基于聲音的豬異常行為智能監(jiān)測(cè)方法及智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及豬異常行為的監(jiān)測(cè)方法，具體是基于聲音的豬異常行為智能監(jiān)測(cè)方法 及智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，豬肉在肉制品中占有舉足輕重的地位，而我國(guó)是世界上豬肉消費(fèi)最大的國(guó) 家。我國(guó)的生豬養(yǎng)殖產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的50%，約占本國(guó)畜牧業(yè)總產(chǎn)量的一半。盡管我 國(guó)是豬肉生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，但在生產(chǎn)管理方面與世界先進(jìn)的國(guó)家相比還有較大差距。我國(guó) 養(yǎng)豬業(yè)正由粗放式散養(yǎng)向中等養(yǎng)殖規(guī)模的集中飼養(yǎng)方向發(fā)展，集中養(yǎng)殖除了必須為群豬提 供良好的養(yǎng)殖環(huán)境外，還要及時(shí)獲取豬的行為并進(jìn)行分析，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)采取措 施，以免造成更大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)減少豬因異常情況所帶來(lái)的痛苦或死亡，實(shí)現(xiàn)豬的福利 養(yǎng)殖。
[0003] 在集約化飼養(yǎng)豬場(chǎng)，豬只之間的異常行為主要包括咬尾、咬耳、咬肋等爭(zhēng)斗行為及 擠壓等傷害行為，這些行為容易引起豬損傷、疼痛和感染，引起豬免疫、激素等指標(biāo)的波動(dòng)， 導(dǎo)致豬群的體況下降等現(xiàn)象，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。因此，監(jiān)控豬的異常行為對(duì)于預(yù)防豬 損傷，提高經(jīng)濟(jì)效益具有重大的意義。但是，人工監(jiān)測(cè)方法不可能達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的，而 且容易干預(yù)豬的生活環(huán)境，進(jìn)而影響豬的生活習(xí)性。因此，集約化飼養(yǎng)豬場(chǎng)迫切地需要一種 智能的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)代替人工監(jiān)測(cè)，提高監(jiān)測(cè)效率。
[0004] 目前常用的監(jiān)測(cè)方法有運(yùn)動(dòng)傳感器法和視頻法。1、運(yùn)動(dòng)傳感器法主要是通過(guò)傳感 器（加速度傳感器、射頻傳感器等）來(lái)檢測(cè)單只豬的軌跡和姿態(tài)進(jìn)而判斷豬的狀態(tài)。但對(duì) 于群養(yǎng)豬而言，傳感器容易發(fā)生信號(hào)干擾，對(duì)豬爭(zhēng)斗行為識(shí)別效率不高，而且安裝在豬身上 以后，豬的躺、臥、摩擦、撕咬等行為容易損壞設(shè)備。2、視頻法是利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)通過(guò)監(jiān)視 攝像頭對(duì)豬進(jìn)行實(shí)時(shí)地監(jiān)控。但視頻法成本較高，技術(shù)比較復(fù)雜，對(duì)豬爭(zhēng)斗行為的監(jiān)控精度 不是很高。而豬聲音信息對(duì)豬的異常行為具有很好的識(shí)別度，可以反饋豬的狀態(tài)，有經(jīng)驗(yàn)的 飼養(yǎng)員可以根據(jù)豬的聲音來(lái)判斷豬的狀態(tài)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明為了解決目前集約化養(yǎng)豬場(chǎng)豬異常行為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)困難的問(wèn)題，提供了基于 聲音的豬異常行為智能監(jiān)測(cè)方法及智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：基于聲音的豬異常行為智能監(jiān)測(cè)方法，包括 對(duì)豬群或豬只異常聲音信號(hào)建模階段和對(duì)豬群或豬只異常聲音信號(hào)的分析、診斷階段，其 中對(duì)豬群或豬只異常聲音信號(hào)建模階段包括以下步驟：
[0007] S1 :從豬群或豬只聲音樣本中提取S種異常狀態(tài)下豬的聲音，形成建模樣本，每種 狀態(tài)的建模樣本為η段，每段的長(zhǎng)度為m秒，并順序記錄建模樣本信號(hào)集合G= ，其中，i =l，2，...，S;j=l，2，...，n，表示建模樣本第i種狀態(tài)下j段的聲音信號(hào)，建模樣本信號(hào) 集合G以序列方式表示為Gij(k) = [XdX2，…，Xk，…XN]，N為序列長(zhǎng)度；
[0008] S2 :利用雙門(mén)限法對(duì)聲音信號(hào)&, (k)進(jìn)行端點(diǎn)檢測(cè)，得到有效的聲音信號(hào) G；/ (k)；
[0009] S3 :對(duì)端點(diǎn)檢測(cè)后的聲音信號(hào)GJ(k)進(jìn)行歸一化處理
，得到 歸一化后的聲音信號(hào)(?(/f>;
[0010] S4:對(duì)歸一化后的聲音信號(hào)&(/〇進(jìn)行分幀操作，得到豬只或豬群每種異常狀態(tài)下 的聲音幀Xn(k) = [X。Χ2,…，ΧΝ，]，其中，i= 1，2, · · ·，S，1 = 1，2,…，r，r為每種狀態(tài)下 的聲音幀數(shù)，Ν'為每個(gè)聲音幀序列的長(zhǎng)度；
[0011] S5 :提取每個(gè)聲音幀Xn (k)的12維MFCC特征參數(shù)和12維一階差分MFCC特征參 數(shù)，構(gòu)成24維的特征向量0η=[οη02，…，024];
[0012] S6 :利用提取的特征參數(shù)0η對(duì)隱馬爾可夫模型進(jìn)行訓(xùn)練，分別對(duì)豬群或豬只聲音 樣本中提取S種異常狀態(tài)下豬的聲音進(jìn)行建模；
[0013] 對(duì)豬群或豬只異常聲音信號(hào)的分析、診斷階段包括以下步驟：
[0014] S7 :記錄聲音傳感器實(shí)時(shí)采集的m秒豬聲音數(shù)據(jù)為Gt(k)，并以序列方式表示： Gt (k) = %，X2,…，Xk，…，XN]，N為序列長(zhǎng)度；
[0015] S8:對(duì)豬群或豬只的實(shí)時(shí)聲音序列匕(1〇進(jìn)行端點(diǎn)檢測(cè)，得到有效的聲音信號(hào) Gt'（k);
[0016] S9 :對(duì)有效聲音信號(hào)Gt'（k)進(jìn)行歸一化處理，得到歸一化后的實(shí)時(shí)聲音信號(hào) 〇,0<);
[0017] S10 :對(duì)歸一化后的聲音信號(hào)(〕,(/〇提取12維MFCC特征參數(shù)和12維一階差分MFCC 特征參數(shù)，構(gòu)成24維的特征向量0t= [0u02，…，024];
[0018] S11 :將特征向量0,輸入訓(xùn)練后的隱馬爾可夫模型，并輸出識(shí)別結(jié)果，如果在時(shí)間 t內(nèi)識(shí)別到λ段第i類豬群或豬只實(shí)時(shí)聲音信號(hào)，1 <i<S，則向監(jiān)控裝置發(fā)出報(bào)警信息。
[0019] 上述的一種基于聲音的豬異常行為智能監(jiān)測(cè)方法的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括安裝在豬 舍中的聲音傳感器、診斷前端裝置、網(wǎng)絡(luò)通信模塊和監(jiān)控裝置，其中診斷前端裝置包括音頻 編碼器和音頻信號(hào)處理單元，音頻編碼器的信號(hào)輸出端與音頻信號(hào)處理單元的信號(hào)輸入端 相通，音頻信號(hào)處理單元包括信號(hào)處理器、FLASH存儲(chǔ)器、SDRAM存儲(chǔ)器和CPLD控制器，所述 的信號(hào)處理器與FLASH存儲(chǔ)器和SDRAM存儲(chǔ)器的對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)信號(hào)端相連，信號(hào)處理器的控制 信號(hào)端與CPLD控制器的對(duì)應(yīng)信號(hào)端相連，CPLD控制器的控制信號(hào)輸出端與音頻編碼器相 連，聲音傳感器信號(hào)輸出端與音頻編碼器的信號(hào)輸入端相連，網(wǎng)絡(luò)通信模塊包括通用異步 接收/發(fā)送裝置UART、網(wǎng)口和以太網(wǎng)物理層芯片PHY，音頻信號(hào)處理單元中的信號(hào)處理器與 通用異步接收/發(fā)送裝置UART、以太網(wǎng)物理層芯片PHY的對(duì)應(yīng)信號(hào)端相連，以太網(wǎng)物理層芯 片PHY通過(guò)網(wǎng)口與監(jiān)控裝置無(wú)線連接。
[0020] 將聲音傳感器安裝在豬舍中的固定位置，監(jiān)聽(tīng)整個(gè)豬舍；利用聲音傳感器采集豬 群或豬只實(shí)時(shí)的聲音信號(hào)，并將信號(hào)傳輸?shù)疆惓Ｐ盘?hào)診斷前端裝置中音頻信號(hào)處理單元進(jìn) 行分析、診斷；如果音頻信號(hào)處理單元通過(guò)聲音信號(hào)處理判斷豬群或豬只有異常行為，則通 過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)將報(bào)警信息發(fā)送到集控中心的監(jiān)控裝置，提醒工作人員進(jìn)行干預(yù)、處理。
[0021] 與其它技術(shù)相比，本發(fā)明采用聲音傳感器來(lái)獲取某一區(qū)域（一個(gè)豬圈或一個(gè)養(yǎng)殖 欄）內(nèi)的豬聲音信號(hào)，并對(duì)聲音傳感器采集到的聲音進(jìn)行實(shí)時(shí)地分析、處理與識(shí)別，可以對(duì) 豬的異常行為進(jìn)行實(shí)時(shí)地檢測(cè)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方法合理，成本低廉，穩(wěn)定性高，可以大規(guī) 模集成使用。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明中基于聲音的豬群異常行為智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖2為本發(fā)明中豬群異常信號(hào)采集與診斷前端裝置原理圖框圖。
[0024] 圖3為本發(fā)明獲取豬群或豬只異常行為判斷模板和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)豬群或豬只異常行 為的過(guò)程示意圖。
[0025] 圖4為發(fā)明中隱馬爾可夫模型識(shí)別原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 圖1為豬群異常行為智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為系統(tǒng)平臺(tái)中豬群異 常信號(hào)采集與診斷前端裝置原理圖框圖，其中，聲音傳感器采用麥克風(fēng)，音頻編碼器使用TI 公司的TLV320AIC23B，信號(hào)處理器采用型號(hào)為T(mén)I/TMS320DM642的DSP芯片，CPLD控制器采 用Xilinx/XC95144XL，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器采用Samsung/K9F1208U0C，SDRAM存儲(chǔ)器采用Hynix/ H57V2562CTTR-75C。
[0027] 圖3為本發(fā)明基于聲音的豬異常行為智能監(jiān)測(cè)方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程示意圖，豬群或豬 只異常聲音信號(hào)建模階段包括以下步驟：
[0028] S1 :從豬群或豬只聲音樣本中提取S種異常狀態(tài)下豬的聲音，形成建模樣本。每種 狀態(tài)的建模樣本為η段，每段的長(zhǎng)度