一种基于无人机的禽类全周期养殖辅助系统及方法

1.本发明涉及禽类养殖领域，特别是涉及一种基于无人机的禽类全周期养殖辅助系统和方法。


背景技术：

2.近年来，家禽养殖行业逐渐向现代化、规模化方向不断发展，以现代养鸡场为例，普遍采取多层笼养式的密集养殖结构。此时，传统的人工巡视方式存在巡检困难，效率低下，不便于及时掌握鸡群状况的问题。并且人员的频繁往来进出，也增加了人畜共患病的感染风险。
3.目前，养殖领域已提出了通过传感器对动物24小时点对点实时监测的精细化养殖方案。但在家禽大规模养殖领域，分笼养殖的单位数量庞大，众多监测装置的维护检修工作也同样需要花费众多人力和物力，且由于个体经济价值不高，难以回收成本。
4.因此，针对上述问题，本发明提出了一种基于无人机的禽类全周期养殖辅助系统和方法。该方案成本低廉，功能丰富，能够满足禽类养殖全周期的辅助需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于无人机的禽类全周期养殖辅助系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题，使得禽类规模化养殖环境中，提高禽类的成活率和出栏率，并大幅节省成本和人力。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供了一种基于无人机的禽类全周期养殖辅助系统，包括：
7.无人机装置本体，用于整个养殖基地的定期巡航；
8.室内温控模块，用于养殖基地室内的测温和及时调温；
9.视觉识别及处理模块，用于采集环境和生物的相关信息并对环境和禽类情况进行判断；
10.防疫消杀模块，用于养殖基地全面消毒；
11.通讯及功放模块，用于数据接收和回传以及语言交互和警告驱赶；
12.所述控制终端及数据中心模块，用于无人机的远程控制，接收无人机的回传信号，并将所述信号存储到数据中心；
13.所述无人机装置本体与室内温控模块、视觉识别及处理模块、防疫消杀模块、通讯及功放模块依次连接。
14.可选的，所述室内温控模块包括：
15.温度采集装置用于实时监控环境温度；
16.室内调温装置用于根据采集装置返回的测温情况进行及时调温，满足禽类的保温需求；
17.所述温度采集装置安装在无人机上，调温装置安装于养殖基地内。
18.可选的，所述视觉识别及处理模块包括：
19.高清摄像头用于采集环境和生物的图像数据；
20.红外摄像头用于判断养殖环境和生物的温度状况。
21.可选的，所述防疫消杀模块包括：
22.多方向喷洒水泵安装于无人机上，用于养殖基地的全方位喷洒消毒试剂；
23.消毒水箱安装于无人机上，用于储存喷洒的消毒液体；
24.消毒水箱填充口位于养殖基地内，用于无人机水箱注入消毒剂和清水。
25.可选的，所述通讯及功放模块包括：
26.通讯模块利用无线通讯方式，用于无人机与养殖基地内外设备的数据接收和回传；
27.功放模块基于通讯模块接收到的信息进行语言交互和警告驱赶。
28.一种基于无人机的禽类全周期养殖辅助方法，禽类成长时期分为幼龄期、成长期、养殖周期结束，包括：
29.禽类全周期的养殖基地室内温度调控方法；
30.禽类幼龄期的养殖看护方法；
31.禽类全周期的养殖基地室内防疫方法；
32.禽类全周期的养殖基地室内外消毒方法。
33.可选的，所述室内温度调控方法包括：获取养殖基地室内各处温度，通过采集的温度与指令温度进行对比，调控温度与指令温度一致。
34.可选的，所述养殖看护方法包括：当处于幼龄期的禽类出现扎堆时，识别扎堆位置，调控所述位置的环境温度。
35.可选的，所述室内防疫方法：采用无人机定期巡视整个养殖基地的环境，当检测到外来生物后，汇报控制终端及数据中心模块，对工作人员提醒，并通过功放模块进行语音播报驱逐；采用视觉识别及处理模块对禽类的形态、温度进行识别，及时隔离禽类内部的感染源。
36.可选的，所述室内外消毒方法包括：室内的常规定期消毒方法，出现疫情感染风险后的重点消毒方法，引进家禽幼苗前和家禽出栏后大规模消毒方法，室外养殖基地大规模消毒方法。
37.本发明公开了以下技术效果：
38.本发明能够通过无人机定期巡视整个养殖基地，并实现禽类全成长周期的多功能、高效养殖辅助，重点包括养殖监控，疫情防控，环境消毒三个方面，在养殖全周期，配合无人机实现低成本、高精度的养殖环境调温；在禽类幼龄期观察幼鸡扎堆等异常情况，及时调节局部环境温度；在成长期辅助实现铁桶养殖，通过视觉识别技术排查养殖基地内侵入的人畜，并通过通讯及功放系统驱离；在养殖周期结束后利用无人机的机动优势，实现场地的全面消杀。该系统和方法能够明显降低禽类养殖中对人工的依赖，并降低人员进出带来的疫情风险。有助于规范化养殖，提高禽类成活率和出栏率，并大幅节省成本和人力。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所
需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
40.图1为本发明实施例的养殖基地整体模块关系架构示意图；
41.图2为本发明实施例的巡视无人机内各模块的关系架构示意图；
42.图3为本发明实施例的无人机对单个多层养殖笼的巡检线路示意图；
43.图4为本发明实施例的养殖基地分布及无人机整体巡检线路示意图；
44.图5为本发明实施例的无人机的结构示意图；
45.其中，1为巡视无人机，2为多层养殖笼，3为单个多层养殖笼的巡检线路，4为无人机消毒水箱填充口，5为无人机充电平台，6为控制终端及数据中心，7为整体巡检线路，8为无人机电机，9为无人机电调，10为电池，11为飞控系统，12为载荷系统，13为温度采集装置，14为视觉识别及处理系统，15为多方向喷洒水泵，16为消毒水箱，17为通讯及功放模块，18为室内的调温装置。
具体实施方式
46.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
48.如图1
‑
5所示，本发明提供了一种基于无人机的禽类全周期养殖辅助系统，包括：包括无人机装置本体和配套的辅助养殖模块。无人机装置本体，能够搭载多种配套的辅助养殖模块，并按照指令和预设模式对养殖基地进行巡视、清洁、消毒。优选的，无人机装置类型应为多旋翼无人机，具有垂直起降、定点悬停等特性，适用于空间密集的大型禽类养殖基地。所述无人机装置本体包括：
49.动力系统，具体包含带桨电机8、电调9、电池10。电池用于为无人机系统提供电能；电调利用电池提供的电能驱动电机旋转；电机上安装有螺旋桨，旋转时为无人机飞行提供动力。特别的，养殖基地内部应提供有无人机充电平台，无人机电池电力不足时将自行前往充电。
50.具体的，本发明采用的无人机为多旋翼无人机。每个螺旋桨通过螺栓固定在一个外转子电机上，电机的绕组通过电源线连接至与之唯一对应的电调，每个电调通过电源线连接至公共的电池获取电能。电调通过信号线从飞控系统获得其控制的电机所需的转速、转向指令，再根据指令控制带桨电机旋转。
51.飞控系统11，即无人机飞行控制系统，用于规划和接收飞行指令和巡检轨迹，控制无人机按照规定轨迹飞行，具体包含导航子系统和飞控子系统。
52.导航子系统包含：采集陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计、超声波传感器、光流传感器和gps等，进行飞行数据采集。陀螺仪和加速度计测量无人机飞行时的旋转角速度和线性加速度，获取无人机的飞行速度；磁力计通过测量地磁场矢量，估计无人机的飞行姿态；
通过气压计测算无人机的高度，对悬停高度进行粗略估计；超声波传感器可对无人机低空高度进行控制或避障；光流传感器则对无人机的悬停位置进行精确确定；gps模块则可测量无人机的速度和位置，为无人机的定位和导航起着重要作用。
53.飞控子系统以中央处理器为核心，以有线连接方式接收来自导航子系统各个模块的飞行数据和定位信息、其他辅助养殖模块的的状态信息(如电池电量、消毒水箱余量等)，通过有线方式连接至通讯及功放模块17，通过通讯模块以无线连接方式接收控制终端及数据中心发出的的飞行指令和飞行路径，使用中央处理器进行分析，得到当前动力系统的运行指令发送至电调，协助控制无人机的飞行姿态，确保无人机在飞行中按照规划平稳飞行。
54.载荷系统12，无人机内的载荷空间，用于承载各类辅助工具模块，实现各类养殖辅助功能。
55.本养殖辅助系统包含的配套的辅助养殖模块包括：
56.室内温控系统，所述室内温控系统，具体包括两个部分。安装于无人机载荷系统内的温度采集装置13，可为：红外测温仪、电阻式温度检测器(rtd)，用于实时监控环境温度。温度采集装置通过信号线连接至通讯及功放模块，再以无线连接方式将数据传输至控制终端及数据中心；安装于养殖基地内的调温装置18，可选的实施例如：发热灯泡、水暖气暖、煤炉等；水暖气暖或煤炉均匀分布于养殖基地，维持室内整体温度，发热灯泡位于各养殖笼各层内部，加热并稳定多层养殖笼内部温度。调温装置的控制方面：优选的，各调温装置具备无线通讯模块，与无人机和控制终端及数据中心无线连接，由无人机或控制终端及数据中心控制调温装置工作；可选的，各调温装置上安装有红外信号接收器，无人机获得调温指令后，通过通讯模块的红外遥控功能发送调温控制信号。无人机在巡视过程中，无人机端的温度采集装置发送养殖基地的测温数据至控制终端及数据中心6，控制终端及数据中心得到养殖基地内的各处的整体温度分布，根据反馈的测温地点和温度情况与理想温度比对，控制调温装置点对点调节该地点温度，满足养殖禽类在脱温前的保温需求并最大程度节约能源及成本。
57.视觉识别及处理系统14，所述视觉识别及处理系统包括：高清摄像头和红外线摄像头，用于采集环境和生物的图像、温度数据；将采集到的数据图像上传至处理系统进行比对，判断养殖环境和禽类的状况，排查有无异常状况。可选的，将采集到的数据图像通过通讯及功放模块17上传至控制终端及数据中心6，进行图像处理并备份数据，可以降低无人机端数据处理计算量需求。
58.防疫消杀系统，所述防疫消杀系统包括：消毒水箱16、多方向喷洒水泵15、无人机消毒水箱填充口4。消毒水箱搭载于无人机的载荷系统内，可以存储清水或多种消毒剂，在消毒的上部留有单向注水阀门，可以与无人机消毒水箱填充口连接来填充液体，并且单向阀门设计可有效防止飞行过程中液体从注水口漏出；所述多方向喷洒水泵，区别于传统无人机搭载的向下喷洒的喷淋装置，安装在无人机的上侧、下侧、前侧、后侧、左侧、右侧，并通过水管与消毒水箱连接以获得需要喷洒的液体，再通过喷洒口喷出液体，能够实现密集环境下的多方向、无死角高效消毒、冲洗，并且侧面喷洒尤其适用于多层笼养式的养殖结构。进一步的，所述无人机消毒水箱填充口，安装于养殖基地，分为室内伸缩式注水器和室外液体储存箱两部分，两者通过管道穿墙连接。室内伸缩式注水器为伸缩式结构，在无人机降落至无人机消毒水箱填充口后，室内伸缩式注水器对接消毒水箱的单向注水阀门，为无人机
水箱注入消毒剂和清水等；室外液体储存箱由养殖基地室外工作人员调配填充消毒剂和清水等，采用分体式设计能够有效减少人员进出。
59.通讯及功放模块17，所述通讯及功放模块，能够实现数据接收和回传，可采用的通讯方式包括但不限于：移动网络、wifi、蓝牙、语音、红外遥控。搭载的功放模块同时能够实现语言交互和警告驱赶的功能。
60.控制终端及数据中心6，安装在养殖基地外部，通过网络连接无人机的通讯及功放模块，实现无人机的远程控制，并接收无人机的回传信号，存储至数据中心进行备份。进一步的，控制终端及数据中心应具有互联网通讯功能，实现系统远程控制和数据的远程查看共享。
61.一种基于无人机的禽类全周期养殖辅助方法，具体包括以下内容：禽类全周期的养殖基地室内温度调控方法；禽类幼龄期的养殖看护方法；禽类全周期的养殖基地室内防疫方法；禽类全周期的养殖基地室内外消毒方法。
62.实施例1：
63.在采用多层养殖笼结构的大型禽类养殖中心，为实现高度自动化的基于无人机的全面巡视和辅助养殖，需要无人机能够自主按照轨迹进行巡视，并实现自动充能和物料补给。因此，本实施例提供一种基于无人机的自动巡视方法，包括以下步骤：
64.s1，无人机位于无人机充电平台充满电，并按需填充消毒水箱；
65.s2，无人机巡视养殖基地内的每个多层养殖笼；
66.s3，所述多层养殖笼，为多层结构，每层都养殖有禽类。无人机巡视每个多层养殖笼时，需按照多层养殖笼巡视轨迹飞行；
67.s4，无人机电量不足或者需要填充消毒水箱时，保存本次巡视进度，返回无人机充电平台充电或填充消毒水箱；
68.s5，充电或填充消毒水箱完成后，无人机返回上次巡视点继续按轨迹巡视。
69.实施例2：
70.温度是家禽养殖中的关键因素。如果温度过低，家禽容易受凉而引起拉稀或产生呼吸道疾病等；同时幼禽为了取暖容易造成扎堆，影响采食和活动，造成伤残，严重时会造成大量死亡。因此，养殖基地内部对温度的控制十分重要。
71.以笼养肉鸡为例，在鸡的幼龄期由于其调温能力差，需要对养殖环境加热并提供恒温环境。养殖笼内由加热灯泡提供热量，养殖基地整体由水暖(或为气暖、煤炉)保温，并且养殖笼内温度需高于室内整体温度。1日龄～2日龄养殖笼内温度35℃～34℃，养殖基地温度25℃～24℃；3日龄～7日养殖笼内温度34℃～31℃，养殖基地温度24℃～22℃；第2周养殖笼内温度31℃～29℃，养殖基地温度22℃～21℃；第3周养殖笼内温度29℃～27℃，养殖基地温度21℃～19℃；第4周养殖笼内温度27℃～25℃，养殖基地温度19℃～18℃。此后养殖笼内温度继续每周下降2℃，至21℃为止。不同品种的禽类的实际供热需求有所不同，需要根据实际情况选定。
72.传统的室内温控系统中，如：加热灯泡，只能调节发热功率，不能自动稳定调节至所需温度；一些具备自动调温功能的温控设施，受限于温度传感器位置固定，其设定温度与实际环境整体温度会存在偏差。此外，禽类的品种不同、季节不同等因素，将导致家禽的实际供热需求有所不同，需要根据实际情况选定，现有调温手段难以实现准确判断。因此本发
明提供一种基于无人机的禽类全周期的养殖基地温度调控方法：
73.s1，养殖基地引进幼禽前，开启养殖基地内温度控制系统，室内的调温装置进行工作，无人机按照路径巡视并利用温度采集装置提供测温数据。目标为调节养殖笼内和养殖基地温度至家禽1日龄～2日龄所需温度。
74.s2，无人机巡视中发现某处调温失效(过高或过低)，对失效装置进行定位，利用通讯及功放模块上传至控制终端及数据中心，并提醒工作人员进行处理。确认调温系统正常工作后，养殖基地引进幼禽。
75.s3，家禽养殖期间，无人机按照路径巡视，利用温度采集装置提供测温数据，包括养殖笼内温度和养殖基地内温度。室内各处的调温装置接收返回的测温数据，调节工作功率，动态调节使实际温度与养殖品种当前日龄所需温度一致；
76.s4，家禽养殖期间，无人机按照路径巡视，利用视觉识别及处理系统，记录各养殖笼内家禽的温度和图像数据等信息，通过处理系统或通讯模块上传至控制终端及数据中心，与数据库信息进行比对，判断所养殖禽类是否出现高温或低温体征，如果判断结果是出现高温或低温体征，相应调节该养殖笼内调温装置的工作功率，使温度升高或降低。
77.养殖禽类幼龄期防止扎堆看护方法，包括以下步骤：
78.s1，在养殖禽类的幼龄期，无人机定期巡航观察养殖基地内幼禽的分布情况，利用视觉识别及处理系统，对幼龄禽类的扎堆等异常情况进行识别，禽群扎堆表明该处环境局部温度过低；
79.s2，温度控制系统通过位于无人机端的温度采集装置获取该处温度，室内的调温装置提高该处发热功率，提高局部环境温度；
80.s3，幼禽集群扎堆后的驱散。出现扎堆现象后，由于过于拥挤，处于中心的幼禽可能出现高温、缺氧等状况。在通过室内温控系统调节至适宜温度后，无人机将通过功放模块播放轻柔音乐进行驱散。若禽群仍然扎堆，利用通讯模块上传至控制终端及数据中心，并提醒工作人员进行处理。
81.实施例3：
82.养殖禽类全成长周期的疫情防控方法。当前感染源越来越复杂，包括人畜共患病等跨物种感染，通过采取禽类全成长周期的疫情防控方法，实现养殖基地的铁桶养殖，具体包括以下步骤：
83.s1，排除外界感染源。无人机需定期巡视整个养殖基地，利用视觉识别及处理系统，检测出养殖基地内非养殖禽类的活跃生物如野猫野狗、工作人员以外的外来人员等。
84.s2，检测到外来生物后，通过通讯及功放模块，及时将视觉识别及处理系统记录到的现场音频图像信号上传至控制终端及数据中心，提醒工作人员；并通过功放系统进行语音播报驱逐。
85.s3，隔离养殖禽类内部的感染源。无人机需定期巡视整个养殖基地，利用视觉识别及处理系统，识别记录养殖禽类的形态、温度等信息，通过处理系统与正常数据进行比对。检测到存在患病感染风险的异常个体后，通过通讯及功放模块上传至控制终端及数据中心，并提醒工作人员进行处理，排除群体感染风险。
86.实施例4：
87.基于无人机系统的养殖基地高效消毒方法，具体包括以下步骤：
88.s1，养殖基地的常规定期消毒。根据养殖基地的具体情况，无人机定期对养殖基地进行常规消毒。无人机消毒水箱填充消毒剂，从离养殖基地出口的最远处开始，使用喷洒水泵进行消毒，以地面、墙壁、顶壁的顺序进行喷洒，最后再将地面喷洒一次。喷洒后养殖基地停止通风2小时至3小时。之后进行通风换气，无人机消毒水箱更换清水，将食槽、地面冲洗干净，避免消毒剂的气味影响到了禽类的采食和饮水。
89.s2，出现疫情感染风险后的重点消毒。通过前述的养殖禽类全成长周期的疫情防控方法，判断当前养殖基地内具有疫情感染风险后，无人机消毒水箱填充消毒剂，前往疑似存在感染源区域，利用防疫消杀系统喷洒消毒剂进行重点反复消毒，等待2小时至3小时后，无人机消毒水箱更换清水，将食槽、地面冲洗干净，避免消毒剂气味影响禽类采食和饮水等正常活动。
90.s3，引进家禽幼苗前和家禽出栏后大规模消毒。在引进家禽幼苗前和家禽出栏后，养殖基地处于空闲状态，无需担心消毒物质对养殖家禽带来的影响，是全面大规模消毒的最佳时机。无人机消毒水箱填充清水，首先利用侧面方向喷洒水泵，对多层养殖笼进行全面冲刷清洁，去除残留物质；接着从离养殖基地出口的最远处开始，以地面、墙壁、顶壁的顺序进行喷洒冲刷，最后再将地面用清水冲刷一次。优选的，利用无人机装备的视觉识别及处理系统，检测清洗效果，确保全面清洗；优选的，在清洗结束后，利用无人机装备的视觉识别及处理系统，检测养殖基地是否完全风干，避免影响后续消毒效果。在确认场地干燥后，按照s1步骤对养殖基地再次全面消毒。
91.s4，适用于室外生态养殖场合的大规模消毒。一种将家禽放养于山地、草场的生态养殖模式，是近年来区别于室内养殖笼的另一种养殖模式。该养殖模式下，通常只需在引进幼禽和禽类出笼后对生态养殖基地消毒，但是由于养殖场地过大，人工消毒耗时过大，尤其适用无人机自动消毒。
92.室外养殖基地地形简单，无人机只需向下喷洒即可实现地毯式消毒。首先，在无人机前往消毒水箱填充口，水箱填充消毒剂；接着，无人机按照由边缘至中心顺序对室外养殖基地喷洒消毒；同时，利用视觉识别及处理系统，将已消毒区域标记为已消毒；当消毒剂耗尽或电池电量不足时，记录当前消毒进度；充电完成后，返回上次工作点，继续消毒任务；按照以上流程直至消毒作业完成。
93.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
94.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。