本發(fā)明屬于畜禽健康養(yǎng)殖技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于奶牛鼻羈壓力變化的個體采食量估計方法。

背景技術(shù)：

采食量是影響奶牛生長發(fā)育以及泌乳的主要限制因素之一。奶牛采食量的多少直接影響著奶牛的健康，同時它也是評估奶牛生產(chǎn)力水平高低的重要指標(biāo)。如若不能準(zhǔn)確測量采食量，就很難滿足家畜對營養(yǎng)物質(zhì)與能力的攝入與供給，所以準(zhǔn)確測量采食量對于奶牛來說非常重要。奶牛采食量的測定方法可以分為三類，分別是直接測定法、間接測定法和經(jīng)驗法。直接測定法是基于牧草測定，在放牧小區(qū)分別在牧前和牧后取樣稱重，該方法主要針對奶牛群體的采食量估計，無法對單個奶牛采食量進(jìn)行估計，除非把奶牛在封閉小區(qū)內(nèi)單獨(dú)放牧。間接測定法主要通過記錄采食行為差異、記錄奶牛生產(chǎn)性能差異和糞便收集技術(shù)等進(jìn)行測量，這些測量方法存在工作量大、測量誤差大等缺點。經(jīng)驗法是基于以往的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來計算和估計家畜的采食量，該方法對人員專業(yè)性要求較高，且誤差較大，很難針對奶牛個體進(jìn)行采食量估計。

文獻(xiàn)[1]和[2]([1]田富洋，李法德，李晉陽，韓玉臻，魏新華.奶牛采食量檢測儀的設(shè)計與技術(shù)研究.儀器儀表學(xué)報.2007年,第28卷，第2期，293-296頁.[2]田富洋.奶牛采食量自動檢測儀的研制.山東：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文.2006年.)通過檢測奶牛顳窩部位的運(yùn)動規(guī)律來反映牛只采食量，具體通過測量奶牛吞咽次數(shù)和食團(tuán)質(zhì)量計算奶牛的采食量。該文獻(xiàn)中并沒有明確指出如何區(qū)分采食信號與其他信號如飲水信號、反芻信號等，同時采集奶牛顳窩處的信號所采用的設(shè)備會引起奶牛的不適，缺乏實際應(yīng)用價值。

本發(fā)明通過內(nèi)置在奶頭佩戴的籠頭鼻羈內(nèi)的壓力傳感器測量反芻動物鼻羈壓力變化，獲取采食信號，通過信號識別算法區(qū)分反芻動物采食、飲水和反芻信號，并對采食信號中的采食食團(tuán)進(jìn)行進(jìn)一步識別，根據(jù)食團(tuán)數(shù)來估算動物的采食量。該方法可以有效識別采食信號，同時可以對奶牛個體的采食量進(jìn)行快速準(zhǔn)確的估計，而且通過佩戴在籠頭內(nèi)的壓力傳感器測量采食信號，奶牛的舒適性比較好。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了達(dá)到準(zhǔn)確識別采食行為、估算奶牛采食量的目的，并克服現(xiàn)有的采食量檢測設(shè)備缺乏實際應(yīng)用價值的缺點，本發(fā)明提出一種基于奶牛鼻羈壓力變化的個體采食量估計方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

(1)對反芻動物鼻羈壓力進(jìn)行測量；

(2)對測量的信號進(jìn)行分類識別，首先區(qū)分噪聲信號和有用信號，有用信號主要包括采食信號、反芻信號和飲水信號，然后對采食信號進(jìn)行識別；

(3)對分類出的采食信號進(jìn)行進(jìn)一步處理，根據(jù)采食信號峰值間隔測量采食食團(tuán)數(shù)，進(jìn)而估算采食量。

步驟(1)在反芻動物佩戴的籠頭鼻羈中內(nèi)置一個壓力傳感器，該傳感器可以測量反芻動物咀嚼時因頜運(yùn)動而導(dǎo)致的壓力變化，壓力傳感器將該壓力轉(zhuǎn)換成信號波形，存儲在與之相連的sd卡內(nèi)，并通過無線傳輸?shù)姆绞缴蟼鞯椒?wù)器。

步驟(2)中有用信號壓力一般大于噪聲信號壓力，且有用信號持續(xù)一定的時間，因此當(dāng)壓力值超過設(shè)定的門限值并持續(xù)一段時間時，認(rèn)為是有用信號，否則是噪聲信號。每種信號都有自己獨(dú)特的峰值頻率、峰值間隔和持續(xù)時間，采食信號持續(xù)時間長，但是頻率不穩(wěn)定，反芻信號持續(xù)時間長，有穩(wěn)定的頻率，飲水信號有穩(wěn)定的頻率，但是持續(xù)時間短，根據(jù)信號頻率和持續(xù)時間就可以區(qū)分采食信號與反芻信號和飲水信號。

步驟(3)中每個采食食團(tuán)都有一定的采食時間和咀嚼時間，不同食團(tuán)之間有一定的時間間隔，根據(jù)咀嚼時間和時間間隔就可以估計出采食食團(tuán)數(shù)，然后采用試驗的方法測量估計每個食團(tuán)的飼料量，估計方法為：根據(jù)固定的飼料量觀察奶牛的采食食團(tuán)個數(shù)，經(jīng)過多次試驗，可以估計得到平均每個食團(tuán)的飼料兩，然后根據(jù)采食食團(tuán)和每個食團(tuán)的飼料量即可估計出動物個體的采食量：采食量＝采食食團(tuán)數(shù)*每食團(tuán)飼料量。

本發(fā)明的有益效果是通過內(nèi)置在籠頭鼻羈內(nèi)的壓力傳感器測量奶牛鼻羈壓力變化，可以有效減小環(huán)境噪聲干擾。同時通過對監(jiān)測信號的識別和分類，可以有效的區(qū)分采食信號、反芻信號與飲水信號等，實現(xiàn)對單個奶牛的采食量的高精度估計。相比于傳統(tǒng)采食量估計方法方法，該方法具有更高的效率和精度。

附圖說明

圖1是佩戴在反芻動物頭部的籠頭示意圖；其中，1為可調(diào)節(jié)籠頭，2為電池，3為嵌入了壓力傳感器的硅膠軟管，4為數(shù)據(jù)存儲倉。

圖2是奶牛采食信號時域波形。

圖3是奶牛反芻信號時域波形。

圖4是奶牛飲水信號時域波形。

圖5是咀嚼信號分類示意圖。

具體實施方式

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

本發(fā)明提供的一種基于奶牛鼻羈壓力變化的個體采食量估計方法，采食量估計方法主要包括如下步驟：

(1)對奶牛鼻羈壓力進(jìn)行測量。在奶牛頭部佩戴一個籠頭，籠頭鼻羈中內(nèi)置一個壓力傳感器，如圖1所示，其中圖中1所示為可調(diào)節(jié)籠頭，調(diào)節(jié)合適的長度使奶牛能夠保持舒適。圖中2為電池，為整個系統(tǒng)供電。圖中3為嵌入了壓力傳感器的硅膠軟管，主要用于測量奶牛咀嚼時因頜運(yùn)動而導(dǎo)致的壓力變化，壓力傳感器將該壓力轉(zhuǎn)換成信號波形。圖中4為數(shù)據(jù)存儲倉，可以為sd卡，用于存儲采集的信號波形。

(2)對測量的信號進(jìn)行分類識別，首先區(qū)分噪聲信號和有用信號，有用信號主要包括采食信號、反芻信號和飲水信號，然后區(qū)分采食信號與反芻信號和飲水信號。通過上述步驟1采集到壓力信號上傳到服務(wù)器后，首先對信號進(jìn)行濾波，濾除帶外噪聲，然后對信號進(jìn)行檢測和分類?？梢酝ㄟ^能量檢測法檢測到咀嚼信號，當(dāng)牛鼻羈壓力值超過門限值1200mbar時即可認(rèn)為是咀嚼活動。通過壓力傳感器采集到的采食信號、反芻信號和飲水信號分別如圖2-4所示。由于這三種信號分別具有獨(dú)特的峰值頻率、峰值間隔和持續(xù)時間，因此可以用于區(qū)分這些信號。咀嚼活動引起的不同類型信號區(qū)分方法如圖4所示，具體信號類型區(qū)分方法如下：

采食判斷依據(jù)：每分鐘頜運(yùn)動>30次，頻率不穩(wěn)定；

反芻判斷依據(jù)：每分鐘頜運(yùn)動>30次，至少持續(xù)3分鐘，有穩(wěn)定的頻率；

飲水判斷依據(jù)：有穩(wěn)定的頻率，至少持續(xù)30秒；

其他活動判斷依據(jù)：每分鐘頜運(yùn)動<30次、頻率不穩(wěn)定。

(3)對分類出的采食信號進(jìn)行進(jìn)一步識別處理，測量采食食團(tuán)數(shù)，根據(jù)食團(tuán)個數(shù)估算奶牛采食量。對分類得到的采食信號進(jìn)行再加工，根據(jù)接收到的壓力數(shù)據(jù)統(tǒng)計采食時的采食食團(tuán)數(shù)，采食時一秒鐘大約咀嚼兩次，每個食團(tuán)咀嚼大約3-4次。然后對每個食團(tuán)的飼料量進(jìn)行估計，根據(jù)固定的飼料量觀察奶牛的采食食團(tuán)個數(shù)，經(jīng)過多次試驗，可以估計得到平均每個食團(tuán)的飼料量，從而根據(jù)采食食團(tuán)個數(shù)和每個食團(tuán)飼料量即可計算出采食量：采食量＝采食食團(tuán)數(shù)*每食團(tuán)飼料量。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于奶牛鼻羈壓力變化的個體采食量監(jiān)測方法，屬于畜禽健康養(yǎng)殖技術(shù)領(lǐng)域。采食行為是影響奶牛產(chǎn)奶、反芻的重要活動，也是反應(yīng)奶牛健康狀況、衡量日糧品質(zhì)的重要指標(biāo)。本發(fā)明利用壓力傳感器對奶牛奶鼻羈處的壓力信號進(jìn)行采集，根據(jù)信號持續(xù)時間和是否有穩(wěn)定頻率，區(qū)分出采食信號、飲水信號和反芻信號，然后對采食信號進(jìn)行進(jìn)一步處理，根據(jù)采食信號中峰值間隔計算出采食食團(tuán)數(shù)，進(jìn)而預(yù)估采食量，從而實現(xiàn)對奶牛采食行為的識別和采食量的推算。本發(fā)明通過測量奶牛鼻羈處的壓力信號監(jiān)測采食，可以有效的降低環(huán)境噪聲干擾，實現(xiàn)對奶牛個體采食行為的精確識別和對個體采食量的估算。

技術(shù)研發(fā)人員：尹艷玲;張宇;沈維政;張愛靜;王艷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.18
技術(shù)公布日：2017.07.14