一种基于物联网电子耳标的母猪智能疫病预警与育种全生命周期数字化管理方法与流程

本发明属于畜牧养殖数字化管理与智能疫病预警，具体涉及一种基于物联网电子耳标的母猪智能疫病预警方法、耳标设备与育种管理系统之间的标准化数据通信方法，以及基于物联网电子耳标的母猪育种全生命周期数字化管理方法

背景技术：

1、申请人已开发完成“星罗美家八眉巴克夏杂交育种与品牌授权管理系统v1.0”（以下简称“育种管理系统”），该系统采用前端单页应用架构，包含17个功能模块，涵盖种猪档案管理、配种记录管理、妊娠追踪管理、仔猪档案管理、遗传谱系管理、商标档案管理、品牌授权合同管理、授权商管理、商标监控预警、统计报表、用户权限管理及系统设置等子系统。系统核心数据模型定义了种猪档案（breedstock）的13个属性字段，包括耳标号（eartag）、档案id（id）、名称（name）、品种（breed）、性别（sex）、出生日期（birthdate）、体重（weight）、状态（status）、来源（source）、血统（bloodline）、胎次（litters）及备注（remark），并建立了配种记录（mating）、妊娠管理（pregnancy）、仔猪档案（piglet）的关联数据表。系统已实现基于耳标号的全链路数据追溯：从种猪个体档案→配种记录→妊娠追踪→仔猪出生→断奶→遗传谱系的全生命周期管理。然而，在硬件感知层与软件应用层的衔接上存在以下关键技术瓶颈：（1）传统耳标卡扣结构松动，母猪打架、蹭栏极易脱标、掉标、换标，致使育种管理系统中以eartag为索引的全链路数据断档，配种记录、妊娠追踪、仔猪档案数据链断裂，遗传谱系不可信；（2）现有耳标仅具备被动rfid识别功能，无主动测温传感器，猪场完全依赖人工测温，无法实现系统自动采集体温数据并触发疫病预警，育种管理系统中的妊娠管理模块（pregnancy）仅有静态的gestdays（妊娠天数）和checkresult（检查结果）字段，缺乏连续的、定量化的体温监测数据支撑；（3）普通耳标仅支持单一rfid识别，无二维码冗余备份，当rfid芯片老化或射频识别设备故障时，无法通过备用方式读取eartag关联的系统档案，溯源链中断；（4）普通塑料耳标硬度过高，八眉母猪耳朵薄、皮肤嫩，佩戴后红肿、溃烂、发炎，脱落率极高，严重影响育种数据的连续性和准确性；（5）现有耳标不防潮、不耐粪污腐蚀、不耐西北地区-20℃至40℃昼夜温差，电路模块寿命短，导致温度数据采集时断时续，无法支撑系统连续监测需求；（6）现有耳标与育种管理系统之间缺少标准化的数据通信协议和api接口，硬件采集的rfid芯片id、温度数据无法自动写入系统的breedstock、pregnancy等数据表，形成“硬件有数据、系统不认数”的信息孤岛。

技术实现思路

1、（一）要解决的技术问题

2、本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于物联网电子耳标的母猪智能疫病预警与育种全生命周期数字化管理方法，通过防脱落、自锁、自带测温、双识别的电子耳标装置与育种管理系统之间的标准化数据通信，实现母猪体温的自动连续采集、基于妊娠阶段自适应基线的三级分级疫病预警，以及从种猪个体档案到遗传谱系的全生命周期数字化闭环管理。

3、为解决上述技术问题，本发明第一方面提供一种基于物联网电子耳标的母猪智能疫病预警方法，包括以下步骤：（a）接收耳标设备上传的温度采样数据，所述温度采样数据包括rfid芯片id（chipid）、体表温度值（temperature）、采样时间（sampletime）；（b）以chipid为索引，从育种管理系统中获取对应母猪的妊娠阶段信息（pregnancy.stage），所述妊娠阶段包括妊娠早期、妊娠中期、妊娠后期；（c）根据妊娠阶段自动加载对应的正常体温基线区间：妊娠早期基线38.2℃±0.3℃、妊娠中期基线38.5℃±0.3℃、妊娠后期基线38.8℃±0.4℃，非妊娠母猪使用通用基线38.5℃±0.5℃；（d）计算当前温度偏离对应妊娠阶段基线的偏差值，以及最近24小时的温度变化速率；（e）当满足连续3次采样温度偏离基线超过0.8℃且温度上升速率超过0.5℃/h时，判定为高热预警，预警等级为高；当连续3次采样温度偏离基线超过0.5℃时，判定为中温预警，预警等级为中；当妊娠后期母猪温度低于对应基线1.0℃以上时，判定为低体温预警，预警等级为高；（f）触发预警后，自动向育种管理系统的预警数据表（tmmonitor）插入预警记录，预警类型为体温异常预警，优先级对应预警等级，并在系统控制台（dashboard）实时展示和向关联技术人员推送通知。

4、进一步地，所述步骤（b）中，当获取到对应母猪处于妊娠状态时，同时从育种管理系统中关联获取该母猪的配种日期（mating.matedate）、预产日期（pregnancy.expectdate）、妊娠天数（pregnancy.gestdays）和上一窝仔猪数据（piglet），用于综合判断疫病风险和处置优先级。　进一步地，所述步骤（d）中温度变化速率的计算方法为：对最近24小时内的温度采样序列进行线性回归拟合，取回归直线斜率作为温度变化速率，计算公式为：trendrate = σ((ti-t_avg)×(ti-t_avg)) / σ(ti-t_avg)²，其中ti为采样时间点，ti为对应温度值，t_avg和t_avg分别为时间和温度的均值.

5、进一步地，所述步骤（e）中连续3次采样的判断逻辑为：维护一个异常计数器，初始值为0；每次采样温度偏离对应基线超过阈值时计数器加1，温度回到正常范围时计数器重置为0；当计数器连续累计达到3时触发对应的预警等级。

6、进一步地，所述步骤（e）判断前，先对原始温度数据进行滑动窗口滤波处理，窗口大小为5次采样，取窗口内中位数作为当前有效温度值参与偏离计算，以剔除因母猪蹭栏、躺卧压迫导致的瞬时异常温度读数。

7、进一步地，所述步骤（f）触发预警后，进一步执行以下联动操作：（i）更新育种管理系统中对应母猪的妊娠检查结果字段（pregnancy.checkresult）为体温异常，并标注最后异常采样时间；（ii）系统控制台待处理预警计数自动加1，最新预警列表实时刷新；（iii）根据育种管理系统用户数据表（users）中部门字段为育种中心的用户列表，自动推送短信或应用内通知。

8、为解决上述技术问题，本发明第二方面提供一种基于物联网电子耳标与育种管理系统的标准化数据通信方法，定义耳标设备与育种管理系统之间的xlmj-iot数据通信协议，所述协议包含以下三个层面：（a）物理层通信：支持手持式rfid读写器通过usb或蓝牙ble 5.0与育种管理系统终端通信，所述rfid读写器工作于uhf频段920-925mhz，读取距离0-5m可调；同时支持固定式通道门天线通过wifi或以太网与系统服务器通信，所述通道门天线为134.2khz低频lf与920mhz超高频uhf双频天线；（b）数据层通信：定义json格式的数据报文结构，上行报文即耳标至系统方向，包含字段{chipid, eartag, temperature,sampletime, batterylevel, signalstrength}；下行报文即系统至耳标方向，包含字段{chipid, pregnancystage, baselinetemplo, baselinetemphi, sampleinterval}；报文采用aes-128对称加密算法加密传输，并附加crc-16循环冗余校验码确保数据完整性；（c）应用层通信：系统接收上行报文后，以chipid为索引查找种猪档案数据表（breedstock）中对应的eartag记录，将temperature和sampletime写入温度时序数据表（temperaturelog），然后调用预警算法进行判断并在触发预警时写入预警数据表（tmmonitor）。

9、进一步地，当rfid射频通信因芯片老化、天线损坏或环境电磁干扰而故障时，系统自动切换至备用识别通道：通过移动终端扫描耳标外表面的datamatrix二维码，解码获取eartag号后，以eartag为索引直接在育种管理系统中调取对应母猪的完整育种档案和温度历史数据，实现射频识别与光学识别的双通道自动切换冗余通信。

10、进一步地，所述育种管理系统采用前端单页应用（spa）架构，包含种猪档案管理（breedstock）、配种记录管理（mating）、妊娠追踪管理（pregnancy）、仔猪档案管理（piglet）、遗传谱系管理（genetics）和预警监控（tmmonitor）六个核心数据模块，各模块以耳标号（eartag）或rfid芯片id（chipid）为主索引实现数据关联，形成从种猪个体档案→配种记录→妊娠追踪→仔猪出生→断奶→遗传谱系的全生命周期数据闭环。

11、为解决上述技术问题，本发明第三方面提供一种基于物联网电子耳标的母猪育种全生命周期数字化管理方法，包括：（a）佩戴阶段：将具有全球唯一rfid芯片id的防脱落电子耳标佩戴于母猪耳部，在育种管理系统种猪档案数据表（breedstock）中建立chipid与eartag的一一映射绑定关系；（b）持续测温阶段：耳标内置微控制器按预设采样间隔唤醒温度传感器采集耳根部体表温度，经滑动窗口滤波后本地缓存最近48小时温度序列，微控制器同时离线计算24小时温度均值与标准差、温度变化速率；（c）数据同步阶段：当手持rfid读写器或通道门天线进入有效通信距离时，自动唤醒耳标设备，通过xlmj-iot数据通信协议批量读取温度缓存序列，经aes-128解密和crc-16校验后写入育种管理系统的温度时序数据表（temperaturelog）；（d）智能预警阶段：系统以chipid为索引获取对应母猪的妊娠阶段信息，加载对应阶段的正常体温基线区间，计算温度偏离偏差值和24小时温度变化速率，当满足连续3次偏离超过对应阈值时自动触发分级预警，并向育种管理系统的预警数据表（tmmonitor）写入预警记录；（e）全生命周期追溯阶段：系统以eartag或chipid为索引，将母猪个体的全部育种档案串联：血统→配种记录→妊娠阶段→仔猪窝次→遗传谱系→体温历史曲线，实现一标统管全生命周期的数字化育种管理。

12、（三）有益效果

13、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1．解决行业痛点：彻底解决八眉母猪脱标、换标、发炎、溯源失效、体温监测缺失五大难题，适配八眉猪品种特点和西北高寒养殖环境；2．软硬件闭环：首次实现耳标硬件→xlmj-iot协议→育种管理系统v1.0的完整数据闭环，感知层采集的chipid和体温数据自动关联breedstock、pregnancy、temperaturelog、tmmonitor四张数据表，dashboard控制台实时展示，形成“硬件采集—数据入库—智能分析—预警推送—档案关联”五位一体的软硬件技术体系；3．降低养殖成本：减少人工测温工时80%以上，减少补标返工成本（脱标率从行业平均15%降至2%以下），通过体温异常早发现、早处置，降低母猪淘汰率和仔猪死亡率；4．育种价值高：保证种猪耳标终身不可替换，eartag→chipid绑定不可篡改，血统档案真实可信，遗传谱系计算准确可靠；5．可扩展性强：xlmj-iot协议和temperaturelog表架构支持未来扩展接入更多传感器类型，为猪场全面数字化奠定基础。