基于YOLOv5的豬只行為分析系統設計

摘要：針對養殖生豬時難以及時獲取豬只狀態及健康情況的問題，設計了基于YOLOv5模型的豬只行為分析系統。系統由圖像采集與預處理模塊、行為識別模塊以及結果輸出模塊組成，主要對豬只的進食、站立、飲水和趴臥四種行為進行檢測和識別。系統通過對各種豬只行為圖像進行訓練和測試，實驗結果表明行為識別效果較好。該系統應用于生豬養殖業，可幫助養殖人員及時獲取豬只的行為信息，從而判斷豬只狀態并采取相應措施。

關鍵詞：YOLOv5；行為分析；目標檢測；智慧農業；系統設計

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）19-0036-03

0 引言

黨的十八大以來，我國高度重視數字農業農村建設，提出了推動智慧農業發展，促進信息技術與農機農藝的結合應用，畜牧業也由傳統向智能化、標準化轉型升級。在豬只養殖中，豬只的行為可以作為判斷其健康狀況的一個重要指標。傳統畜牧養殖中，對豬只日常行為及健康狀況的監管主要依靠人工巡檢方式進行，但此方法存在人工耗費大且難以長時間持續、準確監測豬只行為變化的弊端[1]。

通過智能化方式采集豬只日常行為并進行分類，有利于在養殖過程中及時分析評估豬只的狀態及健康狀況。對豬只的行為分析主要針對進食、站立、飲水和趴臥四種類型。通過識別分析這些行為，養殖人員可以及時了解和判斷豬只的狀態及健康狀況，并迅速采取相應的措施[2]。

1 研究現狀

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

1.1 無線射頻技術

采用無線射頻技術需要給豬只佩戴電子耳標，以獲取其行動信息。陸明州等人[3]使用無線射頻技術自動檢測豬只飲水行為，在飲水器旁安裝無線射頻接收器，豬只靠近飲水器時獲取相應行為信息；MASELYNE J等人[4]對基于無線射頻技術的豬只個體飲水行為及豬場產量和健康問題進行了相關分析。盡管無線射頻技術成本低，但作為一種侵入式實驗方式，需要給豬只佩戴電子耳標，這可能在一定程度上干擾豬只的生活，且耳標掉落丟失會導致管理不便[5]。

1.2 計算機視覺

基于計算機視覺的豬只行為識別同時具有成本低且無須接觸的特點，在豬只智慧養殖領域開展了大量研究。房俊龍等人[6]提出了一種基于CenterNet的結構，使用MobileNet等多種網絡模型作為目標檢測網絡，在保證豬只識別實時性的同時提高了對遮擋目標和小目標的檢測精度；楊秋妹等人[7]采用GoogLeNet 模型對生豬背部圖像數據進行推理預測，完成了對背部使用字母標注的生豬個體識別。

然而，基于計算機視覺的豬只行為識別主要依靠圖像預處理及圖像分割技術，對圖像中的目標進行特征提取，之后利用神經網絡、支持向量機等模式識別方法進行分類。此類方法的識別效果受圖像預處理、圖像分割及光照等環境因素的影響較大，同時識別速度相對較慢。

2 系統設計

系統結合軟件及硬件設備對豬只的行為進行獲取和檢測。主要的功能模塊包括圖像采集與預處理模塊、行為識別模塊及分析結果輸出模塊。具體的系統邏輯結構設計如圖1所示。

豬只行為分析主要通過攝像設備獲取豬只日常生活中的圖像數據，然后對獲取到的數據進行預處理，形成數據集。系統的行為識別模塊對數據集進行識別分析，獲得豬只的行為分類。通過結果輸出模塊，可視化地輸出識別結果，幫助養殖人員獲取豬只的實時行為狀態及健康情況，以便及時采取相應措施。系統會顯示進食、站立、飲水和趴臥四種行為的豬只數量。