基于计算机视觉的奶牛生理参数监测与疾病诊断研究进展及挑战

利用先进的信息技术推动智能养殖业发展已经成为奶牛养殖研究领域的重要目标和任务。计算机视觉技术具有非接触、免应激、低成本及高通量等优点,在畜牧生产中应用前景广阔。本文在阐述了计算机视觉技术在智能化养殖业发展中重要性的基础上,首先介绍了基于计算机视觉的奶牛生理参数监测进展,包括体尺、体温、体重的前沿监测设备、技术和模型参数。然后阐述了奶牛跛行及乳腺炎等疾病诊断的前沿技术发展过程和研究现状。目前,相关技术研究和应用推广存在检测准确性不高,受环境因素影响较大,非标准化养殖场结构制约检测系统普及,以及检测系统成本较高等问题和挑战。最后,本文结合中国养殖业发展现状,针对保证检测准确性、减少环境干扰等问题,就如何提高计算机视觉技术在智能化养殖业中的准确性和普适性提出了相关建议,旨在为中国奶牛养殖业的科学管理和现代化生产提供新方法和新思路。     

奶牛运动行为智能监测研究进展与技术趋势

奶牛运动行为蕴含着诸多健康信息。信息化、智能化技术的应用有助于养殖场及时掌握奶牛健康状况,提高养殖效率。本文主要针对奶牛运动行为智能监测技术的研究进展予以分析,首先对奶牛基本运动（躺卧、行走、站立）、发情、呼吸、反刍及跛行等行为的监测意义进行阐述,明确了奶牛行为监测的必要性;其次按照时间顺序分别从接触式监测方法和非接触式监测方法两方面综述了国内外相关研究现状,对相关研究的原理及成果进行详细介绍,并进行了分类总结;对奶牛行为监测产业发展现状进行了分析,介绍了国外主流牧场自动化设备供应商主营业务及代表产品;之后分别提出了当前接触式和非接触式奶牛运动行为监测方法的问题与挑战。最后,针对相关关键技术的发展趋势进行了展望。     

畜禽养殖个体信息监测技术研究进展

畜禽养殖个体信息主要包括发情信息、分娩信息、行为信息、体重信息和健康信息。自动化、集约化养殖是养殖业的发展趋势,准确高效地监测动物个体信息有利于分析动物的生理、健康和福利状况,是实现自动化健康养殖和肉品溯源的基础。目前生产中主要依靠人工观测的方式监测动物个体信息,耗时费力且主观性强。本文阐述了畜禽养殖中发情监测、分娩监测、行为监测、体重监测和健康监测等技术的应用研究现状,展望了畜禽养殖个体监测技术后续研究方向。     

奶牛饲喂技术与设备的现状分析

随着我国奶牛养殖业的高速发展,对奶牛饲喂机械化设备的需求较为迫切.为此,介绍了传统饲喂、TMR饲喂和饲喂机器人等3种饲喂技术,并对其配套设备的优缺点进行了分析,指出了以个体奶牛体况的精细化饲养来实现数字化养殖是将来的发展趋势.     

家畜智能养殖设备和饲喂技术应用研究现状与发展趋势

家畜智能养殖设备是智能农机装备的组成部分之一,是国际农业装备产业技术竞争的焦点。本文重点围绕家畜智能养殖设备与饲喂技术在实践中的应用,进行了系统的性能特点分析。目前家畜智能养殖设备的开发对象主要针对猪和奶牛,主要研发的系统包括妊娠母猪电子饲喂站、哺乳母猪精准饲喂系统、奶牛精准饲喂系统和挤奶机器人等。家畜智能养殖设备的工业化应用必须与养殖模式、畜舍结构布局结合起来,才能发挥设备的使用效率,同时从满足动物的福利出发,与动物生理、生长及行为结合起来,形成设备与动物的互作和相互适应。最后指出了智能设备的研究必须与畜牧业生产的理论、目标产品的功能驱动及养殖方式的创新协调一致,要不断地更新换代,才能助推畜牧业的转型升级。     

基于卷积神经网络的奶牛发情行为识别方法

对奶牛发情的及时监测在奶牛养殖中至关重要。针对现有人工监测奶牛发情行为费时费力、计步器接触式监测会产生奶牛应激行为等问题,根据奶牛发情的爬跨行为特征,提出一种基于卷积神经网络的奶牛发情行为识别方法。构建的卷积神经网络通过批量归一化方法提高网络训练速度,以Max-pooling为下采样,修正线性单元(Rectified linear units,Re LU)为激活函数,Softmax回归分类器为输出层,结合理论分析和试验验证,确定了32×32-20c-2s-50c-2s-200c-2的网络结构和参数。经过对奶牛活动区50头奶牛6个月的视频监控,筛选了具有发情行为爬跨特征的视频150段,随机选取网络训练数据23 000幅和测试数据7 000幅,对构建的网络进行了训练和测试。试验结果表明:本文方法对奶牛发情行为识别准确率为98. 25%,漏检率为5. 80%,误识别率为1. 75%,平均单幅图像识别时间为0. 257 s。该方法能够实现奶牛发情爬跨的无接触实时监测,对奶牛发情行为具有较高的识别率,可显著提高规模化奶牛养殖的管理效率。     

反刍家畜典型行为监测与生理状况识别方法研究综述

反刍家畜是人类获得肉、奶等食品的重要来源,随着人们对其产品产量与品质要求的提升,传统耗时耗力且高人工成本的人工监管模式已经难以满足规模化反刍家畜养殖的需要。反刍家畜行为中蕴含着许多身体状况信息,对反刍家畜行为的自动化监测有助于较早地识别其异常行为、评估其健康水平、预警其异常生理状态,辅助养殖人员及时调整养殖策略,实现低成本、高效率和高收益的生产过程。首先对反刍家畜基本运动(躺卧、行走、站立)、反刍、进食饮水、跛行等典型行为的监测方法进行总体阐述,然后详细分析了识别反刍家畜发情、分娩、疾病、疼痛状况的不同特征指标以及基于该特征指标的生理状况识别方法,最后探讨了反刍家畜行为监测方法目前存在的一些问题与难点,并指出未来的研究重点为：优化传感器功耗、融合多传感器数据、降低数据传输延时、减少大规模数据标注、轻量化深度学习模型以及深度解析和应用数据。     

水产养殖水质检测与控制技术研究进展分析

水质的实时监测和调控是水产养殖过程中的关键环节,是保证水产品品质的重要措施。本文在总结和整理现有国内外研究成果的基础上,结合国内水产养殖多为池塘、网箱等封闭水质环境的特点,对水产养殖水质监测与控制系统的典型架构、水质重要参数的检测技术、水质监测与控制系统的通信技术和智能控制技术进行了分析和讨论。提出了未来技术发展方向:实时在线的水质监测和传感技术将成为研究的重点方向;水质参数的预测仍将是水质监测技术的重点研究方向,其中非线性预测模型是水质预测模型构建的主流方法;结合数据融合技术的多参数传感器正成为研究热点;低功耗广域网将成为水产养殖水质监控系统主流的远程通信技术。     

基于融合图像与运动量的奶牛行为识别方法

为从海量监控视频中快速、准确识别影响奶牛繁殖与健康的行为,以小育成牛舍与泌乳牛舍中400头奶牛为研究对象,分析了奶牛在活动区与奶厅匝道的运动行为,提出了一种基于图像熵的奶牛目标对象识别方法,通过最小包围盒面积计算与目标对象轮廓图,实时捕获奶牛爬跨行为与蹄部、背部特征,融合被识别奶牛连续7 d的运动量,判断影响奶牛健康繁殖的异常行为。试验结果表明,利用本文方法对监控视频内奶牛目标对象、运动行为进行实时监测,有效监控识别奶牛发情、蹄病行为准确率超过80%,发情漏检率最低为3.28%,蹄病漏检率最低为5.32%,提高了规模化养殖管理效率。     

标准化奶牛养殖小区所需机械和设备

随着我国乳业的迅速发展,奶牛养殖逐渐机械化、自动化和现代化。标准化奶牛养殖小区应配置包括饲草饲料收割与加工、挤奶与鲜奶冷却、牛舍通风及防暑降温等多种机械和设备。     

变电站遥视系统的设计

变电站遥视系统可将变电站现场的监视图像远距离传输到主站,实行无人值守的远程监控。运用视频压缩、视频矩阵切换主机和画面分割器等一系列新技术,在传统监控组件的基础上对变电站遥视系统进行设计,运用Client/Server体系结构实现软件设计。实际应用证明该系统可靠性高、安全性强、稳定性好,运行成本低。     

秸秆打捆机软件可视化系统应用研究

以秸秆打捆机可视化监控系统为研究对象,搭建打捆机可视化监测硬件系统,利用MDK和Software模块进行可视化监测系统软件设计,并进行系统应用过程中的软件测试研究。测试数据曲线表明:秸秆打捆机可视化监测系统能够对打捆的实时参数进行监测及曲线显示,显示结果较好地反应了打捆过程中的单草捆质量及密度,且曲线数据可对秸秆草捆的打捆时间、打捆累计质量、累计体积及当前打捆平均密度进行实时反应。     

基于CAN总线的酒窖温湿度监控系统

温度和湿度是酒储藏极其重要的参数,精确、稳定的温度和湿度环境是储藏出高品质酒的必要条件.由于地理条件的限制,如何能对不同成熟温度的酒同时进行控制和管理一直是个难题.为此,介绍了一种基于CAN总线的酒窖温湿度监控系统,可对多个酒窖区域同时监控,系统具备查看、保存和打印温湿度监测记录功能,有利于酒类科研人员更好地研究和确定储藏各类酒的最佳温度与湿度;同时,还给出了保证系统安全性及可靠性的软硬件设计方法.     

万家寨水电站机组水力测量与振动监测系统

万家寨水电站水力测量与振动监测系统由传感器及监侧仪表构成。详细列举了所用传感器及监测仪表的技术指标。阐述了水轮机净水头、水轮机效率等水力测量原理及振动监测系统的功能和特点,该系统工作可靠、调试方便、使用灵活,能满足万家寨水电站自动化“无人值班,少人职守”的需要。     

基于3G网络的多旋翼无人机安防监控设计研究

文章针对目前城市安防监控体系建设的不完善,设计了一种无人机实时智能安防监控系统。系统利用无人机航行坐标自主巡航采集视频图像,通过3G网络将数据传输给地面控制终端计算机,终端计算机则通过对比识别完成智能监控。系统具有速率高、机动性能好和智能化程度高的特点,具有较高的应用价值。     

支持种肥监测的变量施肥系统设计与试验

目前国内变量施肥控制系统与排肥监测系统集成化程度低,电动机驱动变量施肥系统动态响应研究不够深入。为此设计了基于电动机驱动、支持多路播种施肥监测的变量施肥控制系统,主要包括触摸屏、中央控制器和数据采集器。控制器以MCU为核心,读取GPS测速模块获取的机具行进速度,监测排肥电动机实时转速,与数据采集器通讯获取多路排种或施肥状态,与触摸屏通讯设置作业参数和监测作业状态。搭建试验平台,测得排肥轴转速范围为12.5~125 r/min、监测灵敏度为3 s时,系统监测可靠性为100%。进行了系统排肥量变化响应时间试验,室内试验结果表明在0~11 500 g/min的排肥量变化范围内,系统响应时间最大为0.75 s。系统整机试验中,75~450 kg/hm~2的施肥量变化区间,公差以75 kg/hm~2递增,行进速度平均为3.79 km/h时,系统响应时间平均为1.08 s;在设定施肥量450、600、750 kg/hm~2下,改变不同行进速度的过程中,排肥量准确率平均值分别为95.92%、95.24%和98.26%,方差分别为3.01%、1.39%和1.36%。田间试验表明,施肥量分别为450、600、750 kg/hm~2时,系统排肥量准确率平均值为94.69%,方差为2.23%,多路排种、排肥监测故障报警准确率为100%。     

数字水质监控系统

将水质监测技术与现代信息技术相结合，构想了一种数字水质监控系统。介绍了该监控系统的组成、功能及对水质的监控过程，并对该水质监控系统中水质参数、监测频率、远程通讯的安全性等几个关键性的问题作了讨论。     

基于作物生长监测诊断仪的玉米LAI监测模型研究

为探索作物生长监测诊断仪（CGMD-402型）在作物长势监测应用中的精准性与适用性,连续2年在不同氮肥水平下进行不同玉米品种的实验。使用作物生长监测诊断仪采集冠层归一化差值植被指数（Normalized differential vegetation index,NDVI）、比值植被指数（Ratio vegetation index,RVI）,并同步以ASD FR-2500型野外高光谱辐射测量仪获取冠层光谱反射率,构建NDVI、RVI高光谱植被指数;通过对比两种仪器获取的植被指数特征及其定量关系,评价CGMD-402型作物生长监测诊断仪监测精度;基于CGMD-402型作物生长监测诊断仪获取的NDVI、RVI,建立叶面积指数（Leaf area index,LAI）监测模型,并对模型监测精度进行验证。结果表明：玉米冠层NDVI、RVI随施氮量增加而增加,增加幅度分别为8.20%~36.59%、4.40%~25.16%;CGMD-402型作物生长监测诊断仪与ASD FR-2500型野外高光谱辐射测量仪获取的NDVI、RVI相关系数分别为0.991、0.985,决定系数分别为0.983、0.969,说明CGMD-402型作物生长监测诊断仪具有较高的监测精度,可替代ASD FR-2500型野外高光谱辐射测量仪获取NDVI、RVI指数;利用CGMD-402型作物生长监测诊断仪获取NDVI、RVI,建立LAI监测模型的决定系数分别为0.911、0.898;以独立数据对模型精度进行验证,模型预测值与田间实测值间决定系数分别为0.963、0.954,相对误差分别为6.65%、9.37%,表明二者具有高度一致性。研究表明,利用作物生长监测诊断仪能有效监测玉米不同品种LAI动态变化,可以替代AccuPARLP-80型植物冠层分析仪获取玉米LAI数据。     

基于物联网技术的温室土壤环境监测系统的设计

针对传统的有线监测系统线缆密布、安装维护困难等问题,设计开发了一种基于物联网技术的温室土壤环境监测系统,该系统主要由无线传感器网络和监测系统两部分构成。主要介绍了基于cc2430的无线传感器节点的硬件设计,以及基于labview的上位机软件设计,并进行了系统测试。实验分析结果表明,该系统能实现对作物生长的土壤温、湿度进行自动实时监测,并结合作物生长的信息进行适量的灌溉,具有广阔的应用前景。     

8DYP-315型电动圆形喷灌机研究与田间监测

阐述了8DYP-315型电动圆形喷灌机的设计与研发,并通过安装在8DYP-315型电动圆形喷灌机上的远程数据监测系统、远程启停系统及调频控制系统,实现对圆形喷灌机运行状态及作物生长环境相关数据的实时监测与控制,保证喷灌机与实施地水源、土壤、气候、作物、地形及经济性等多方面因素的结合。同时,分析采集到的监测数据,掌握了地下水位变化、土壤不同土层含水率变化及喷灌机运转状况等影响作物生长的因素,改善了圆形喷灌机在信息化实时监控方面的不足,保障了圆形喷灌机示范工作的推进。