摘要：針對(duì)養(yǎng)殖生豬時(shí)難以及時(shí)獲取豬只狀態(tài)及健康情況的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于YOLOv5模型的豬只行為分析系統(tǒng)。系統(tǒng)由圖像采集與預(yù)處理模塊、行為識(shí)別模塊以及結(jié)果輸出模塊組成，主要對(duì)豬只的進(jìn)食、站立、飲水和趴臥四種行為進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)各種豬只行為圖像進(jìn)行訓(xùn)練和測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明行為識(shí)別效果較好。該系統(tǒng)應(yīng)用于生豬養(yǎng)殖業(yè)，可幫助養(yǎng)殖人員及時(shí)獲取豬只的行為信息，從而判斷豬只狀態(tài)并采取相應(yīng)措施。

關(guān)鍵詞：YOLOv5；行為分析；目標(biāo)檢測(cè)；智慧農(nóng)業(yè)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）19-0036-03

0 引言

黨的十八大以來(lái)，我國(guó)高度重視數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村建設(shè)，提出了推動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)信息技術(shù)與農(nóng)機(jī)農(nóng)藝的結(jié)合應(yīng)用，畜牧業(yè)也由傳統(tǒng)向智能化、標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)型升級(jí)。在豬只養(yǎng)殖中，豬只的行為可以作為判斷其健康狀況的一個(gè)重要指標(biāo)。傳統(tǒng)畜牧養(yǎng)殖中，對(duì)豬只日常行為及健康狀況的監(jiān)管主要依靠人工巡檢方式進(jìn)行，但此方法存在人工耗費(fèi)大且難以長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)豬只行為變化的弊端[1]。

通過(guò)智能化方式采集豬只日常行為并進(jìn)行分類(lèi)，有利于在養(yǎng)殖過(guò)程中及時(shí)分析評(píng)估豬只的狀態(tài)及健康狀況。對(duì)豬只的行為分析主要針對(duì)進(jìn)食、站立、飲水和趴臥四種類(lèi)型。通過(guò)識(shí)別分析這些行為，養(yǎng)殖人員可以及時(shí)了解和判斷豬只的狀態(tài)及健康狀況，并迅速采取相應(yīng)的措施[2]。

1 研究現(xiàn)狀

隨著信息化及人工智能技術(shù)的發(fā)展，在豬只行為識(shí)別方面已有許多研究，主要集中在以下幾種方式。

1.1 無(wú)線射頻技術(shù)

采用無(wú)線射頻技術(shù)需要給豬只佩戴電子耳標(biāo)，以獲取其行動(dòng)信息。陸明州等人[3]使用無(wú)線射頻技術(shù)自動(dòng)檢測(cè)豬只飲水行為，在飲水器旁安裝無(wú)線射頻接收器，豬只靠近飲水器時(shí)獲取相應(yīng)行為信息；MASELYNE J等人[4]對(duì)基于無(wú)線射頻技術(shù)的豬只個(gè)體飲水行為及豬場(chǎng)產(chǎn)量和健康問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)分析。盡管無(wú)線射頻技術(shù)成本低，但作為一種侵入式實(shí)驗(yàn)方式，需要給豬只佩戴電子耳標(biāo)，這可能在一定程度上干擾豬只的生活，且耳標(biāo)掉落丟失會(huì)導(dǎo)致管理不便[5]。

1.2 計(jì)算機(jī)視覺(jué)

基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的豬只行為識(shí)別同時(shí)具有成本低且無(wú)須接觸的特點(diǎn)，在豬只智慧養(yǎng)殖領(lǐng)域開(kāi)展了大量研究。房俊龍等人[6]提出了一種基于CenterNet的結(jié)構(gòu)，使用MobileNet等多種網(wǎng)絡(luò)模型作為目標(biāo)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，在保證豬只識(shí)別實(shí)時(shí)性的同時(shí)提高了對(duì)遮擋目標(biāo)和小目標(biāo)的檢測(cè)精度；楊秋妹等人[7]采用GoogLeNet 模型對(duì)生豬背部圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行推理預(yù)測(cè)，完成了對(duì)背部使用字母標(biāo)注的生豬個(gè)體識(shí)別。

然而，基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的豬只行為識(shí)別主要依靠圖像預(yù)處理及圖像分割技術(shù)，對(duì)圖像中的目標(biāo)進(jìn)行特征提取，之后利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等模式識(shí)別方法進(jìn)行分類(lèi)。此類(lèi)方法的識(shí)別效果受圖像預(yù)處理、圖像分割及光照等環(huán)境因素的影響較大，同時(shí)識(shí)別速度相對(duì)較慢。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)合軟件及硬件設(shè)備對(duì)豬只的行為進(jìn)行獲取和檢測(cè)。主要的功能模塊包括圖像采集與預(yù)處理模塊、行為識(shí)別模塊及分析結(jié)果輸出模塊。具體的系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

豬只行為分析主要通過(guò)攝像設(shè)備獲取豬只日常生活中的圖像數(shù)據(jù)，然后對(duì)獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，形成數(shù)據(jù)集。系統(tǒng)的行為識(shí)別模塊對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行識(shí)別分析，獲得豬只的行為分類(lèi)。通過(guò)結(jié)果輸出模塊，可視化地輸出識(shí)別結(jié)果，幫助養(yǎng)殖人員獲取豬只的實(shí)時(shí)行為狀態(tài)及健康情況，以便及時(shí)采取相應(yīng)措施。系統(tǒng)會(huì)顯示進(jìn)食、站立、飲水和趴臥四種行為的豬只數(shù)量。