本發(fā)明涉及水禽飲水，具體涉及一種基于多維環(huán)境監(jiān)測的籠養(yǎng)水禽智能飲水裝置及其方法。

背景技術(shù)：

1、隨著集約化、規(guī)?；蒺B(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，籠養(yǎng)模式在鴨、鵝等水禽養(yǎng)殖中得到廣泛應(yīng)用。飲水裝備作為籠養(yǎng)水禽養(yǎng)殖系統(tǒng)的重要組成部分，其性能直接影響水禽的生長健康和生產(chǎn)效益。在供水系統(tǒng)方面，傳統(tǒng)水線裝備普遍存在結(jié)構(gòu)簡陋、缺乏精確水壓與流量調(diào)節(jié)的問題，特別是在密集的籠養(yǎng)環(huán)境下，容易出現(xiàn)水壓不穩(wěn)和水禽后期飲水量不足等現(xiàn)象，影響水禽的正常生長發(fā)育。

2、為了解決上述問題，現(xiàn)有公告號(hào)為cn110954186b的中國專利公開了一種畜禽飲水量實(shí)時(shí)監(jiān)測方法，該方法通過構(gòu)建后臺(tái)監(jiān)測終端，通過水流量壓力檢測裝置實(shí)時(shí)監(jiān)控出水流量，并通過水壓校準(zhǔn)，使數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，通過水位傳感器和壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測飲水槽的變化量，結(jié)合供水時(shí)間等數(shù)據(jù)，方便得出供水體積，以及飲水槽內(nèi)的水位變化數(shù)值及飲水槽的壓力變化數(shù)值，從而得出畜禽的飲水量，但是該方法并沒有考慮到飲水安全的問題，若不及時(shí)消毒或者消毒過程中水禽進(jìn)行飲水行為都將不利于水禽的正常生長發(fā)育。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明提供了一種基于多維環(huán)境監(jiān)測的籠養(yǎng)水禽智能飲水裝置及其方法，解決了現(xiàn)有水禽飲水系統(tǒng)無法保證水禽的正常生長發(fā)育的問題。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一方面，提供一種基于多維環(huán)境監(jiān)測的籠養(yǎng)水禽智能飲水裝置，包括：供水線路，包括多根分別用于對(duì)多個(gè)養(yǎng)殖區(qū)進(jìn)行供水的供水管；飲水機(jī)構(gòu)，包括每根供水管上設(shè)置的仿生飲水器；升降組件，用于升降每個(gè)養(yǎng)殖區(qū)中所有的供水管和防水飲水器；監(jiān)測單元，包括多個(gè)用于對(duì)供水線路中流量檢測的流量傳感器和用于對(duì)供水線路進(jìn)水口和出水口水質(zhì)監(jiān)測的水質(zhì)監(jiān)測傳感器組件；消毒單元，用于對(duì)供水線路進(jìn)行消毒；環(huán)境感知單元，用于檢測每個(gè)養(yǎng)殖區(qū)中的環(huán)境參數(shù)；控制單元，與升降組件、監(jiān)測單元、消毒單元、環(huán)境感知單元和供水線路中的水泵信號(hào)連接。

4、本方案中，升降組件可升降飲水器和供水管，在消毒時(shí)避免水禽接觸污染水源，防止消毒過程中水禽飲水行為造成的健康風(fēng)險(xiǎn)。監(jiān)測單元實(shí)時(shí)檢測流量和水質(zhì)，環(huán)境感知單元采集環(huán)境參數(shù)，可以包括環(huán)境的溫度、濕度、光照強(qiáng)度和氨氣濃度，控制單元協(xié)調(diào)各組件響應(yīng)變化，確保供水穩(wěn)定和水質(zhì)安全，解決現(xiàn)有技術(shù)中水壓不穩(wěn)、消毒不及時(shí)的問題，保障水禽飲水充足和衛(wèi)生，促進(jìn)正常生長發(fā)育。

5、進(jìn)一步地，位于每個(gè)養(yǎng)殖區(qū)中的供水管上均設(shè)置有低溫恒溫飲水冷卻單元，每個(gè)低溫恒溫飲水冷卻單元均包括纏繞在供水管上的冷卻管道，每根冷卻管道均與制冷壓縮機(jī)的冷媒管道連通，制冷壓縮機(jī)與控制單元信號(hào)連接。通過在每個(gè)養(yǎng)殖區(qū)的供水管上設(shè)置低溫恒溫飲水冷卻單元實(shí)現(xiàn)對(duì)飲水溫度的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)：在高溫環(huán)境下，自動(dòng)降低水溫，防止水禽熱應(yīng)激（如脫水或生長減緩），提高飲水舒適度和攝入量。

6、進(jìn)一步地，每根冷卻管道和每根供水管內(nèi)均設(shè)置有與控制單元信號(hào)連接的電磁閥和溫度傳感器。電磁閥可遠(yuǎn)程開關(guān)，調(diào)節(jié)冷媒或水流，避免資源浪費(fèi)（如過度冷卻或供水不足）。溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測，確保水溫穩(wěn)定在目標(biāo)范圍，提升系統(tǒng)能效和可靠性，減少人工干預(yù)，同時(shí)防止設(shè)備故障導(dǎo)致的水溫異常。

7、另一方面，提供一種基于多維環(huán)境監(jiān)測的籠養(yǎng)水禽智能飲水裝置的方法，包括：在控制單元中構(gòu)建分區(qū)飲水量預(yù)測模型和水質(zhì)污染預(yù)測網(wǎng)絡(luò)模型；分區(qū)飲水量預(yù)測模型用于預(yù)測每個(gè)養(yǎng)殖區(qū)的預(yù)測飲水量，并計(jì)算得到實(shí)際飲水量與預(yù)測飲水量之間的飲水差值，當(dāng)飲水差值大于設(shè)定的閾值時(shí)，控制單元發(fā)出預(yù)警信息至管理人員；水質(zhì)污染預(yù)測網(wǎng)絡(luò)模型用于得到每個(gè)養(yǎng)殖區(qū)的水質(zhì)指標(biāo)，當(dāng)水質(zhì)指標(biāo)超出安全值時(shí)，控制單元通過升降組件帶動(dòng)對(duì)應(yīng)供水管和防水飲水器上升，并通過消毒單元對(duì)對(duì)應(yīng)供水線路進(jìn)行消毒和沖洗。

8、本方案中，分區(qū)飲水量預(yù)測模型預(yù)測每個(gè)養(yǎng)殖區(qū)的飲水量，通過飲水差值及時(shí)檢測異常，并發(fā)出預(yù)警，減少水禽缺水或健康問題；水質(zhì)污染預(yù)測網(wǎng)絡(luò)模型評(píng)估水質(zhì)指標(biāo)，當(dāng)超標(biāo)時(shí)自動(dòng)觸發(fā)升降組件上升飲水器并進(jìn)行消毒，確保飲水安全，避免水禽飲用污染水導(dǎo)致的疾病。

9、進(jìn)一步地，構(gòu)建分區(qū)飲水量預(yù)測模型的方法為：

10、a1、通過多個(gè)流量傳感器實(shí)時(shí)采集每個(gè)養(yǎng)殖區(qū)中每一時(shí)刻的飲水量，并通過環(huán)境感知單元采集每個(gè)養(yǎng)殖區(qū)中每一時(shí)刻的環(huán)境參數(shù)，構(gòu)造每個(gè)養(yǎng)殖區(qū)的輸入序列，記為：

11、其中，為分區(qū)飲水量預(yù)測模型第i個(gè)養(yǎng)殖區(qū)t時(shí)刻的輸入序列，和分別為第i個(gè)養(yǎng)殖區(qū)中（）時(shí)刻和t時(shí)刻的飲水量；k為滑動(dòng)時(shí)間窗口的長度；和分別為第i個(gè)養(yǎng)殖區(qū)（）時(shí)刻和t時(shí)刻的環(huán)境參數(shù)；

12、a2、通過一維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)1d-cnn對(duì)提取局部短時(shí)波動(dòng)特征，并利用mamba狀態(tài)空間模型對(duì)局部短時(shí)波動(dòng)特征建模長程依賴，最后由conv-pool塊、mamba塊和全連接層級(jí)聯(lián)輸出分區(qū)飲水量預(yù)測值，表達(dá)式如下：

13、

14、其中，為第i個(gè)養(yǎng)殖區(qū)時(shí)刻的預(yù)測飲水量，為卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與狀態(tài)空間模型的組合處理函數(shù)。

15、本方案中，通過1d-cnn和mamba狀態(tài)空間模型的組合構(gòu)建分區(qū)飲水量預(yù)測模型，解決時(shí)間序列預(yù)測的精度問題。1d-cnn提取飲水量的局部短時(shí)波動(dòng)特征（如突發(fā)飲水高峰），mamba模型捕捉長程依賴（如環(huán)境變化對(duì)飲水量的累積影響），提高預(yù)測準(zhǔn)確性。

16、進(jìn)一步地，飲水差值的計(jì)算和判斷方法為：

17、a3、計(jì)算；其中，為第i個(gè)養(yǎng)殖區(qū)時(shí)刻的實(shí)際飲水量，為第i個(gè)養(yǎng)殖區(qū)時(shí)刻實(shí)際飲水量與預(yù)測飲水量的飲水差值；

18、a4、判斷是否大于設(shè)定的閾值，若否，則控制單元正常運(yùn)行，否則繼續(xù)判斷與之間的大小，若小于，則控制單元發(fā)出用于反映仿生飲水器堵塞、供水管堵塞或水禽健康異常問題的缺水預(yù)警；若大于，則控制單元發(fā)出用于反映供水管漏水或者監(jiān)測單元失效問題的漏水預(yù)警。

19、本方案中，通過計(jì)算和判斷飲水差值，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)故障診斷和分類預(yù)警。

20、進(jìn)一步地，構(gòu)建水質(zhì)污染預(yù)測網(wǎng)絡(luò)模型的方法為：

21、b1、通過監(jiān)測單元和環(huán)境感知單元每1分鐘采集一次每個(gè)養(yǎng)殖區(qū)中水質(zhì)數(shù)據(jù)、飲水量和環(huán)境參數(shù)，并構(gòu)造聯(lián)合輸入序列，記為，其中，為第i個(gè)養(yǎng)殖區(qū)t時(shí)刻的聯(lián)合輸入序列，為第i個(gè)養(yǎng)殖區(qū)t時(shí)刻的水質(zhì)數(shù)據(jù)；

22、b2、以l為采樣周期構(gòu)建水質(zhì)污染預(yù)測網(wǎng)絡(luò)模型的時(shí)序輸入序列，記為，其中，為第i個(gè)養(yǎng)殖區(qū)時(shí)刻和中所有聯(lián)合輸入序列的向量，為第i個(gè)養(yǎng)殖區(qū)時(shí)刻的聯(lián)合輸入序列；

23、b3、將輸入基于probsparse的自注意力編碼模塊并輸出特征，并對(duì)該輸出特征構(gòu)建動(dòng)態(tài)語義圖，且在輸出層中利用分布式分位數(shù)回歸和monte-carlodropout推理機(jī)制同時(shí)預(yù)測得到水質(zhì)指標(biāo)，水質(zhì)指標(biāo)包括污染風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?shù)r與超標(biāo)倒計(jì)時(shí)τ，其中r的值范圍為（0,1），τ的單位為分鐘；

24、b4、當(dāng)r≥0.60或τ≤30時(shí)，控制單元通過升降組件帶動(dòng)對(duì)應(yīng)供水管和防水飲水器上升，并通過消毒單元對(duì)對(duì)應(yīng)供水線路進(jìn)行消毒；

25、b5、在消毒完成后，判斷是否處于安全值范圍，若是，則控制單元使升降組件恢復(fù)原始高度，否則通過消毒單元繼續(xù)對(duì)對(duì)應(yīng)供水線路進(jìn)行消毒直至是處于安全值范圍內(nèi)。

26、本方案中，基于informer-gat架構(gòu)的水質(zhì)污染預(yù)測網(wǎng)絡(luò)模型，解決傳統(tǒng)依賴水質(zhì)閾值超標(biāo)后才響應(yīng)的滯后問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染趨勢的提前預(yù)警，并與升降組件和消毒單元聯(lián)動(dòng)控制。

27、進(jìn)一步地，水質(zhì)污染預(yù)測網(wǎng)絡(luò)模型的聯(lián)合損失函數(shù)的計(jì)算表達(dá)式為：

28、

29、其中，bce為二元交叉熵?fù)p失，和分別為實(shí)際的污染風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?shù)和預(yù)測污染風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?shù)；為平衡因子；為分位回歸損失函數(shù)，和分別為實(shí)際的超標(biāo)倒計(jì)時(shí)和預(yù)測超標(biāo)倒計(jì)時(shí)；為分位數(shù)為q下針對(duì)q為0.1、0.5和0.9的三個(gè)置信水平。

30、進(jìn)一步地，控制單元中還構(gòu)建有熱應(yīng)激預(yù)測模型，熱應(yīng)激預(yù)測模型的方法包括：

31、c1、通過監(jiān)測單元和環(huán)境感知單元收集每個(gè)養(yǎng)殖區(qū)中的環(huán)境參數(shù)和飲水量，并通過每個(gè)養(yǎng)殖區(qū)中供水管內(nèi)的溫度傳感器獲取溫度數(shù)據(jù)，構(gòu)造輸入序列，記為，其中為熱應(yīng)激預(yù)測模型第i個(gè)養(yǎng)殖區(qū)t時(shí)刻的輸入序列；為第i個(gè)養(yǎng)殖區(qū)中供水管中t時(shí)刻的溫度數(shù)據(jù)；

32、c2、通過lstm模塊對(duì)進(jìn)行編碼，輸出中間特征，記為；其中，為熱應(yīng)激預(yù)測模型第i個(gè)養(yǎng)殖區(qū)時(shí)刻的輸入序列；

33、c3、根據(jù)步驟c2輸出的中間特征，引入fam注意力機(jī)制計(jì)算t時(shí)刻與歷史時(shí)間步之間的注意力加權(quán)，并計(jì)算輸出時(shí)刻的熱應(yīng)激風(fēng)險(xiǎn)分值，熱應(yīng)激風(fēng)險(xiǎn)分值的計(jì)算表達(dá)式為：

34、

35、其中，為第i個(gè)養(yǎng)殖區(qū)時(shí)刻的熱應(yīng)激風(fēng)險(xiǎn)分值，為與之間的注意力權(quán)重；j為fam注意力機(jī)制中的歷史時(shí)間步索引；為歷史時(shí)間步的歷史特征；

36、c4、當(dāng)超過設(shè)定的熱閾值時(shí)，控制單元通過低溫恒溫飲水冷卻單元將該養(yǎng)殖區(qū)中的供水管的水溫調(diào)節(jié)至設(shè)定的目標(biāo)溫區(qū)。

37、本方案中，通過熱應(yīng)激預(yù)測模型（lstm和fam注意力機(jī)制）預(yù)測并緩解水禽熱應(yīng)激風(fēng)險(xiǎn)。相比傳統(tǒng)單一lstm預(yù)測方案，fam-lstm模型能夠通過注意力機(jī)制過濾無關(guān)信息，突出關(guān)鍵特征時(shí)點(diǎn)和變量影響，提高預(yù)測精度與響應(yīng)速度，具有更強(qiáng)的動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力與泛化能力。其在飲水溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用，不僅提升系統(tǒng)的智能化水平，也顯著優(yōu)化了冷卻能耗與資源調(diào)度效率，適用于智能化、規(guī)模化禽舍的飲水健康保障系統(tǒng)。

38、本發(fā)明公開了一種基于多維環(huán)境監(jiān)測的籠養(yǎng)水禽智能飲水裝置及其方法，其有益效果為：

39、本發(fā)明的升降組件可升降飲水器和供水管，在消毒時(shí)避免水禽接觸污染水源，防止消毒過程中水禽飲水行為造成的健康風(fēng)險(xiǎn)。監(jiān)測單元實(shí)時(shí)檢測流量和水質(zhì)，環(huán)境感知單元采集環(huán)境參數(shù)，可以包括環(huán)境的溫度、濕度、光照強(qiáng)度和氨氣濃度，控制單元協(xié)調(diào)各組件響應(yīng)變化，確保供水穩(wěn)定和水質(zhì)安全，解決現(xiàn)有技術(shù)中水壓不穩(wěn)、消毒不及時(shí)的問題，保障水禽飲水充足和衛(wèi)生，促進(jìn)正常生長發(fā)育。