基于语音识别技术的母猪咳嗽监测系统研究与实现

摘要

中国是世界上最大的猪肉生产国和消费国，猪的健康直接关系到食品安全、人类健康以及环境污染等众多问题。在生猪养殖过程中，母猪的健康养殖不仅关系到母猪自身的繁殖率和生产力，还关系到仔猪的出生和健康。
　　对于目前规模化、集约化的生猪养殖方式而言，母猪的饲养密度大且福利差，加上不良的管理条件、空气质量等因素，会出现大量母猪患病甚至死亡的情况。其中呼吸系统疾病是母猪患病率较高的疫病，而咳嗽是其主要发病症状。在传统养殖中对母猪包括咳嗽状况在内的健康信息的获取，主要是依靠饲养员连续观察来实现的，人力负担过重且主观性强，容易出现因疏忽未能及时发现并处理患病母猪的情况。因此，实时准确监测母猪咳嗽状态，及时发现并控制病情，对提升母猪健康程度和福利养殖水平具有现实意义。
　　随着计算机及声音处理技术的快速发展，语音识别技术已广泛地应用于禽畜福利养殖领域，由声音信号获取禽畜的成长及健康信息。本文结合母猪养殖生产中的实际需求，设计了一种基于语音识别技术的母猪咳嗽监测系统，为母猪呼吸系统疾病的早期诊断提供判断依据。主要从以下几个方面进行了相关研究:
　　(1)研究基于无线多媒体传感器网络的母猪声音样本采集，并在现有猪舍条件的基础上构建声音采集室，实现对母猪声音样本的采集。
　　(2)研究母猪声音信号处理的基本过程，实现对母猪声音样本信号的滤波、分帧、端点检测等操作，并对预处理后的母猪声音信号进行功率谱密度分析;设计了基于目标优化思想训练母猪声音信号功率谱密度特征的算法;研究以改进的模糊C均值聚类算法作为核心的母猪咳嗽声识别算法的设计，对采集到的母猪声音样本进行识别。
　　(3)研究母猪咳嗽监测系统的设计与实现，包括母猪咳嗽信息的获取、WEB监测平台的开发和Android管理终端的开发，方便饲养员记录、查询、管理母猪相关信息。
　　试验在江苏句容农博园猪场进行，选择十头距离预产期1周左右的二次杂交梅山母猪（5头有明显咳嗽症状，5头正常）为试验对象。研究表明:能快速、稳定、全自动地获得母猪声音样本;获得了有效的母猪咳嗽声和尖叫声识别分类特征;忽略个体差异，试验母猪的咳嗽声总体识别准确率达到约83.4％，识别算法是有效的;监测系统基本满足实际要求，为自动诊断母猪呼吸系统疾病提供了技术支撑。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 课题研究的主要内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

1．4 本章小结

第二章 母猪声音采集系统的设计

2．1 母猪声音采集室的构建

2．2 基于无线多媒体传感器网络的母猪声音采集

2．2．1 母猪声音采集系统总体结构

2．2．2 母猪声音采集节点的设计

2．2．3 无线网关的设计

2．3 母猪声音采集性能测试

2．3．1 节点通信距离测试

2．3．2 母猪声音采集

2．4 本章小结

第三章 母猪咳嗽声识别系统研究与实现

3．1 母猪声音信号基本特征

3．1．1 时域特征

3．1．2 频域特征

3．2 母猪声音信号预处理

3．2．1 采样与量化

3．2．2 滤波

3．2．3 加窗分帧

3．2．4 端点检测

3．3 母猪咳嗽声信号特征提取算法的设计

3．3．1 母猪声音信号功率谱密度分析

3．3．2 基于目标优化提取母猪咳嗽声信号特征

3．4 母猪咳嗽声识别算法的设计

3．4．1 模糊C均值聚类算法

3．4．2 母猪咳嗽声识别算法

3．5 母猪咳嗽声识别性能测试

3．6 本章小结

第四章 母猪咳嗽监测系统设计与实现

4．1 基于MATLAB获取母猪咳嗽信息

4．2 监测系统设计

4．2．1 开发环境

4．2．2 数据库设计

4．3 监测系统实现

4．3．1 WEB监测平台的实现

4．3．2 Android终端的实现

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间研究成果