【摘要】：奶牛養(yǎng)殖是畜牧養(yǎng)殖行業(yè)的核心,我國奶牛養(yǎng)殖業(yè)在80年代后逐漸成為一個(gè)高效的獨(dú)立產(chǎn)業(yè)。由于奶牛的反芻行為是其重要的物理消化過程,它與奶牛的健康和生產(chǎn)性能密切相關(guān),因此,反芻行為被視為評價(jià)奶牛健康及發(fā)情狀況的重要指標(biāo),對奶牛養(yǎng)殖管理具有重要的指導(dǎo)意義。然而,由于設(shè)備和牧場規(guī)�；潭鹊南拗�,使得我國在奶牛反芻行業(yè)智能化監(jiān)測技術(shù)及應(yīng)用方面的發(fā)展相對滯后,尤其是針對奶牛反芻數(shù)據(jù)的智能分類方法研究較少。目前在國內(nèi)為數(shù)不多的關(guān)于奶牛反芻行為監(jiān)測方法的研究中,主要集中在聲音、視頻和行為三個(gè)方面單獨(dú)展開研究。雖然這三種監(jiān)測方法都可以實(shí)現(xiàn)反芻行為監(jiān)測,但是采用視頻方法存在圖像信息量大、計(jì)算復(fù)雜高的缺點(diǎn);同時(shí),由于奶牛的日常反芻行為和采食行為相似度較高,單純采用聲音監(jiān)測或行為監(jiān)測方法,監(jiān)測準(zhǔn)確率不高,難以達(dá)到理想的監(jiān)測效果。為了實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化、智能化的奶牛反芻行為監(jiān)測,本文以中國荷斯坦奶牛為研究對象,根據(jù)奶牛的日常反芻行為特征,以奶牛的反芻聲音和反芻姿態(tài)特征作為研究重點(diǎn),將聲音監(jiān)測與行為監(jiān)測技術(shù)相結(jié)合,設(shè)計(jì)了一種新的多源參數(shù)可穿戴式的監(jiān)測設(shè)備作為硬件支持,并利用K-means聚類和SVM分類算法實(shí)現(xiàn)了反芻信息的分類識別。同時(shí),根據(jù)奶牛的反芻特征,設(shè)計(jì)了可穿戴設(shè)備輔助佩戴裝置,將監(jiān)測設(shè)備佩戴在奶牛頸部一側(cè)的反芻信號最佳監(jiān)測點(diǎn)處,利用可穿戴設(shè)備融合監(jiān)測反芻聲音信號和姿態(tài)信號。選取實(shí)驗(yàn)中具有代表性的16個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行可穿戴設(shè)備的識別結(jié)果和人工觀測結(jié)果的對比。結(jié)果表明,奶牛反芻監(jiān)測設(shè)備與人工觀察結(jié)果具有較高的一致性,設(shè)備識別反芻行為的準(zhǔn)確率可以達(dá)到81.3%。同時(shí)為了驗(yàn)證分類算法的有效性,采用SVM和K-means+SVM兩種方法進(jìn)行反芻行為的識別,其中單獨(dú)利用SVM方法對奶牛反芻過程分類的準(zhǔn)確率介于73.6%至90.1%之間,利用K-means+SVM方法對奶牛反芻過程分類的準(zhǔn)確率介于83.3%至93.2%之間。研究發(fā)現(xiàn)反芻聲音的中心頻率是1.2~3.2 KHz,反芻過程的三軸加速度數(shù)據(jù)變化范圍為X軸0.09~0.93 g,Y軸-0.16~-0.08 g,Z軸0.44~1.05 g。研究結(jié)果表明,這種反芻監(jiān)測可穿戴設(shè)備和分類方法具有較好的效果,為復(fù)雜環(huán)境中監(jiān)測奶牛反芻信號提供了參考。
【圖文】：

電源模塊圖 2-1 設(shè)備整體結(jié)構(gòu)Fig. 2-1The integrated structure of the equipment戴保護(hù)裝置設(shè)計(jì)計(jì)奶�？纱┐髟O(shè)備時(shí)，為了獲得更加準(zhǔn)確、可靠的原始信號，需要在將監(jiān)測設(shè)備固定在項(xiàng)圈上并且盡可能地貼近奶牛頸部。因此設(shè)計(jì)了一保護(hù)裝置，并申請了發(fā)明專利。裝置的構(gòu)成主要包括設(shè)備外部保護(hù)殼、調(diào)柔性耳環(huán)等，通過將監(jiān)測設(shè)備嵌入到保護(hù)殼內(nèi)，使信號輸入端靠近證信號采集的穩(wěn)定性和可靠性。保護(hù)殼的監(jiān)測設(shè)備可固定在項(xiàng)圈凹型時(shí)拆卸充電。固定方式采用膠質(zhì)材料直接固定在項(xiàng)圈上，這樣不僅貼近防止奶�；顒�(dòng)時(shí)影響設(shè)備的監(jiān)測效果。設(shè)備配戴方式，如圖 2-2 所示。

（KB）（KB）60S2 60 2 3-7mA ADCS2A10 64 1 <2.7mA ADC1S4A12 64 8 <2.7mA ADC1 3-1 所示，STC15F2K60S2 型號單片機(jī)的存儲容量為 60KB，低于 SRAM 時(shí)，STC15F2K60S2 型號為 2KB 優(yōu)于 STC8H1K64S2A10 型8K64S4A12 型號；在存儲容量為 64KB 的前提下，設(shè)備選用 STC8在 SRAM 及 ADC 方面均優(yōu)于 STC8H1K64S2A10 型號；本4S4A12 型號單片機(jī)，雖然在價(jià)格方面略高于同等存儲容量的STC8，但其它性能比較好，更適宜于監(jiān)測設(shè)備的設(shè)計(jì)需要。所以本套4S4A12 型號單片機(jī)作為反芻監(jiān)測設(shè)備的微處理器，，該型號單片機(jī)所示。
【學(xué)位授予單位】：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S823;TP274

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本文編號：2615355