[发明专利]一种奶牛养殖场地面尿液面积的仿真测量装置与方法

说明书

本发明提出了一种奶牛养殖场地面尿液面积的仿真测量装置与方法，步骤如下：搭建安装CCD相机和IR相机的采集平台；在地面上人工创建尿液坑，将校正铝板放置在尿液坑附近，分别对获得的彩色图像和IR图像校正，计算得到彩色图像和IR图像中每个像素所代表的实际面积；通过阈值提取彩色图像的尿液坑区域，并计算尿液坑的实际面积；统计IR图像中的尿液坑区域的像素数，并计算尿液坑的实际面积；通过线性回归得到彩色图像中尿液坑的实际面积和IR图像中尿液坑的实际面积的关系模型，实现对IR图像测量结果的修正。本发明能快速、精确计算IR图像中的尿液坑面积，自动化程度高，装置简便且易携带，为奶牛养殖场尿液排放的检测及分析提供了支撑。

技术领域

本发明涉及环境监测和图像处理的技术领域，尤其涉及奶牛养殖场地面尿液面积的仿真测量装置与方法，方便奶牛养殖场的NH₃排放量的计算。

背景技术

在欧洲，由于NH₃沉积导致环境的富营养化和酸化，已经设定了排放上限来规范NH₃等有害气体的排放(UNECE,1999.The 1999Gothenburg Protocol to AbateAcidification.Eutrophication and Ground-level Ozone)。但是，在实际的奶牛等畜禽的养殖中，我国部分地区大量排放NH₃已经导致了自然环境的超载。大量的NH₃排放是由农业经济产业造成的，其中很大一部分来自奶牛、肉猪等养殖业。典型的牛舍包括一个带隔间的休息区和饮食区，这些区域铺设地板，地板下方是水泥等材质的地面，该区域的NH₃排放量约占整个养殖场排放总量的70％以上。随着对NH₃排放的监管，迫切需要减少牛舍等养殖场的NH₃排放，为了制定和优化减缓NH₃排放的措施，描述NH₃排放基本过程的NH₃排放模型和确定尿液挥发表面积等关键变量是非常有用的。

随着人们对自身健康和生存环境的关注，对安全、无污染、高品质绿色食品的需求日益强烈，对目前规模化的畜禽养殖提出了非常严格的要求，促使养殖企业装备具有先进技术的自动化、智能化设备，采用信息化、数字化的管理手段，来监控环境污染，提高畜禽产品的附加值和企业的养殖效率，提高自动化和智能化水平，减小人工的劳动强度，实现信息化、现代化的养殖。

NH₃排放长期以来一直是养殖行业的难题，现阶段已经开发了几种模型估算奶牛养殖场的NH₃排放，然而，这些模型中的参数及输入变量的值各不相同。分析表明，畜禽尿液相关的五个输入变量：pH、尿素含量、尿液坑的面积、深度和温度，解释了NH₃排放量的71％。剩余的变化占比是尿液坑上方的空气温度和风速、尿素转化的最大速率以及Michaelis-Menten常数等。对奶牛养殖场的NH₃排放模型的输入变量需要准确地模拟，但是对模型的研究没有足够的数据。这在很大程度上是由于奶牛养殖场环境复杂，以及缺乏适当的测量方法。如果要改进NH₃排放模型，需要准确获取多个变量的数据，这些变量在准确测定奶牛养殖场NH₃排放中起重要作用。