一种基于穿戴式设备的放牧羊计步方法技术

本发明专利技术涉及畜牧饲养技术领域，且公开了一种基于穿戴式设备的放牧羊计步方法，该方法包括以下步骤：步骤一、穿戴式设备，穿戴式设备束缚在羊的腿部；步骤二、数据采集；步骤三、数据处理；步骤四、步数计算。该基于穿戴式设备的放牧羊计步方法，通过穿戴式设备采集放牧羊的运动数据，通过运动数据使用峰值检测算法进行波峰检测，再利用奔跑计算遗漏的数据以及抖腿算法消除峰值数据中的由于放牧羊的异常动作形成的伪峰值，最终进行统计步数，根据此方法能够消除放牧羊因为异常动作导致的步数增加，进而避免了牧羊的行走步数出现偏差。而避免了牧羊的行走步数出现偏差。而避免了牧羊的行走步数出现偏差。

【技术实现步骤摘要】
一种基于穿戴式设备的放牧羊计步方法


[0001]本专利技术涉及畜牧饲养
，具体为一种基于穿戴式设备的放牧羊计步方法。

技术介绍

[0002]放牧羊的活动量能够直接反应放牧羊的健康状况，活动量的准确估测对于及时发现放牧羊群体之中的患病个体以及对于反应放牧羊的发情情况有着重要的意义，因此放牧羊活动量的监测是放牧羊健康评估以及发情检测的重要指标，其目的是通过现有技术在不影响放牧羊的正常生理状态的情况下，通过算法进行放牧羊的活动量的计算。
[0003]有关于计步的算法有很多，大多数算法被应用于对于人类的计步处理，目前基于智能手机的计步算法主要有过零法、有限状态机法、相关性分析法、以及峰值检测法，行人在一个步态周期中会出现加速度值为0的情况，过零法利用此特征进行步数检测，Chiang等通过检测合成加速度在行走过程中出现零值的次数进行计步检测，由于在行走过程中存在一定噪声，此方法计步的准确率低，仅为90.63％，有限状态机法根据每一步加速度数据的大小先达到一个波峰后降至一个波谷的特点，将其划分为多种状态，再设定状态转换条件将这些状态组合成一个有限状态机，Yim等先对加速度数据进行降噪处理，再利用六状态有限状态机计步，该方法去除了噪声的影响，进而得到准确的步数，但有限状态机的状态转换是通过阈值判断的，状态越多，阈值越多，并且不同姿势将会导致不同的加速度数据特征，因此该方法的鲁棒性和普适性较差，与有限状态机不同，自相关性分析法采用相关系数的理论基础，即计算两个周期内加速度序列的相关系数，Pan等利用自相关性分析法，对从起始点开始的加速度数据进行检测，该方法只适合相同行走姿态，针对多种行走姿态模板就无法匹配，而且步长周期的变化也会影响这种计步方法的准确性；峰值检测法在行人行走过程中检测出加速度数据的峰值点进行计步，陈国良等将行人运动状态分为正常状态与非正常状态，根据行人每一步的最大整体加速度与运动状态的内在相关性，利用固定大小的滑动窗口获取不同运动状态的波峰检测阈值，实现计步，此方法使用固定大小的滑动窗口不能判断静止状态下的虚假行走状态，Gu等利用步态周期内加速度数据的周期性、相似性、和连续性特征检测步数，周期性利用峰值之间的时间差计算，相似性利用峰值之间的距离计算，连续性利用基于固定窗口内加速度的方差计算，该方法必须先识别运动状态，因此该方法针对多种运动状态效果不能自适应计步，Khedr等先使用自适应时间窗口检测峰值，再使用磁力计和陀螺仪数据对检测的峰值进行验证，最后使用基于窗口的阈值方法对假步进行验证，该方法使用双重峰值验证方法，该方法计步准确率为99％,该方法使用多种数据融合计算时间消耗较高，该算法对不同姿态下计步效果较好，但未统计假步消除的效果。
[0004]对于活动量的估测，大都以计步器统计步数方法实现，利用传统峰值谷值检测法对羊只的日常运动过程进行计步，当加速度到达峰值点和与其对应的谷值点时会进行统计，作为行走了一个完整的步数，该算法利用合加速度来计算步数，但是由于羊只在行走过程中容易出现很多的其他行为，导致算法的计步失误，如图1，为抖腿行为的波形图，抖腿行为并不是一个正常的行走行为，因此在计步时需要将其去除，但传统计步方法并不能将这
部分数据删除，导致计步出现错误，导致牧羊的行走步数出现偏差。

技术实现思路

[0005](一)解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于穿戴式设备的放牧羊计步方法，具备避免了牧羊的行走步数出现偏差等优点，解决了上述的问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于穿戴式设备的放牧羊计步方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
[0009]步骤一、穿戴式设备，穿戴式设备束缚在羊的腿部；
[0010]步骤二、数据采集；
[0011]步骤三、数据处理；
[0012]步骤四、步数计算。
[0013]优选的，所述穿戴式设备由六轴传感器构成。
[0014]优选的，所述步骤二还包括运动数据和视频数据。
[0015]优选的，所述运动数据为羊腿部X、Y、Z三个轴方向的加速度数据、X、Y、Z三个轴方向的角速度数据。
[0016]优选的，所述视频数据为羊采食行走的图像数据以及时间信息。
[0017]优选的，所述步骤三为对采集到的运动数据进行滤波处理，减少运动数据中的噪声数据，然后根据滤波之后的运动数据进行合加速度的计算，通过合加速度进行后续步数计算。
[0018]优选的，所述步骤四根据合加速度数据进行峰值检测，根据检测的峰值数据能够对步数进行预计算，使用奔跑算法以及抖腿算法进行伪步数的处理，最终得到精确的步数数据。
[0019]与现有技术相比，本专利技术提供了一种基于穿戴式设备的放牧羊计步方法，具备以下有益效果：
[0020]1、本专利技术通过穿戴式设备采集放牧羊的运动数据，通过运动数据使用峰值检测算法进行波峰检测，再利用奔跑计算遗漏的数据以及抖腿算法消除峰值数据中的由于放牧羊的异常动作形成的伪峰值，最终进行统计步数，根据此方法能够消除放牧羊因为异常动作导致的步数增加，进而避免了牧羊的行走步数出现偏差。
附图说明
[0021]图1为本专利技术羊抖腿行为数据误差点折线示意图；
[0022]图2为本专利技术流程示意图；
[0023]图3本专利技术人工计步数与程序计步数数据对比示意图；
[0024]图4本专利技术人工计步数与程序计步数数据对比柱状示意图。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]请参阅图2，一种基于穿戴式设备的放牧羊计步方法，该方法包括以下步骤：
[0027]步骤一、穿戴式设备，穿戴式设备束缚在羊的腿部；
[0028]穿戴式设备内部传感器是型号为MPU6050的六轴传感器，并通过带有MPU6050六轴传感器的穿戴设备对放牧羊的步数进行计算。
[0029]步骤二、数据采集，数据采集，包括羊采食过程中行走的运动数据、羊采食过程中的视频数据，穿戴式设备被束缚在羊的腿部采集数据，获得的数据包括羊部X、Y、Z三个轴方向的加速度数据以及X、Y、Z三个轴方向的角速度数据，同时采集数据进行合加速度的计算，通过合加速度进行后续步数计算；
[0030][0031]accx:x轴加速度，accy:y轴加速度，accz:z轴加速度；
[0032]滤波处理：加速度数据的噪声多为高频信号，因此采用低通滤波器消除噪声所在的高频信号；
[0033]b,a＝signal.butter(8,0.1,'lowpass')//低通滤波器；
[0034]filtedData＝signal本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于穿戴式设备的放牧羊计步方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一、穿戴式设备，穿戴式设备束缚在羊的腿部；步骤二、数据采集；步骤三、数据处理；步骤四、步数计算。2.根据权利要求1所述的一种基于穿戴式设备的放牧羊计步方法，其特征在于：所述穿戴式设备由六轴传感器构成。3.根据权利要求2所述的一种基于穿戴式设备的放牧羊计步方法，其特征在于：所述步骤二还包括包括运动数据和视频数据。4.根据权利要求3所述的一种基于穿戴式设备的放牧羊计步方法，其特征在于：所述运动数据为羊腿部X、Y、Z三个轴方向的加速度数据、X、Y、Z三个轴方向的角速度数据。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑文新，郭雷风，蒋呈祥，陈新文，闫瑞瑞，张志军，叶尔兰，
申请(专利权)人：中国农业科学院农业信息研究所中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，
类型：发明
国别省市：