本發(fā)明屬于動(dòng)物個(gè)體體征監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種通過(guò)反芻時(shí)間與活動(dòng)量信息相結(jié)合來(lái)監(jiān)測(cè)奶牛發(fā)情情況的方法。

背景技術(shù)：

在奶牛生產(chǎn)中，奶牛的發(fā)情檢測(cè)具有重要地位，準(zhǔn)確的對(duì)發(fā)情情況進(jìn)行判斷，有利于奶牛的及時(shí)受孕、產(chǎn)犢、提高泌乳期并有效的提高生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)檢測(cè)奶牛方法大多采用專業(yè)人員通過(guò)觀察來(lái)判斷奶牛的發(fā)情情況，然而這種方法有以下三個(gè)缺點(diǎn)：1.科學(xué)性低，僅通過(guò)專業(yè)人員本身的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷主觀性較強(qiáng)，且當(dāng)奶牛出現(xiàn)專業(yè)人員所不熟知的情況就容易導(dǎo)致對(duì)奶牛的錯(cuò)誤操作；2.實(shí)時(shí)性差，據(jù)統(tǒng)計(jì)，傍晚和夜間開始發(fā)情的比例明顯高于白天，夜間發(fā)情的奶牛人工診斷的難度很大，常常會(huì)發(fā)生漏報(bào)的情況；3.工作量大，需要不斷的觀察，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)奶牛個(gè)體發(fā)情的監(jiān)測(cè)。同時(shí)，亦有通過(guò)監(jiān)測(cè)奶?；顒?dòng)量或者奶牛反芻時(shí)間來(lái)判斷奶牛的發(fā)情情況，但是影響奶牛的活動(dòng)量或者反芻時(shí)間變化的因素不僅包括發(fā)情，還與很多其他因素有關(guān)，因此通過(guò)單個(gè)因素來(lái)判斷奶牛是否發(fā)情，檢測(cè)概率不夠高，同時(shí)通過(guò)反芻只能大概估計(jì)出發(fā)情處于某一天，而無(wú)法精確到小時(shí)。

發(fā)明專利“一種連續(xù)監(jiān)測(cè)反芻動(dòng)物咀嚼活動(dòng)的方法及裝置”(公開號(hào)：cn102577995a)，公開了一種連續(xù)監(jiān)測(cè)反芻動(dòng)物咀嚼活動(dòng)的方法，該方法采用自動(dòng)記錄軟件和攝像頭進(jìn)行監(jiān)測(cè)，需要專業(yè)人員對(duì)其觀察記錄分析。這種方法效率低，同時(shí)需要多個(gè)攝像頭對(duì)所有的奶牛監(jiān)測(cè)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)體奶牛的精確監(jiān)測(cè)。實(shí)用新型專利“一種基于奶?；顒?dòng)量變化的發(fā)情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”(公開號(hào)：cn204579481u)，公開了一種基于奶牛活動(dòng)量變化的發(fā)情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了三種不同的數(shù)據(jù)采集和傳輸方式，并通過(guò)所采集數(shù)據(jù)判斷奶牛的發(fā)情情況。該方法僅提到發(fā)情奶牛與非發(fā)情奶?；顒?dòng)量的差別，而非應(yīng)對(duì)于單個(gè)奶牛，由于奶牛個(gè)體的差異，易造成誤差；且僅通過(guò)活動(dòng)量判別是否發(fā)情，不夠準(zhǔn)確。

本發(fā)明通過(guò)對(duì)奶牛咀嚼產(chǎn)生的聲音信號(hào)進(jìn)行處理，識(shí)別出反芻信號(hào)，統(tǒng)計(jì)一天內(nèi)奶牛的反芻時(shí)間，并通過(guò)對(duì)單個(gè)奶牛定義活動(dòng)量閾值，能有效避免奶牛場(chǎng)統(tǒng)一活動(dòng)量閾值造成的誤差。通過(guò)奶?；顒?dòng)量與反芻時(shí)間的結(jié)合，可以對(duì)奶牛進(jìn)行發(fā)情預(yù)警，也可以在預(yù)警后精確地找到奶牛發(fā)情的時(shí)間，以達(dá)到對(duì)奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)奶牛發(fā)情時(shí)間的準(zhǔn)確判斷，并克服現(xiàn)有發(fā)情監(jiān)測(cè)方法的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種基于反芻時(shí)間與活動(dòng)量的奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)方法。

其技術(shù)方案如下：

步驟1：通過(guò)在奶牛頸部佩戴的錄音設(shè)備，采集奶牛因咀嚼活動(dòng)產(chǎn)生的聲音信號(hào)，同時(shí)通過(guò)在奶牛腿部捆綁的計(jì)步器對(duì)奶牛的活動(dòng)量信息進(jìn)行采集。

步驟2：通過(guò)能量檢測(cè)法和過(guò)零率法對(duì)采集的聲音信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，可以檢測(cè)到的信號(hào)主要包括反芻信號(hào)、進(jìn)食信號(hào)、飲水信號(hào)和干擾信號(hào)等，通過(guò)對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，觀察信號(hào)的頻譜，由于三種信號(hào)具有不同的頻譜特征，因此可以從三種信號(hào)中識(shí)別出反芻信號(hào)，其中三種信號(hào)的頻譜特征分別為：反芻信號(hào)頻率大于1赫茲，頻率穩(wěn)定，飲水信號(hào)頻率小于1赫茲，頻率穩(wěn)定，進(jìn)食信號(hào)和干擾信號(hào)頻譜能量較分散，頻率不穩(wěn)定。

步驟3：獲取奶牛反芻時(shí)間和奶牛活動(dòng)量信息，根據(jù)這兩個(gè)信息，判斷奶牛是否發(fā)情。首先統(tǒng)計(jì)二十四小時(shí)內(nèi)奶?？偟姆雌c時(shí)間和奶牛行走的步數(shù)，當(dāng)反芻時(shí)間小于設(shè)定的門限且行走步數(shù)大于設(shè)定的門限，并且該時(shí)間處于下一次奶牛應(yīng)該發(fā)情期內(nèi)的前后4-5天，對(duì)發(fā)情進(jìn)行預(yù)警，表示奶牛處于發(fā)情前期，其中二十四小時(shí)的時(shí)間統(tǒng)計(jì)方法為：0:00至24:00之間和當(dāng)日12:00至次日12:00之間，當(dāng)采用任何一種時(shí)間統(tǒng)計(jì)方法滿足上述要求時(shí)，進(jìn)行預(yù)警，預(yù)警后以小時(shí)為間隔統(tǒng)計(jì)奶牛行走的步數(shù)，當(dāng)步數(shù)超過(guò)設(shè)定門限時(shí)，判定此時(shí)奶牛發(fā)情。

本發(fā)明的有益效果是通過(guò)奶牛反芻時(shí)間與活動(dòng)量的結(jié)合能夠更加精準(zhǔn)的對(duì)奶牛進(jìn)行預(yù)警和準(zhǔn)確發(fā)情時(shí)間的判斷。同時(shí)通過(guò)對(duì)聲音信號(hào)的分析和處理，可以更加簡(jiǎn)單有效的區(qū)分反芻、采食、飲水三種行為。通過(guò)對(duì)單一奶牛設(shè)定閾值，可以避免統(tǒng)一閾值所產(chǎn)生的誤差，相比于傳統(tǒng)發(fā)情監(jiān)測(cè)方法，具有更高的效率。

附圖說(shuō)明

圖1為奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)算法流程圖

圖2為奶牛咀嚼產(chǎn)生的聲音信號(hào)示意圖。

圖3為圖1中信號(hào)的短時(shí)能量和短時(shí)過(guò)零率。

圖4為奶牛反芻信號(hào)、飲水信號(hào)和進(jìn)食信號(hào)的示意圖。

圖5為反芻信號(hào)的幅度譜。

圖6為飲水信號(hào)的幅度譜。

圖7為進(jìn)食的信號(hào)的幅度譜。

圖8為反芻時(shí)間獲取圖。

圖9為奶牛反芻前后一天內(nèi)總的反芻時(shí)間。

圖10為處于發(fā)情期的奶牛活動(dòng)量曲線圖。

具體實(shí)施方式

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

本發(fā)明提供的一種基于反芻時(shí)間與活動(dòng)量的奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)方法，算法流程圖如圖1所示，具體發(fā)情監(jiān)測(cè)方法主要包括如下步驟：

(1)采集奶牛的聲音信號(hào)與活動(dòng)量信息。可以采用以色列scr公司開發(fā)的hr-tag或者其他錄音設(shè)備來(lái)采集奶牛因咀嚼活動(dòng)產(chǎn)生的聲音信號(hào)，hr-tag被專用的繩索鏈接后，固定在奶牛頸部的左側(cè)靠近左耳部位，通過(guò)內(nèi)部的麥克風(fēng)系統(tǒng)以2小時(shí)為時(shí)段，持續(xù)收聽和記錄聲音數(shù)據(jù)。計(jì)步器可以采用市面上銷售的計(jì)步器或者自己開發(fā)的計(jì)步器，主要用于監(jiān)測(cè)奶牛行走的步數(shù)，將計(jì)步器捆綁于奶牛后腿腳腕部，對(duì)奶牛的活動(dòng)量信息進(jìn)行采集。

(2)對(duì)采集來(lái)的聲音信號(hào)分析處理。圖2是采集的一段奶牛咀嚼產(chǎn)生的聲音信號(hào)的示意圖，能夠看出圖2中有三個(gè)有用信號(hào)以及持續(xù)的干擾信號(hào)，三個(gè)有用信號(hào)依次是反芻信號(hào)、飲水信號(hào)、進(jìn)食信號(hào)。圖3是對(duì)采集的聲音信號(hào)求取短時(shí)能量與短時(shí)過(guò)零率，當(dāng)二者之一達(dá)到設(shè)定的門限，即可判斷為有用信號(hào)而非干擾信號(hào)，通過(guò)該方法可以將三個(gè)有用信號(hào)從聲音信號(hào)中提取出來(lái)。圖4為奶牛反芻信號(hào)、飲水信號(hào)和進(jìn)食信號(hào)的示意圖，對(duì)這三個(gè)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變化，得到的頻譜分別如圖5～7所示。從圖中可以看到，飲水信號(hào)頻率小于1赫茲，頻率峰值穩(wěn)定在0.71hz；進(jìn)食信號(hào)頻率不穩(wěn)定，在0.11hz與1.07hz均有峰值；反芻信號(hào)頻率大于1赫茲，頻率峰值穩(wěn)定在1.19hz。因此通過(guò)三種信號(hào)不同的頻譜特征，就可以將反芻信號(hào)區(qū)分出來(lái)，并統(tǒng)計(jì)反芻持續(xù)時(shí)間。

(3)通過(guò)奶牛反芻時(shí)間和奶?；顒?dòng)量信息判斷奶牛是否發(fā)情。首先獲取奶牛的反芻時(shí)間與奶牛活動(dòng)量信息，之后定義一個(gè)反芻時(shí)間判斷發(fā)情預(yù)警算法、一個(gè)活動(dòng)量判斷奶牛發(fā)情算法，基于兩個(gè)算法定義四個(gè)判斷條件，最后通過(guò)這四個(gè)條件來(lái)判斷奶牛的發(fā)情情況并對(duì)奶牛的整個(gè)發(fā)情階段進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

獲取奶牛的反芻時(shí)間：對(duì)步驟2中識(shí)別出的反芻信號(hào)求取短時(shí)能量如圖8，設(shè)置相應(yīng)門限，僅保留達(dá)到門限以上的能量的時(shí)間，反芻開始時(shí)間為圖中t1，反芻結(jié)束時(shí)間為圖中t2，故反芻時(shí)間可由兩者做差取得：t＝t2-t1。奶牛活動(dòng)量信息可以直接通過(guò)讀取計(jì)步器數(shù)值獲取。

反芻時(shí)間判斷發(fā)情預(yù)警算法：奶牛在未發(fā)情期一天內(nèi)的反芻時(shí)間一般在380～530分鐘左右(不同階段不同的奶牛具體反芻時(shí)間是不同的)，當(dāng)奶牛發(fā)情時(shí)一天內(nèi)的反芻時(shí)間則會(huì)下降10％～30％左右。由于奶牛發(fā)情期間反芻時(shí)間明顯減少，故可以通過(guò)反芻時(shí)間初步判斷奶牛發(fā)情期。設(shè)定一個(gè)時(shí)間閾值tmin，代表發(fā)情預(yù)警反芻時(shí)間，奶牛通過(guò)反芻時(shí)間與該閾值的比較即可對(duì)奶牛發(fā)情進(jìn)行預(yù)警，該算法可初步確定奶牛發(fā)情的日期，通過(guò)奶牛反芻時(shí)間進(jìn)行發(fā)情預(yù)警的示意圖如圖9所示。

活動(dòng)量判斷奶牛發(fā)情算法：為每頭奶牛定義了五個(gè)閾值變量，aave為非發(fā)情期2小時(shí)活動(dòng)量平均值；amin表示發(fā)情起始活動(dòng)量，采用aave與k的乘積表示；amax表示發(fā)情盛期活動(dòng)量，用aave與c的乘積表示；由大量實(shí)驗(yàn)得到奶牛非發(fā)情的活動(dòng)量最大值小于非發(fā)情期2小時(shí)活動(dòng)量平均值的二倍，且奶牛發(fā)情盛期時(shí)的活動(dòng)量為非發(fā)情期的3～5倍，所以k介于2～3之間，c介于3～5之間，t表示發(fā)情持續(xù)時(shí)間。由大量實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得到當(dāng)發(fā)情盛期結(jié)束時(shí)剛好歷經(jīng)整個(gè)發(fā)情期t的三分之二倍，即發(fā)情結(jié)束前三分之一時(shí)為最佳配種時(shí)間。通過(guò)一天的活動(dòng)量數(shù)值與上述閾值比較，即可對(duì)奶牛發(fā)情進(jìn)行預(yù)警，并對(duì)奶牛發(fā)情時(shí)間準(zhǔn)確判斷。

通過(guò)以上反芻時(shí)間判斷發(fā)情預(yù)警算法和活動(dòng)量判斷奶牛發(fā)情算法的結(jié)合，可以準(zhǔn)確得到奶牛的發(fā)情時(shí)間，具體判斷條件總結(jié)如下：

奶牛預(yù)警判斷條件：1.a＞amin且t＜tmin，警報(bào)響起，預(yù)警可能發(fā)情。

奶牛發(fā)情判斷條件：2.α＞αmax，確定已經(jīng)發(fā)情。

最佳配種時(shí)間判斷條件：3.當(dāng)a＜amax，并持續(xù)小于達(dá)一小時(shí)，此時(shí)為最佳配種時(shí)間。

結(jié)束發(fā)情時(shí)間判斷條件：4.a＜aave，此時(shí)發(fā)情已結(jié)束。

結(jié)合圖9和圖10進(jìn)一步解釋該算法，統(tǒng)計(jì)二十四小時(shí)內(nèi)奶?？偟姆雌c時(shí)間和奶牛行走的步數(shù)，當(dāng)反芻時(shí)間小于設(shè)定的門限如圖9中d1且行走步數(shù)大于設(shè)定的門限如圖10中a1、a2兩點(diǎn)，并且該時(shí)間處于下一次奶牛應(yīng)該發(fā)情期內(nèi)的前后4-5天，對(duì)發(fā)情進(jìn)行預(yù)警，表示奶牛處于發(fā)情前期，其中二十四小時(shí)的時(shí)間統(tǒng)計(jì)方法為：0:00至24:00之間和當(dāng)日12:00至次日12:00之間，當(dāng)采用任何一種時(shí)間統(tǒng)計(jì)方法滿足上述要求時(shí)，進(jìn)行預(yù)警。預(yù)警后以小時(shí)為間隔統(tǒng)計(jì)奶牛行走的步數(shù)，當(dāng)步數(shù)超過(guò)設(shè)定門限如圖10中a3點(diǎn)時(shí)，判定此時(shí)奶牛發(fā)情；當(dāng)活動(dòng)量數(shù)值達(dá)到圖10中a4點(diǎn)時(shí)，則已達(dá)到最佳配種時(shí)間；當(dāng)活動(dòng)量數(shù)值達(dá)到圖10中a5點(diǎn)時(shí)，結(jié)束發(fā)情。