[0001] 本发明涉及动物自动称重，具体为一种基于体重分割法的小型多动物精准自动称重装置。

[0002] 随着畜牧产业的发展，现代畜牧养殖正向智能化方向转变。越来越多的企业进入规模化养殖阶段，而了解在这种养殖模式下畜禽的生长速度成为评估养殖效果、调整管理措施的重要依据。与此同时，动物福利也越来越受到人们的关注。

[0003] 小型动物(如家兔、禽类等)的福利对于养殖生产至关重要。为改善这些小型动物的福利水平，现有的做法包括为禽类配备栖架，为母兔配备露台和脚垫等。在种畜性能测定领域需要充分采集动物体重以评估其生产性能，然而在笼养环境中，由于空间限制，小型动物的体重测量变得相当困难。传统的称重方式依赖于人工抓取，不仅耗时耗力，还会对动物产生应激反应，严重影响其福利水平。

[0004] 尽管已有研究人员利用称重传感器结合RFID(无线射频识别)或机器视觉等技术实现了动物的个体称重与识别，但这些方案中常常涉及电子耳标、摄像头等设备，使其成本高昂且难以在实际生产中广泛应用。

[0005] 然而，在多动物自动称重领域，如何区分不同动物的体重以实现个体精准称量仍然是一个研究难点。尽管RFID和机器视觉等方法在一定程度上解决了个体识别的问题，但仍然面临着设备成本高、在实际生产中难以大规模长期应用的限制。因此，从动物福利的角度出发，设计体重采集、数据分析和存储的完整称重方案仍较为缺乏。

[0056] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0057] 一种基于体重分割法的小型多动物精准自动称重装置，如图1所示，主要包括体重采集模块(1)、数据处理模块(2)和数据库存储模块(3)，其中，体重采集模块(1)的结构如图2所示，其包括称重装置(4)、控制器(5)、网关(6)、触摸屏(7)和数据库(8)，其中称重装置(4)用于采集畜禽实时体重，数据通过Modbus‑RTU协议和RS485传输线将数据传输至控制器(5)，控制器(5)通过TCP/IP网线与触摸屏(7)通讯以便于数据存储与查看展示。将控制器(5)和触摸屏(7)中的数据通过TCP/IP连接至网关(6)，利用网关(6)将设备中的数据转发至数据库(8)存储。控制器(5)中设有零点校正与砝码校正程序，可通过触摸屏(7)操作以完成对称重装置(4)内的称重传感器(12)的人工校正。

[0058] 如图3和4所示，称重装置(4)主要包括称重台面上层(9)和称重台面下层(11)，在称重台面上层(9)上设有上层板螺丝孔(10)，在称重台面上层(9)与称重台面下层(11)之间设有称重传感器(12)，称重传感器(12)也可以为悬臂梁或其他形式的传感器，在称重台面下层(11)上设有下层孔(13)，可用铁丝或轧带与笼具进行快速固定与拆卸。

[0059] 数据处理模块(2)主要包括体重提取和个体分割两部分。其中体重提取的工作过程如图5所示，其具体步骤如下：

[0060] S101：参数初始化，对数据处理模块(2)内的系统参数初始化；

[0061] S102：条件判断动物体体重W是否大于50g；

[0062] W>50g是认为可能有动物在体重秤上，则通过窗口滑动的方式取得其稳定数值作为误差值。

[0063] S103：如果步骤S102判断结果为否，则进入校正模块，对称重装置(4)进行校正；

[0064] S104：如果步骤S102判断结果为是，则进行滑动取数，即对读取来的数据(30s间隔采样)按照条件进行筛选和滑动取数以得到多只动物的体重值W1，其中筛选条件包括滑动窗口的数据量、实时体重值W、标准体重、滑动窗口中体重最大与最小值的差值，滑动窗口是对通过滑动取数得到的数据；例如，滑动窗口设定为滑动取数的数据量为6个，即当满足筛选条件时开始对体重数据进行取值，当取到连续的6个数据时进入下一步筛选程序，当不满足下一步筛选条件时则去除掉第一个数据，将第7个数据补入到数据组中使得数据组始终维持6个数据为一组并且能一直向下移动取数；

[0065] S105：通过判定动物体重值W是否在标准体重的30％波动范围内判定是否为单只动物在体重秤上以避免出现多只动物或一只动物的部分躯体在称上的结果；如果动物体重值W超过或低于标准体重±30％，则认为是多只动物或一只动物部分躯体在称重装置(4)上，此时，不符合滑动取数条件，继续步骤s104进行滑动取数；如果动物体重值W未超过标准体重±30％的数值范围，则符合滑动取数条件；

[0066] S106：通过步骤S105滑动取数，其条件为：当滑动取数的数量大于6个，或滑动窗口内的WMax‑WMin≤3g；如不能满足上述条件，则返回到步骤S104；

[0067] 动物在称重装置(4)上因其轻微动作都将导致体重数据大幅变化，经试验观察，当其稳定在称重装置(4)上时其体重值的波动在3g以内，因此以数据组内最大与最小值的差值≤3g为判稳条件。

[0068] S107：当满足步骤S106的条件，则此时对滑动取数的值取平均值得到动物体重均值 和当前时间t；

[0069] S108：找到步骤S107的记录时间t之前的误差均值 该误差均值 来源于步骤S103；如果步骤S103没有误差均值 则将误差均值 记为0；

[0070] S109：通过步骤S108，为了避免动物粪便落在体重秤或体重秤偏差带来的误差，计算 以得到真实体重值W2，其计算公式为： 存储W2值以进行下一步个体分割判断；

[0071] S110：将步骤S107的记录时间t和真实体重值W2存档保存。

[0072] 如图5所示，步骤S103的校正流程具体如下：

[0073] S201：滑动取数，如果动物体重W是小于等于50g，则此时认为称重装置(4)上无动物，对称重装置(4)进行滑动取数，此时称重装置(4)上的值为误差值α；

[0074] S202：通过步骤S201滑动取数，其条件为：当滑动取数的数量大于6个，或滑动窗口内的αMax‑αMin≤1g；如不能满足上述条件，则返回到步骤S201再进行滑动取数；

[0075] 与步骤S106同理，称重装置(4)上因环境因素轻微动作都将导致体重数据大幅变化，经试验观察，当其稳定在称重装置(4)上时其误差值α的波动在1g以内，因此以数据组内最大与最小值的差值≤1g为判稳条件。

[0076] S203：当满足步骤S202的条件时，则将滑动取数的平均值记为误差均值 同时记录该时间点为t1；

[0077] S204：当误差均值 时，称重装置(4)发出提醒信号，例如：通过灯光、声音提醒工作人员需对称重装置(4)进行校正；

[0078] 当体重秤空载时 表明体重秤误差较大，则提醒工作人员前来校准，在每个称重传感器处安装有零点校正以及砝码校正按钮以帮助养殖人员校正传感器。

[0079] S205：当称重装置(4)需要校正时，则对称重装置(4)进行零点校正以及砝码校正。

[0080] 通过上述严格的判稳条件，该筛选条件经试验验证可以准确记录出每只动物的真实体重值，无需对得到的体重数据进行异常值剔除。

[0081] 如图6所示，个体分割用于对得到的动物真实体重值进行分割，便于动物个体识别和体重存储，其具体工作过程如下：

[0082] S301：对得到的体重值W2执行线性/非线性回归得到回归线，得出动物体重随时间变化的整体趋势；

[0083] S302：计算数据点距离回归线的偏差，即计算W2与回归线的距离偏差α1；

[0084] S303：对偏差α1执行K‑means聚类以获得不同动物的体重；

[0085] S304：通过步骤S303聚类后将数据标记在不同动物编号下存储；

[0086] S305：将步骤S304记录的各动物体重计算每日体重平均值；

[0087] S306：将步骤S305的数据通过网关上传至数据库存储。

[0088] 由于称重装置(4)在动物自主站或躺在体重秤上时记录动物体重值，能否采集到每只动物的体重以及每只动物采集多少体重值不受到约束，因此在完整的一天内，不同动物采集到的体重值数量有所差异，同时由于同一只动物一天内体重值会有所增长(小动物一天内增重20～50g)，如7图所示，对一天内体重值做K‑means聚类会出现多只动物体重难以分离的问题。

[0089] 通过观察可知，图7中动物体重虽差别不大，但能看出下方体重值与上方体重值应为两只不同动物采集的体重。由于小动物在其生长期基本沿固定生长曲线进行增长，其形式一般遵循生长曲线呈线性或非线性趋势，因此可根据其体重增长方向为K‑means聚类算法指定聚类方向以实现对多动物体重分割。

[0090] 基于上述构思，本实施例对得到的多只动物体重值进行线性/非线性回归(本实施例中为线性回归)，得到其体重值的回归曲线，进而将各体重值与相同时刻下的回归值做差值得到各体重值差值记为偏差α1。基于上述操作，落于回归曲线下方值为负值，上方值为正值，如图8所示，对得到的所有偏差进行K‑means聚类将很容易将多只动物体重值分离以实现个体分割的效果。

[0091] 在图8中，本实施例还对动物的真实体重进行了人工称量，可以看到聚类后得到的结果与人工称量结果一致，表明本实施例提出的体重提取与个体分割方法具有较好的精准度。最后将个体分割后的数据标记在不同动物编号下存储，计算各动物体重日均值并将数据上传至数据库存储。

[0092] 数据库存储模块(3)用于将网关转发得到的数据进行存储和分类，其工作过程如图7所示，数据库可以是MySQL、PostgreSQL等，具体步骤如下：

[0093] S401：将接收到的数据以时间顺序排列；

[0094] S402：判断是否为初次导入数据；

[0095] S403：如果是初次导入数据，则建立新表存入；

[0096] S404：如果不是初次导入数据，则查找表中各列与导入数据各列最相近的日期；

[0097] S405：根据步骤S404得出的最相近的日期找出与原表各列差值最小的数据，将数据列插入至对应表格列的尾部以完成数据存储和分类。

[0098] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制。