能終端應(yīng)用，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，可以基于動物的加速度信息、壓力信息和心率信息進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)并進(jìn)行智能識別。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的學(xué)習(xí)特性使得本系統(tǒng)可以適用于幾乎所有動物的心率識別，且能兼顧被測動物的個體心率特性，真正實(shí)現(xiàn)私人定制，識別結(jié)果也更加精準(zhǔn)；

(4)本發(fā)明還可以通過與遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)上的智能監(jiān)測系統(tǒng)連接，將心率狀態(tài)信息上傳到遠(yuǎn)程系統(tǒng)中，相還人員可以通過網(wǎng)絡(luò)隨時了解被監(jiān)測動物的歷史心率狀況，并能通過專家系統(tǒng)來分析被監(jiān)測對象不同的心率變化，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的健康監(jiān)測；

(5)本發(fā)明的采集裝置采用電池組來提供能源，能夠?qū)崿F(xiàn)更長時間的供電需求，減少設(shè)備充電的次數(shù)，提高設(shè)備使用的效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的采集裝置結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明的動物心率監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖；

圖3是本發(fā)明的動物心率采集流程圖；

圖4是本發(fā)明的心率狀態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別模型的訓(xùn)練過程；

圖5是本發(fā)明的心率狀態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別模型的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖6是本發(fā)明的心率狀態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別模型的識別過程。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實(shí)施例一

本實(shí)施例中的動物心率監(jiān)測系統(tǒng)包括穿戴在動物身上、用于動物心率采集的采集裝置和用于動物心率監(jiān)測的智能終端應(yīng)用。

如圖1所示，所述采集裝置包括心率采集器和綁縛帶，所述心率采集器兩側(cè)均固定連接長度可調(diào)的綁縛帶，所述的綁縛帶用于將采集裝置與動物固定，所述綁腹帶內(nèi)置電池組，所述的采集裝置中嵌裝有壓力傳感器、加速度傳感器、心率傳感器，所述的壓力傳感器和心率傳感器緊貼動物皮膚設(shè)置。所述采集裝置可以通過綁縛帶兩端的卡扣連接，或者直接綁在一起，實(shí)現(xiàn)穿戴在動物身上。

如圖2所示，所述采集裝置1包括壓力傳感器11、心率傳感器12、加速度傳感器13、控制模塊14、數(shù)據(jù)緩存模塊15以及數(shù)據(jù)傳輸模塊16。所述壓力傳感器11、心率傳感器12和加速度傳感器13與所述控制模塊14連接，所述控制模塊14與所述數(shù)據(jù)緩存模塊15連接，所述數(shù)據(jù)緩存模塊15與數(shù)據(jù)傳輸模塊16連接。

如圖2所示，所述智能終端應(yīng)用2包括采集數(shù)據(jù)傳輸模塊21、采集數(shù)據(jù)緩存模塊22、心率狀態(tài)識別模塊23、狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存模塊24。所述采集數(shù)據(jù)傳輸模塊21與所述采集數(shù)據(jù)緩存模塊22連接，所述采集數(shù)據(jù)緩存模塊22與所述心率狀態(tài)識別模塊23連接，所述心率狀態(tài)識別模塊23與所述狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存模塊24連接。

如圖3所示，所述動物心率監(jiān)測系統(tǒng)的心率采集流程包括如下步驟：

(1)步驟101，用戶通過所述采集裝置的所述控制模塊設(shè)置壓力傳感器、加速度傳感器、心率傳感器的信息采集頻率，對于健康狀況良好的動物，可以設(shè)置較低的采集頻率，對于健康狀況較差的動物，則應(yīng)設(shè)置較高的采集頻率；

(2)步驟102，所述采集裝置通過壓力傳感器檢測與動物接觸的壓力信息，加速度傳感器同時檢測動物的加速度信息，心率傳感器同時檢測動物的心率信息；

(3)步驟103，所述控制模塊檢測采集的接觸壓力信息，如果接觸壓力值大于閾值，則判定為采集裝置與動物發(fā)生了有效接觸，所有信息有效，轉(zhuǎn)到步驟104；如果接觸壓力值小于閾值，則判定為采集裝置與動物沒有發(fā)生有效接觸，所有信息無效，轉(zhuǎn)到步驟107，即拋棄無效的采集信息，且結(jié)束采集流程；

(4)步驟104，所述采集裝置的所述數(shù)據(jù)緩存模塊將檢測到的接觸壓力信息、加速度信息以及心率信息存儲起來；

(5)步驟105，所述智能終端應(yīng)用從所述采集裝置接收接觸壓力信息、加速度信息以及動物心率信息；對于實(shí)時性要求高且通信網(wǎng)絡(luò)順暢，智能終端應(yīng)用可以按采集頻率獲取數(shù)據(jù)；對于實(shí)時性要求不高或者通信網(wǎng)絡(luò)較差甚至斷開，智能終端應(yīng)用可以降低數(shù)據(jù)獲取頻率或等到通信網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)順暢后再傳輸；

(6)步驟106，基于訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，所述智能終端應(yīng)用的所述心率狀態(tài)識別模塊將動物的加速度和心率信息識別為動物的心率狀態(tài)信息。

實(shí)施例二

本實(shí)施例二在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，智能終端應(yīng)用還設(shè)置有人機(jī)交互模塊26。所述人機(jī)交互模塊26與采集數(shù)據(jù)緩存模塊22和狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存模塊24連接。

所述人機(jī)交互模塊26用于接收用戶通過觸屏、鍵盤和語音等交互方式提供的指令，并從采集數(shù)據(jù)緩存模塊22和狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存模塊24中按指令取出數(shù)據(jù)，然后用屏幕或語音等方式將取出的數(shù)據(jù)展示給用戶。

實(shí)施例三

本實(shí)施例三在實(shí)施例一或?qū)嵤├幕A(chǔ)上，智能終端應(yīng)用還設(shè)置有狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸模塊25。所述狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸模塊25與本地的狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存模塊24和遠(yuǎn)程的智能監(jiān)測系統(tǒng)3連接。

所述狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸模塊25將所述的智能終端應(yīng)用2通過internet、td-scdma或wcdma等遠(yuǎn)程通信網(wǎng)與智能監(jiān)測系統(tǒng)3相連，用于將動物心率狀態(tài)信息上傳到智能監(jiān)測系統(tǒng)3，作為歷史數(shù)據(jù)以備查詢或進(jìn)行更深入的智能分析。

實(shí)施例四

所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的心率狀態(tài)識別方法包括一個訓(xùn)練過程和一個識別過程。

如圖4所示，所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的心率狀態(tài)識別方法的訓(xùn)練過程包括以下步驟：

(1)對于特定某個或某種動物，在各種心率狀態(tài)下，針對不同運(yùn)動狀態(tài)(如睡眠、靜正、輕微運(yùn)動、普通運(yùn)動、劇烈運(yùn)動)采集加速度a和心率h；

(2)用一定長度的時間窗去采樣加速度a及心率h信息，計算時間窗內(nèi)加速度平均值和心率平均值保存為訓(xùn)練樣例，如；

(3)創(chuàng)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，如bp網(wǎng)絡(luò)、或rbp網(wǎng)絡(luò)，讀取訓(xùn)練樣例集，訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值，直到網(wǎng)絡(luò)收斂；

如圖5給出了bp網(wǎng)絡(luò)的示例，網(wǎng)絡(luò)的輸入為歸一化后的加速度平均值和心率平均值隱含層有兩個單元，輸出層有三個單元，輸出層三個單元與心率狀態(tài)的對應(yīng)關(guān)系如下：

(0.9，0.1，0.1)→正常心率

(0.1，0.9，0.1)→過快心率

(0.1，0.1，0.9)→過慢心率

如圖6所示，所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的心率狀態(tài)識別方法的識別過程包括以下步驟：

(1)對于特定的被檢測動物采集加速度a和心率h；

(2)用一定長度的時間窗去采樣加速度a及心率h信息，計算時間窗內(nèi)加速度平均值和心率平均值h；

(3)將加速度平均值和心率平均值h歸一化后作為訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，計算網(wǎng)絡(luò)的輸出，并將輸出對應(yīng)成心率狀態(tài)。

可以理解的是，以上實(shí)施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。