一种母猪最佳配种时间检测装置及检测方法与流程

1.本发明属于智慧养殖、智能设备及物联网技术领域，具体涉及一种母猪最佳配种时间检测装置及检测方法。


背景技术：

2.在现代规模化母猪养殖条件下，采用人工授精的方式进行配种的母猪平均受胎率已有较大提升，约为92％，非现代化规模养殖场平均受胎率远低于此。即便现代化规模养殖场，仍有8％的母猪配种不成功，配种不成功的母猪最早也要在下次发情(21天后)被发现，有些发现的甚至更晚。配种不成功会显著提高养殖时间成本、饲喂成本和管理成本。
3.母猪能否配种成功，配种时机是一个非常关键的因素，只有发情的母猪才有较高的受胎率。母猪发情周期平均为21天左右，每次发情持续3到5天，包括发情前期、发情中期、发情后期三个阶段，发情前期母猪表现兴奋不安、不停叫唤、爬跨其他猪，但不接受其他猪爬跨；发情中期表现为兴奋不安、食欲减退、开始接受其他母猪爬跨，其中最重要的表现为：出现静立反射(人工检测用手按压后背部母猪表现为静止不动)，静立反射是母猪可配种的重要指标；发情后期表现为安静、喜欢躺卧、食欲正常、拒绝爬跨、静立反射消失。从出现静立反射到静立反射消失，大概持续1天左右，目前行业公认的较为稳妥的配种方案为：出现静立反射后进行一次配种、隔8小时进行第二次配种、如果配种过程出现异常(出血、倒流等)，隔8小时候进行第三次配种。
4.同时发情期的母猪体温会升高1到2℃，但目前通常不作为判定母猪发情条件，因为1到2℃的体温变化人工感知困难，误差大，人工采集众多母猪连续体温不现实。
5.目前母猪查最佳配种时间主要有以下几种方式：
6.1、人工查情：目前母猪查最佳配种时间主要还是依赖人工查情，规模化猪场每天上午和下午对进入适龄期且体重达标的所有母猪进行一次发情及最佳配种时间检测。人工检测对猪应激较大、检测准确性高度依赖检测人员经验、检测时间粒度较大，很容易造成错过最佳配种时间。
7.2、使用母猪排卵检测设备测定：使用母猪电子排卵检测设备测定存在以下问题：动物不配合出现受伤、异物频繁进入猪体内检查会导致猪感染疾病、精度有限、发现时间滞后等问题。
8.3、公猪试情：公猪试情作为发情检测及最佳配种时间检测的辅助手段，存在公猪频繁接触母猪的生物安全问题、检测结果依然需要人工验证。


技术实现要素：

9.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种母猪最佳配种时间检测装置及检测方法，该检测装置及检测方法能实现最早准确检测出母猪最佳配种时间，降低人力成本，提升检测效率，保障在母猪最佳配种持续时间段内完成多次配种，提高母猪受配率(一定时期内参与配种的母畜与可繁母畜之百分比)和受胎率(情期受胎率
表示妊娠母猪头数占配种情期数的百分比)，使用便捷，实用性强。
10.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种母猪最佳配种时间检测装置，其特征在于，该检测装置包括：
11.弹性钳制装置，用于将设备壳体钳制在母猪后背上，收紧时模拟公猪爬跨；
12.可加热皮质内衬，安装在所述弹性钳制装置钳制母猪后背的位置上，用于加热模拟公猪爬跨后的公猪和母猪贴靠时肤感升温；
13.紧收装置，安装在设备壳体上，用于控制弹性钳制装置收紧；所述紧收装置与主控制器连接；
14.设备壳体，用于固定安装结果指示单元、运动传感器、无线通信模块、主控制器和紧收装置，所述弹性钳制装置通过紧收装置与设备壳体连接；
15.运动传感器，用于采集母猪运动数据，所述运动传感器与主控制器连接；
16.测温单元，用于采集母猪体温数据，所述测温单元与主控制器连接；所述测温单元安装在所述弹性钳制装置钳制母猪后背的一侧，与母猪身体贴合测温；
17.结果指示单元，用于指示母猪处于最佳配种时间，所述指示单元与主控制器连接；
18.无线通信模块，用于当母猪处于最佳配种时间时与管理人员进行通信，无线通信模块与主控制器连接；
19.主控制器，用于控制所述运动传感器和测温单元分别采集母猪的运动和体温数据、根据采集的运动数据分析母猪高活动量的持续时长从而判断母猪是否处于配种时间，然后控制可加热皮质内衬加热且控制所述弹性钳制装置收紧模拟公猪爬跨贴靠，重复控制多次模拟公猪爬跨贴靠，且每次持续若干秒，再根据采集的运动数据分析每次模拟公猪爬跨贴靠前后母猪活动量的变化，计算出每次母猪立反射发生的概率，根据多次母猪静立反射发生的概率的平均概率和母猪体温升高率量是否到达设定的阈值，综合判断出母猪是否进入最佳配种时间；若判断母猪进入最佳配种时间，控制指示单元指示母猪进入最佳配种，并通过无线通信模块通知给管理人员；若判断母猪未进入最佳配种时间，30分钟后重复模拟公猪爬跨贴靠再次进行综合判断，直到判断母猪进入最佳配种时间。
20.优选地，所述弹性钳制装置包括两个转动连接的钳夹杆体，所述钳夹杆体包括钳夹嘴和钳夹壁，两个钳夹嘴配合钳制母猪的后背，两个钳夹嘴的夹持一侧安装所述可加热皮质内衬，两个钳夹嘴连接的位置朝向钳制母猪的一侧安装有所述测温单元，两个钳夹壁之间连接有弹簧。
21.优选地，所述紧收装置包括一端带螺纹的转轴、旋转电机和阻挡部，所述转轴的螺纹端螺纹安装在旋转电机上，所述旋转电机固定在设备壳体上，所述转轴的另一端穿过两个钳夹壁的一端，且与远离旋转电机的一个钳夹壁的端部限位旋转连接，所述阻挡部设置在靠近旋转电机的一个钳夹壁与旋转电机之间的位置上，且转轴穿过阻挡部，且与所述阻挡部保持垂直，所述阻挡部固定在所述设备壳体上，所述旋转电机与主控制器连接。
22.优选地，所述测温单元包括体表测温探头和固定在体表测温探头和两个钳夹嘴连接位置之间的弹簧，所述体表测温探头与主控制器连接。
23.优选地，所述检测装置包括：电源模块。
24.本发明还提供一种母猪最佳配种时间检测方法，所述母猪为日龄达210天且背膘厚度在12mm以上的母猪或者断奶3天后母猪，将母猪最佳配种时间检测装置钳制于母猪后
背部；检测母猪进入最佳配种时间的方法包括以下步骤：
25.s1、数据清洗：主控制器对由运动传感器采集到的母猪运动数据，以及由测温单元采集到的母猪体温数据超出范围的数据进行临近值均值填充；
26.s2、数据降噪：采用卡尔曼滤波算法对填充后的母猪运动数据和填充后的母猪体温数据进行降噪处理，最大限度减少噪声干扰；
27.s3、母猪活动量分析：根据预设的母猪活动量分析模型，和降噪处理后的母猪运动数据综合分析该母猪高活动量持续时长是否超过设定阈值，一旦该母猪高活动量持续时长超过设定阈值，控制可加热皮质内衬加热至39℃左右，并控制紧收装置对弹性钳制装置进行收紧，模拟公猪爬跨贴靠，持续m秒；
28.所述预设的母猪活动量分析模型用来分析单位时间内母猪活动量能够反映其活动的激烈程度，当母猪体重一定时，运动数据反映了活动量；
29.s4、计算母猪静立反射发生的概率：连续模拟公猪爬跨贴靠p次，每次模拟公猪爬跨贴靠过程中采集弹性钳制装置收紧后持续的m秒钟之内的运动数据，根据预设的母猪活动量分析模型和收紧后m秒的运动数据分析母猪活动量，并对比模拟公猪爬跨前后活动量变化，计算出每次模拟公猪爬跨贴靠时母猪静立反射发生的概率和p次的静立反射发生的概率的平均概率；
30.s5、判断母猪是否进入最佳配种时间：以母猪体温升高量和p次的静立反射发生的概率的平均概率是否同时达到设定的体温升高量和平均概率的阈值，从而判断母猪进入最佳配种时间；
31.s6、当确定母猪进入最佳配种时间，主控制器控制结果指示单元指示，同时通过无线通信模块通知管理人员；
32.s7、当确定母猪未进入最佳配种时间，30分钟之后重复步骤s4和s5，再次进行综合判断母猪是否进入最佳配种时间，若是，进入s6，否则，30分钟之后再重复步骤s4和s5，直至判断母猪进入最佳配种时间，结束模拟公猪爬跨贴靠。
33.优选地，s6中所述预设的母猪活动量分析模型用来分析单位时间内母猪活动量能够反映其活动的激烈程度，当母猪体重一定时，运动数据反映了活动量，具体包括：
34.母猪活动量依靠测量母猪运动加速度进行计算，其中主控制器每秒钟采集该母猪的l个时刻的运动数据，第i时刻的运动数据包括：x轴加速度、y轴加速度、z轴加速度，x轴角速度、y轴角速度、z轴角速度；其中i时刻的x轴加速度记为accxi，y轴加速度记为accyi，z轴加速度记为acczi，i时刻的x轴角速度记为gyrxi，y轴角速度记为gryyi，z轴角速度记为gryzi；
35.则：该母猪i时刻的活动量exeri为：
36.exeri＝k(|accxi|+|accyi|+|accz
i-0.98|+|gryxi|+|gryyi|+
37.|gryzi|)+b，其中，k、b为常数，i＝1,2,3...l；
38.则：根据母猪i时刻的活动量exeri，求解该母猪从j时刻开始n秒内每时刻的平均活动量avgexeri
,n
为：
[0039][0040]
优选地，所述母猪发生静立反射的概率通过以下公式进行计算：
[0041]
从j时刻开始测试母猪发生静立反射，其概率pstandingreflexj为：
[0042][0043]
其中，j时刻为完成弹性钳制装置收紧和加热皮质内衬加热后第一次模拟公猪爬跨贴靠母猪的前一时刻；j4代表j时刻前推4小时的对应时刻，avgexer
j4,14400
代表j时刻前4小时每时刻的母猪平均活动量；j1代表j时刻前推1小时的对应时刻，avgexer
j1,3600
表示j时刻前1小时母猪每时刻的平均活动量；m代表每次模拟公猪爬跨贴靠母猪持续的时长，avgexer
j,m
表示从j时刻开始模拟公猪爬跨贴靠持续的m秒母猪每时刻的平均活动量。
[0044]
优选地，s4中连续模拟公猪爬跨贴靠5次；s5中所述母猪体温升高量为：最后一次模拟公猪爬跨贴靠母猪时刻的前一个小时的平均体温与母猪最佳配种时间检测装置钳制固定在母猪后背部后体温数据基本稳定后连续采集一个小时的平均体温之差。
[0045]
优选地，s6中当5次母猪静立反射发生的概率的平均概率大于0.88、或者当5次母猪静立反射发生的概率的平均概率大于0.82且所述母猪体温升高量大于0.62时，或者当5次母猪静立反射发生的概率的平均概率大于0.74且所述母猪体温升高量大于0.81时，或者当5次母猪静立反射发生的概率的平均概率大于0.68且所述母猪体温升高量大于1.16时，母猪进入最佳配种时间，否则，母猪未进入最佳配种时间。
[0046]
本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0047]
1、本发明采用低应激自动化检测母猪最佳配种时间，能最大程度减少对母猪的应激，降低人工成本，提升检测效率；本发明采用将适龄/适时母猪钳制装备的方式进行检测最佳配种时间，降低了人员来回按压、骑跨母猪所带来的生物安全风险；将母猪体表温度变化作为判定进入最佳配种时间的辅助手段结合基于母猪活动量变化的静立反射判定方法，能更精准的实现母猪最佳配种时间检测；本发明能第一时间检测出母猪进入最佳配种时间，并及时通知管理和生产人员，为后续的连续配种预留宝贵时间。
[0048]
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
附图说明
[0049]
图1是本发明母猪最佳配种时间检测装置的结构示意图。
[0050]
附图标记说明：
[0051]
1—设备壳体；2—弹性钳制装置；2-1—钳夹嘴；2-2—钳夹壁；3—紧收装置；3-1—转轴；3-2—旋转电机；3-3—阻挡部；4—可加热皮质内衬；5—主控制器；6—运动传感器；7—弹性可伸缩测温单元；8—无线通信模块；9—电源模块；10—结果指示单元。
具体实施方式
[0052]
实施例1
[0053]
如图1所示，本发明实施例公开了一种母猪最佳配种时间检测装置，该检测装置包括：
[0054]
弹性钳制装置2，用于将设备壳体1钳制在母猪后背上，收紧时模拟公猪爬跨；
[0055]
可加热皮质内衬4，安装在所述弹性钳制装置2钳制母猪后背的位置上，用于加热模拟公猪爬跨后的公猪和母猪贴靠时肤感升温；
[0056]
紧收装置3，安装在设备壳体1上，用于控制弹性钳制装置2收紧；
[0057]
设备壳体1，用于固定安装结果指示单元10、运动传感器6、无线通信模块8、主控制器5和紧收装置3，所述弹性钳制装置2通过紧收装置3与设备壳体1连接；
[0058]
运动传感器6，用于采集母猪运动数据，所述运动传感器6与主控制器5连接；
[0059]
测温单元7，用于采集母猪体温数据，所述测温单元7与主控制器5连接；所述测温单元7安装在所述弹性钳制装置2钳制母猪后背的一侧，与母猪身体贴合测温；
[0060]
结果指示单元10，用于指示母猪处于最佳配种时间，所述指示单元10与主控制器5连接；
[0061]
无线通信模块8，用于当母猪处于最佳配种时间时与管理人员进行通信，无线通信模块与主控制器连接；
[0062]
主控制器5，用于控制所述运动传感器6和测温单元7分别采集母猪的运动和体温数据、根据采集的运动数据分析母猪高活动量的持续时长从而判断母猪是否处于配种时间，然后控制可加热皮质内衬4加热且控制所述弹性钳制装置2收紧模拟公猪爬跨贴靠，重复控制多次模拟公猪爬跨贴靠，且每次持续若干秒，再根据采集的运动数据分析每次模拟公猪爬跨贴靠前后母猪活动量的变化，计算出每次母猪立反射发生的概率，根据多次母猪静立反射发生的概率的平均概率和母猪体温升高率量是否到达设定的阈值，综合判断出母猪是否进入最佳配种时间；若判断母猪进入最佳配种时间，控制指示单元10指示母猪进入最佳配种，并通过无线通信模块8通知给管理人员；若判断母猪未进入最佳配种时间，30分钟后重复模拟公猪爬跨贴靠再次进行综合判断，直到判断母猪进入最佳配种时间。
[0063]
本实施例中，所述设备壳体1采用tpu塑料制成，防水、防腐蚀、耐摔、抗老化、具备很好的生物相容性，设备壳体1具体可以为：立方体结构的壳体，将结果指示单元10、运动传感器6、无线通信模块8、主控制器5和紧收装置3固定安装在壳体内，防止在猪群内其他猪攻击该壳体内的设备，导致采集、控制、通信等操作出现误差或者中断。
[0064]
本实施例中，所述弹性钳制装置2包括两个转动连接的钳夹杆体，两个钳夹杆体通过转轴连接，以转轴为中心所述钳夹杆体分为钳夹嘴2-1和钳夹壁2-2，两个钳夹嘴2-1配合钳制母猪的后背，两个钳夹嘴2-1夹持一侧安装上安装可加热皮质内衬4，两个钳夹嘴2-1连接的位置朝向钳制母猪的一侧安装有所述测温单元7，两个钳夹壁2-2之间连接有弹簧。弹性钳制装置2钳制母猪后背的力量控制在50～60n，防止意外掉落，收紧后弹性钳制装置力量控制在150～170n，模拟公猪爬跨效果。
[0065]
本实施例中，所述紧收装置3包括一端带螺纹的转轴3-1、旋转电机3-2和阻挡部3-3，所述转轴3-1的螺纹端螺纹安装在旋转电机3-2上，所述旋转电机3-2固定在设备壳体1上，所述转轴3-1的另一端穿过两个钳夹壁2-2的一端，且与远离旋转电机3-2的一个钳夹壁2-2的端部限位旋转连接，所述阻挡部3-3设置在靠近旋转电机3-2的一个钳夹壁2-2与旋转电机3-2之间的位置上，且转轴3-1穿过阻挡部3-3，且与所述阻挡部3-3保持垂直，所述阻挡
部3-3固定在所述设备壳体1上，所述旋转电机3-2与主控制器5电连接。进一步，所述阻挡部3-3可以为旋转电机3-2的安装壳体，呈立方体结构，一个钳夹壁2-2顶压在安装壳体，通过压缩两个钳夹壁2-2之间的弹簧，使两个钳夹嘴2-1之间产生钳制力，钳制在母猪后背，实现收紧作用。
[0066]
本实施例中，所述测温单元7包括体表测温探头和固定在体表测温探头和两个钳夹嘴2-1连接位置之间的弹簧，该位置设置的弹簧能够使体表测温探头与母猪体表紧密贴合，所述表测温探头与主控制器连接；所述体表测温探头的采集精度0.1℃、测温精度
±
0.1℃，主控制器以10秒/条的频率控制体表测温探头采集母猪体表温度。
[0067]
本实施例中，所述运动传感器为6轴陀螺仪，具备每秒200次的数据采集频率，即每秒采集200个时刻的运动数据，所述运动传感器采集数据包括：x轴加速度、y轴加速度、z轴加速度、x轴角速度、y轴角速度和z轴角速度。
[0068]
本实施例中，所述无线通信模块采用wifi网络与云端进行数据交互。
[0069]
本实施例中，所述钳夹夹持母猪后背的位置设置有可加热皮质内衬4，可加热皮质内衬4内设置有电热丝，加热丝外侧由耐热200℃的硅橡胶绝缘隔离，所述电热丝与主控制器5连接，由主控制器5控制电热丝是否开启加热，在紧收装置启动收紧前和收紧过程中，进行间歇性加热，保证模拟公猪爬跨贴过程中温度保持在39℃左右。
[0070]
本实施例中，所述结果指示单元9为指示灯，红色闪烁状态表示母猪进入最佳配种时间。
[0071]
本实施例中，所述检测装置还包括电源模块9，所述电源模块9为其他用电器供电。
[0072]
实施例2
[0073]
本发明实施例公开了一种母猪最佳配种时间检测方法，所述母猪为日龄达210天且背膘厚度在12mm以上的母猪或者断奶3天后母猪，将实施例1中所述母猪最佳配种时间检测装置钳制于母猪后背部；检测母猪进入最佳配种时间的方法包括以下步骤：
[0074]
s1、数据清洗：主控制器对由运动传感器6采集到的母猪运动数据，以及由测温单元7采集到的母猪体温数据超出范围的数据进行临近值均值填充；
[0075]
s2、数据降噪：采用卡尔曼滤波算法对填充后的母猪运动数据和填充后的母猪体温数据进行降噪处理，最大限度减少噪声干扰；
[0076]
s3、母猪活动量分析：根据预设的母猪活动量分析模型，和降噪处理后的母猪运动数据综合分析该母猪高活动量持续时长是否超过设定阈值，设定持续时长的阈值为2小时，一旦该母猪高活动量持续时长超过2小时，控制可加热皮质内衬4加热至39℃左右，并控制紧收装置3对弹性钳制装置2进行收紧，模拟公猪爬跨贴靠，持续m时长，具体设定m为6秒；
[0077]
s4、计算母猪静立反射发生的概率：连续模拟公猪爬跨贴靠p次，设定p＝5，每次模拟公猪爬跨贴靠过程中采集弹性钳制装置2收紧后持续的6秒之内的运动数据，根据母猪活动量分析模型和收紧后6秒钟的运动数据分析母猪活动量，并对比模拟公猪爬跨前后活动量变化，计算每次模拟公猪爬跨贴靠时母猪静立反射发生的概率和5次的静立反射发生的概率的平均概率；
[0078]
s5、判断母猪是否进入最佳配种时间：以母猪体温升高量和5次的静立反射发生的概率的平均概率是否同时达到设定的体温升高量和平均概率的阈值，从而判断母猪进入最佳配种时间；
[0079]
s6、当确定母猪进入最佳配种时间，主控制器控制结果指示单元10指示，同时通过无线通信模块6通知管理人员；
[0080]
s7、当确定母猪未进入最佳配种时间，30分钟之后重复步骤s4和s5，再次进行综合判断母猪是否进入最佳配种时间，若是，进入s6，若否，30分钟之后再重复步骤s4和s5，直至判断母猪进入最佳配种时间，结束模拟公猪爬跨贴靠。
[0081]
本实施例中，s6中所述预设的母猪活动量分析模型用来分析单位时间内母猪活动量能够反映其活动的激烈程度，它可由力积对时间求微分来表示，力积对时间求微分得到的物理量是力，而根据牛顿力学定律，力是物体质量和加速度的乘积，所以当体重一定时，加速度就反映了活动量随时间的变化率，具体包括：
[0082]
母猪活动量依靠测量母猪运动加速度进行计算，其中主控制器每秒钟采集该母猪的l个时刻的运动数据，l＝200，第i时刻的运动数据包括：x轴加速度、y轴加速度、z轴加速度，x轴角速度、y轴角速度、z轴角速度；其中i时刻的x轴加速度记为accxi，y轴加速度记为accyi，z轴加速度记为acczi，i时刻的x轴角速度记为gyrxi，y轴角速度记为gryyi，z轴角速度记为gryzi；
[0083]
则：该母猪i时刻的活动量exeri为：
[0084]
exeri＝k(|accxi|+|accyi|+|accz
i-0.98|+|gryxi|+|gryyi|+|gryzi|)+b，其中，k、b为常数，i＝1,2,3...l；
[0085]
根据i时刻的活动量exeri分析母猪活动的激烈程度；
[0086]
则：根据母猪i时刻的活动量exeri，求解该母猪从j时刻开始n秒内每时刻的平均活动量avgexer
i,n
为：
[0087][0088]
根据平均活动量avgexer
i,n
分析母猪活动n秒活动的激烈程度。
[0089]
本实施例中，所述母猪发生静立反射的概率通过以下公式进行计算：
[0090]
从j时刻开始测试母猪发生静立反射，其概率pstandingreflexj为：
[0091][0092]
其中，j时刻为完成弹性钳制装置收紧和加热皮质内衬加热后第一次模拟公猪爬跨贴靠母猪的前一时刻；j4代表j时刻前推4小时的对应时刻，avgexer
j4,14400
代表j时刻前4小时每时刻的母猪平均活动量；j1代表j时刻前推1小时的对应时刻，avgexer
j1,3600
表示j时刻前1小时母猪每时刻的平均活动量；m代表模拟公猪爬跨贴靠持续的时长，m为6秒,avgexer
j,m
表示从j时刻开始模拟公猪爬跨贴靠持续的m秒母猪每时刻的平均活动量。
[0093]
本实施例中，s5中所述母猪体温升高量为：以最后一次模拟公猪爬跨贴靠母猪的时间为准，前一个小时采集母猪体表温度的平均值与母猪最佳配种时间检测装置钳制固定
在母猪后背部后体温数据基本稳定后连续采集一个小时的平均体温之差。
[0094]
本实施例中，s6中当5次母猪静立反射发生的概率的平均概率大于0.88、或者当5次母猪静立反射发生的概率的平均概率大于0.82且所述母猪体温升高量大于0.62时，或者当5次母猪静立反射发生的概率的平均概率大于0.74且所述母猪体温升高量大于0.81时，或者当5次母猪静立反射发生的概率的平均概率大于0.68且所述母猪体温升高量大于1.16时，母猪进入最佳配种时间，否则，母猪未进入最佳配种时间。
[0095]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。