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申请/专利权人：四川农业大学;中国电信股份有限公司四川分公司

摘要：本发明涉及畜牧控制技术领域，公开了一种放牧子母机传感装置及异常牧畜监测方法，包括：耳标子机，用于采集牧畜个体的牧畜体温与活动量数据，将牧畜个体的牧畜体温与活动量数据通过无线网格网络实现各耳标子机间、项圈主机与耳标子机间的数据传输；项圈主机，用于接收耳标子机通过无线网格网络传输的牧畜个体的牧畜体温与活动量数据，同时采集牧畜群包括地理坐标时间与地理坐标位置的地理坐标信息，并将牧畜群的地理坐标信息、牧畜个体的牧畜体温与活动量数据通过卫星或蜂窝网络实现数据传输；本发明解决了蜂窝网络质量差或无网络地区的牧畜群位置传感和牧畜生理状态监测问题，提高了通信灵活性与异常牧畜监测准确率，降低了通信成本和维护难度。

主权项：1.一种放牧子母机传感装置的异常牧畜监测方法，所述放牧子母机传感装置包括：耳标子机，用于采集牧畜个体的牧畜体温与活动量数据，并将牧畜个体的牧畜体温与活动量数据通过无线网格网络实现各耳标子机间、项圈主机与耳标子机间的数据传输；项圈主机，用于接收耳标子机通过无线网格网络传输的牧畜个体的牧畜体温与活动量数据，同时采集牧畜群包括地理坐标时间与地理坐标位置的地理坐标信息，并将牧畜群的地理坐标信息、牧畜个体的牧畜体温与活动量数据通过卫星或蜂窝网络实现数据传输；其中，牧畜群包括头畜和非头畜，并将耳标子机佩戴至非头畜的耳朵部位，用于监测非头畜中牧畜个体的牧畜体温与活动量数据，将项圈主机佩戴至头畜的脖颈部位，用于将头畜的地理坐标信息作为牧畜群的地理坐标信息，同时将耳标子机佩戴至头畜的耳朵部位；耳标子机包括第一自组网模块、测温和活动量监测模块、第一太阳能电池模块；测温和活动量监测模块，用于采集牧畜个体的牧畜体温与活动量数据；第一自组网模块，用于参与项圈主机与耳标子机间、各耳标子机间的网络通信与路由转发，以及用于利用无线网格网络将牧畜个体的牧畜体温与活动量数据传输至耳标子机间或项圈主机；第一太阳能电池模块，用于利用太阳能为测温和活动量监测模块、第一自组网模块供电；项圈主机包括第二自组网模块、定位模块、卫星与蜂窝多模通信模块、第二太阳能电池模块；定位模块，用于采集牧畜群包括地理坐标时间与地理坐标位置的地理坐标信息；第二自组网模块，用于项圈主机与耳标子机间无线网格网络的发起与建立，数据转发与处理，同时提供路由策略；卫星与蜂窝多模通信模块，用于在蜂窝网络质量好的地区，通过蜂窝网络将牧畜群的地理坐标信息、牧畜个体的牧畜体温与活动量数据传输至服务器，在蜂窝网络质量差或无网络的地区，通过卫星网络将牧畜群的地理坐标信息、牧畜个体的牧畜体温与活动量数据传输至服务器；第二太阳能电池模块，用于利用太阳能为第二自组网模块、定位模块、卫星与蜂窝多模通信模块供电；耳标子机与项圈主机的运行周期设置为每小时一次；耳标子机与项圈主机的运行周期分为组网时间窗口、休眠时间窗口、采样时间窗口以及网络通信时间窗口；其中，休眠时间窗口与组网时间窗口在一个运行周期内多次交替出现；耳标子机与项圈主机的运行周期的运行过程为：当项圈主机开机时，首先对项圈主机的状态进行初始化，在初始化完成后进入组网时间窗口，开始监听广播信标状态；当耳标子机开机时，首先对耳标子机的状态进行初始化，并在初始化完成后，进入组网时间窗口，开始监听其他耳标子机广播信标状态；当未入网的耳标子机开机时，先进行初始化，在初始化完成后发送关联请求广播信标，通过已入网的耳标子机或项圈主机进行入网操作，在入网操作结束后，组网时间窗口结束；当组网时间窗口结束后，项圈主机与耳标子机组成无线网格网络，利用项圈主机广播指令，在广播指令结束后，项圈主机与耳标子机进入休眠时间窗口；其中，广播指令包括时间同步指令与定时唤醒指令；时间同步指令，用于校正项圈主机与耳标子机的时间，使其同步；定时唤醒指令，用于达到唤醒时间时，将进入休眠时间窗口的项圈主机与耳标子机唤醒；当进入新的组网时间窗口时，未入网的耳标子机发送关联请求广播信标，通过已入网的耳标子机或项圈主机进行入网操作，在入网操作完成后，进入休眠时间窗口；当进入采样时间窗口时，耳标子机采集牧畜个体的牧畜体温与活动量数据，同时项圈主机采集牧畜群的地理坐标信息；当进入网络通信时间窗口时，将耳标子机采集的牧畜个体的牧畜体温与活动量数据通过无线网格网络传输至项圈主机，项圈主机将采集的牧畜群的地理坐标信息以及接收的牧畜个体的牧畜体温与活动量数据进行汇总，通过蜂窝网络或卫星网络将汇总数据传输至服务器；最后，项圈主机接收服务器下发的反馈指令与控制指令，完成包括上报牧畜群的地理坐标信息的控制任务，得到执行下一周期的反馈指令，项圈主机向无线网格网络广播执行下一周期指令；对耳标子机的状态进行初始化的具体过程为：利用耳标子机发送关联请求广播信标，并请求加入项圈主机的无线网格网络；当项圈主机接收到耳标子机的入网响应后，向耳标子机反馈响应，同时分配网络地址；耳标子机接收到项圈主机的反馈响应后，完成初始化状态，其特征在于，包括以下步骤：S1、构造牧畜传感数据样本集，并将牧畜传感数据样本集输入识别异常牧畜的图卷积神经网络模型中进行训练，得到训练好的识别异常牧畜的图卷积神经网络模型；其中，步骤S1具体包括：S11、构造牧畜传感数据样本集；其中，牧畜传感数据样本集中单条牧畜传感样本数据包括业务数据字段、生理传感数据字段、标签字段；业务数据字段包括牧畜号、牧畜所属畜群、牧畜年龄；生理传感数据字段包括牧畜体温、活动量数据；标签字段包括正常牧畜或异常牧畜，正常牧畜用0表示，异常牧畜用1表示；S12、将生理传感数据字段中的牧畜体温与活动量数据进行归一化处理，得到归一化的牧畜生理传感样本数据；S13、对步骤S12中得到的归一化的牧畜生理传感样本数据进行年龄段与性别的划分，得到带有年龄与性别的牧畜生理传感样本数据；S14、提取步骤S13中得到的带有年龄与性别的牧畜生理传感样本数据中具有相同牧畜号的数据，构造邻接矩阵；其中，邻接矩阵中的每个节点包含体温与活动量两个特征；S15、将步骤S14中构造的邻接矩阵按照设定比例划分为训练集与测试集；S16、将训练集输入识别异常牧畜的图卷积神经网络模型中进行训练，利用识别异常牧畜的图卷积神经网络模型的图卷积层进行特征提取，将提取的特征输入识别异常牧畜的图卷积神经网络模型的全连接输出层，利用sigmoid激活函数将特征值固定在0-1之间，同时利用二元交叉熵损失函数衡量全连接输出层输出的预测值与标签值之间的损失，得到训练后的识别异常牧畜的图卷积神经网络模型；S17、将测试集输入步骤S16中得到的训练后的识别异常牧畜的图卷积神经网络模型进行性能测试，得到训练好的识别异常牧畜的图卷积神经网络模型；S2、将耳标子机采集的牧畜个体的牧畜体温与活动量数据传输至项圈主机中，同时项圈主机将接收的牧畜个体的牧畜体温与活动量数据传输至服务器上；S3、将服务器接收的牧畜个体的牧畜体温与活动量数据进行归一化处理，并对归一化处理的牧畜个体的牧畜体温与活动量数据进行年龄与性别分类，得到分类的牧畜个体的牧畜体温与活动量数据并构造邻接矩阵；S4、将步骤S3中构造的邻接矩阵输入步骤S1中得到的训练好的识别异常牧畜的图卷积神经网络模型进行异常牧畜检测，得到正常或异常的牧畜检测结果。

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