基于聲音的豬異常行為智能監(jiān)測方法及智能監(jiān)測系統(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)測方法，具體是基于聲音的豬異常行為智能監(jiān)測方法 及智能監(jiān)測系統(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，而我國是世界上豬肉消費最大的國 家。我國的生豬養(yǎng)殖產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的50%，約占本國畜牧業(yè)總產(chǎn)量的一半。盡管我 國是豬肉生產(chǎn)和消費大國，但在生產(chǎn)管理方面與世界先進的國家相比還有較大差距。我國 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，還要及時獲取豬的行為并進行分析，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況及時采取措 施，以免造成更大的經(jīng)濟損失，同時減少豬因異常情況所帶來的痛苦或死亡，實現(xiàn)豬的福利 養(yǎng)殖。
[0003] 在集約化飼養(yǎng)豬場，豬只之間的異常行為主要包括咬尾、咬耳、咬肋等爭斗行為及 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、激素等指標的波動， 導致豬群的體況下降等現(xiàn)象，造成不必要的經(jīng)濟損失。因此，監(jiān)控豬的異常行為對于預防豬 損傷，提高經(jīng)濟效益具有重大的意義。但是，人工監(jiān)測方法不可能達到實時監(jiān)控的目的，而 且容易干預豬的生活環(huán)境，進而影響豬的生活習性。因此，集約化飼養(yǎng)豬場迫切地需要一種 智能的監(jiān)測系統(tǒng)來代替人工監(jiān)測，提高監(jiān)測效率。
[0004] 目前常用的監(jiān)測方法有運動傳感器法和視頻法。1、運動傳感器法主要是通過傳感 器（加速度傳感器、射頻傳感器等）來檢測單只豬的軌跡和姿態(tài)進而判斷豬的狀態(tài)。但對 于群養(yǎng)豬而言，傳感器容易發(fā)生信號干擾，對豬爭斗行為識別效率不高，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備。2、視頻法是利用機器視覺技術(shù)通過監(jiān)視 攝像頭對豬進行實時地監(jiān)控。但視頻法成本較高，技術(shù)比較復雜，對豬爭斗行為的監(jiān)控精度 不是很高。而豬聲音信息對豬的異常行為具有很好的識別度，可以反饋豬的狀態(tài)，有經(jīng)驗的 飼養(yǎng)員可以根據(jù)豬的聲音來判斷豬的狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了解決目前集約化養(yǎng)豬場豬異常行為實時監(jiān)測困難的問題，提供了基于 聲音的豬異常行為智能監(jiān)測方法及智能監(jiān)測系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：基于聲音的豬異常行為智能監(jiān)測方法，包括 對豬群或豬只異常聲音信號建模階段和對豬群或豬只異常聲音信號的分析、診斷階段，其 中對豬群或豬只異常聲音信號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，每段的長度為m秒，并順序記錄建模樣本信號集合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，建模樣本信號 集合G以序列方式表示為Gij(k) = [XdX2，…，Xk，…XN]，N為序列長度；
[0008] S2 :利用雙門限法對聲音信號&, (k)進行端點檢測，得到有效的聲音信號 G；/ (k)；
[0009] S3 :對端點檢測后的聲音信號GJ(k)進行歸一化處理
，得到 歸一化后的聲音信號(?(/f>;
[0010] S4:對歸一化后的聲音信號&(/〇進行分幀操作，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'為每個聲音幀序列的長度；
[0011] S5 :提取每個聲音幀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對隱馬爾可夫模型進行訓練，分別對豬群或豬只聲音 樣本中提取S種異常狀態(tài)下豬的聲音進行建模；
[0013] 對豬群或豬只異常聲音信號的分析、診斷階段包括以下步驟：
[0014] S7 :記錄聲音傳感器實時采集的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為序列長度；
[0015] S8:對豬群或豬只的實時聲音序列匕(1〇進行端點檢測，得到有效的聲音信號 Gt'（k);
[0016] S9 :對有效聲音信號Gt'（k)進行歸一化處理，得到歸一化后的實時聲音信號 〇,0<);
[0017] S10 :對歸一化后的聲音信號(〕,(/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,輸入訓練后的隱馬爾可夫模型，并輸出識別結(jié)果，如果在時間 t內(nèi)識別到λ段第i類豬群或豬只實時聲音信號，1 <i<S，則向監(jiān)控裝置發(fā)出報警信息。
[0019] 上述的一種基于聲音的豬異常行為智能監(jiān)測方法的智能監(jiān)測系統(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 編碼器和音頻信號處理單元，音頻編碼器的信號輸出端與音頻信號處理單元的信號輸入端 相通，音頻信號處理單元包括信號處理器、FLASH存儲器、SDRAM存儲器和CPLD控制器，所述 的信號處理器與FLASH存儲器和SDRAM存儲器的對應存儲信號端相連，信號處理器的控制 信號端與CPLD控制器的對應信號端相連，CPLD控制器的控制信號輸出端與音頻編碼器相 連，聲音傳感器信號輸出端與音頻編碼器的信號輸入端相連，網(wǎng)絡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，音頻信號處理單元中的信號處理器與 通用異步接收/發(fā)送裝置UART、以太網(wǎng)物理層芯片PHY的對應信號端相連，以太網(wǎng)物理層芯 片PHY通過網(wǎng)口與監(jiān)控裝置無線連接。
[0020] 將聲音傳感器安裝在豬舍中的固定位置，監(jiān)聽整個豬舍；利用聲音傳感器采集豬 群或豬只實時的聲音信號，并將信號傳輸?shù)疆惓Ｐ盘栐\斷前端裝置中音頻信號處理單元進 行分析、診斷；如果音頻信號處理單元通過聲音信號處理判斷豬群或豬只有異常行為，則通 過通訊網(wǎng)絡將報警信息發(fā)送到集控中心的監(jiān)控裝置，提醒工作人員進行干預、處理。
[0021] 與其它技術(shù)相比，本發(fā)明采用聲音傳感器來獲取某一區(qū)域（一個豬圈或一個養(yǎng)殖 欄）內(nèi)的豬聲音信號，并對聲音傳感器采集到的聲音進行實時地分析、處理與識別，可以對 豬的異常行為進行實時地檢測。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，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)測系統(tǒng)平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖2為本發(fā)明中豬群異常信號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時監(jiān)測豬群或豬只異常行 為的過程示意圖。
[0025] 圖4為發(fā)明中隱馬爾可夫模型識別原理框圖。
【具體實施方式】
[0026] 圖1為豬群異常行為智能監(jiān)測系統(tǒng)平臺的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為系統(tǒng)平臺中豬群異 常信號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，音頻編碼器使用TI 公司的TLV320AIC23B，信號處理器采用型號為TI/TMS320DM642的DSP芯片，CPLD控制器采 用Xilinx/XC95144XL，F(xiàn)LASH存儲器采用Samsung/K9F1208U0C，SDRAM存儲器采用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)測方法的實現(xiàn)過程示意圖，豬群或豬 只異常聲音信號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，每段的長度