基于无线传感器网络的奶牛行为特征监测系统设计.pdf

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1、第26卷2010钜第3期3月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．26No．3Mar．2010203基于无线传感器网络的奶牛行为特征监测系统设计尹令1，刘财兴1，洪添胜麟，周皓恩1，KaeHsiangKwon93(1．华南农业大学信息学院，广州510642：2．华南农业大学工程学院，广州510642：3．斯特拉斯克莱德大学电子电气工程系智能动态通信中心，格拉斯哥，英国G11XQ)摘要：奶牛等大型动物的疾病和发情状况目前主要依赖饲养员目测判断，大规模集约化养殖仍采用人工观测方法，这不仅带来繁蘑的人力负担，也容易

2、误判。为了能自动准确地识别奶牛是否发情或生病，该文提出在奶牛颈部安装无线传感器节点，通过各种传感器获取奶牛的体温、呼吸频率和运动加速度等参数，采用K．均值聚类算法对提取的各种参数进行行为特征多级分类识别，以此建立的动物行为监测系统能准确区分奶牛静止、慢走、爬跨等行为特征，从而可以长时间监测奶牛的健康状态。而且，这种监测系统易于推广到对其他动物的监测，对促进养殖业和畜牧业的发展也具有指导意义。关键词：无线传感器网络，加速度传感器，行为分析，K--均值聚类算法，奶牛doi：10．3969巧．issn．1002—6819．2010．03．0

3、34中图分类号：TN876．7文献标识码：A文章编号：1002—6819(2010)--03-0203—06尹令，刘财兴，洪添胜，等．基于无线传感器网络的奶牛行为特征监测系统设计[J]．农业工程学报，2010，26(3)：203—208．Y'mLing，LiuCaixing，HongTiansheng，eta1．Designofsystemformonitoringdairycattle’SbehavioralfeaturesbasedOnwirelesssensornetworks[J]．TransactionsoftheCSAE，

4、2010,26(3)：203--208．(inChinese谢也Englishabstrac00引言家畜牛产是人类食物供应链的重要来源之一。近年来，中国奶牛业快速发展，但多数奶牛场由于缺乏有效的疾病监测管理机制，使奶牛频频发生各种疾病，严重影响了奶业发展，另外传统人工观察奶牛发情的方法对于集约化奶牛养殖已不再适用。应用信息技术建立奶牛行为特征的实时监测系统，不但可以及时发现奶牛的疾病、正确诊治、有助于预防和控制奶牛疾病，而且可以及时和准确识别奶牛的发情期，有利于延长奶牛产乳期，提高其年产奶量。无线传感器网络由于其体积小、造价便宜、功耗

5、低、便于检测各种各样的环境信息而被广泛应用于现代农业中。奶牛的饲养成本高，经济附加值高，因此，国外已展开应用无线传感器网络对牛进行监测的研究。澳大利亚联邦科学与工业研究组织应用传感器网络建立智能农场，在牛脖子上佩戴全球定位系统GPS(globalpositonsystem)和无线传感器节点的项圈来记录相关环境和牛的行为特征，通过对个案进行分析研究从而推广到整个牛群的应用【1‘31。Nadimi等提出采用无线传感器网络节点测量牛颈部的旋转角度和运动速度，运用分类树来分类牛的行为【41。Wark讨论应用无线传感器网络构建虚拟栅栏监控牛的行

6、为，以保护环境敏感地斟51。Kwong应用无线传感器网络技术来监测牛群以发现牛的疾病和跛脚等情况[6-n。SteveWarren通过安装在牛身上的心电图仪来自动测量牛的心率，用以监测牛的健康状态【8】。本文提出了一种应用无线传感器网络监测奶牛行为特征的数字化智能系统，用于预测奶牛的发情期和疾病等状况。1系统设计奶牛行为特征监测系统总体结构如图1所示。无线传感器网络节点收集奶牛体温、脉搏、呼吸频率、运动加速度等信息，通过单跳或者多跳传送到簇头节点，簇头节点通过有线网络(RS485)将数据转发至Sink网关，Sink网关通过GPRS(ge

7、neralpacketradioservice)网络将数据传送到监测中心，监测中心对数据分析建模并判定当前奶牛的健康和发情状态，发生异常情况时，同时报告监测中心和饲养员的掌上电脑PDA(personaldigitalassistant)。收稿日期：2009-09-18修订日期：2009-12-28基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目(2006AAl02246)作者简介：尹令(1977--)，女，湖南长沙人，博士，主要从事无线传感器网络和嵌入式技术应用研究。广州华南农业大学信息学院，510642。Email：yin_ling@sca

8、u．edu．en兰苎孽作妻：。蛩望壁：255一)，男，广变梅苎全：．蝥篓，．博圭孝兰望：．!注：PDA——掌上电脑国农业工程学会高级会员(E041200036S)，主要从事机电一体化技术和信一息技术在农业中应用研究。广州