基于機器視覺分析的牧業智能管理系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于機器視覺分析的牧業智能管理系統，該系統包括：包括牧業管理系統、監控子系統、嵌入式智能分析子系統、飼料管理子系統和牲畜舍所管理子系統，其中：牧業管理系統用于接收各子系統發送的信息，對各子系統進行控制；監控子系統用于監控飼料道和牲畜舍所環境，為嵌入式智能分析子系統提供清晰的視頻數據；嵌入式智能分析子系統用于根據待檢測區域設置信息，對監控子系統采集的視頻數據進行檢測，得到飼料檢測區域和糞道檢測區域；飼料管理子系統用于根據牧業管理系統的指令對于飼料道中的飼料進行管理；牲畜舍所管理子系統用于根據牧業管理系統的指令對于牲畜舍所進行管理。本發明具有智能化控制、性能穩定、管理成本低的特點。
【專利說明】基于機器視覺分析的牧業智能管理系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及設施牧業中的自動化智能管理控制領域，特別是一種基于機器視覺分析的牧業智能管理系統。
【背景技術】
[0002]隨著網絡的普及和攝像機監控應用的不斷推廣，計算機機器視覺的研究也越來越廣泛，計算機機器視覺應用在智能牧業領域上，也凸顯其新的突破領域。
[0003]目前智能牧業并沒有得到廣泛的應用，主要是由于國內畜牧業大型牛類養殖場比較少，市場不寬闊，需求量少，自動化投入成本高，不能得到廣泛的應用，另外，牧場管理方式依然采用計劃型人工操作方式，對牧場飼喂管理，飼料的每一次投放和清理等，均需按照規定的計劃由人工使動，雖然該人工管理方式較為靈活，但存在投入人力成本和管理成本聞、容易出現疏漏等問題。
[0004]飼料的管理牧場隨著設施牧業的大力發展，大型養殖場牧業管理目光逐步投向智能化應用。為了提高經濟效益，減少成本輸出，人工操作漸漸地不能滿足現有的牧業需求，實際上，牧場監控管理只起到遠程看護和數據追查的作用，遠程控制方面的設施是非常欠缺的。也就是說，傳統的牧業管理模式存在投入高、效益低、資源浪費、管理不協調等問題，這使得自動化智能設備成為畜牧業走向自動化管理的迫切需要。

【發明內容】

[0005]本發明目的在于解決牧業自動化現有技術存在的不足，提供一種智能化控制、性能穩定、管理成本低的基于機器視覺分析的牧業智能管理系統。
[0006]本發明提出的一種牧業智能管理系統包括:包括牧業管理系統1、監控子系統2、嵌入式智能分析子系統3、飼料管理子系統4和牲畜舍所管理子系統5，其中:
[0007]所述牧業管理系統I與所述監控子系統2、嵌入式智能分析子系統3、飼料管理子系統4、牲畜舍所管理子系統5和數據庫6連接，用于接收各子系統發送的信息，并對各子系統進行控制，設置飼料待檢測區域和牲畜舍所糞道待檢測區域，并將相應待檢測區域設置信息發送給所述嵌入式智能分析子系統3 ；
[0008]所述監控子系統2、嵌入式智能分析子系統3、飼料管理子系統4和牲畜舍所管理子系統5通過網絡接口與所述牧業管理系統I連接并相互通信；
[0009]所述監控子系統2用于監控飼料道和牲畜舍所環境，為所述嵌入式智能分析子系統3提供清晰的視頻數據；
[0010]所述嵌入式智能分析子系統3用于根據所述待檢測區域設置信息，對所述監控子系統2采集到的視頻數據進行檢測，得到飼料檢測區域和糞道檢測區域，并將檢測得到的信息發送給所述牧業管理系統I ;
[0011]飼料管理子系統4用于根據所述牧業管理系統I的指令對于飼料道中的飼料進行
管理；[0012]所述牲畜舍所管理子系統5用于根據所述牧業管理系統I的指令對于牲畜舍所進
行管理。
[0013]本發明有益效果為:1、為智能牧業所涉及的飼料投放、推放、清理以及牲畜舍所的糞道處理進行自動化管理，不僅有利于牧業管理的穩定性和安全性，更節省了大量牧業管理的成本輸出，使得牧業管理走向自動化管理的道路；
[0014]2、在現有監控系統的基礎上，實現了基于機器視覺的智能分析，以機器處理代替人力管理，打破了以往以人員監視和人員上報為主的管理方式，有效地減少了人員操作疏忽、遺漏等問題，提高了牧場管理效益；
[0015]3、飼料管理子系統、牲畜舍所管理子系統采用無線通信裝置，更便于安裝和移動。對溫濕度傳感慢動作過程采用獨立的RS485控制模塊，既不影響控制作用，又降低牲畜舍所管理控制器的處理任務負擔。另外，牲畜數量的統計采用無接觸的RFID方式控制，更有效地體現了牲畜舍所管理的便利；
[0016]4、將監控視頻、機器視覺檢測分析結果、飼料管理行為操作記錄、牲畜舍所管理行為操作記錄、牲畜舍所溫濕度、牛的數量等數據存儲在數據庫中，為制定牧業管理的智能分析行為策略提供有力的數據支撐。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為根據本發明一實施例的牧業智能管理系統的整體結構示意圖；
[0018]圖2為根據本發明一實施例的牧業智能管理系統的組成結構示意圖。
[0019]附圖中附圖標記的含義為:1、牧業管理系統；2、監控子系統；3、嵌入式智能分析子系統；4、飼料管理子系統；5、牲畜舍所管理子系統；6、數據庫；7、網絡攝像設備；8、機器視覺飼料分析模塊；9、機器視覺糞道分析模塊；10、飼料道管理控制器；11、飼料道無線控制接口 ；12、投料車；13、推料車；14、清料車；15、傳動軌道；16、牲畜舍所管理控制器；17、牲畜舍所無線控制接口 ； 18、糞道清理犁；19、RFID控制接口 ；20、RS485控制接口 ；21、溫濕度變送器。
【具體實施方式】
[0020]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0021]圖1為根據本發明一實施例的牧業智能管理系統的整體結構示意圖，圖2為根據本發明一實施例的牧業智能管理系統的組成結構示意圖，如圖1、2所示，所述牧業智能管理系統包括牧業管理系統1、監控子系統2、嵌入式智能分析子系統3、飼料管理子系統4、牲畜舍所管理子系統5和數據庫6，其中:
[0022]所述牧業管理系統I與所述監控子系統2、嵌入式智能分析子系統3、飼料管理子系統4、牲畜舍所管理子系統5和數據庫6連接，用于接收各子系統發送的信息，并對各子系統進行控制，設置飼料待檢測區域和牲畜舍所糞道待檢測區域，并將相應待檢測區域設置信息發送給所述嵌入式智能分析子系統3，其中，所述待檢測區域可根據實際應用的需要自定義地添加、修改和刪除；
[0023]所述監控子系統2和嵌入式智能分析子系統3傳輸的數據量較大，并且要求數據傳輸穩定，因此通過局域網以太網口等網絡接口與所述牧業管理系統I連接并相互通信；
[0024]所述監控子系統2用于監控飼料道和牲畜舍所環境，為所述嵌入式智能分析子系統3提供清晰的視頻數據，其包括多個網絡攝像設備7，所述監控子系統2與傳統的監控系統一樣，用于為用戶提供監控以及錄像追查功能；所述監控子系統應用在基于機器視覺的智能監控環境下，其網絡攝像設備7使用高分辨率網絡攝像機，具備網絡通信功能，比如采用分辨率為720p、ARM9的處理器。所述網絡攝像設備7安裝在牧場內，其安裝位置需能夠清晰地看清飼料道和糞道所在的區域；
[0025]所述嵌入式智能分析子系統3建立在所述監控子系統2的基礎上，其用于根據所述待檢測區域設置信息，對所述網絡攝像設備7采集到的視頻數據進行檢測，得到飼料檢測區域和糞道檢測區域，并將檢測得到的信息發送給所述牧業管理系統I ;
[0026]所述嵌入式智能分析子系統3進一步包括機器視覺飼料分析模塊8和機器視覺糞道分析模塊9，這兩個模塊以所述網絡攝像設備7采集到的視頻數據作為智能分析的輸入，根據用戶在所述牧業管理系統I中設置的待檢測區域，以多邊形的方式作為檢測單元，在視頻數據中劃分得到飼料和糞道檢測區域，并將飼料和糞道檢測結果發送給所述牧業管理系統I ;
[0027]在本發明一實施例中，上述基于機器視覺的智能分析算法還可嵌入在網絡攝像設備7中。
[0028]所述飼料管理子系統4、牲畜舍所管理子系統5傳輸的數據量較少，只有一些控制命令和操作記錄，因此通過無線wifi網絡等無線網絡接口與所述牧業管理系統I連接并相互通信；
[0029]當然，隨著3G/4G等移動通信網絡的發展成熟，也可以以它們作為通信媒介，但以目前穩定性和便捷性而言，各系統之間主要還是通過以太網口和無線wifi網絡方式接入。
[0030]所述飼料管理子系統4是一個飼料道管理裝置，用于根據所述牧業管理系統I的指令對于飼料道中的飼料進行管理，其包括投料車12、推料車13、清料車14、傳動軌道15和飼料管理控制器10，其中:
[0031]所述投料車12、推料車13和清料車14安裝在所述傳動軌道15上，所述投料車用于裝滿飼料后沿著傳送軌道的方向為牧場的飼料道進行飼料投放；所述推料車用于沿著傳送軌道的方向把飼料推移到牲畜方便進食的位置；所述清料車用于清除飼料道上需要清除的飼料；
[0032]所述飼料管理控制器10通過飼料無線控制接口 11與所述牧業管理系統I連接，用于與所述牧業管理系統I進行飼料道管理操作命令、響應、確認等飼料道管理通信數據的交互，并根據所述飼料道管理通信數據對于所述投料車12、推料車13、清料車14和傳動軌道15的動作進行控制。
[0033]所述牧業管理系統I根據飼料檢測區域的相關信息發出飼料道管理操作命令，其中，所述飼料檢測區域可以是多個，每個飼料檢測區域分內外槽兩部分，內槽部分是牲畜能吃到飼料的區域，外槽部分是較遠的牲畜吃不到飼料的區域。所述嵌入式智能分析子系統輪詢檢測，把圖像分析的結果標量傳回牧業管理系統，牧業管理系統根據內外槽的檢測值以及差值的變化，啟動所述飼料道管理子系統4進行相應的操作，例如在檢測到內槽飼料減少而外槽還有飼料時執行推料動作；在內外槽飼料都沒有飼料時執行投料動作；根據計劃表清理舊飼料等行為。
[0034]所述牲畜舍所管理子系統5是一個牲畜舍所管理裝置，用于根據所述牧業管理系統I的指令對于牲畜舍所進行管理，其包括牲畜舍所管理控制器16、糞道清理犁18、第一控制接口 19、第二控制接口 20和溫濕度變送器21，其中:
[0035]所述牲畜舍所管理控制器16與所述糞道清理犁18、第一控制接口 19和第二控制接口 20連接，所述第二控制接口 20與溫濕度變送器21連接，用于將所述糞道清理犁、第一控制接口和第二控制接口采集到的數據和操作記錄發送給所述牧業管理系統I，并接收所述牧業管理系統I發送的命令，以對與其連接的設備進行統一控制；
[0036]所述糞道清理犁18用于按某一方向比如從前往后自動清刮牲畜舍所里堆積的糞便，并將操作記錄發送給所述牲畜舍所管理控制器16，所述糞道清理犁18能夠自動拉縮回原位；
[0037]所述第二控制接口和溫濕度變送器用于檢測牲畜舍所環境的溫濕度變化，并將測得的環境數據發送給所述牲畜舍所管理控制器16 ；
[0038]所述第一控制接口安裝在牲畜舍所的門口，用于讀取牲畜進出舍所時的數量，并將測得的數量信息發送給所述牲畜舍所管理控制器16 ；
[0039]牲畜舍所的糞道直接影響牲畜舍所的生活環境，為了解決糞道清理工作，同樣的，所述牧業管理系統I通過監控圖像設置嵌入式智能分析子系統3的檢測區域，把糞道待檢測區域發送到機器視覺糞道分析模塊9，機器視覺糞道分析模塊9對于牲畜舍所糞道區域糞便占地面積進行分析和計算，并把檢測數據的標量發送至所述牧業管理系統1，根據一預定糞道占地面積閾值，啟動糞道清理犁18自動進行糞道清理，同時使用溫濕度變送器檢測牲畜舍所環境，并在牲畜進出舍所時進行牲畜數量統計。
[0040]所述數據庫6與所述牧業管理系統I連接，用于存儲監控視頻、機器視覺智能分析結果、飼料管理行為操作記錄、牲畜舍所管理行為操作記錄、牲畜舍所溫濕度、牲畜數量等相關管理數據，以方便進行歷史查詢和比對，并根據歷史記錄制定更有利于牧業智能管理的策略方案。
[0041]本發明的牧業智能管理系統通過局域網接收嵌入式智能分析子系統的分析結果，根據牧場管理策略調度，通過飼料無線控制接口控制飼料管理子系統的投料、推料、清料等裝置，通過牲畜舍所無線控制接口控制牲畜舍所管理子系統的糞便清理裝置，同時溫濕度變送器檢測牲畜舍所環境的溫濕度，RFID接口用于讀取牲畜身上的RFID標簽以統計數量。綜上，本發明以牧業智能系統作為主控系統，其他子系統相互協作，主控系統策略調度，通過智能分析與自動化控制的聯動操作，實現牧業飼料管理和牲畜舍所管理的智能化控制。
[0042]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種牧業智能管理系統，其特征在于，該系統包括:包括牧業管理系統(I)、監控子系統(2)、嵌入式智能分析子系統(3)、飼料管理子系統(4)和牲畜舍所管理子系統(5)，其中: 所述牧業管理系統(I)與所述監控子系統(2)、嵌入式智能分析子系統(3)、飼料管理子系統(4)、牲畜舍所管理子系統(5)和數據庫(6)連接，用于接收各子系統發送的信息，并對各子系統進行控制，設置飼料待檢測區域和牲畜舍所糞道待檢測區域，并將相應待檢測區域設置信息發送給所述嵌入式智能分析子系統(3)； 所述監控子系統(2)、嵌入式智能分析子系統(3)、飼料管理子系統(4)和牲畜舍所管理子系統(5)通過網絡接口與所述牧業管理系統(I)連接并相互通信； 所述監控子系統(2)用于監控飼料道和牲畜舍所環境，為所述嵌入式智能分析子系統(3)提供清晰的視頻數據； 所述嵌入式智能分析子系統(3)用于根據所述待檢測區域設置信息，對所述監控子系統(2)采集到的視頻數據進行檢測，得到飼料檢測區域和糞道檢測區域，并將檢測得到的信息發送給所述牧業管理系統(I); 飼料管理子系統(4)用于根據所述牧業管理系統(I)的指令對于飼料道中的飼料進行管理； 所述牲畜舍所管理子系 統(5)用于根據所述牧業管理系統(I)的指令對于牲畜舍所進行管理。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述監控子系統(2)和嵌入式智能分析子系統(3)通過局域網以太網口與所述牧業管理系統(I)連接；飼料管理子系統(4)和牲畜舍所管理子系統(5)通過無線網絡接口與所述牧業管理系統(I)連接。
3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述監控子系統(2)包括多個網絡攝像設備⑵。
4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述嵌入式智能分析子系統(3)包括機器視覺飼料分析模塊(8)和機器視覺糞道分析模塊(9)，所述機器視覺飼料分析模塊(8)和機器視覺糞道分析模塊(9)以所述監控子系統(2)采集到的視頻數據作為智能分析的輸入，根據待檢測區域設置信息，利用多邊形檢測單元，在視頻數據中劃分得到飼料和糞道檢測區域，并將飼料和糞道檢測結果發送給所述牧業管理系統(I)。
5.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述飼料管理子系統(4)包括投料車(12)、推料車(13)、清料車(14)、傳動軌道(15)和飼料管理控制器(10)，其中: 所述投料車(12)、推料車(13)和清料車(14)安裝在所述傳動軌道(15)上，所述投料車用于裝滿飼料后沿著傳送軌道的方向為牧場的飼料道進行飼料投放；所述推料車用于沿著傳送軌道的方向把飼料推移到牲畜方便進食的位置；所述清料車用于清除飼料道上需要清除的飼料； 所述飼料管理控制器(10)通過飼料無線控制接口(11)與所述牧業管理系統(I)連接，用于與所述牧業管理系統(I)進行飼料道管理通信數據的交互，并根據所述飼料道管理通信數據對于所述投料車(12)、推料車(13)、清料車(14)和傳動軌道(15)的動作進行控制。
6.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述牲畜舍所管理子系統(5)包括牲畜舍所管理控制器(16)、糞道清理犁(18)、第一控制接口(19)、第二控制接口(20)和溫濕度變送器(21),其中: 所述牲畜舍所管理控制器(16)與所述糞道清理犁(18)、第一控制接口(19)和第二控制接口(20)連接，所述第二控制接口(20)與溫濕度變送器(21)連接，用于將所述糞道清理犁、第一控制接口和第二控制接口采集到的數據和操作記錄發送給所述牧業管理系統(I)，并接收所述牧業管理系統(I)發送的命令，以對與其連接的設備進行控制； 所述糞道清理犁(18)用于按某一方向自動清刮牲畜舍所里堆積的糞便，并將操作記錄發送給所述牲畜舍所管理控制器(16)； 所述第二控制接口和溫濕度變送器用于檢測牲畜舍所環境的溫濕度變化，并將測得的環境數據發送給所述牲畜舍所管理控制器(16)； 所述第一控制接口用于讀取牲畜進出舍所時的數量，并將測得的數量信息發送給所述牲畜舍所管理控制器(16)。
7.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述第一控制接口(19)為RFID控制接口 ；所述第二控制接口(20)為RS485控制接口。
8.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述牧業智能管理系統還包括數據庫(6)，所述數據庫(6)與所述牧業管理系統(I)連接，用于存儲相關管理數據。
【文檔編號】G06Q30/00GK103942657SQ201410182995
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】胡斌, 王飛躍, 田秋常, 熊剛, 朱鳳華, 周維斯, 蔣劍 申請人:中國科學院自動化研究所