一种基于物联网的智慧牧场牲畜管理信息系统

1.本发明涉及智能养殖
技术领域：
：，具体为一种基于物联网的智慧牧场牲畜管理信息系统。
背景技术：
：：2.进入新时代以来我国的畜牧业发展迅速，提高了保供给、保生态、保安全的能力。然而总体上我国的畜牧业生产方式较为落后，产业结构不完整，资源环境的制约日益加剧，使得畜牧业的可持续发展面临重大挑战。同时，我国还处于传统放牧方式的阶段，需要牧人成天跟随、放牧成本高、风险大，牧民对牲畜的位置和轨迹路线情况较为模糊导致牲畜走失的情况时有发生，阻碍畜牧业的发展。2018年的中央一号文件着重提出了发展“智慧牧场”的计划。3.发达国家在上世纪六七十年代实现了传统草原畜牧业向现代智能畜牧业的转变。美国的herinaina等人通过给牲畜佩戴生物传感器分析了牲畜的位置信息。hertem等人设计了一套3d视觉系统来对奶牛进行自动运动监控。悉尼大学研究出了自动挤奶系统。新英格兰大学的智慧农业课题组利用传感器和大数据技术得出最优的畜牧区域提高畜牧效率。丹麦的ritabandutta等人率先使用三轴加速度计对牛的姿态和反刍行为进行测量。纽卡斯尔大学的helengray等人利用彩色摄像机和相关的生物传感器对猪进行跟踪测量。近年来国内的高校和研究机构也做了大量的相关工作，哈尔滨工业大学、天津大学、华南理工大学等高校一些课题组研究了运用物联网技术设计智能项圈。赵凯旋等提出了一种利用视频技术对奶牛个体进行准确识别。黄巍等为了实现对牛的准确识别。杨阿庆等提出了一种基于fcn的猪图像分割算法。杨秋妹等人采用深度学习和神经网络方法对猪进行数字建模。京东自主研发了人工智能神农大脑、神农物联网设备和神农系统三大智慧放牧养殖方案。九天微星和阿里相关技术团队专门研制了一种“大象项圈”。4.综上所述，随着我国科技水平的不断提升以及政府对畜牧产业的大力支持，迎来了“智慧畜牧”的窗口期。但与发达国家相比，我国的智慧畜牧发展还处于初级阶段，并且大多数牲畜项圈只能对牲畜的位置信息进行查询，功能较为单一，无法满足对牲畜健康监测的需求，且大多数项圈都采用蜂窝技术进行通信，若处于移动信号较弱的区域则无法保证数据传输的有效性。所以开发一种全天候，全地域和实时，基于物联网的智慧牧场牲畜管理信息系统有着非常重要的意义。技术实现要素：5.本发明的目的在于提供一种基于物联网的智慧牧场牲畜管理信息系统，具备实现牲畜的综合信息采集及通过牲畜信息监测云平台实时、有效、精准的将牲畜的综合信息展现给用户的优点，解决了传统的方法中存在的人为的粗略、模糊、直观的、定性的观察并判断牲畜的健康状态的问题。6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：该发明主要以无线通信技术为核心，分为牲畜主节点模块、牲畜子节点模块和北斗短报文接收端模块、数据库模块和牲畜信息监测云平台模块。牲畜主节点模块和子节点模块通过其内嵌的体温、心率和陀螺仪传感器来采集牲畜相关的体征信息，然后通过无线通信技术发送至牲畜信息监测云平台中。本发明在通信过程中采用头羊/牛-群羊/牛方案。主节点和子节点模块中都嵌有nb-iot模组单元。在有移动信号充足的地方，两者都采用nb-iot的方式发送数据。在移动信号较弱或没有移动信号的地方，子节点模块则通过内嵌的lora模组单元向主节点发送数据；主节点收到数据后进行数据组包然后通过北斗短报文模组单元发送到北斗接收端模块，北斗接收端模块收到数据后通过nb-iot的方式将数据发送至牲畜信息监测云平台中。7.牲畜主节点模块设计中采用北斗短报文模块的rnss输出功能获得牲畜的位置信息。芯片采用意法半导体公司stm32f103vct6，传感器单元，包括体温传感器、心率传感器和加速度传感器。这些传感器都通过iic总线的方式与主控芯片相连接，用于数据的发送和接收。体温、心率和加速度计传感器通过8位器件地址来识别所要获取数据的传感器。通信单元包括北斗短报文模块、nb-iot模块和lora模块，均采用usart接口方式与主控芯片相连，并通过判断所在区域的移动信号的强度进而选取相应的通信方式进行数据传输。模块电源采用12v的聚合物锂电池进行供电，且本系统根据主控芯片、无线通信模块和传感器所需的电压不同设计了对应的电压转换电路，使各个器件能够正常工作。8.牲畜子节点模块作为系统核心模块之一，负责将所测量的牲畜信息直接发送至牲畜信息监测云平台或先发送至主节点模块，再经主节点模块的北斗短报文模块发送至北斗短报文接收端模块，进而发送到牲畜信息监测云平台中。子节点模块跟主节点模块一样都嵌有体温、心率、加速度传感器来采集牲畜的体温、心率和加速度等牲畜体征信息。在通信方面与主节点不同的是，子节点模块没有北斗短报文模块，只嵌有nb-iot模块和lora模块。并且在牲畜位置信息获取上加入了gps模块来实时获取牲畜的位置信息。9.北斗短报文接收端模块主要功能是在移动信号弱或没有移动信号的情况利用北斗短报文模块接收主节点模块发送过来的头羊/牛和群羊/牛的牲畜体征数据。北斗短报文接收端模块包括主控模块、无线通信模块和以太网模块三部分。其中，北斗短报文接收端的无线通信模块和主控模块与主节点模块中的对应模块一样。以太网模块中采用lan8720a作为外接phy芯片，它包含一个全双工10-base-t/100base-tx收发器，并支持10mbps和100mbps操作。该芯片与主控芯片对应的以太网接口引脚相连接。10.数据库模块得设计是基于mysql的数据库来保存牲畜的数据。数据库主要接收来自主节点模块和子节点模块所采集的数据，并将数据存放到mysql数据库中，即在mysql中创建了以tjbdanidatas命名的数据库，并根据存储的内容将数据放入监测主体表、项圈设备表和数据信息表三类表中。11.牲畜信息监测云平台模块主要功能就是调用数据库的牲畜数据，实现牲畜综合信息显示、实时位置显示、轨迹查询和电子围栏功能。此外，该数据显示模块还有牲畜健康诊断功能，实现对牲畜健康状态的实时监测。12.与现有技术相对比，本发明的有益效果如下：13.1.本发明多个传感器进行自动检测，结合nb-iot无线通信、lora无线通信、北斗短报文无线通信及以太网通信技术将牲畜综合信息发送到云端服务器中的数据库，最终通过牲畜信息监测云平台可视化界面进行显示，不仅给用户带来了全新的体验，还把用户从传统的养殖方式中解脱出来；14.2.本发明硬件集成度高、封装性好、平台兼容性强、操作简单易上手，即使是年龄较大的用户也可以迅速掌握使用方法；15.3.本发明不仅实现了无人参与的自动检测，还可根据实际环境条件自行选择通信方式，实现了通信灵活、环境适应能力强、稳定性高、可靠性强等特点；16.4.本发明的牲畜信息监测云平台设计时结合了当今最流行的spring、springmvc和mybatis等高级框架进行开发，缩短了开发周期，减轻了开发人员的负担，为硬件开发提供了更多的时间和有力的条件；17.5.本发明不仅采集了牲畜的体征信息，还对采集的数据进行了校正，使检测结果无限接近于真实值，进而获得更加准确的测量值；18.6.本发明还对牲畜运动量进行了三维建模，以羊的行为状态为例进行建模，选取羊头朝向为x轴方向，剩下两个坐标轴的选定遵循右手定则，建立坐标系，为了简便、快捷，系统采用合加速度变化来表示羊的运动量变化。附图说明19.图1为本发明的系统方案图；20.图2为本发明的系统结构框图；21.图3为本发明的主节点模块硬件结构图；22.图4为主节点的软件工作流程图；23.图5为本发明的子节点模块硬件结构图；24.图6为子节点的软件工作流程图；25.图7为北斗短报文模块硬件结构图；26.图8为北斗短报文模块的软件工作流程图；27.图9为本发明的牲畜信息监测云平台设计框架图；28.图10为本发明的数据库中的数据表的e-r图；29.图11为本发明的牲畜信息监测云平台设计软件架构图；30.图12为本发明的牲畜信息管理测试界面图；31.图13为本发明的牲畜实时位置信息监测界面图；32.图14为本发明的牲畜轨迹跟踪监测界面图；33.图15为本发明的牲畜电子围栏功能测试界面图；34.图16为本发明的牲畜健康诊断功能测试界面图；35.图17为本发明的牲畜状态三维建模图；36.图18为本发明的牲畜运动量算法流程图；37.图19为本发明的牲畜在不同姿态的合加速度数据；38.其中，39.(a)为牲畜吃草时的合加速度数据图；40.(b)为牲畜在静卧状态下合加速度数据图；41.(c)为牲畜在运动状态下合加速度数据图；42.(d)为牲畜在站立状态下合加速度数据图；具体实施方式43.下面将结合附图1-19，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。44.本发明提供了一种基于物联网的智慧牧场管理信息系统；主节点跟子节点采集牲畜的综合信息，主节点跟子节点在移动信号较强的情况下分别通过自身的nb-iot无线通信方式将自身采集的数据发送到部署在服务器中的数据库，移动信号较弱的情况下子节点通过lora无线模块将数据发送到主节点，主节点再通过北斗短报文模块将自身及子节点的数据发送到北斗短报文接收端模块，北斗接收端模块接收到数据以后可以根据其环境信号的强度通过nb-iot无线通信或以太网有线通信方式将数据发送到数据库，再通过牲畜信息监测云平台对牲畜信息进行显示，如图1所示；45.本发明提供了一种基于物联网的智慧牧场管理信息系统，包括；46.牲畜主节点模块、牲畜子节点模块、北斗接收端模块、牲畜信息监测云平台，如图2所示；47.所述牲畜主节点模块包括主控芯片模块、传感器检测模块和无线通信模块，如图3所示；48.所述主控芯片采用了意法半导体公司stm32f103vct6，它含有丰富的外设接口，拥有5个usart接口与无线通信模块相互通信；拥有2个iic接口与传感器单元进行通信；拥有3个adc接口与电压检测相连接用于检测系统的电压；49.所述传感器检测模块包括心率检测模块、体温检测模块、运动量检测模块；所述心率检测模块采用max30102芯片，该模块和主机通信采用iic协议、所述体温检测模块采用max30205芯片，该芯片能精确测量温度，并提供超温报警，中断输出功能、所述的运动量检测模块采用加速度传感器mpu6050，该模块和主机通信采用iic接口，实现了数据的传输；50.所述电压检测电路采用主控芯片的adc引脚接口，并将12v电压进行分压，使得引脚电压不高于3.3v以防止芯片损坏；51.所述无线通信模块是采用了北斗短报文模块、nb-iot模块、lora模块，主要功能是将传感器采集的牲畜体征数据传输至牲畜信息监测云平台中；52.所述北斗短报文模块内嵌有两个usart接口，其中rx1和tx1用于rnss数据传输，实现模块的定位功能；53.所述电源模块采用12v的聚合物锂电池进行供电；54.牲畜主节点的软件工作流程如图4所示；55.所述牲畜子节点模块包括主控芯片模块、传感器检测模块、定位模块、无线通信模块、电源模块和电压检测电路模块，如图5所示；56.所述主控芯片采用了意法半导体公司stm32f103vct6；57.所述传感器检测单元包括体温传感器、心率传感器和加速度传感器；58.所述定位模块采用了ublox公司的m8030芯片，与主控芯片之间采用iic通信方式进行通信，采用26mhz的有源晶振提供系统的时钟并以3.3v作为供电电源，并设置为北斗 gps双频定位；59.所述无线通信模块采用了nb-iot模块、lora模块，主要功能是将传感器采集的牲畜体征数据传输至牲畜信息监测云平台中或是通过lora模块接收牲畜子节点发送过来的牲畜体征数据；60.所述电源模块采用了12v的聚合物锂电池进行供电；61.所述电压检测电路模块同样采用主控芯片的adc引脚接口，并将12v电压进行分压，使得引脚电压不高于3.3v以防止芯片损坏；62.牲畜子节点的软件工作流程如图6所示；63.所述北斗接收端模块包括主控芯片、无线通信模块、以太网模块三部分组成，如图7所示；64.所述主控芯片采用了意法半导体公司stm32h750vbt6；65.所述无线通信模块采用了nb-iot模块和北斗短报文模块；66.所述以太网模块主要通过主控芯片的以太网接口进行通信，通过网线连接到牲畜信息检测云平台中实现牲畜信息数据的传输；67.北斗短报文接收端模块的软件工作流程如图8所示；68.所述牲畜信息监测云平台模块分为两大部分：数据库设计和数据显示模块设计，其设计框架如图9所示；69.所述数据显示模块后端采用java作为开发语言，整合了spring、springmvc及mybatis框架进行开发，web容器采用tomcat进行开发，开发环境为intellijidea；70.所述数据库设计采用了mysql数据库进行开发，数据库建立在牲畜信息监测云平台中，使用基于qt的网络模块来编写tcp/ip服务器端程序，在qt中包含了用于tcp通信的qtcpsocket和qtcpserver以及用于udp通信的qudpsocket等类库；71.实施例172.根据本发明的一个具体实施方案，下面对本发明提供的牲畜主节点模块组成结构及工作流程进行说明：73.所述牲畜主节点模块组成结构由主控模块、电源模块、传感器模块、无线通信模块和电压检测模块组成；74.所述主节点的主控模块芯片采用意法半导体公司stm32f103vct6，它含有丰富的外设接口，拥有5个usart接口与无线通信模块相互通信；拥有2个iic接口与传感器单元进行通信；拥有3个adc接口与电压检测相连接用于检测系统的电压；75.所述主节点电源模块采用12v锂电池进行供电，而主控芯片正常工电压是3.3v，体温传感器、心率传感器、加速度传感器的正常工作电压为3.3v，北斗短报文模块的正常工作电压为12v，nb-iot模块的正常工作电压是3.3v，lora模块的正常工作电压为5v，因此，本系统需要将12v电压转换成3.3v和5v，以保证各个模块正常工作；76.所述传感器单元中；77.体温检测模块采用max30205芯片，utwsda和utwscl引脚和主控芯片的iic接口sda和scl相连，实现数据的传输，os引脚实现芯片的关断，a0，a1和a2引脚接地从机地址为0x90；78.心率检测模块采用max30102芯片，该芯片内嵌了血氧浓度检测单元和心率检测单元。它包括内部发光二极管，光电检测电路、光学元件和环境光抑制低噪声电子器件，max30102芯片通过共享总线实现与微控制器上或处理器的交互，并且内部包含spo2子系统、温度传感器和led驱动器，sda和scl引脚同样跟主控芯片的iic引脚相连；79.加速度计模块采用invensense公司生产的mpu6050芯片，该模块通过uxlsda和uxlscl引脚和主控芯片的iic接口相连并且通过4.7kω的电阻上拉，增强模块的稳定性，实现数据的传输。本系统加速度模块采用ad0引脚悬空，因此从机地址为0x68；80.所述无线通信模块考虑到不同种情况下各种复杂环境下的无线传输，本系统分别采用了北斗短报文模块、lora模块及nb-iot模块，系统根据实际环境自动的选择无线传输方式；81.所述北斗短报文模块，该模块采用12v供电，有两个usart接口，rx0和tx0用于rdss数据传输，实现模块短报文通信功能，rx1和tx1用于rnss数据传输，实现模块的定位功能，该模块还有一个pps接口，输出1s的脉冲信号，实现精确计时；82.所述nb-iot模块采用m5311模组，本系统为了保证数据传输的稳定和有效，电路采用电平匹配方式进行搭建；其中vcc_mcu是主控芯片的i/o电平电压。vdd_ext是模组输出的i/o电平电压；此方案电平转换效率与三极管开关时间有密切关系，转换波特率不要高于460800bps；83.所述lora模块采用e22-400t30s，本系统采用ttl电平输出并兼容3.3v和5v的i/o口电压；rxd和txd与主控芯片的usart接口相连，实现数据的传输，lora模块模式的切换通过m0、m1引脚的高低电平所决定；为了方便操作，采用跳线帽的方式对m0和m1的电平进行切换来切换模块的不用工作模式；该模块具有lora线性扩频调制技术，实现远距离传输、抗干扰、自动中继组网等功能，极大地提高了系统通信的稳定性；84.牲畜主节点软件算法部分设计首先要进行系统初始化；然后通过体温、心率和加速度计传感器采集牲畜的体征数据以及利用北斗短报文模块获取牲畜的位置信息；主节点模块采集完数据判断是否接收到子节点模块发送的数据，若接收到数据则将群羊/牛数据和头羊/牛数据进行融合整理，判断移动信号强度；若没有接收到数据，则直接判断移动信号强度。若移动信号大于10则通过nb-iot方式发送数据，若移动信号小于10则将数据发送至北斗短报文接收端模块；主节点模块程序采用模块化进行开发，分为芯片外设部分、心率传感器部分、体温传感器部分、加速度计传感器部分以及通信模块部分。85.实施例286.根据本发明的一个具体实施方案，下面对本发明提供的牲畜子节点模块组成结构及工作流程进行说明：87.所述模块组成结构包括主控模块、电源模块、传感器模块、无线通信模块组成；88.所述主控模块芯片采用意法半导体公司stm32f103vct6；89.所述电源模块采用12v的聚合物锂电池进行供电。电压检测电路同样采用主控芯片的adc引脚接口，并将12v电压进行分压，使得引脚电压不高于3.3v以防止芯片损坏；90.所述传感器单元包括体温传感器、心率传感器和加速度传感器；这些传感器都通过iic总线的方式与主控芯片相连接，用于数据的发送和接收，主控芯片通过传感器的器件地址来获取相应的传感器数据，定位模块采用gps定位模块，该模块不仅能够输出定位信息还能输出时间信息，能够实时显示牲畜的时空坐标，准确了解其所在的位置信息情况；91.定位模块部分采用usart接口方式来接收gps定位信息，波特率设置为115200bps，输出频率为1hz，gps定位信息格式采用nmea协议标准；本系统由于只获取牲畜的定位信息和日期时间，采用rmc信息作为gps语句输出信息；92.所述无线通信模块包括nr-iot模块和lora模块，均采用usart接口方式与主控芯片相连，并通过判断所在区域的移动信号的强度进而选取相应的通信方式进行数据传输；93.牲畜子节点模块初始化的步骤和通过传感器获取牲畜体征数据的方式与主节点模块一样，这里不做进一步陈述；与主节点模块不同的是，子节点模块通过定位模块获取牲畜的位置信息，并且输出的gps信息符合nmea协议标准。94.实施例395.根据本发明的一个具体实施方案，下面对本发明提供的北斗短报文接收端组成部分进行说明：96.主控芯片采用意法半导体公司stm32h750vbt6，模块电源采用12v的聚合物锂电池进行供电；97.无线通信模块包括nb-iot模块和北斗短报文模块，均采用usart接口方式与主控芯片相连，能够将牲畜信息数据发送至牲畜信息监测云平台中；98.所述以太网模块主要通过主控芯片的以太网接口进行通信，需外接一个端口物理层(physical，phy)半导体器件，phy半导体器件通过mii/rmii接口与主控芯片内部的mac引脚连接，主控芯片支持smimdio&mdc接口来配置外部以太网phy半导体器件，通过网线连接到牲畜信息监测云平台中实现牲畜信息数据的传输；99.本系统采用lan8720a作为外接phy芯片，符合ieee802.3-2005标准。lan8720a/lan8720ai支持通过标准rmii接口与以太网mac进行通信。它包含一个全双工10-base-t/100base-tx收发器，并支持10mbps(10base-t)和100mbps(100base-tx)操作。该芯片与主控芯片对应的以太网接口引脚相连接；100.北斗短报文接收端软件部分模块与子节点模块和主节点模块相比去掉了传感器部分保留了无线通信模块，该模块首先也要进行初始化工作；101.工作流程为：若北斗短报文接收端模块接收到$bdtxr通信信息，则对数据进行解析，然后按照约定的数据协议格式进行组包，接下来判断所在地区的移动信号强度，若移动信号大于10则通过nb-iot的方式将数据发送至牲畜信息监测云平台中；若所处地区的信号强度小于10则通过以太网的形式将数据发送至牲畜信息监测云平台中；102.实施例4103.根据本发明的一个具体实施方案，下面对本发明提供的节点通信协议部分进行说明：104.所述节点通信协议用于主节点模块和子节点模块，通过nb-iot的方式实现节点模块和牲畜信息监测云平台的数据交互或者当移动信号弱的时候子节点模块通过lora通信方式向主节点传输数据；该协议主要包含帧头、数据内容、校验位和帧尾，该协议形式采用ascii码的形式。数据协议的格式如表1所示。105.表1项圈模块通信协议格式106.table1collarmodulecommunicationprotocolformat107.[0108][0109]注：电量：其中1为15％，2为30％，3为50％，4为75％，5为100％[0110]当牲畜信息监测云平台接收到节点模块发来的数据，并且在校验正确的情况下会给项圈模块返回接收成功通信协议。其协议格式如表2所示；[0111]表2上位机应答指令格式[0112]table2hostcomputerresponsecommandformat[0113][0114]因此，本系统通过解析牲畜信息监测云平台的应答指令来判断数据是否发送成功，这样不仅保证了数据的有效性还能提高数据的发送效率，主节点和子节点模块的数据发送频率与gps信息的输出频率保持一致，且节点模块都会提前判断gps的状态，来保证发送数据的可靠性。[0115]实施例5[0116]根据本发明的一个具体实施方案，下面对本发明提供的北斗短报文通信协议部分进行说明；[0117]北斗2.1协议包含$ccica(读卡)、$bdici(读卡反馈)、$bdicz(读下属卡反馈)、$ccrmo(读信号强度)、$bdbsi(信号强度反馈)、$ccdwa(定位申请)、$bddwr(定位申请反馈)、$bdxsd(监收下属定位信息)、$cctxa(通信申请)、$bdtxr(通信申请接收信息)、$bdxst(监收下属通信)、$bdxsd(监收下属定位信息)12条语句。北斗短报文接收端模块接收语句信息为$bdtxr(通信申请接收信息)语句，该语句的格式为表3所示。[0118]表3$bdtxr语句格式[0119]table3$bdtxrstatementformat[0120][0121]主节点模块在采用北斗短报文方式发送数据时采用普通通信、代码的形式进行。由于节点模块协议的编码方式的原因，本系统需要在节点协议上加以修改，来满足北斗2.1协议中代码的数据格式。具体改进格式如表4所示。[0122]表4北斗短报文接收端改进格式[0123]table4improvedformatofbeidoushortmessagereceiver[0124][0125][0126]协议改进后加入$cctxa协议语句形成北斗短报文接收端通信协议，格式如表5所示。[0127]表5北斗短报文接收端通信协议格式[0128]table5beidoushortmessagereceivercommunicationprotocolformat[0129][0130]北斗短报文接收端模块在收到数据后需要对数据进行解析，将数据内容进行解封装，按照与项圈模块通信协议对应的格式进行组合并加入逗号、经纬度方向和分隔符，对数据进行异或校验，最后将数据组包成与项圈模块通信协议一样的格式，并将数据通过nb-iot方式或以太网的方式发送至牲畜信息监测云平台。[0131]实施例5[0132]根据本发明的一个具体实施方案，下面对本发明提供的牲畜信息监测云平台部分进行说明：[0133]本系统牲畜信息监测云平台主要分为两大部分：数据库设计和数据显示模块设计；[0134]本系统设计了一套基于mysql的数据库来保存牲畜的数据；数据库主要接收来自主节点模块和子节点模块所采集的数据，并将数据存放到mysql数据库中；数据显示模块主要功能就是调用数据库的牲畜数据，实现牲畜的信息管理、实时位置显示、轨迹查询和电子围栏功能；此外，该数据显示模块还有牲畜健康诊断功能，实现对牲畜健康状态的监测；[0135]所述数据库设计采用mysql数据库进行开发，数据库建立在牲畜信息监测平台中，使用基于qt的网络模块来编写tcp/ip服务器端程序；在qt中包含了用于tcp通信的qtcpsocket和qtcpserver以及用于udp通信的qudpsocket等类库；本文主要采用tcp进行网络通信。数据库主要存放监控主体信息、项圈设备信息和数据信息表信息。监测主体为存储智慧牧场牲畜信息管理系统数据信息的数据库，可以对数据信息进行修改和查询操作。本文设定的数据库主体为tjbdanidatas，即创建了以tjbdanidatas命名的数据库，并根据存储的内容将数据放入监测主体表、项圈设备表和数据信息表三类表中；项圈设备将信息存放到一张表中来表示以监测主体的一对一关系。字段信息主要包括主体id、设备id、通信协议、连接方式、是否建立连接；项圈设备表与数据信息表是多对一的关系，且设备数量增多，导致数据信息表的数据量巨大。针对这一问题，本文设计的数据库将每隔10天自动建表并保存近一个月的数据，方便对表中信息进行修改，命名格式为年月日data，主要内容包括设备id、用户、移动信号、运动量、体温、心率、电量、纬度、经度和时间，如图10所示，数据信息表如表6所示。[0136]表6数据信息表[0137]table3-1-1datainformationsheet[0138][0139][0140]牲畜信息监测云平台软件整体采用前端-后端进行开发，前端实现界面显示后端实现控制逻辑处理，前端通过javascript获得用户信息，并整理成json数据格式用来与控制层进行数据交换，遵循mvc设计思想；后端共分为控制层、逻辑处理层和数据控制层；控制层主要处理用户发过来的数据；逻辑处理层主要进行用户校验；数据控制层主要通过dao与druid连接池进行数据交互；dao层的功能是保持数据的持久性，内部集成了与数据库相连接的封装遵循mybatis设计框架，如图11所示；牲畜信息显示、位置信息显示、运动轨迹显示、电子围栏显示及健康诊断显示如图12-16所示；[0141]电子围栏功能模块采用直接调取高德地图的api库进行操作的；它是一类用于网页地图应用程序开发的共用接口，能增删改查地理围栏的功能并能对设备与围栏的关系进行判断；创建步骤：[0142](1)申请高德地图api的用户key，获得围栏的使用权限；[0143](2)使用创建围栏函数创建新的围栏，可以创建圆形、矩形和多边形的围栏；[0144](3)获取设备的经纬度信息，通过设备围栏监控api接口对设备与围栏关系进行判断；[0145](4)根据设备与围栏的关系(内部或外部)向外部弹出相对应的信号；[0146]创建好围栏之后需要进行对围栏编号进行查询，此时需要查询围栏api服务get请求地址。所发送的query请求参数如表7所示。返回query请求参数的格式如表8所示。[0147]表7query请求参数[0148]table7queryrequestparameters[0149][0150][0151]表8query返回参数[0152]table8queryreturnsanargument[0153][0154]实施例6[0155]根据本发明的一个具体实施方案，下面对本发明提供的牲畜体温矫正算法部分进行说明：[0156]对牲畜体温的测量一般采用传统的人为测量方式(体温计)测取牲畜的体内温度，很明显，外部坏境对体表温度有很大的影响，但根据查询资料可得，牛的体表温度的数据与真实的体内温度成线性关系，可以采用之前总结的结论，利用线性回归分析对体表温度进行矫正；数据如表9所示，建立最小二乘法数学模型。[0157]表9体表温度和直肠温度[0158]table9bodysurfacetemperatureandrectaltemperature[0159][0160][0161]其中，a0，a1是任意实数，最小二乘法就是取值为xi使预测值yi与回归方程所预测的差值平方和最小。建立方程[0162][0163]将代入式(2)得[0164][0165]分别使函数q对a0，a1求一阶偏导，并使导数值为0得[0166][0167][0168]从式(4)分别解出a0，a1。[0169][0170][0171]从而确定回归预测方程。[0172]本发明构数学建模型进行最小二乘法拟合，得到a0＝37.9171，a1＝0.0173，a0的置信区间是[37.1511，38.6831]；a1的置信区间是[-0.0045，0.0391]，可得对体表温度的矫正公式为y＝0.0173x 37.9171；本系统采用体温矫正算法将体温传感器测量的牲畜体表体温转换成体内体温。[0173]实施例7[0174]根据本发明的一个具体实施方案，下面对本发明提供的运动量建模进行说明：[0175]本发明的牲畜运动量建模设计采用对牲畜的状态进行三维建模，建立坐标系。以羊的行为状态为例进行建模，选取羊头朝向为x轴方向，剩下两个坐标轴的选定遵循右手定则，建立坐标系，如图17所示。[0176]通过加速度计传感器分别采集x轴、y轴、z轴的加速度数据，形成a＝(ax，ay，az)，ax，ay，az分别为表示三个轴的加速度。羊在完成一次完整的行走时共分三个阶段。在第一个阶段时，羊向前迈出右前肢，此时x轴加速度增加，y轴加速度减少，z轴加速度增加；在第二个阶段时，羊的四肢恢复平衡，此时x轴和y轴的加速度不变，z轴的加速度减少；在第三个阶段时，羊向前迈出左前肢，此时x轴加速度增加，y轴加速度增加，z轴加速度增加；在第四个阶段，羊恢复到平衡状态，此时x轴和y轴的加速度不变，z轴的加速度减少。由此可见，羊在运动时三个轴的加速度都会有变化，但在不同状态下，各个轴加速度变化不一致。为了简便、快捷，系统采用合加速度变化来表示羊的运动量变化。由于只获取各个轴的加速度的变化情况且加速度采用三个轴的合加速度进行表示，因此牲畜在实际佩戴项圈时对佩戴位置不做具体要求。计算公式为：[0177][0178]首先通过对采集的数据进行处理确定牲畜介于静止与运动之间的合加速度阈值上限和阈值下限，然后采集各个时间段合加速度值与阈值进行比较，若大于阈值上限或小于阈值下限则运动量自加1。算法流程图如图18所示。[0179]本文采集并计算了羊处于不同姿态的合加速度的数据，分为吃草、静卧、运动和站立，如图19所示。每种姿态的合加速度数据量为100，羊在运动时的合加速度数据分别与吃草、静卧和站立三个姿态的合加速度数据进行比较确定了羊在静止与运动的合加速度阈值上限为1.0m.s-2，阈值下限为0.7m.s-2。若采集的合加速度数据在其之间，判定在这一时刻羊处于静止状态；若采集的合加速度数据大于1.0m.s-2或小于0.7m.s-2，判定羊此时处于运动状态，并且运动量值加1。[0180]尽管为说明目的公开了本发明的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例所公开的内容。当前第1页12当前第1页12