基于移动感知的环境场构建与通风分区调控方法及系统与流程

本技术属于畜禽养殖环境信息化，尤其涉及一种基于移动感知的环境场构建与通风分区调控方法及系统。

背景技术：

1、我国规模化生猪养殖已进入标准化、集约化发展阶段，封闭式猪舍的环境控制直接影响猪群的健康水平与生产性能。猪舍内温度、湿度、氨气（nh3）浓度、二氧化碳（co2）浓度等微环境参数的时空分布均匀性，是决定猪群生长速度、料肉比及疫病发生率的关键因素。

2、目前行业内主流的猪舍环境感知方案多采用固定点位安装的温湿度传感器和气体传感器进行环境参数采集。这类方案存在以下固有缺陷：其一，固定传感器存在感知盲区；其二，离散点数据无法支撑精细化分区调控；其三，缺乏动态适配不同生长阶段需求的能力；其四，现有巡检机器人与通风系统处于“信息孤岛”状态。

3、因此，亟需一种新的基于移动感知的环境场构建与通风分区调控方案以解决上述技术缺陷。

4、上述陈述仅用于提供与本技术有关的背景技术信息，除非在此指出，否则在本部分中描述的内容对于本技术其它部分内容而言不是现有技术。

技术实现思路

1、本发明提出了一种基于移动感知的环境场构建与通风分区调控方法及系统，通过巡检机器人沿轨道移动采集猪舍离散环境数据，经空间插值重建全舍三维连续场，按采食/躺卧/粪沟功能区语义映射并动态分区，量化输出各分区调控需求指标，显著提升了环控的精准性，也为后续风机群无级调速提供精准靶向输入。

2、本发明旨在解决现有猪舍环境感知系统中因固定传感器感知盲区导致的空间环境数据不完整、离散点数据无法支撑精细化分区调控、缺乏动态适配不同生长阶段需求的能力，以及巡检机器人采集数据与通风执行设备之间缺乏有机融合的技术缺陷。

3、本发明适用于规模化猪舍、禽舍等封闭式养殖空间的全空间微环境精细化感知与差异化通风控制场景。

4、根据本技术实施例的第一个方面，提供了一种基于移动感知的环境场构建与通风分区调控方法，包括：

5、通过移动式感知平台按预设采样策略遍历目标养殖空间，采集行进路径上各空间位点的多参数环境数据及对应的空间位置信息，生成带有空间标签的环境数据流；

6、以目标养殖空间为边界，根据环境数据流生成覆盖目标养殖空间全域的连续空间环境场分布模型；

7、将连续空间环境场分布模型按预设的目标养殖空间分区信息进行分割与属性标记，得到多个子空间环境场；

8、对每个子空间环境场的当前养殖对象的生长状态信息，生成带有空间位置标签的分区调控需求指标。

9、在本技术一些实施方式中，移动式环境感知平台为悬挂于铺设在养殖空间顶部的轨道上的轨道式巡检机器人，巡检机器人上搭载有多参数环境传感器模组、边缘计算网关和无线通信模块；

10、巡检机器人沿轨道匀速行进，以固定采样频率采集行进路径上各空间离散点的多参数环境数据，空间位置信息为三维空间物理坐标，边缘计算网关实时将每一采样时刻的三维空间物理坐标与多参数环境数据进行同步绑定，生成带有空间标签的环境数据流。

11、在本技术一些实施方式中，根据环境数据流生成覆盖目标养殖空间全域的连续空间环境场分布模型，包括：

12、以目标养殖空间物理空间为边界构建三维规则网格；

13、采用空间插值算法，以环境数据流的多参数环境数据及其对应的空间位置信息作为输入，对离散采样点的环境数据进行插值计算；

14、在三维规则网格下生成连续空间环境场分布模型。

15、在本技术一些实施方式中，空间插值算法为三维各向异性克里金插值算法；

16、对x轴水平纵向、y轴水平横向和z轴垂直方向分别设定不同的变程参数、、；

17、构建各向异性半变异函数，计算任意两采样点之间的标准化各向异性距离h，其表达式为：

18、；

19、其中，δx、δy、δz分别为待估点与已知采样点在x、y、z方向上的空间距离；变程参数满足>>，以分别适应猪舍纵向气流主导扩散、横向受限扩散及垂直方向热力分层扩散的空间相关性特征。

20、基于标准化各向异性距离进行克里金插值计算，生成连续空间环境场分布模型。

21、在本技术一些实施方式中，将连续空间环境场分布模型按预设的目标养殖空间分区信息进行分割与属性标记，包括：

22、获取预设的目标养殖空间分区信息中，各个养殖空间功能区域的空间边界坐标数据库；功能区域包括采食区、躺卧区和粪沟区；

23、按照空间边界坐标数据库将连续空间环境场分布模型进行空间裁剪，得到各功能区域的子空间环境场；

24、对子空间环境场附加环控优先级语义标签，并将子空间环境场与物理风机建立一一映射绑定关系。

25、在本技术一些实施方式中，对每个子空间环境场的当前养殖对象的生长状态信息，生成带有空间位置标签的分区调控需求指标，包括：

26、对每个子空间环境场，根据当前养殖对象的生长状态信息调取对应的环境适宜指标；生长状态信息包括猪群生长阶段信息，环境适宜指标包括与猪群生长阶段对应的环境阈值参数；

27、分区计算每个子空间环境场的实测环境表征量与环境阈值参数的综合偏差度，分区生成带有空间位置标签的调控需求指标。

28、在本技术一些实施方式中，将连续空间环境场分布模型按预设的目标养殖空间分区信息进行子空间环境场的分割，还包括：

29、根据连续空间环境场分布模型中污染物浓度的空间分布，采用移动立方体算法提取浓度等于预设警戒阈值的三维等值面，将三维等值面包围的区域标记为临时动态高负荷分区；

30、计算相邻两个子空间环境场边界处的环境参数空间梯度模长，若边界处梯度模长小于预设合并阈值，则自动合并；若边界处梯度模长大于预设分裂阈值，则维持独立分区。

31、根据本技术实施例的第二个方面，提供了一种基于移动感知的环境场构建与通风分区调控系统，包括：

32、空间环境数据获取模块，用于通过移动式感知平台按预设采样策略遍历目标养殖空间，采集行进路径上各空间位点的多参数环境数据及对应的空间位置信息，生成带有空间标签的环境数据流；

33、空间环境场构建模块，用于以目标养殖空间为边界，根据环境数据流生成覆盖目标养殖空间全域的连续空间环境场分布模型；

34、分区模块，用于将连续空间环境场分布模型按预设的目标养殖空间分区信息进行分割与属性标记，得到多个子空间环境场；

35、分区调控模块，用于对每个子空间环境场的当前养殖对象的生长状态信息，生成带有空间位置标签的分区调控需求指标。

36、根据本技术实施例的第三个方面，提供了一种基于移动感知的环境场构建与通风分区调控装置，包括：存储单元，用于存储可执行指令；以及处理单元，用于与存储器连接以执行可执行指令从而完成基于移动感知的环境场构建与通风分区调控方法。

37、根据本技术实施例的第四个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序；计算机程序被处理器执行以实现基于移动感知的环境场构建与通风分区调控方法。

38、采用本技术的一种基于移动感知的环境场构建与通风分区调控方法及系统，方法包括通过移动式感知平台按预设采样策略遍历目标养殖空间，生成带有空间标签的环境数据流；根据环境数据流生成覆盖目标养殖空间全域的连续空间环境场分布模型；将连续空间环境场分布模型按预设的目标养殖空间分区信息进行分割与属性标记，得到多个子空间环境场；对每个子空间环境场的当前养殖对象的生长状态信息，生成带有空间位置标签的分区调控需求指标。本技术通过巡检机器人沿轨道移动采集猪舍离散环境数据，经空间插值重建全舍三维连续场，按采食/躺卧/粪沟功能区语义映射并动态分区，量化输出各分区调控需求指标，显著提升了环控的精准性，也为后续风机群无级调速提供精准靶向输入。

39、本发明与现有技术相比，具有以下显著的有益效果：

40、1、突破固定传感器感知盲区，实现全空间连续环境场重建。

41、本发明利用轨道式巡检机器人的移动特性，打破了固定点位传感器的空间限制，通过空间插值算法将离散采样点扩展为覆盖猪舍全空间（含垂直维度）的连续三维环境场分布模型。相比于现有技术中仅依赖离散点均值或最高值的粗放方案，本发明能够精确反映猪舍内温度分层现象（地面至天花板温差）和有害气体（nh3、co2）的空间积聚分布，从根本上解决了因感知盲区导致的调控失准问题。

42、2、实现功能区域差异化精准调控。

43、本发明将重建的三维环境场与猪舍功能区域（采食区、躺卧区、粪沟区）进行空间裁剪和语义映射，并与物理风机通风分区建立一一绑定关系。这使得不同功能区可根据其各自的环控目标（粪沟区以排氨为主、躺卧区以温控为主）接受差异化调控，避免了传统方案“全舍统一动作”造成的能源浪费和环境不均，显著提升了环控的精准性和经济性。

44、3、动态适配猪群生长阶段，科学量化复合胁迫效应。

45、本发明引入了随猪群生长阶段动态切换的综合环境胁迫指数（cei），将温度、湿度、nh3浓度和co2浓度纳入统一的加权评价体系，且权重系数可根据保育期和育肥后期进行动态调整。这相比于现有技术中单一因子或固定权重的评价方式，更科学地反映了多环境因子对猪只的复合胁迫效应，使调控目标真正契合猪群的生物学需求。

46、4、插值精度显著提升，场重建可靠性高。

47、本发明优选采用三维各向异性克里金插值算法，针对猪舍内水平纵向（气流主导方向）、水平横向和垂直方向分别设定独立的变程参数，充分考虑了猪舍内环境参数在不同空间方向上相关性各异的物理特性。相比于传统各向同性插值方法，本发明的三维场重建精度显著提高，边界区域和垂直梯度上的估计误差大幅降低。

48、5、实现“感知-建模-决策”闭环，填补巡检空窗期。

49、本发明通过卡尔曼滤波时序预测算法，实现了两次巡检间隔期内三维环境场的动态预测，使通风调控决策不再受限于巡检周期，保证了调控的连续性和实时性。同时，本发明通过插值置信度评估机制，对三维场各网格点的重建质量进行量化评价，当全场平均置信度偏低时自动触发加密巡检模式，形成了感知系统内部的“自检-自适应”闭环，显著提升了系统在复杂工况下的鲁棒性。

50、6、支持动态分区边界演化，适应环境动态变化。

51、本发明优选实施方式中引入了基于三维等值面追踪的动态分区边界演化机制，可根据实时三维场中污染物浓度的空间分布自动识别“污染团”边界，并据此动态合并或分裂原有通风分区。这一机制突破了功能区域静态划分的局限，使分区调控能够实时响应环境变化的动态特征，进一步提升了通风调控的精准性和灵活性。