一种基于大数据的现代化生猪养殖基地实时监测管理系统
技术领域
本发明涉及生猪养殖监测技术领域，涉及到一种基于大数据的现代化生猪养殖基地实时监测管理系统。
背景技术
生猪养殖业在我国的发展有着悠久的历史，四川、山东、河南、湖南等都是养猪大省，在这些地区既有数以千、万计的养猪散户，又有规模化程度比较高的大型养猪场。随着农村劳动力向城市转移，生猪养殖业出现集约化经营的趋势，现代养殖业正在快速发展，但各方面技术仍然比较欠缺，养殖技术和管理理念与国外有一定的差距。
传统的生猪养殖业存在很多问题，从育种到饲养水平，从养殖规模到卫生防疫，从畜禽生产到销售，从品种质量到肉质都缺乏精细化的管理，技术也比较薄弱；加上养殖仍以人力为主，人力成本高，生产效率低，智能化水平低，这都使的生猪养殖环境恶劣，同时人工养殖生猪，不能时时刻刻关注猪的生长行为，对猪养殖过程中发生的一些猪群聚集撕咬行为，无法及时知晓并进行相应的处理措施，因此本发明提出一种基于大数据的现代化生猪养殖基地实时监测管理系统，能够检测养殖区域环境，并根据检测的环境参数对养殖区域进行通风处理，同时能够实时监控养殖基地的猪群聚集行为，对出现的撕咬行为及时做出相应处理措施，实现生猪的科学养殖。
发明内容
本发明的目的在于提供的种基于大数据的现代化生猪养殖基地实时监测管理系统，解决了背景技术提到的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于大数据的现代化生猪养殖基地实时监测管理系统，包括监控图像采集模块、图像预处理模块、区域图像划分模块、聚集密度分析模块、区域环境参数采集模块、人工输入模块、环境参数分析模块、区域行为监测模块、参数数据库、监控分析平台、通风执行终端和警报驱散终端，其中图像预处理模块与监控图像采集模块连接，区域图像划分模块分别与图像预处理模块、聚集密度分析模块、区域环境参数采集模块和区域行为监测模块连接，环境参数分析模块分别与区域环境参数采集模块、人工输入模块和参数数据库连接，通风执行终端与环境参数分析模块连接，监控分析平台分别与区域行为监测模块和聚集密度分析模块连接，警报驱散终端与监控分析平台连接；
监控图像采集模块，包括摄像头，用于对生猪养殖基地的猪活动区域进行图像采集，对采集的图像进行提高其分辨率，获取高清图像，并发送至图像预处理模块；
图像预处理模块，接收监控图像采集模块发送的高清图像，进行信噪比解析，并将解析的图像信噪比与预设的图像信噪比阈值进行对比，若接收的高清图像图像信噪比小于预设的图像信噪比阈值，则去除小于预设的图像信噪比阈值的高清图像，并发送控制指令至监控图像采集模块，控制监控图像采集模块继续对猪活动区域进行图像拍摄，保留图像信噪比大于预设的图像信噪比阈值的图像，并将大于预设的图像信噪比阈值的高清图像发送至区域图像划分模块；
区域图像划分模块接收图像处理模块发送的大于预设的图像信噪比阈值的高清图像，并将接收的高清图像按照生猪聚集情况，将生猪活动区域划分为若干聚集子区域图像，若干聚集子区域按照预设的顺序进行编号，依次标记为1,2...i....n，并获取各聚集子区域的面积，构成聚集子区域面积集合S(s1,s2,...,si,...,sn)，si表示为第i个聚集子区域的面积，区域图像划分模块将聚集子区域面积集合发送至聚集密度分析模块；
聚集密度分析模块接收图像处理模块发送的聚集子区域面积集合，对各聚集子区域中的猪数量进行统计，获取聚集子区域猪数量集合W(w1,w2,...,wi,...,wn)，wi表示为第i个聚集子区域的猪数量，根据接收的聚集子区域面积集合及密度计算公式，计算各聚集子区域的聚集密度，记为ρi,
区域环境参数采集模块，包括若干温度采集单元、湿度采集单元和光照强度采集单元，用于对各聚集子区域的地表温度、地表湿度、光照强度、空气温度和空气湿度进行采集，并将采集的各聚集子区域的环境参数发送至环境参数分析模块；
人工输入模块用于人工输入生猪当前的饲养阶段，发送至环境参数分析模块；
环境参数分析模块用于接收区域环境参数采集模块发送的各聚集子区域的环境参数，并接收人工输入模块发送的猪当前的饲养阶段，提取参数存储数据库中生猪当前饲养阶段对应的标准环境参数，将接收的各聚集子区域的环境参数与生猪当前饲养阶段对应的标准环境参数中的标准地表温度值、标准地表湿度值、标准光照强度、标准空气温度和标准空气湿度值进行对比，得到各聚集子区域一次环境参数对比差值，在固定时间间隔后重新采集各聚集子区域的环境参数，并将再次采集的环境参数与生猪当前饲养阶段对应的标准环境参数进行对比，得到各聚集子区域二次环境参数对比差值，根据各聚集子区域一次环境参数对比差值和二次环境参数对比差值，统计各聚集子区域环境质量系数，同时提取参数数据库中各级别通风对应的环境质量系数范围，若统计的环境质量系数处于某一级通风对应的环境质量系数范围内，则发送该级别通风控制指令至通风执行终端，若统计的环境质量系数小于某一级通风对应的环境质量系数范围的下限值，则发送比该级别低一级的通风控制指令至通风执行终端，若统计的环境质量系数大于某一级通风对应的环境质量系数范围的上限值，则发送比该级别高一级的通风控制指令至通风执行终端；
通风执行终端用于接收环境参数分析模块发送的各聚集子区域的通风控制指令，对各聚集子区域进行不同级别的通风；
参数数据库用于存储生猪各饲养阶段对应的标准环境参数，存储猪各种行为对应的行为特征，存储各级别通风对应的环境质量系数范围，存储生猪各饲养阶段对应的标准聚集密度，存储地表温度、地表湿度、光照强度、空气温度和空气湿度的影响系数；
区域行为监测模块，用于接收区域图像划分模块发送的各聚集子区域图像，并将接收的各聚集子区域的图像中的猪群进行聚焦放大，提取各聚集子区域猪群中各只猪的形态子图像，并对提取的各只猪的形态子图像进行灰度归一化处理，将归一化护理后的各只猪的形态子图像进行嘴巴、牙齿和鼻子的位置变化进行定位和测量及与其他猪的触碰方式进行记录，并将记录的各只猪的嘴巴、牙齿和鼻子的位置变化及与其他猪的触碰方式与参数数据库中存储的猪各种聚集行为对应的行为特征进行逐一对比，以确定各聚集区域图像中猪群中是否存在撕咬行为，同时统计撕咬聚集子区域编号，并发送至监控分析平台；
监控分析平台接收区域行为监测模块发送的撕咬聚集子区域编号，同时接收聚集密度分析模块发送的聚集子区域聚集密度集合，提取撕咬聚集子区域编号对应的聚集密度，对其撕咬行为原因进行分析预测，并发送警报驱散控制指令至警报驱散终端，同时接收警报驱散终端反馈的未成功驱散的撕咬聚集子区域编号，发送至远程控制中心；
警报驱散终端，包括警报器，用于接收监控分析平台发送的警报驱散控制指令，警报器发出噪声警报声驱散猪群。
根据本发明的一种能够实现的方式，摄像头为广角摄像头，用于对生猪养殖基地的猪活动区域进行全方位监控。
根据本发明的一种能够实现的方式，各聚集子区域的划分方法为通过在某一猪群聚集处以该猪群聚集点为中心描绘方形或圆形图形，确保将该猪群聚集处所有猪都包括在内，该方形或圆形图形所属区域为其聚集子区域，各聚集子区域的面积为其方形或圆形图形的面积。
根据本发明的一种能够实现的方式，温度采集单元包括第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器用于检测各聚集子区域的地表温度，第二温度传感器用于检测各聚集子区域的空气温度，所述湿度采集单元包括第一湿度传感器和第二湿度传感器，第一湿度传感器用于检测各聚集子区域的地表湿度，第二湿度传感器用于各聚集子区域的空气湿度，所述光照强度采集单元为光照传感器，光照传感器用于检测各聚集子区域的光照强度。
根据本发明的一种能够实现的方式，各聚集子区域环境质量系数的计算公式为
根据本发明的一种能够实现的方式，撕咬行为原因分析预测方法为将提取的撕咬聚集子区域编号对应的聚集密度，分别与生猪该饲养阶段对应的标准聚集密度进行对比，若大于标准聚集密度，则该撕咬聚集子区域出现撕咬行为的原因预测为聚集密度过大，猪群因争槽位和睡觉的位置而导致争斗咬架，而其他撕咬子区域出现撕咬行为的原因预测为因猪体内缺乏某些营养成份，如食盐、矿物质钙磷或微量元素导致的。
根据本发明的一种能够实现的方式，警报驱散方法具体为警报器发出噪声警报信号，同时查看该撕咬聚集子区域中互相撕咬的猪是否被驱散，若存在全部或部分撕咬聚集子区域未被驱散，则记录未被驱散的撕咬聚集子区域编号，反馈给监控分析平台，由监控分析平台发送至远程控制中心，同时发送警示信号至远程控制中心，由远程调控中心调派相关管理人员进行驱散制止。
根据本发明的一种能够实现的方式，还包括远程控制中心，与监控分析平台连接，用于接收监控分析平台发送的未成功驱散的撕咬聚集子区域编号，进行人工制止驱散，同时对于因体内缺乏某些营养成份的撕咬行为的撕咬聚集子区域，安排相关工作人员对该撕咬聚集子区域中的猪群进行健康检查。
有益效果：
(1)本发明通过监控图像采集模块和区域图像划分模块对生猪养殖基地的猪活动区域进行图像采集和猪群聚集子区域划分，并对各聚集子区域进行环境参数采集、聚集密度统计和猪群行为监控，同时对采集的环境参数进行分析统计环境质量系数，根据环境质量系数进行不同级别的通风处理，并通过各聚集子区域被猪的行为监控分析是否存在撕咬行为，对存在猪群撕咬的聚集子区域进行警报驱散，实现了生猪养殖环境的在线检测和猪群聚集行为的实时监控，方便养殖户及时改善养殖环境，使生猪养殖环境达到最佳状态，提高了养殖效率，能够对猪群中出现的撕咬现象有效快速地识别，方便相关管理人员及时进行处理，降低了猪群相互撕咬导致生猪受伤情况的产生，体现了生猪的科学、健康养殖。
(2)本发明通过提取撕咬聚集子区域编号对应的聚集密度，与生猪该饲养阶段对应的标准聚集密度进行对比，根据查看撕咬聚集子区域编号对应的聚集密度是否大于标准聚集密度，以此来对各撕咬聚集子区域内生猪相互撕咬行为原因进行分析预测，实现了对系统的优化，便于养殖管理人员根据预测的各撕咬聚集子区域的发生撕咬行为的原因进行相应的处理措施，提高了生猪养殖的合理化和智能化。
(3)本发明通过设置远程控制中心，对警报驱散终端未成功驱散的撕咬聚集子区域，进行人工制止驱散，避免了撕咬猪群因迟迟未能驱散带来的猪群伤亡现象的发生，同时能够对因生猪体内缺乏某种营养成分而导致撕咬行为的猪及时进行健康检查，避免未及时医治导致病情加重，降低养殖损失。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的模块示意图；
具体实施方式
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，一种基于大数据的现代化生猪养殖基地实时监测管理系统，包括监控图像采集模块、图像预处理模块、区域图像划分模块、聚集密度分析模块、区域环境参数采集模块、人工输入模块、环境参数分析模块、区域行为监测模块、参数数据库、监控分析平台、通风执行终端和警报驱散终端。
图像预处理模块与监控图像采集模块连接，区域图像划分模块分别与图像预处理模块、聚集密度分析模块、区域环境参数采集模块和区域行为监测模块连接，环境参数分析模块分别与区域环境参数采集模块、人工输入模块和参数数据库连接，通风执行终端与环境参数分析模块连接，监控分析平台分别与区域行为监测模块和聚集密度分析模块连接，警报驱散终端与监控分析平台连接。
监控图像采集模块，包括广角摄像头，能够对生猪养殖基地的猪活动区域进行全方位监控，监控图像采集模块用于对生猪养殖基地的猪活动区域进行图像采集，对采集的图像进行提高其分辨率，获取高清图像，并发送至图像预处理模块。
图像预处理模块，接收监控图像采集模块发送的高清图像，进行信噪比解析，并将解析的图像信噪比与预设的图像信噪比阈值进行对比，若接收的高清图像图像信噪比小于预设的图像信噪比阈值，则去除小于预设的图像信噪比阈值的高清图像，并发送控制指令至监控图像采集模块，控制监控图像采集模块继续对猪活动区域进行图像拍摄，保留图像信噪比大于预设的图像信噪比阈值的图像，并将大于预设的图像信噪比阈值的高清图像发送至区域图像划分模块。
区域图像划分模块接收图像处理模块发送的大于预设的图像信噪比阈值的高清图像，并将接收的高清图像按照生猪聚集情况，将生猪活动区域划分为若干聚集子区域图像，各聚集子区域的划分方法为通过在某一猪群聚集处以该猪群聚集点为中心描绘方形或圆形图形，确保将该猪群聚集处所有猪都包括在内，该方形或圆形图案所属的区域为其聚集子区域，若干聚集子区域按照预设的顺序进行编号，依次标记为1,2...i....n，并获取各聚集子区域的面积，各聚集子区域的面积为其方形或圆形图形的面积，获取的各聚集子区域的面积构成聚集子区域面积集合S(s1,s2,...,si,...,sn)，si表示为第i个聚集子区域的面积，区域图像划分模块将聚集子区域面积集合发送至聚集密度分析模块；
所述聚集密度分析模块接收图像处理模块发送的聚集子区域面积集合，对各聚集子区域中的猪数量进行统计，获取聚集子区域猪数量集合W(w1,w2,...,wi,...,wn)，wi表示为第i个聚集子区域的猪数量，根据接收的聚集子区域面积集合及密度计算公式，计算各聚集子区域的聚集密度，记为ρi,
区域环境参数采集模块，包括若干温度采集单元、湿度采集单元和光照强度采集单元，用于对各聚集子区域的地表温度、地表湿度、光照强度、空气温度和空气湿度进行采集，所述温度采集单元包括第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器用于检测各聚集子区域的地表温度，第二温度传感器用于检测各聚集子区域的空气温度，所述湿度采集单元包括第一湿度传感器和第二湿度传感器，第一湿度传感器用于检测各聚集子区域的地表湿度，第二湿度传感器用于各聚集子区域的空气湿度，所述光照强度采集单元为光照传感器，光照传感器用于检测各聚集子区域的光照强度，区域环境参数采集模块将采集的各聚集子区域的环境参数发送至环境参数分析模块。
人工输入模块用于人工输入生猪当前的饲养阶段，发送至环境参数分析模块。
参数数据库用于存储生猪各饲养阶段对应的标准环境参数中的标准地表温度值、标准地表湿度值、标准光照强度、标准空气温度和标准空气湿度值，存储猪各种聚集行为对应的行为特征，存储各级别通风对应的环境质量系数范围，存储生猪各饲养阶段对应的标准聚集密度，存储地表温度、地表湿度、光照强度、空气温度和空气湿度的影响系数。
环境参数分析模块用于接收区域环境参数采集模块发送的各聚集子区域的环境参数，并接收人工输入模块发送的猪当前的饲养阶段，提取参数存储数据库中生猪当前饲养阶段对应的标准环境参数，将接收的各聚集子区域的环境参数与生猪当前饲养阶段对应的标准环境参数中的标准地表温度值、标准地表湿度值、标准光照强度、标准空气温度和标准空气湿度值进行对比，得到各聚集子区域一次环境参数对比差值，在固定时间间隔后重新采集各聚集子区域的环境参数，并将再次采集的环境参数与生猪当前饲养阶段对应的标准环境参数进行对比，得到各聚集子区域二次环境参数对比差值，根据各聚集子区域一次环境参数对比差值和二次环境参数对比差值，统计各聚集子区域环境质量系数
通风执行终端用于接收环境参数分析模块发送的各聚集子区域的通风控制指令，对各聚集子区域进行不同级别的通风，及时改善生猪养殖环境，使生猪养殖环境达到最佳状态，实现安全生产、科学管理的目标。
区域行为监测模块，用于接收区域图像划分模块发送的各聚集子区域图像，并将接收的各聚集子区域的图像中的猪群进行聚焦放大，猪是群居动物，在聚集群居过程中存在各种各样的行为习性，包括体温调节行为、自洁行为、修饰行为、撕咬行为等，各种行为都有相对应的行为特征，行为特征的识别离不开猪的形态变化，提取各聚集子区域猪群中各只猪的形态子图像，并对提取的各只猪的形态子图像进行灰度归一化处理，将归一化护理后的各只猪的形态子图像进行嘴巴、牙齿和鼻子的位置变化进行定位和测量及与其他猪的触碰方式进行记录，判断嘴巴、牙齿和鼻子的位置变化，作为行为识别的特征，并将记录的各只猪的形态子图像中嘴巴、牙齿和鼻子的形状特征变化及与其他猪的触碰方式与参数数据库中存储的猪各种聚集行为对应的行为特征进行逐一对比，以确定各聚集区域图像中猪群中是否存在撕咬行为，对存在撕咬行为的聚集子区域进行统计，并将撕咬聚集子区域编号发送至监控分析平台。
监控分析平台接收区域行为监测模块发送的撕咬聚集子区域编号，同时接收聚集密度分析模块发送的聚集子区域聚集密度集合，提取有撕咬行为的聚集子区域编号对应的聚集密度，将提取的撕咬聚集子区域编号对应的聚集密度，分别与生猪该饲养阶段对应的标准聚集密度进行对比，若大于标准聚集密度，则该撕咬聚集子区域的撕咬行为原因预测为聚集密度过大，猪群因争槽位和睡觉的位置而导致争斗咬架，而其他撕咬子区域的撕咬行为原因预测为因猪体内缺乏某些营养成份，如食盐、矿物质钙磷或微量元素导致的。监控分析平台发送警报驱散控制指令至警报驱散终端，同时接收警报驱散终端反馈的未成功驱散的撕咬聚集子区域编号，发送至远程控制中心。
本实施例通过各撕咬聚集子区域的聚集密度与生猪该饲养阶段对应的标准聚集密度进行分析比较，从而对各撕咬聚集子区域的出现的撕咬行为原因进行预测，实现了对系统的优化，便于养殖管理人员根据预测的各撕咬聚集子区域的发生撕咬行为的原因进行相应的处理，提高了生猪养殖的合理化和智能化。
警报驱散终端，包括警报器，用于接收监控分析平台发送的警报驱散控制指令，警报器发出噪声警报信号，同时查看该撕咬聚集子区域中互相撕咬的猪是否被驱散，若存在全部或部分撕咬聚集子区域未被驱散，则记录未被驱散的撕咬聚集子区域编号，反馈给监控分析平台，由监控分析平台发送至远程控制中心，同时发送警示信号至远程控制中心，由远程调控中心调派相关管理人员进行驱散制止。
远程控制中心，与监控分析平台连接，用于接收监控分析平台发送的未成功驱散的撕咬聚集子区域编号，进行人工制止驱散，同时对于因体内缺乏某些营养成份的撕咬行为的撕咬聚集子区域，安排相关工作人员对该撕咬聚集子区域中的猪群进行健康检查，避免了撕咬猪群因迟迟未能驱散带来的猪群伤亡现象的发生，同时能够对因生猪体内缺乏某种营养成分而导致撕咬行为的猪及时进行健康检查，避免未及时医治导致病情加重，降低养殖损失。
本发明通过监控图像采集模块和区域图像划分模块对生猪养殖基地的猪活动区域进行图像采集和猪群聚集子区域划分，并对各聚集子区域进行环境参数采集、聚集密度统计和猪群行为监控，同时对采集的环境参数进行分析统计环境质量系数，根据环境质量系数进行不同级别的通风处理，并通过各聚集子区域被猪的行为监控分析是否存在撕咬行为，对存在猪群撕咬的聚集子区域进行警报驱散，实现了生猪养殖环境的在线检测和猪群聚集行为的实时监控，方便养殖户及时改善养殖环境，使生猪养殖环境达到最佳状态，提高了养殖效率，能够对猪群中出现的撕咬现象有效快速地识别，方便相关管理人员及时进行处理，降低了猪群相互撕咬导致生猪受伤情况的产生，体现了生猪的科学、健康养殖。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
