一种基于大数据的羊舍环境监控系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于大数据的羊舍环境监控系统及方法，通过获取羊舍的环境监控数据和羊只的活动行为数据，对环境监控数据和羊只的活动行为数据进行预处理和融合生成数据集，对羊只行为数据和环境监控数据采用差值算法进行拟合羊只活动行为随环境因素变化的规律，从中提取羊只生产环境指标在单个环境变量影响下的监控模型，基于羊只活动行为与多环境因素之间的非线性关系，采用曲面差值算法分析多个环境变量对羊只活动行为的综合影响作用，提取多环境因素的影响规则以形成环境只能调控的模型，采用摄像头和红外探测器构建的羊舍安防子系统，对羊舍的基本信息进行管理，同时使得工作变得更加高效，提升了羊舍环境监控的有效性和及时性。

说明书

技术领域

本发明属于环境监控技术领域，尤其涉及一种基于大数据的羊舍环境监控系统及方法。

背景技术

近几年，随着养羊产业的不断发展，羊舍的数量和规模在不断扩张，同时也暴露出了羊场管理中存在的一些问题和弊端，若传统羊舍一般采用纸质文件的方式存储和管理，当羊舍的规模扩大时，对信息的管理和维护变得更加复杂，往往需要投入更多的人力、物力和时间，同时，管理者难以从大量数据中获取所需要的信息，不利于羊舍的管理和决策。然而通过数据挖掘可以找到影响羊的生存环境舒适度的参数，那么通过自动化的调节就可以为羊的生长创造一个舒适的环境。

视频监控信息日益完善，数据处理的能力越来越强，两者结合起来可以形成科学可操作的模式，通过数据的多元分析和视频信息进行关联，寻找最为适合羊生长的环境。由于养殖数据的挖掘分析主要是通过传统的数据挖掘算法来实现的，传统算法对于养殖行业来说缺少针对性，且也没有考虑到实际数据源的特点、实际应用需求的不同，导致无法快速、有效的挖掘出养殖过程中的特征模式。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种采用摄像头和红外探测器构建的羊舍安防子系统、实时型好和识别准确率高的基于大数据的羊舍环境监控系统及方法，来解决上述存在的技术问题，具体采用以下技术方案来实现。

第一方面，本发明提供了一种基于大数据的羊舍环境监控系统，包括：

信息采集子系统，包括数据采集模块和智能网关模块，所述数据采集模块用于采集羊舍内环境参数信息和报警信息，所述数据采集模块将采集的数据传输至智能网关模块，智能网关模块将服务器发送的数据转发值无线网络并将发送的数据转发到以太网；

安防子系统，包括摄像头和红外探测器，所述摄像头安装在各个羊舍作为羊舍的安防设备，对外来入侵进行移动侦测并及时报警，所述红外探测器安装在羊舍周围并与摄像头通信连接；

信息化平台，包括与所述信息采集子系统和所述安防子系统连接的多个服务器、羊舍管理模块，所述服务器用于在接收到所述智能网关模块的数据存储，所述服务器接收到用户的请求并返回相应的数据，并通过所述智能网关模块和数据采集模块进行通信连接，羊舍管理模块用于管理羊舍的基本信息，其中，所述信息化平台用于对所述信息采集子系统、所述安防子系统和羊舍管理模块的整合并对外进行发布以实现羊舍环境监控。

作为上述技术方案的进一步改进，所述数据采集模块包括数据收发单元和数据展示单元，所述数据收发单元与所述智能网关模块、所述安防子系统通信连接，所述数据收发单元用于采集羊舍的环境参数信息和红外报警信息并存储到所述数据库中，且将所述红外报警信息实时推送给所述安防子系统，所述数据展示单元从所述数据库中获取用于给用户展示羊舍的实时信息和历史信息。

作为上述技术方案的进一步改进，所述数据采集模块用于采集羊舍内环境参数信息和报警信息，包括：

采用线性插值算法补全缺失数据，线性插值算法的表达式为

作为上述技术方案的进一步改进，采用拉伊达剔除监控数据中的离群数据，预设监控数据为x

计算监控数据x

作为上述技术方案的进一步改进，所述信息化平台用于对所述信息采集子系统、所述安防子系统和羊舍管理模块的整合并对外进行发布以实现羊舍环境监控，包括：

通过自适应加权融合估计算法融合同类的多个红外探测器数据进行环境监控，在满足均方误差最小的前提下，根据实时采集的数据，动态为每个红外探测器计算最优权重；

当m个红外探测器对同一个目标进行状态估计时，m个红外探测器的采集到的数据为x

作为上述技术方案的进一步改进，合理的p值消除VAR模型残差的自相关性，预测结果采用均方误差MSE和平均绝对百分比误差MAPE作为评价标准，则对应的表达式为

作为上述技术方案的进一步改进，采用最大关联度-最小冗余度mRMR来度量特征的有效性，mRMR的核心思想是得到max(D-R)，D是特征与结果的关联度，R是特征之间的冗余度，mRMR采用互信息量来度量关联度与冗余度，则表达式为

作为上述技术方案的进一步改进，所述安防子系统还包括视频监控模块、红外报警模块、信息查询模块和系统设置模块，所述视频监控模块用于将所述摄像头的图像信息进行采集和存储以及视频的移动侦测报警，所述红外报价模块和所述信息采集子系统通信连接用于及时处理红外报警信息，所述信息查询模块用于查询服务器中的历史报警信息，所述系统设置模块用于对所述安防子系统的相关参数设置。

作为上述技术方案的进一步改进，当系统受到报警信息后，先从服务器的数据库里查询是否是联合报警，若不是联合报警，则立即报警；若是联合报警，则进行以下判断：

若是摄像头移动侦测报警，报警程序将会查询数据库，判断报警羊舍在最近30秒内是否已经报警，若已经报警则忽略此次报警，防止重复报警，接着查询数据报警羊舍对应的红外探测器在最近5秒内是否有报警信息，若有，则说明此次报警是正确的报警，反之，则是误报，忽略报警。

第二方面，本发明还提供了一种基于大数据的羊舍环境监控方法，包括以下步骤：

获取羊舍的环境监控数据和羊只的活动行为数据，对所述环境监控数据和羊只的活动行为数据进行预处理和融合生成数据集；

对羊只行为数据和环境监控数据采用差值算法进行拟合羊只活动行为随环境因素变化的规律，从中提取羊只生产环境指标在单个环境变量影响下的监控模型；

基于羊只活动行为与多环境因素之间的非线性关系，采用曲面差值算法分析多个环境变量对羊只活动行为的综合影响作用，结合羊只行为变化规律，提取多环境因素的影响规则以形成环境只能调控的模型。

本发明提供了一种基于大数据的羊舍环境监控系统及方法，通过获取羊舍的环境监控数据和羊只的活动行为数据，对所述环境监控数据和羊只的活动行为数据进行预处理和融合生成数据集，对羊只行为数据和环境监控数据采用差值算法进行拟合羊只活动行为随环境因素变化的规律，从中提取羊只生产环境指标在单个环境变量影响下的监控模型，基于羊只活动行为与多环境因素之间的非线性关系，采用曲面差值算法分析多个环境变量对羊只活动行为的综合影响作用，结合羊只行为变化规律，提取多环境因素的影响规则以形成环境只能调控的模型，采用摄像头和红外探测器构建的羊舍安防子系统，具有实时性好和识别准确率高的特点，对羊舍的基本信息进行管理，不但节约了人力物力，同时使得工作变得更加高效，提升了羊舍环境监控的有效性和及时性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明提供的基于大数据的羊舍环境监控系统的结构框图；

图2为本发明提供的基于大数据的羊舍环境监控方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参阅图1，本发明提供了一种基于大数据的羊舍环境监控系统，包括：

信息采集子系统，包括数据采集模块和智能网关模块，所述数据采集模块用于采集羊舍内环境参数信息和报警信息，所述数据采集模块将采集的数据传输至智能网关模块，智能网关模块将服务器发送的数据转发值无线网络并将发送的数据转发到以太网；

安防子系统，包括摄像头和红外探测器，所述摄像头安装在各个羊舍作为羊舍的安防设备，对外来入侵进行移动侦测并及时报警，所述红外探测器安装在羊舍周围并与摄像头通信连接；

信息化平台，包括与所述信息采集子系统和所述安防子系统连接的多个服务器、羊舍管理模块，所述服务器用于在接收到所述智能网关模块的数据存储，所述服务器接收到用户的请求并返回相应的数据，并通过所述智能网关模块和数据采集模块进行通信连接，羊舍管理模块用于管理羊舍的基本信息，其中，所述信息化平台用于对所述信息采集子系统、所述安防子系统和羊舍管理模块的整合并对外进行发布以实现羊舍环境监控。

本实施例中，所述数据采集模块包括数据收发单元和数据展示单元，所述数据收发单元与所述智能网关模块、所述安防子系统通信连接，所述数据收发单元用于采集羊舍的环境参数信息和红外报警信息并存储到所述数据库中，且将所述红外报警信息实时推送给所述安防子系统，所述数据展示单元从所述数据库中获取用于给用户展示羊舍的实时信息和历史信息。所述安防子系统还包括视频监控模块、红外报警模块、信息查询模块和系统设置模块，所述视频监控模块用于将所述摄像头的图像信息进行采集和存储以及视频的移动侦测报警，所述红外报价模块和所述信息采集子系统通信连接用于及时处理红外报警信息，所述信息查询模块用于查询服务器中的历史报警信息，所述系统设置模块用于对所述安防子系统的相关参数设置。

需要说明的是，当系统受到报警信息后，先从服务器的数据库里查询是否是联合报警，若不是联合报警，则立即报警；若是联合报警，则进行以下判断：若是摄像头移动侦测报警，报警程序将会查询数据库，判断报警羊舍在最近30秒内是否已经报警，若已经报警则忽略此次报警，防止重复报警，接着查询数据报警羊舍对应的红外探测器在最近5秒内是否有报警信息，若有，则说明此次报警是正确的报警，反之，则是误报，忽略报警。数据收发单元是信息采集子系统对外的通信模块，程序启动后将会监听端口以等待智能网关模块的套接字连接，当智能网关模块连接到信息采集子系统后，服务器程序将从数据库中获取设备配置信息如红外探测器的ID、无线通讯等发送给智能网关模块，接着等待智能网关模块发送数据、解析数据，并进行数据处理，若服务器收到温湿度等环境参数的数据，则在解析数据之后，存储到数据库中的信息采集表中，同时为了能够及时处理安防子系统的红外报警信息，服务器程序启动时将创建套接字连接安防子系统的服务器程序，当收到红外报警信息时，通过与安防子系统的套接字发送报警数据帧，做到实时报警。

应理解，对于红外报警调用报警程序的红外报警函数时也采用一致的程序逻辑，若报警程序最后判断需要进行报警，将会在监控界面显示报警信息，并通过PC的音频播放警报声音做警示作用。羊舍基本信息包含羊舍的编号、羊舍的名称、羊舍管理员和羊舍中羊的数量。管理人员可以增加、查询、修改和删除羊舍信息，采用摄像头和红外探测器构建的羊舍安防子系统，具有实时性好和识别准确率高的特点，对羊舍的基本信息进行管理，不但节约了人力物力，同时使得工作变得更加高效，提升了羊舍环境监控的有效性和及时性。

可选地，所述数据采集模块用于采集羊舍内环境参数信息和报警信息，包括：

采用线性插值算法补全缺失数据，线性插值算法的表达式为

本实施例中，采用拉伊达剔除监控数据中的离群数据，预设监控数据为x

可选地，所述信息化平台用于对所述信息采集子系统、所述安防子系统和羊舍管理模块的整合并对外进行发布以实现羊舍环境监控，包括：

通过自适应加权融合估计算法融合同类的多个红外探测器数据进行环境监控，在满足均方误差最小的前提下，根据实时采集的数据，动态为每个红外探测器计算最优权重；

当m个红外探测器对同一个目标进行状态估计时，m个红外探测器的采集到的数据为x

本实施例中，合理的p值消除VAR模型残差的自相关性，预测结果采用均方误差MSE和平均绝对百分比误差MAPE作为评价标准，则对应的表达式为

参阅图2，本发明还提供了一种基于大数据的羊舍环境监控方法，包括以下步骤：

S1：获取羊舍的环境监控数据和羊只的活动行为数据，对所述环境监控数据和羊只的活动行为数据进行预处理和融合生成数据集；

S2：对羊只行为数据和环境监控数据采用差值算法进行拟合羊只活动行为随环境因素变化的规律，从中提取羊只生产环境指标在单个环境变量影响下的监控模型；

S3：基于羊只活动行为与多环境因素之间的非线性关系，采用曲面差值算法分析多个环境变量对羊只活动行为的综合影响作用，结合羊只行为变化规律，提取多环境因素的影响规则以形成环境只能调控的模型。

本实施例中，采用曲面差值算法分析多个环境变量对羊只活动行为的综合影响作用，结合羊只行为变化规律，提取多环境因素的影响规则以形成环境只能调控的模型，采用摄像头和红外探测器构建的羊舍安防子系统，具有实时性好和识别准确率高的特点，对羊舍的基本信息进行管理，不但节约了人力物力，同时使得工作变得更加高效，提升了羊舍环境监控的有效性和及时性。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。