[發明專利]一種基于聲學分析的羊反芻行為監測方法

有效

• 申請號: 202010400021.8
• 申請日: 2020-05-12
• 公開（公告）號: CN111583962B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 陸明洲;段光輝;張生福;沈明霞;楊偉忠;梁釗董;姜春鑫;張海林
• 申請（專利權）人: 南京農業大學
• 主分類號: G10L25/51
• 分類號: G10L25/51;G10L25/78;G10L25/03;G10L21/0208;A01K29/00
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 劉暢;徐冬濤

本發明公開了一種基于聲學分析的羊反芻行為監測方法，有助于羊的健康預警，建立智能化養殖模式。它包括以下步驟：(1)下位機實時讀取聲音信號；(2)以δ為時間間隔，下位機對原始聲音信號進行預處理、識別，統計該時間段內羊的反芻次數及反芻行為持續時間；(3)下位機每24小時將統計的信息上傳至上位機服務器，上位機服務器將數據存儲至數據庫中，并根據當日羊信息判斷羊只是否處于健康狀態，若判斷羊處于非健康狀態，上位機服務器將該羊編號以短信方式發送至羊場管理員手機。

技術領域

本發明涉及動物聲學分析、傳感器技術、無線傳輸技術、自動化控制技術領域。具體講一種基于智能穿戴設備實時采集、分析羊反芻行為的方法，此方法可對羊的健康狀況波動進行提前預警。

背景技術

反芻行為是羊的一個重要消化生理特征，它與羊的健康和生產性能都有一定關系，是衡量羊健康狀況的一個重要指標。

反芻行為是指反芻動物在食物消化前將食進的食物再逆出、咀嚼，然后吞咽的連續動作，羊反芻行為發生的次數或持續時間的減少被解釋為壓力、焦慮、疾病的指標，而反芻行為發生的次數或持續時間的增加與更多的唾液分泌和改善瘤胃健康相關。

羊的反芻行為發生時間不固定，分布在一天中的不定階段，在放牧狀態下，由于羊的分布范圍較廣，此階段發生的反芻行為難以被監測。

目前無線通信及傳感器技術已經在農業生產領域中得到廣泛應用，在無線通信技術的支撐下，可以遠程采集羊聲音數據，利用聲學分析技術自動檢測羊各時間段內發生的反芻行為。

無線錄音技術快速發展，利用小巧的無線聲音傳感器可以實時地將羊各狀態下產生的聲音信號傳回到下位機進行處理分析。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是實現羊反芻行為的精準監測，推動羊的福利化、精細化養殖。

(二)本發明的技術方案是

為解決上述問題，本發明提出一種基于聲學分析的羊反芻行為監測方法，其特征在于它包括以下步驟(S1至S5)：

S1、無線聲音傳感器實時采集羊各狀態下的長時聲音信號L(t)，將長時聲音信號L(t)傳輸到下位機。

S2、下位機設置運算間隔為δ，對前一時間段內獲取的長時聲音信號進行預處理、端點檢測、反芻行為識別。

S2-1、導入長時聲音信號L(t)，應用最小均方差對數譜幅度(MMSE-LSA)算法對L(t)進行預處理降噪，預處理降噪后得到的純凈長時信號記為L′(t)；

S2-2、對L′(t)進行分幀、加窗處理，將純凈長時聲音信號L′(t)分為一幀一幀的短時信號，計算每幀短時信號的短時能量和短時過零率；

短時能量的計算公式為：

式(1)中，E_n為短時能量，h(n)＝ω(n)²，ω(n)²表示窗口函數；

短時過零率的計算公式為：

式(2)中，sgn[x]是符號函數，即：

S2-3、基于上述短時能量和短時過零率將純凈長時聲音信號L′(t)分割為靜默聲音樣本和非靜默聲音樣本，設置非靜默聲音樣本集合為C(n)，C(n)中存在羊的多種行為信息，包括：咬斷牧草聲音信號、咀嚼牧草聲音信號、反芻回流聲音信號、反芻咀嚼聲音信號、反芻吞咽聲音信號、非加性噪聲信號；

S2-4、提取非靜默聲音樣本集合中每個聲音信號的重構動態差分小波-梅爾倒譜系數(PDW-MFCC)；