[發(fā)明專利]一種基于RFID無源感知技術(shù)的奶牛活動量監(jiān)測技術(shù)

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• 申請日: 2021-12-06
• 公開（公告）號: CN114330390A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐艾萱;賈賀;張宇;沈維政
• 申請（專利權(quán)）人: 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06K7/10
• 分類號: G06K7/10;G06K17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于RFID無源感知技術(shù)的奶牛活動量監(jiān)測技術(shù)，其特征在于：包括如下步驟：

步驟S1：將四只RFID柔性標(biāo)簽分別固定在奶牛四條腿上，將位于前腿的兩只標(biāo)簽朝向同一側(cè)，將位于后腿的兩只標(biāo)簽朝向同一側(cè)，方便數(shù)據(jù)處理。固定后不易脫落即可準(zhǔn)備進行相對距離測定。

步驟S2：在矩形的養(yǎng)殖場地的長一側(cè)隔一段距離分別固定兩個RFID讀寫器，在寬邊一側(cè)固定一個RFID讀寫器。讀寫器發(fā)射信號激活標(biāo)簽，由天線接受反射信號并由其余模塊對信號進行解讀。閱讀器通過WiFi或BT接口將數(shù)據(jù)傳至PC。

步驟S3：PC端對接受到的數(shù)據(jù)進行處理和分析，根據(jù)標(biāo)簽反射信號的相位信息反應(yīng)出的標(biāo)簽與讀寫器之間的距離，根據(jù)前腿上兩只標(biāo)簽的相位差，以實時計算奶牛前腿之間和后腿之間的距離。可將每頭奶牛對應(yīng)信息以及腿距繪出曲線圖，根據(jù)周期性變化的數(shù)據(jù)，通過何時奶牛腿距到達極小值以確定奶牛是否邁出一步。PC端軟件可將每頭奶牛的步數(shù)進行管理分析，以便對奶牛活動量進行準(zhǔn)確監(jiān)測。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RFID無源感知技術(shù)的奶牛活動量監(jiān)測技術(shù)，其特征在于：步驟S1中的標(biāo)簽綁定在奶牛腿部且前腿的標(biāo)簽朝向一致，后腿標(biāo)簽的朝向一致，二者朝向不同。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RFID無源感知技術(shù)的奶牛活動量監(jiān)測技術(shù)，其特征在于：步驟S2中的讀寫器布放方式為長邊和寬邊均需布置，數(shù)量根據(jù)實際可自定，且讀寫器的高度同標(biāo)簽高度接近。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于RFID無源感知技術(shù)的奶牛活動量監(jiān)測技術(shù)，其特征在于：UHF讀寫器的型號為R420，工作頻段為850～950MHz，工作范圍為10米。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RFID無源感知技術(shù)的奶牛活動量監(jiān)測技術(shù)，其特征在于：所述步驟S3具體為：

(1)首先根據(jù)相位特點，由于相位表示從原始發(fā)射信號接收到的信號的偏移度，假設(shè)天線與標(biāo)簽之間的距離為d，則相位θ可以表示為：

其中，λ為波長，θ_dev為由標(biāo)簽的階乘缺陷引起的系統(tǒng)噪聲。

(2)如附圖(3)，將奶牛前腿或后腿的兩只標(biāo)簽建模成帶有T₀和T₁的一段向量，A為放置好的RFID標(biāo)簽，在某一小段時間內(nèi)奶牛向前邁出一步，標(biāo)簽位置由T₀變化到T₂。α和β分別為該標(biāo)簽相對于讀寫器和另一個標(biāo)簽的偏移空間角度。標(biāo)簽T₀在這段時間發(fā)生的相位變化為：

其中，|·|用來計算歐式距離，ω(β)表示標(biāo)簽旋轉(zhuǎn)的相位變化，硬件造成的θ_dev被抵消。

(3)結(jié)合公式(1)和(2)，推出標(biāo)簽之間的相位差為：

其中，k＝0,±1…。因此，根據(jù)奶牛站立狀態(tài)下兩條腿的間距，即可求得行走時其腿部兩只標(biāo)簽向量的偏轉(zhuǎn)角，并推理出標(biāo)簽向量所在的雙曲線。

(4)基于以上分析，構(gòu)建雙標(biāo)簽與雙讀寫器的信號反射模型，如附圖(4)，根據(jù)公式(1)估計出標(biāo)簽T₀到兩個讀寫器的距離差Δd為：

進一步計算出入射角β為：

其中，k＝0,±1…。

(5)根據(jù)標(biāo)簽與讀寫器模型，通過以下公式求得標(biāo)簽間的相對距離：

將公式(6)、(7)求出的距離求平均值作為標(biāo)簽間的相對距離。

(6)按照如上方法分別計算出每頭奶牛后腿之間的距離和前腿之間的距離，并將該距離值求平均值。將求出的距離數(shù)據(jù)由讀寫器傳至PC進行下一步處理。

(7)在PC端將實時接收到的每頭奶牛兩腿距離以奶牛身份信息進行可視化，對于周期性變化的距離值，每出現(xiàn)一次極小值認(rèn)為奶牛邁出一步，以此統(tǒng)計一段時間內(nèi)奶牛的步數(shù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于RFID無源感知技術(shù)的奶牛活動量監(jiān)測技術(shù)，其特征在于：在判斷奶牛腿部距離的極小值的方法如下：

每個雙讀寫器模型中，每個讀寫器計算出的前腿兩只標(biāo)簽之間的距離。讀寫器通過無線傳輸，如WiFi將數(shù)據(jù)傳送給PC端應(yīng)用軟件。由應(yīng)用軟件將所得的兩個數(shù)據(jù)求平均值作為每個時刻奶牛兩腿間距的值，PC端通過判斷每個時間節(jié)點前三個值的平均值，與后三個時間點的平均值之間的大小關(guān)系，以確定某個時間點奶牛雙腿之間的距離是否為極小值。若是極小值，則認(rèn)為奶牛邁出一步，計算器變量值加1，將每頭奶牛實時的步數(shù)情況進行展示。注：若某個時間節(jié)點前或后的數(shù)據(jù)值不夠三個，則以其前一個值和后一個值作為比較標(biāo)準(zhǔn)。