本發(fā)明涉及動物健康監(jiān)測領(lǐng)域，特別涉及動物心率監(jiān)測系統(tǒng)以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡的心率狀態(tài)識別方法。

背景技術(shù)：

心率是動物重要的健康指標，心率監(jiān)測是評價動物健康狀態(tài)的重要方式之一，心率監(jiān)測的及時性、準確性、可靠性直接影響疾病的預防、診斷、治療以及術(shù)后恢復效果。

傳統(tǒng)動物心率檢測采取單個心率樣點，非常不便于跟蹤動物心率變化，而且目前對動物心率的測量主要靠手工來完成，主人需要每天手工測量動物心率，記錄心率，繪制心率曲線，這是一個很大的工作量。而且，某些動物，如放養(yǎng)的牛無法配合心率檢測，往往需要麻醉才能實現(xiàn)，對于這類動物，傳統(tǒng)的心率檢測方式無法實施高頻率的檢測。

此外，不同種類動物、同種類動物不同年齡段、同種類動物同年齡不同個體、同個體動物不同運動狀態(tài)，往往具有不同的正常心率，如：貓在運動、恐懼、興奮、過熱、妊娠等狀態(tài)下可使心率暫時增快；又如：成年犬的心率為68-80次/分，幼犬的正常心率為80-120次/分，因而，動物心率的監(jiān)測應考慮動物的種類、年齡、個體、運動狀態(tài)等差異，而傳統(tǒng)方式很難全面做到。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一個動物心率監(jiān)測系統(tǒng)以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡的心率狀態(tài)識別方法，該動物心率監(jiān)測系統(tǒng)能夠自動地采集動物的心率信息，實現(xiàn)對動物心率的實時遠程監(jiān)控，不需要主人人工檢測并記錄結(jié)果，節(jié)省人力，檢測結(jié)果更加準確，用以解決傳統(tǒng)心率檢測方式工作量大的缺陷；而且，系統(tǒng)采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡的心率狀態(tài)識別方法，能夠根據(jù)被監(jiān)測動物的運動狀態(tài)信息和心率信息及其對應的心率狀態(tài)信息進行訓練，并能基于訓練好的神經(jīng)網(wǎng)絡模型智能識別出動物的心率狀態(tài)，即動物的處于正常心率、過快心率或過慢心率?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡的動物心率狀態(tài)識別方法能夠排除動物的種類、年齡、個體和運動狀態(tài)等差異，真正為每個被監(jiān)測對象量身定做，達到精準有效的心率檢測目的。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案是：一個動物心率監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括采集裝置和智能終端應用。所述采集裝置穿戴在動物身體上，用于動物心率、加速度、接觸壓力等信息采集的；所述智能終端應用接收采集裝置采集的信息，并基于這些信息對動物心率狀態(tài)(如正常心率、過快心率或過慢心率)進行識別；所述采集裝置與所述智能終端應用連接；

所述采集裝置包括心率采集器和綁縛帶，所述心率采集器兩側(cè)均固定連接長度可調(diào)的綁縛帶，所述的綁縛帶用于將采集裝置與動物固定，所述綁腹帶內(nèi)置電池組，所述的采集裝置中嵌裝有壓力傳感器、加速度傳感器、心率傳感器、控制模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊以及數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述的壓力傳感器和心率傳感器緊貼動物皮膚設置，所述采集裝置可以通過綁縛帶兩端的卡扣連接，或者直接綁在一起，實現(xiàn)穿戴在動物身上；

所述壓力傳感器、心率傳感器和加速度傳感器用于采集動物的接觸壓力、心率和加速度信息；

所述控制模塊與所述壓力傳感器、心率傳感器和加速度傳感器連接，用于配置壓力傳感器、心率傳感 器、加速度傳感器的工作參數(shù)和控制它們的工作狀況，并能接收接觸壓力、心率和加速度信息，及判斷接收信息是否有效；

所述數(shù)據(jù)緩存模塊與所述控制模塊連接，從所述控制模塊接收并緩存有效的接觸壓力、心率和加速度信息；

所述數(shù)據(jù)傳輸模塊與所述數(shù)據(jù)緩存模塊連接和所述智能終端應用連接，從所述數(shù)據(jù)緩存模塊獲取數(shù)據(jù)信息，并發(fā)送給所述智能終端應用；

所述智能終端應用包括采集數(shù)據(jù)傳輸模塊、采集數(shù)據(jù)緩存模塊、心率狀態(tài)識別模塊、狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存模塊；

所述采集數(shù)據(jù)傳輸模塊用于接收所述采集裝置采集的動物數(shù)據(jù)，并處理后存入所述采集數(shù)據(jù)緩存模塊；

所述采集數(shù)據(jù)緩存模塊用于緩存接收到的動物數(shù)據(jù)，并在緩存數(shù)據(jù)滿足心率狀態(tài)識別要求時，傳輸給所述心率狀態(tài)識別模塊；

所述心率狀態(tài)識別模塊將采集到的動物數(shù)據(jù)識別為動物的心率狀態(tài)，并將動物心率狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸給所述狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存模塊；

所述動物心率監(jiān)測系統(tǒng)用于動物心率采集包括如下步驟：

(1)所述控制模塊設置的所述壓力傳感器、所述加速度傳感器和所述心率傳感器的采集頻率；

(2)所述壓力傳感器檢測與動物皮膚的接觸壓力，所述加速度傳感器檢測動物加速度信息，所述心率傳感器檢測動物心率信息；

(3)所述控制模塊接收步驟(2)中檢測到的接觸壓力信息、加速度信息以及動物心率信息，并根據(jù)接觸壓力信息來判斷采集裝置是否與動物皮膚接觸：如果沒有接觸，則拋棄所有同時刻采集的信息；如果有效接觸，則將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)緩存模塊中；

(4)安裝在主人智能設備上的所述智能終端應用通過所述采集數(shù)據(jù)傳輸模塊接收所述采集裝置的所述數(shù)據(jù)緩存模塊中的接觸壓力信息、加速度信息和心率信息，并將信息適當處理后傳輸給所述采集數(shù)據(jù)緩存模塊；

(5)所述智能終端應用的所述狀態(tài)識別模塊基于動物的加速度信息和心率信息識別出動物的心率狀態(tài)信息。

可選的，所述智能終端應用包括人機交互模塊。所述人機交互模塊用于接收用戶交互指令，根據(jù)指令從所述采集數(shù)據(jù)緩存模塊和狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存模塊中獲取所需的信息，并通過屏幕或語音等方式向用戶展示查詢結(jié)果。

可選的，所述智能終端應用包括狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸模塊。所述狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸模塊將心率的狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸給遠程網(wǎng)絡端的智能監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)對狀態(tài)數(shù)據(jù)提供進一步的智能分析和服務。

所述的采集裝置穿戴于動物的頸部，或腿部，或胸部等，采集裝置的綁縛帶中設置有電池組，可以擴大電池容量，實現(xiàn)更長時間的數(shù)據(jù)采集；

所述的壓力傳感器為半導體壓電阻型或靜電容量型。

所述的心率傳感器為光電式或電極式心率傳感器。

所述的加速度傳感器為壓電式，或壓阻式，或電容式等的加速度傳感器。

所述智能終端應用可以基于android、ios、window10等主流移動平臺開發(fā)，也可以是定制的軟硬件平臺。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡的心率狀態(tài)識別方法，能夠針對特定的被監(jiān)測動物個體進行訓練學習，然后可以使用訓練好的神經(jīng)網(wǎng)絡進行心率狀態(tài)識別，達到健康監(jiān)測的目標。

所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡的心率狀態(tài)識別方法的訓練過程包括以下步驟：

(1)對于特定某個或某種動物，在不同的心率狀態(tài)(如正常心率、過快心率或過慢心率)下，針對不同運動狀態(tài)(如睡眠、靜止、輕微運動、普通運動、劇烈運動)采集加速度和心率；

(2)用一定長度的時間窗去采樣加速度及心率信息，計算時間窗內(nèi)加速度平均值和心率平均值，保存為訓練樣例；

(3)建立心率狀態(tài)評估的神經(jīng)網(wǎng)絡模型，使用訓練樣例集，對神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練；

所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡的心率狀態(tài)識別方法的識別過程包括以下步驟：

(1)對于特定的被檢測動物采集加速度和心率；

(2)用一定長度的時間窗去采樣加速度及心率信息，計算時間窗內(nèi)加速度平均值和心率平均值；

(3)將加速度平均值和心率平均值作為輸入，使用訓練好的神經(jīng)網(wǎng)絡模型實施心率狀態(tài)識別。

本發(fā)明所達到的有益效果如下：

(1)本發(fā)明的心率監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)對動物心率的自動檢測以及遠程實時監(jiān)測，不需要人工記錄被檢測動物的心率狀況，節(jié)省大量的人力，減輕勞動力；

(2)本發(fā)明的心率監(jiān)測系統(tǒng)設置有加速度傳感器以及壓力傳感器，可以檢測采集裝置是否與動物有效接觸，以及動物在不同運動狀態(tài)下的心率，檢測結(jié)果更準確；

(3)本發(fā)明的心率監(jiān)測系統(tǒng)設置有智能終端應用，使用神經(jīng)網(wǎng)絡模型，可以基于動物的加速度信息、壓力信息和心率信息進行訓練學習并進行智能識別。神經(jīng)網(wǎng)絡模型的學習特性使得本系統(tǒng)可以適用于幾乎所有動物的心率識別，且能兼顧被測動物的個體心率特性，真正實現(xiàn)私人定制，識別結(jié)果也更加精準；

(4)本發(fā)明還可以通過與遠程網(wǎng)絡上的智能監(jiān)測系統(tǒng)連接，將心率狀態(tài)信息上傳到遠程系統(tǒng)中，相還人員可以通過網(wǎng)絡隨時了解被監(jiān)測動物的歷史心率狀況，并能通過專家系統(tǒng)來分析被監(jiān)測對象不同的心率變化，實現(xiàn)更加精準的健康監(jiān)測；

(5)本發(fā)明的采集裝置采用電池組來提供能源，能夠?qū)崿F(xiàn)更長時間的供電需求，減少設備充電的次數(shù)，提高設備使用的效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的采集裝置結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明的動物心率監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖；

圖3是本發(fā)明的動物心率采集流程圖；

圖4是本發(fā)明的心率狀態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡識別模型的訓練過程；

圖5是本發(fā)明的心率狀態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡識別模型的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖6是本發(fā)明的心率狀態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡識別模型的識別過程。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

實施例一

本實施例中的動物心率監(jiān)測系統(tǒng)包括穿戴在動物身上、用于動物心率采集的采集裝置和用于動物心率監(jiān)測的智能終端應用。

如圖1所示，所述采集裝置包括心率采集器和綁縛帶，所述心率采集器兩側(cè)均固定連接長度可調(diào)的綁縛帶，所述的綁縛帶用于將采集裝置與動物固定，所述綁腹帶內(nèi)置電池組，所述的采集裝置中嵌裝有壓力傳感器、加速度傳感器、心率傳感器，所述的壓力傳感器和心率傳感器緊貼動物皮膚設置。所述采集裝置可以通過綁縛帶兩端的卡扣連接，或者直接綁在一起，實現(xiàn)穿戴在動物身上。

如圖2所示，所述采集裝置1包括壓力傳感器11、心率傳感器12、加速度傳感器13、控制模塊14、數(shù)據(jù)緩存模塊15以及數(shù)據(jù)傳輸模塊16。所述壓力傳感器11、心率傳感器12和加速度傳感器13與所述控制模塊14連接，所述控制模塊14與所述數(shù)據(jù)緩存模塊15連接，所述數(shù)據(jù)緩存模塊15與數(shù)據(jù)傳輸模塊16連接。

如圖2所示，所述智能終端應用2包括采集數(shù)據(jù)傳輸模塊21、采集數(shù)據(jù)緩存模塊22、心率狀態(tài)識別模塊23、狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存模塊24。所述采集數(shù)據(jù)傳輸模塊21與所述采集數(shù)據(jù)緩存模塊22連接，所述采集數(shù)據(jù)緩存模塊22與所述心率狀態(tài)識別模塊23連接，所述心率狀態(tài)識別模塊23與所述狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存模塊24連接。

如圖3所示，所述動物心率監(jiān)測系統(tǒng)的心率采集流程包括如下步驟：

(1)步驟101，用戶通過所述采集裝置的所述控制模塊設置壓力傳感器、加速度傳感器、心率傳感器的信息采集頻率，對于健康狀況良好的動物，可以設置較低的采集頻率，對于健康狀況較差的動物，則應設置較高的采集頻率；

(2)步驟102，所述采集裝置通過壓力傳感器檢測與動物接觸的壓力信息，加速度傳感器同時檢測動物的加速度信息，心率傳感器同時檢測動物的心率信息；

(3)步驟103，所述控制模塊檢測采集的接觸壓力信息，如果接觸壓力值大于閾值，則判定為采集裝置與動物發(fā)生了有效接觸，所有信息有效，轉(zhuǎn)到步驟104；如果接觸壓力值小于閾值，則判定為采集裝置與動物沒有發(fā)生有效接觸，所有信息無效，轉(zhuǎn)到步驟107，即拋棄無效的采集信息，且結(jié)束采集流程；

(4)步驟104，所述采集裝置的所述數(shù)據(jù)緩存模塊將檢測到的接觸壓力信息、加速度信息以及心率信息存儲起來；

(5)步驟105，所述智能終端應用從所述采集裝置接收接觸壓力信息、加速度信息以及動物心率信息；對于實時性要求高且通信網(wǎng)絡順暢，智能終端應用可以按采集頻率獲取數(shù)據(jù)；對于實時性要求不高或者通信網(wǎng)絡較差甚至斷開，智能終端應用可以降低數(shù)據(jù)獲取頻率或等到通信網(wǎng)絡恢復順暢后再傳輸；

(6)步驟106，基于訓練好的神經(jīng)網(wǎng)絡模型，所述智能終端應用的所述心率狀態(tài)識別模塊將動物的加速度和心率信息識別為動物的心率狀態(tài)信息。

實施例二

本實施例二在實施例一的基礎(chǔ)上，智能終端應用還設置有人機交互模塊26。所述人機交互模塊26與采集數(shù)據(jù)緩存模塊22和狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存模塊24連接。

所述人機交互模塊26用于接收用戶通過觸屏、鍵盤和語音等交互方式提供的指令，并從采集數(shù)據(jù)緩存模塊22和狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存模塊24中按指令取出數(shù)據(jù)，然后用屏幕或語音等方式將取出的數(shù)據(jù)展示給用戶。

實施例三

本實施例三在實施例一或?qū)嵤├幕A(chǔ)上，智能終端應用還設置有狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸模塊25。所述狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸模塊25與本地的狀態(tài)數(shù)據(jù)緩存模塊24和遠程的智能監(jiān)測系統(tǒng)3連接。

所述狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸模塊25將所述的智能終端應用2通過internet、td-scdma或wcdma等遠程通信網(wǎng)與智能監(jiān)測系統(tǒng)3相連，用于將動物心率狀態(tài)信息上傳到智能監(jiān)測系統(tǒng)3，作為歷史數(shù)據(jù)以備查詢或進行更深入的智能分析。

實施例四

所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡的心率狀態(tài)識別方法包括一個訓練過程和一個識別過程。

如圖4所示，所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡的心率狀態(tài)識別方法的訓練過程包括以下步驟：

(1)對于特定某個或某種動物，在各種心率狀態(tài)下，針對不同運動狀態(tài)(如睡眠、靜正、輕微運動、普通運動、劇烈運動)采集加速度a和心率h；

(2)用一定長度的時間窗去采樣加速度a及心率h信息，計算時間窗內(nèi)加速度平均值和心率平均值保存為訓練樣例，如；

(3)創(chuàng)建神經(jīng)網(wǎng)絡模型，如bp網(wǎng)絡、或rbp網(wǎng)絡，讀取訓練樣例集，訓練神經(jīng)網(wǎng)絡的權(quán)值，直到網(wǎng)絡收斂；

如圖5給出了bp網(wǎng)絡的示例，網(wǎng)絡的輸入為歸一化后的加速度平均值和心率平均值隱含層有兩個單元，輸出層有三個單元，輸出層三個單元與心率狀態(tài)的對應關(guān)系如下：

(0.9，0.1，0.1)→正常心率

(0.1，0.9，0.1)→過快心率

(0.1，0.1，0.9)→過慢心率

如圖6所示，所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡的心率狀態(tài)識別方法的識別過程包括以下步驟：

(1)對于特定的被檢測動物采集加速度a和心率h；

(2)用一定長度的時間窗去采樣加速度a及心率h信息，計算時間窗內(nèi)加速度平均值和心率平均值h；

(3)將加速度平均值和心率平均值h歸一化后作為訓練好的神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入，計算網(wǎng)絡的輸出，并將輸出對應成心率狀態(tài)。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發(fā)明的保護范圍。