AI视觉喷淋技术方案

　　一、 方案内容简述

　　1. AI智能视觉喷淋控制系统

　　1)  喷淋控制模块——影像喷淋、由奶牛触发的群体精准喷淋、个体精准喷淋

　　2)  牛舍环境监控模块——实时与历史的牛舍内温度、湿度变化

　　3)  喷淋房模块——奶牛集中采食时自动启动加强喷淋

　　二、 方案简述

　　(一) AI智能视觉喷淋控制系统

　　AI智能视觉喷淋是本公司 智能环控系统在采食区域精准智能的典型应用，它将为您牧场的采食区域喷淋和风机的智慧化控制提供精准、可靠的解决方案。视觉识别、远程监控、物联网模式和大数据云端信息分享是智能喷淋的主要特征，其基于畜舍内奶牛的图像识别与环境状况感知，综合实现畜舍环境的远程调控和本地自动化设备控制， 具有宏观控制、微环境控制和扩展环境控制能力，可以在各角度协助牧场在环境控制中达 到精准化、节能化、减量化的运行。实际应用结果显示，我们的智能视觉喷淋节水率至少可达 40%以上；节电率可达 20%以上。

　　AI智能视觉喷淋分为硬件部署和软件服务两大部分，在架构上则由四层级组成，主要包括：动物感知层、环境感知层、微观环境层和宏观控制层。

　　以下将分别通过每个层级的功能和主要设备进行详细介绍：

　　动物感知层

　　本方案中，智能视觉喷淋所采用的感知手段为新的奶牛图像识别和空间定位技术，相当于为牛舍里面装上了“眼睛 ”，真正用“看 ”来实现喷淋和风机的准确控制。

　　具体来说，系统将在颈枷区域牛舍立柱上，每隔 12 米安装一颗高清摄像机，全时 24 小时 不间断捕捉畜舍采食区域的录像，再经过本地摄像头IPC图像识别分析器分析，提取牛只图像 信息，利用数字处理和大数据分析计算对画面中的栏位进行定位矫正，并通过深度学习技术搭 建分类卷积网络，判断各栏位是否有牛正在进行采食，准确识别牛只并指导精准喷淋和通风作业。

　　环境感知层

　　本方案中，环境状态感知通过安装在牛舍IPC内温湿度分析器附近的有线温湿度传 感器完成。该设备对牛舍内温度、湿度、露点等指标每 5 分钟一次进行监测记录，并以此为依据调整宏观策略的强度。

　　控制器

　　本方案中，IPC控制器将实现牛舍内采食区域立柱 12 米间隔空间微环境的独立联动控制，根据接收到的宏观控制策略，结合奶牛的移动，在区域内精准联动相应喷淋和风机作业。

　　这部分的运行主要依靠微环境控制器IPC来完成。对应高清摄像机的覆盖范围，每 12米（喷 头间距 1.5-1.8 米），输出多达 13路（10路喷淋2路风机共享1路温度）直流24V 的供电，控制区域内喷淋电磁阀/风机可联动。

　　AI智能视觉喷淋的特点和优势

　　同其他精准喷淋方案相比，智能视觉喷淋方案具有明显的使用优势，将在如下方面为牧场带来显著改变：

　　1) AI视觉识别、确定位置

　　视觉识别是可视化感知技术，因此，正常使用状态下，系统运行不会受非动物因素，诸如颈夹震动等的影响，也不会出现无牛喷水或有牛不喷水的现象。此外，智能视觉喷淋不光能够准确辨别奶牛，还能够对奶牛的姿态、位置做出准确判断，并提供了丰富设置的灵活性。因此日后的控制不用拘泥于单一牛在不在来判断，还能够综合奶牛占的位置、站的姿态达到更为精准的使用效果。

　　2) AI远程监控、智能灵活

　　微核物联网技术的应用是本系统的一大亮点，它赋予了系统中任何控制设备独立的控 制能力。我们可以在任何地方登陆系统 APP 查看喷淋用水量数据和环境温湿度、上夹率等策略条件让系统自动化运行，也可以在需要的时候实现控制某一喷淋或风机的远程开闭控制。

　　3) AI智能自检、多重保护

　　系统运行的安全和稳定一直使我们关注的问题。因此智能视觉喷淋系统的物联网 在容错性能上是市场很好的。我们在系统中设置了通信的心跳策略，并嵌入了问题出现时的智能补偿方案，因此保障了系统在高强度运行时较高的可靠性。

　　微环境控制器，其本身也具有根据温度变化自动控制的本地功能，因此当设备 发现自己通信不畅时，便会及时报警，同时自动切换到本地模式运行，从而避免在热应激时奶牛得不到喷淋情况的发生。

　　4) AI模块部署

　　智能视觉喷淋这个系统具有很高的整合度，主要设备模块化设计，经过工业化的安装设计，部署方便，安装过程中可以极大的降低对牛舍动物的影响。

　　AI智能视觉喷淋的控制过程说明

　　AI智能视觉喷淋IPC控制技术，是现有市场上较为灵活的畜舍物联网控制系统。运行中，系统可以采用各种不同的控制策略和协调逻辑，而且完全采取远程下发部署升级的方式，极为便捷。本项目中，我们将推荐两种常见的精准喷淋控制模式，以供不同的牧场根据自己的条件选用：

　　单头独立循环控制模式（所有【】 内的参数都可以远程调整）

　　1) 温度或 湿度达到【启动条件】

　　2) 喷淋与风机处于启动前待机状态。

　　3) 奶牛进入喷头触发区域【3】秒内，且满足设定的【站位位置条件】，喷淋开启。

　　4) 在喷淋【开启期间】，奶牛离开喷头触发区域【5】秒以上，喷淋暂时关闭；奶牛返回触发区域，喷淋恢复开启。

　　5) 不论在喷淋【开启时段】还是【关停时段】，区域内没有奶牛持续时间达【3 分钟】，则该喷淋恢复启动前待机状态。全群整体循环控制模式（所有【】 内的参数都可以远程调整）

　　1) 温度或 温度达到【启动条件】

　　2) 喷淋与风机处于启动待机状态。控制主程序启动，开始【开启时段】和【关停时段】的循环。

　　3) 在循环【开启时段】，每隔【5】秒钟监测一次。如果识别奶牛在喷头触发区域，且满足设定的【姿势条件】，喷淋开启；否则喷淋暂时关闭。

　　4) 在循环【开启时段】，风机不开启。

　　5) 在循环【关停时段】，风机运行。

　　三、 AI技术参数介绍

　　(一) AI技术参数

　　1.  摄像头（识别模块）

　　由安装在 4 米以上高的摄像头探测感知；探测距离和灵敏度可以无级任意调节；调节可以远程电脑可视化操作；喷淋和奶牛周边无须其他感知设备，没有防水担忧，没有探测器外壳破裂等可能。

　　2.  电磁阀

　　阀体材质：台湾AITAC，线圈包裹材质：尼龙；规格型号：2P02508BIG； 工作介质：水；电压：DC24V ；功率：7w；工作压力：0-0.6Mpa；通径：3.5mm ；螺纹规格：G 1/4 ”；全封闭防水结构，使线圈防护等级达到 IP67。

　　3.  电源箱

　　外壳材料ABS； 内部空开带漏保。防护等级 IP65

　　4.  通讯控制柜

　　外壳材料 ABS，厚度 3mm。防护等级 IP66。主要功能是电源管理和网络通讯。供电：220V；设备控制能力：24V 直流供电（喷淋电磁阀）；外网微观控制层将实现牛舍内采食区域立柱间 6 米间隔空间微环境的独立联动控制，根据接收到的宏观控制策略，结合奶牛的移动，在区域内精准联动相应喷淋作业。这部分的运行主要依靠微环境控制。

　　8.  控制系统控制方式

　　通过温度和时间控制；具备风机联动功能预留界限扩展，不外接，具备远程升级和控制功能。

　　9.  终端操作

　　提供手机端和网页端平台查看，可以手机温度、湿度、THI、喷水时长、奶牛采食区占用率等多种历史数据。

　　10. 扩展模块

　　10 路继电器，二路扩展风机联动备用。

　　11. 电源线

　　品牌：津达或同类品牌

　　12. 网线

　　品牌：海康威视或同类品牌

　　13. 线管

　　品牌：联塑或同类品牌

　　14. 线管、控制箱体支件

　　15. 设备运行指标

　　正常使用条件下，视觉智能喷淋完全能够达到 5%以下的误喷率。同等策略下，和普通喷淋使用相 比较，可以节约用水 40%以上，而且不会对喷淋对奶牛的降温效果产生影响。根据以往项目经验，视觉智能喷淋的使用将通过节省用水投入、降低粪污处理成本、短期提升奶牛热应激期产奶量，长期改善牛群健康水平这些方面迅速收到投资回报，并产生长久收益。

　　16. 方案中所有带电机的设备需增加漏保且重复接地，牧场具有电感性质及滤波电容等设备除外。

　　17. 现有喷淋 PE 管道如有变形情况出现，施工方负责纠正。

　　18. 变频泵

　　长度 80 米以上的牛舍：不锈钢变频一体泵，流量≥30 m? , 扬程 40-48 米，7.5Kw。

　　长度低于 80 米的牛舍：不锈钢变频一体泵，流量≥20 m? , 扬程 40-48 米，5.5Kw。

　　19. 设备安全性

　　1) 安全电压设计

　　为了保证动物和人员日常使用与维护的安全，方案物联网控制部分采用 24V 安全电压供电驱动电磁阀。

　　2) 施工标准

　　所有线缆安装至线管之内。模块固定支架等采用热镀锌钢材制作，整体稳固美观。线盒整体为 PVC 材料。模块以及电磁阀线缆穿波纹管保护。低压电源箱体安装高度大于 2.3 米、低压电源全部配置防水箱体。

　　3) 设备多种模式存在

　　除了正常使用的视觉识别模式以外，系统还以 6-14 个喷头为一个单元提供本地普通喷淋运行模式，并且能够自主判断有关异常，实现自动切换，从而保证热应激期喷淋的流畅使用。