畜牧养殖饲料生产管理系统及方法

本发明涉及畜牧养殖饲料生产管理，更具体地说，本发明涉及畜牧养殖饲料生产管理系统及方法。

背景技术：

1、现有畜牧养殖饲料生产管理中，狼尾草一般按照田块来源、收割时间、运输批次及入窖记录进行分批登记，并结合称重数据和库存记录确定各批次的剩余数量，作为后续取料、配料及饲喂安排的依据；

2、在规模化青贮作业中，不同田块、不同收割时段形成的狼尾草会先后卸入同一青贮窖，并经过连续铺料、推平和压实形成整体料体，原有收割批次之间不再保持清晰的实体分界，而启封后的取料作业又沿当前料面逐层、逐段切取，使一次实际取料同时涉及多个先后入窖区域；

3、此时，继续按照原收割批次的入窖数量进行扣减，只能反映账面上的批次余量，不能据此确定取料设备本次实际切取部分所包含的各来源狼尾草数量，随着连续取料进行，记录中的批次剩余量及来源构成会逐渐与窖内实际料体不一致，进而使进入后续配料环节的狼尾草来源缺少准确对应依据；

4、本技术要解决的技术问题是：在不同来源狼尾草连续入窖并经铺料、压实形成实体边界重新分布的料体后，如何根据实际入窖及取料过程准确确定各次取出狼尾草的来源组成，并保持其生产管理记录与实际物料相对应。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供畜牧养殖饲料生产管理系统及方法，通过边缘计算节点将狼尾草入窖、压实及取料过程转换为体素来源质量变化，利用相干点漂移确定压实位置并通过容量缩放最小费用流迁移来源质量，再基于数字孪生体按实际取料结果更新来源组成和资源调度，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：畜牧养殖饲料生产管理方法，包括：

3、s1、获取狼尾草卸料前后料面数据和入窖质量，由边缘计算节点统一至窖体坐标系并体素化，按新增体素体积比例分配入窖质量，得到来源质量；

4、s2、对于压实前后体素，以压实前体素中心为相干点漂移算法高斯中心、压实后体素中心为观测点，迭代计算后验概率和位移系数，至相邻两轮首位后验关系一致，得到压实位置；

5、s3、根据压实位置构建容量缩放最小费用流网络，以压实前体素为供给节点、压实后体素为接收节点，对应体素间建边，以层序逆转次数为高位费用、空间距离顺位为低位费用，使一个高位费用大于低位费用总和，按递减容量尺度沿约化费用升序首位路径传递来源质量，至全部流出，得到压实后来源质量分布；

6、s4、基于压实后来源质量分布更新狼尾草数字孪生体，按饲料生产任务次序从当前取料面逐体素分配来源质量，在累计达到任务需求量的体素内按剩余需求切分，得到取料区域和来源组成；

7、s5、取料后，由边缘计算节点根据料面变化确定减少体素，从狼尾草数字孪生体扣除对应来源质量，以取料后料面作为后一任务分配起点并重新执行s4，输出来源记录和资源调度结果。

8、在一个优选的实施方式中，在s1中包括：

9、s11、获取卸料前后料面点在窖体基准点下的坐标，由边缘计算节点按照基准点坐标差完成两次料面的平移和旋转变换，并按相同体素边长写入窖体体素格，得到卸料前体素集和卸料后体素集；

10、其中料面点是指由料面测量设备采集并经坐标解算后，落在青贮窖内狼尾草料体上表面的三维空间采样点，每个料面点保存对应的三维坐标；

11、在窖体基准点是指固定设置于青贮窖且在卸料前后保持位置不变的坐标原点，以该点为原点并按照窖体长度方向、宽度方向和高度方向建立窖体坐标系，用于统一卸料前后料面点的空间位置；

12、体素是指按照固定边长将窖体坐标系覆盖的三维空间划分形成的立方空间单元，每个体素由其在窖体坐标系中的三维索引确定唯一位置；

13、s12、将卸料后体素集与卸料前体素集按体素坐标逐位比对，把卸料前未占用且卸料后占用的体素记为新增体素，并计算各新增体素中料面以下部分与体素格的交叠体积，得到新增体素体积；

14、s13、以各新增体素体积占全部新增体素体积之比乘以本次入窖质量，将计算所得质量写入对应新增体素并绑定本次狼尾草来源，得到各新增体素的来源质量；

15、其中入窖质量是指本次卸料开始前承载狼尾草的运输载体称量质量减去本次卸料结束后同一运输载体称量质量所得的狼尾草实际卸入质量。

16、在一个优选的实施方式中，在s2中包括：

17、s21、以压实前体素中心为高斯中心、压实后体素中心为观测点执行正向相干点漂移算法，按中心间平方距离的负指数计算高斯响应并按观测点归一得到后验概率，以后验概率加权的中心距离平方和与高斯核位移平滑项之和作为代价，交替更新位移系数和高斯方差，至相邻两轮各压实前体素对应的后验概率排序首位体素编号一致，得到正向对应序列；

18、其中计算高斯响的过程为：计算每个压实后体素中心与每个经当前位移系数变换后的压实前体素中心之间的欧氏距离平方，将欧氏距离平方除以两倍当前高斯方差后取负值并进行指数运算，所得数值作为对应体素对的高斯响应；

19、后验概率加权的过程为：对于每个压实后体素，将对应各压实前体素的高斯响应按该压实后体素对应的全部高斯响应之和归一得到后验概率，再将每个体素对的中心距离平方乘以对应后验概率并求和，得到后验概率加权的中心距离平方和；

20、高斯核位移平滑项是指以各压实前体素中心之间的高斯核值表征空间关联程度，将各压实前体素的位移系数经高斯核矩阵传播后计算整体位移变化量，用于限制相邻压实前体素产生相互冲突的独立位移；

21、位移系数是指相干点漂移迭代中与各压实前体素对应的非刚性位移参数，位移系数经压实前体素之间的高斯核值加权后形成各压实前体素中心的位移向量，并据此更新压实前体素中心的位置；

22、s22、交换压实前体素中心与压实后体素中心执行反向相干点漂移算法，沿用s21的高斯响应、后验概率及位移更新规则，至相邻两轮各压实后体素对应的后验概率排序首位体素编号一致，得到反向对应序列。

23、在一个优选的实施方式中，在s2中还包括：

24、s23、依据窖底平面坐标将压实前体素与压实后体素写入对应空间列并分别按高度排序，以正向对应序列与反向对应序列中互指体素的排序位号之和作为局部代价，采用动态时间规整逐格计算局部代价与前驱累计值升序首位值之和，并从末格沿被选前驱回溯至首格，得到保持高度次序的体素对应链；

25、其中互指体素是指正向对应序列中压实前体素指向某一压实后体素，同时反向对应序列中该压实后体素指向同一压实前体素的体素对；

26、采用动态时间规整的过程为：按照压实前体素高度顺序建立行序列、压实后体素高度顺序建立列序列，以各行列组合的局部代价形成代价格，从首格开始使当前格累计值等于当前局部代价与左格、上格及左上格累计值中排序首位值之和，同时记录对应前驱格，计算至末格后沿记录的前驱格逆序回溯至首格，得到体素对应链；

27、前驱累计值是指动态时间规整计算当前代价格时，与当前代价格相邻且允许向当前代价格转移的左格、上格和左上格已经计算完成的累计代价值；

28、s24、对于体素对应链中的每个压实前体素，按照对应压实后体素的正向后验顺位与反向后验顺位之和升序确定首位体素，将首位体素中心写为压实位置，并将压实位置输出至狼尾草数字孪生体的来源质量迁移过程。

29、在一个优选的实施方式中，在s3中包括：

30、s31、按质量记录精度将各压实前体素的来源质量整数化为供给量，以各压实位置落入的压实后体素汇集对应供给量形成接收量，并将每个压实前体素与压实位置对应的压实后体素及同一空间列内位于原高度至压实高度之间的占用体素连接，得到供给节点、接收节点和运输边；

31、其中质量记录精度是指来源质量在计算和存储时采用的固定质量单位，来源质量除以该固定质量单位并取整数，所得整数作为容量缩放最小费用流网络中的供给量；

32、来源质量是指s1中按照新增体素体积占新增占用总体积的比例分配入窖质量后，写入对应压实前体素并与狼尾草来源绑定的质量值；

33、s32、对每条运输边，以压实前体素高度位号和接收体素高度位号为基准，统计正向对应序列中压实前高度位号小于当前压实前体素且对应压实位置高度位号大于当前接收体素，以及压实前高度位号大于当前压实前体素且对应压实位置高度位号小于当前接收体素的体素数量，得到层序逆转次数；按压实位置至接收体素中心的距离由小到大依次写入距离顺位，以全部来源质量整数供给量之和与全部运输边距离顺位之和的乘积加一作为高位单位，将层序逆转次数乘以高位单位后加距离顺位，得到运输边费用；

34、其中接收体素是指压实位置落入的压实后占用体素，以及与对应压实前体素建立运输边并用于接收来源质量的压实后占用体素。

35、在一个优选的实施方式中，在s3中还包括：

36、s33、基于供给量、接收量和运输边费用构建容量缩放最小费用流网络，从不超过全部供给量的二次幂容量尺度开始，仅保留剩余容量达到当前容量尺度的残量边，计算运输边费用与起点势之和减终点势得到约化费用，按约化费用累计值升序读取首位源汇路径并按路径剩余容量升序首位值传递来源质量，当前容量尺度无源汇路径时将容量尺度减半，至容量尺度为一且全部供给量流出，得到来源质量运输结果；

37、其中建容量缩放最小费用流网络的过程为：设置源节点和汇节点，将源节点连接各供给节点并以对应供给量作为边容量，将各供给节点通过s31形成的运输边连接接收节点并写入s32得到的运输边费用，再将各接收节点连接汇节点并以对应接收量作为边容量，同时为每条正向边建立容量初始为零、费用取正向边费用相反数的反向边，形成容量缩放最小费用流网络；

38、二次幂容量尺度是指以全部供给量为上界，从数值不超过全部供给量且指数为非负整数的二的幂中取数值排在末位的一项作为首轮容量尺度，并在后续轮次按二分之一递减直至一；

39、剩余容量是指一条正向边的边容量减去已传递来源质量所得数值，或一条反向边当前允许回送的已传递来源质量；

40、残量边是指剩余容量不为零的正向边或反向边，正向残量边用于继续传递来源质量，反向残量边用于撤回对应正向边已经传递的来源质量；

41、起点势和终点势是指分别写入一条残量边起点节点和终点节点的节点势数值，用于与残量边费用共同计算该残量边的约化费用；

42、源汇路径是指从仍具有未流出供给量的供给节点出发，经运输残量边到达仍具有未满足接收量的接收节点的有向残量边序列；

43、s34、根据来源质量运输结果重建残量网络并重新计算约化费用，存在负约化费用残量边时按体素编号读取首条负约化费用残量边并沿前驱边形成残量环，按残量环剩余容量升序首位值回送来源质量并更新节点势，至全部残量边约化费用不为负，再按各接收节点汇总来源质量，得到压实后来源质量分布；

44、其中重建残量网络的过程为：依据来源质量运输结果逐边读取已传递来源质量，对每条正向边以边容量减去已传递来源质量写入正向剩余容量，并以已传递来源质量写入对应反向剩余容量，删除剩余容量为零的边，保留其余正向边和反向边，形成残量网络；

45、节点势是指分配给容量缩放最小费用流网络各节点的数值标记，用于把残量边原费用变换为约化费用；每次调整后，以节点势差改变残量边的搜索次序，同时保持同一路径各边费用总和对应的路径费用关系。

46、在一个优选的实施方式中，在s4中包括：

47、s41、读取狼尾草数字孪生体中压实后各体素的来源质量，沿当前取料面法向建立体素取料层，并在每个体素取料层内按取料设备行进方向排列体素，得到取料体素序列；

48、s42、按照饲料生产任务次序读取任务需求量，从取料体素序列首位开始逐体素累加来源质量，并将累计质量未超过任务需求量的体素依次写入当前任务，得到当前任务的完整分配体素。

49、在一个优选的实施方式中，在s4中还包括：

50、s43、在累计质量跨越任务需求量的体素中，以任务需求量减去完整分配体素来源质量总和得到切分质量，按照对应体素内各来源质量占对应体素来源质量总和的比例分配切分质量，得到当前任务的切分来源质量和体素剩余来源质量；

51、s44、将完整分配体素与切分来源质量合并形成当前任务的取料区域和来源组成，并以体素剩余来源质量作为后一饲料生产任务的首位分配量，按任务次序重复s42至s43，得到各饲料生产任务的狼尾草资源分配结果。

52、在一个优选的实施方式中，在s5中包括：

53、s51、获取当前饲料生产任务取料前后的料面数据，由边缘计算节点统一至窖体坐标系并按狼尾草数字孪生体的体素位置逐位比对，将取料前占用且取料后未占用的体素记为减少体素，并按取料后料面与体素的交叠体积计算部分减少体素的实际减少比例，得到实际减少体素量；

54、其中料面数据是指对青贮窖内狼尾草料体上表面进行空间采集后形成的数据，每条记录包含料面采样点在窖体坐标系中的三维坐标，用于确定对应位置的狼尾草占用高度及料面空间形状；

55、s52、根据实际减少体素量读取狼尾草数字孪生体对应体素的来源质量，按实际减少比例扣除各来源质量，并将计划取料区域中未减少的来源质量保留于原体素、计划取料区域外发生减少的来源质量计入当前饲料生产任务，得到当前任务实际来源记录和更新后的狼尾草数字孪生体；

56、s53、以更新后的狼尾草数字孪生体中取料后料面作为后一饲料生产任务的分配起点，将后一饲料生产任务需求量重新执行s4的逐体素分配和末端体素切分，依次更新后续饲料生产任务的取料区域和来源组成，得到饲料资源调度结果。

57、畜牧养殖饲料生产管理系统，所述系统包括入窖分配模块、压实配准模块、质量迁移模块、任务分配模块、取料更新模块：

58、入窖分配模块，用于获取狼尾草卸料前后料面数据和入窖质量，由边缘计算节点统一至窖体坐标系并体素化，按新增体素体积比例分配入窖质量，得到来源质量；

59、压实配准模块，用于对于压实前后体素，以压实前体素中心为相干点漂移算法高斯中心、压实后体素中心为观测点，迭代计算后验概率和位移系数，至相邻两轮首位后验关系一致，得到压实位置；

60、质量迁移模块，用于根据压实位置构建容量缩放最小费用流网络，以压实前体素为供给节点、压实后体素为接收节点，对应体素间建边，以层序逆转次数为高位费用、空间距离顺位为低位费用，使一个高位费用大于低位费用总和，按递减容量尺度沿约化费用升序首位路径传递来源质量，至全部流出，得到压实后来源质量分布；

61、任务分配模块，基于压实后来源质量分布更新狼尾草数字孪生体，按饲料生产任务次序从当前取料面逐体素分配来源质量，在累计达到任务需求量的体素内按剩余需求切分，得到取料区域和来源组成；

62、取料更新模块，用于取料后，由边缘计算节点根据料面变化确定减少体素，从狼尾草数字孪生体扣除对应来源质量，以取料后料面作为后一任务分配起点并重新执行任务分配模块，输出来源记录和资源调度结果。

63、本发明的技术效果和优点：

64、1、 本方案通过卸料前后料面体素化并写入来源质量，使不同来源狼尾草形成空间质量记录，可相对减少批次边界消失后取料来源与实际物料不一致的问题；

65、2、 将相干点漂移与正反向对应、高度次序校正结合，用于确定压实后的体素位置，可相对改善压实造成来源位置变化后的追踪准确性；

66、3、 对压实前后来源质量采用容量缩放最小费用流迁移，并同时约束层序费用与空间距离，可相对降低来源质量错配及层序穿插产生的记录偏差；

67、4、 在狼尾草数字孪生体中按照当前取料面逐体素分配任务需求，并对末端体素按来源比例切分，可改善饲料生产任务与实际可取用狼尾草之间的对应关系；

68、5、 以取料前后料面变化确定实际减少体素，并据此扣减来源质量和重排后续任务，可相对缓解计划取料偏差向后续资源调度持续传递的问题。