基于数字孪生猪场远程控制系统及控制方法与流程

本发明涉及智能养殖控制，尤其涉及一种基于数字孪生猪场远程控制系统及控制方法。

背景技术：

1、随着信息技术的发展和应用，人工智能技术逐渐被广泛应用于工业生产、能源、交通等领域。在养殖行业中，由于传统的规模养殖方式存在人工成本高、生产效率低、疾病防控能力低和饲料浪费率大等问题，难以满足我国社会在发展过程中日益增加的猪肉需求，因此未来猪只养殖业必定是向具有人工成本低、生产效率高和疾病防控能力强等优点的规模化、智能化和集约化的养殖模式进行升级。

2、中国专利公开号：cn107578341a公开了一种用于牲畜养殖场的养殖数据监测系统，包括：安装在每个牲畜的耳朵上的耳标；分布于各养殖栏中的电子秤，每台电子秤定位于饮水点旁，以使得牲畜在饮水时进行称重；分布于各养殖栏中的耳标读取器，每台电子秤旁安装有一耳标读取器，以使得在牲畜称重时读取该牲畜的耳标的耳标号；安装在每台电子秤上的仪表，该仪表汇集牲畜饮水时关于该牲畜的耳标号、体重、养殖栏号，以及称重的日期和时间的信息作为一条牲畜饮水消息；数据处理装置，接收来自各仪表的牲畜饮水消息以获取养殖数据；预警单元，用于响应于养殖数据异常生成预警信息；以及通信单元，用于该预警信息传送至用户的移动终端；由此可见，此技术方案可提供每个牲畜、每个栏、每个舍、每个养殖场的数据，为饲养管理员提供重点关注对象，提供预警信息，但存在以下问题：该技术方案的智能化水平并不完善，只能根据养殖数据与标准比较提供预警信息，无法针对饲养对象的生长状态对标准进行更新，并且没有对对应的预警信息提出的解决方案及执行方案。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种基于数字孪生猪场远程控制系统及控制方法，用以克服现有技术中无法针对饲养对象的生长状态对标准进行更新，智能化水平较低的问题。

2、为实现上述目的，一方面，本发明提供一种基于数字孪生猪场远程控制系统，包括：

3、进一步地，标记单元，包括若干用以确定猪体信息的射频识别标签，用以区别各猪体，记录绑定该射频识别标签猪体的出生日期信息及出生体重信息；

4、数据采集单元，其包括置于猪场内用以识别所述标记单元的标签识别器，用以采集猪场内环境数据的第一采集单元，用以采集各猪体的位置数据及体征数据的若干第二采集单元，和用以采集猪体进食和排便数据的若干第三采集单元；

5、数据处理单元，分别与所述标记单元以及所述数据采集单元相连，用以根据所述第二采集单元采集的位置数据生成猪体的活动路径并计算单位时间内猪体活动路径的重复程度，根据所述第二采集单元采集的猪体体温生成各猪体的平均值并根据所述第三采集单元采集的猪体进食数据和排便数据计算猪体的综合消化指标值；

6、执行单元，其与控制平台相连，设置在猪场内，包括通过通风、清洗、升温、降温以调整猪场环境参数的猪场清洁单元，通过在轨道上运行的用以提供玩具及投喂不同种类不同重量的饲料和饮用水给各个猪舍的智能机器人，悬挂于猪场房顶内壁用于隔离体征不稳定猪体的隔离装置以及用以增加猪体运动量的多点投喂装置；

7、输入单元，其与控制平台相连，用以输入固定执行口令及对固定执行口令进行修改的修改口令，固定执行口令包括通风指令、温度调节指令、清洗指令和定时投喂指令；

8、控制平台，其分别与所述数据采集单元、所述数据处理单元及所述执行单元相连，用以根据单位时间内的猪体活动路径的路径长度确定猪体的活跃程度，并在第一活跃度条件下，根据单位时间内的猪体活动路径的重复程度确定猪体的刻板程度，根据数据处理单元计算的猪体综合消化指标值与预设指标的比对结果，确定猪体是否消化正常，以及根据猪体出生体重及体重增长情况，预测猪体生长周期并调整猪体不同生长阶段的对应的标准路径长度值；

9、显示单元，其分别与所述数据采集单元和所述控制平台相连，用以根据所述数据采集单元中采集的数据及控制平台控制执行单元执行的操作生成养猪场各猪体活动的数字孪生模型；

10、所述第一活跃度为猪体活动路径长度不小于标准路径长度值。

11、进一步地，所述控制平台根据单个猪体体温与预设正常猪体体温最高值以及各猪体体温均值的预设偏差绝对值，确定猪体的体征是否平稳包括；

12、若猪体体温不大于所述预设正常猪体体温最高值，且小于所述各猪体体温均值的预设偏差绝对值，所述控制平台判定猪体体征平稳；

13、若猪体体温大于所述预设正常猪体体温最高值，或大于所述各猪体体温均值的预设偏差绝对值，所述控制平台判定猪体体征不平稳，控制平台控制所述执行单元对猪体执行隔离措施并发送体征超标预警信息；

14、其中，所述隔离措施为将体征不平稳猪体与其他猪体物理分离以使体征不平稳猪体的体液不逸散至物理分离区以外。

15、进一步地，所述隔离措施中使用的隔离装置包括：

16、移动轨道，其安装于猪场房顶内侧，轨道根据各个猪舍位置进行铺设用以使封闭式隔离箱可自动运行至各个猪舍正上方；

17、封闭式隔离箱，其尺寸根据猪舍尺寸设定，其滚轮固定在所述移动轨道内，其箱体顶部通过可伸缩绳索连接于滚轮，箱体底部设置有可开闭控制的移动底板，用于隔离体征不平稳猪体；

18、封闭换气单元，包括从所述封闭式隔离箱内穿过所述隔离箱顶部连接于猪场外的换气装置以及安装于封闭式隔离箱内用于喷射消毒剂的喷射装置和用于消毒的紫外线灯；

19、体征监控组件，其设置于封闭式隔离箱内部，包括温度传感器和微型摄像头，用以监测封闭式隔离箱内猪体的体温及状态情况。

20、进一步地，所述控制平台在第一体征判定条件下根据单位时间内的单个猪体活动路径的路径长度确定单个猪体的活跃程度，控制平台在预设周期内将猪体累计运动路径长度与标准路径长度值进行比较，

21、若预设周期内累计运动路径长度不小于标准路径长度值，判定猪体运动量达标，处于第一活跃度；

22、若预设周期内累计运动路径长度小于标准路径长度值，判定猪体运动量不达标，判定该猪处于第二活跃度；

23、其中，所述第一体征判定条件为所述控制平台判定猪体体征平稳。

24、进一步地，所述控制平台在第一活跃度条件下，根据单位时间内的猪体活动路径的重复程度确定猪体的刻板程度，其中，猪体活动路径的刻板程度由下式确定：

25、

26、其中，所述第一活跃度为猪体活动路径长度不小于标准路径长度值，a1为当前单位时间内的猪体活动路径的重复度，

27、a1=,为单猪体测量周期内累计运动路径总长度，s1为第1段重复路径长度，为第1段重复路径长度的重复次数，k为总重复路径路段数，为第k段重复路径长度，为第k段重复路径长度的重复次数；a0为猪体历史活动路径重复度均值。

28、进一步地，所述控制平台根据单个猪体的进食量和排便量确定猪体的综合消化指标值，其中，单个猪体的综合消化指标值d由下式确定：

29、d=

30、其中，e1为猪体的进食量，e0为预设猪体正常进食量，根据猪体的重量变化进行调整，l1为猪体的排便量，l0为预设猪体正常排便量。

31、进一步地，所述控制平台在第一活跃度条件下，根据猪体的刻板程度与预设刻板程度0进行比对，猪体的综合消化指标值d与预设正常综合消化值范围d0比对，确定猪体状态是否正常，并在第一状态判定条件下控制平台控制所述执行单元采取对应的处理措施，包括：

32、若0且d∈d0，控制平台判断猪体处于正常状态，不对其采取任何措施；

33、若0且dd0，控制平台判断猪体处于消化异常状态，控制平台控制所述执行单元采取第一执行策略；

34、若0且d∈d0，控制平台判断猪体处于情绪焦虑状态，控制平台控制所述执行单元采取第二执行策略；

35、若0且dd0，则判断猪体存在生病风险，控制平台控制所述执行单元采取第三执行策略；

36、其中，所述第一状态判定条件为判断猪体处于消化异常状态或判断猪体处于情绪焦虑状态或判断猪体存在生病风险；

37、所述第一执行策略为在第一预设条件下，减少对该猪体的投喂量，并将该猪的饲料更改为易消化饲料；在第二预设条件下，停止对该猪体的投喂饲料，只按时提供饮水，并观察猪体的进食量和排便量是否均衡，若不均衡，判定猪体存在消化疾病风险，对该猪体实施隔离措施并发送消化疾病风险预警信息；

38、所述第二执行策略为猪体提供玩具和/或播放音乐，并观察猪体的活动路径是否恢复正常，若未恢复正常，判定猪体存在情绪疾病风险，对该猪体实施隔离措施并发送疾病风险预警信息；

39、所述第三执行策略为对猪体执行所述隔离措施并发送疾病风险预警信息；

40、所述第一预设条件为猪体的综合消化指标值d大于预设正常综合消化值范围的上限值，所述第二预设条件为猪体的综合消化指标值d小于预设正常综合消化值范围的下限值。

41、进一步地，所述控制平台在第二活跃度条件下，根据猪体的综合消化指标值d判定猪体是否消化正常，并控制所述执行单元采取对应的处理措施，包括：

42、若d∈d0，控制平台判定猪体消化正常且运动量不足，控制平台控制执行单元更改猪体的投喂方式，将投喂在其猪舍固定进食位置改为猪舍外多个分散投喂点位置，以提高该猪体的运动量；

43、若猪体的综合消化指标值d大于预设正常综合消化值范围的上限值，控制平台判定猪体饮食运动不平衡，控制平台控制执行单元更改猪体的投喂方式，将投喂在其猪舍固定进食位置改为猪舍外多个分散投喂点位置，并将该猪的饲料调整为高纤维饲料；

44、若猪体的综合消化指标值d小于预设正常综合消化值范围的下限值，控制平台判定猪体消化代谢不平衡，控制平台控制执行单元更改猪体的投喂方式，将投喂在其猪舍固定进食位置改为猪舍外多个分散投喂点位置，并将该猪的饲料更改为高能量易消化饲料；

45、其中，所述第二活跃度为猪体活动路径长度小于标准路径长度值。

46、进一步地，所述多点投喂装置包括：

47、若干固定称重饲料盒，其分别设置于猪舍内连接于各面墙壁的地面上，且各饲料盒相邻固定距离，用以盛放猪饲料及检测猪的进食量；

48、若干自动投喂器，其固定安装于各称重饲料盒正上方第一高度对应的墙体上且投喂出口与所述固定称重饲料盒相连，用以定时多次投喂猪饲料；

49、饲料输送单元，其用以根据控制平台指令将定量饲料输送至各个所述自动投喂器内；

50、其中，所述第一高度为猪体站立不能达到的高度，根据猪体种类进行设定。

51、进一步地，所述数据处理单元根据数据采集单元采集的猪体长度和胸围计算猪体体重，所述控制平台根据猪体出生体重及体重增长情况，预测猪体所处生长阶段以调整猪体不同生长阶段的供给饲料种类、预设猪体正常进食量，并调整对应的所述标准路径长度值范围，具体包括：预先设置有单个猪体出生体重为m0，当前猪体体重计算值为m1，

52、若m1≤2×m0，判定该猪体处于初生期阶段，控制平台根据该猪体单位时间的体重增长量与此阶段的第一预设体重增量m2比对，确定其吸食的母乳量是否充足，在不充足条件下，控制平台根据不足量控制执行单元提供对应量的补充食物；

53、若2×m0＜m1≤10×m0，判定该猪体处于婴幼猪期阶段，控制平台根据该猪体单位时间的体重增长量与此阶段的第二预设体重增量m3比对，确定所需供给粉状饲料量配合母乳喂养，以促进该阶段猪体的生长发育；

54、若10×m0＜m1≤30×m0，判定该猪体处于少年猪期阶段，控制平台根据该猪体单位时间的体重增长量调整供给的粗饲料和谷物的饲料量，以为猪提供充足的能量和营养物质；

55、若30×m0＜m1，判定该猪体处于育肥猪期阶段，控制平台根据该猪体单位时间的体重增长量调整供给的高能量、高蛋白的饲料量，以促进肥肉积累、提高饲料利用率。

56、另一方面，本发明还提供一种基于数字孪生猪场远程控制系统的控制方法，包括：

57、步骤s1，通过输入单元将固定执行口令及判定、执行程序输入控制平台，所述固定执行口令包括各个周期根据屋内外空气质量的通风指令；根据屋内温度变化的温度调节指令；定时猪场清洗指令，根据各个猪体体重及状态的饲料和饮用水的定时投喂指令；

58、步骤s2，控制平台根据输入内容及采集单元采集的数据，控制执行单元调整猪场整体温度、湿度，定时投喂定量的饲料和饮用水以及定时清洗猪场；

59、步骤s3，根据猪体的性别，在各猪体的左耳或右耳安装记载该猪体出生日期或体重的射频识别标签；

60、步骤s4，控制平台根据猪体体温与预设正常猪体体温最高值、各猪体体温均值的预设偏差绝对值比对，确定猪体的体征是否平稳，若猪体体征平稳执行步骤s5；若猪体体温不平稳，执行单元对猪体执行隔离措施并发送体征超标预警信息；

61、步骤s5，控制平台根据单位时间内的猪体活动路径的路径长度确定猪体的活跃程度，根据猪体的进食量、排便量确定猪体的综合消化指标值，当猪体活动路径长度不小于标准路径长度值范围的下限值时，执行步骤s6；当猪体活动路径长度小于标准路径长度值范围的下限值时，执行步骤s7;

62、步骤s6，控制平台根据单位时间内的猪体活动路径的重复程度确定猪体的刻板程度，根据猪体的刻板程度与预设刻板程度进行比对，猪体的综合消化指标值与预设正常综合消化值范围比对，确定猪体状态是否正常，并在第一状态判定条件下控制平台控制所述执行单元采取对应的处理措施；

63、步骤s7，控制平台根据猪体的综合消化指标值d与预设正常综合消化值范围d0比对，确定猪体是否消化正常，控制所述执行单元采取对应的处理措施；

64、步骤s8，控制平台根据各猪体的长度及宽度计算各猪体体重，并根据猪体出生体重及体重增长情况，预测猪体生长周期，调整猪体对应的标准路径长度值、饲料量及饲料种类；

65、其中，所述标准路径长度值范围根据猪体所在成长阶段及体重进行设定，所述第一状态条件为判断猪体处于消化异常状态或判断猪体处于情绪焦虑状态或判断猪体存在生病风险。

66、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本系统包括标记单元、数据采集单元、数据处理单元、执行单元、输入单元、显示单元及控制平台，控制平台根据数据采集单元及数据处理单元反馈的数据，自动调节猪场内的温度、湿度、通风时间等环境参数，保证了猪的生长环境舒适和稳定，提高猪的生长速度和养殖效益；控制平台根据猪体的体温、猪体的进食量、排便量、活动路径指标确定猪体是否处于正常状态，并在不正常状态下的各指标情况，控制执行单元采取不同对应的处理措施，减少了人工的投入，提升了执行效率并且提高了有生病风险猪体的隔离速度，减小了各猪体间相互传染生病率上升的风险；控制平台根据猪体出生体重及体重增长情况，预测其生长周期，调整该猪体不同生长阶段的供给饲料种类和重量以满足不同生长阶段的生长需要，使猪在更短的时间内达到市场需求的体重要求，从而增加养殖户的经济效益。

67、进一步地，本发明的控制平台根据猪体体温与预设正常猪体最高值、各猪体体温均值的预设偏差绝对值比对，确定猪体的体征是否平稳并在猪体体征不平稳时控制所述执行单元对猪体执行隔离措施并给特定设备发送预警信息，提高了有生病风险猪体的隔离速度，减小了各猪体间相互传染生病率上升的风险。

68、进一步地，控制平台根据单位时间内的猪体活动路径的路径长度确定猪体的活跃程度，并结合该猪体的饮食量、排便量指标，控制执行单元采取不同的应对措施以增加该猪体的运动量、提高该猪体的消化水平、改善该猪体的焦虑情绪，提升了不同状况的处理效率，有助于提高猪的免疫力和抗病能力，减少疾病的发生率和死亡率，提高猪的免疫力和抗病能力，减少疾病的发生率和死亡率。

69、进一步地，本发明的控制平台根据猪体出生体重及体重增长情况，预测猪体所处生长阶段以更改该猪体不同生长阶段的供给饲料种类和重量，以在猪体的不同生长阶段提供不同营养价值的饲料，降低了过度喂养和猪体营养不足的风险，促进猪体生长发育，提高猪肉的质量和口感，同时也提高饲料的利用率和减少浪费，降低养殖成本。