一种低功耗多功能野生动物实时定位颈圈及定位监测方法与流程

1.本发明属于无线定位技术领域，具体一种低功耗多功能野生动物实时定位颈圈及定位监测方法。


背景技术：

2.现有的野生动物颈圈技术通常只提供单一的功能，如定位、心率测量等，这使得研究人员需要使用多个设备来满足各种需求，增加了使用难度和成本。同时，由于传统颈圈使用的技术较为陈旧，功耗较高，因此需要频繁更换电池，或者频繁回收野生动物佩戴的颈圈进行维修和数据下载，导致大量时间、人力和物力的浪费。
3.为了解决这些问题，一些现有的颈圈技术已经尝试使用低功耗处理器和蓝牙等技术来减少功耗和提高数据传输速度。但是，由于野生动物经常在山区或深山丛林中活动，这些地方的信号覆盖范围有限，使得传统的数据传输方式难以满足需要。此外，野生动物通常带有厚重的皮毛，这给采集动物生理指标数据带来了困难。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：为解决现有野生动物定位颈圈技术难以平衡多功能和低功耗两方面的问题，提供一种低功耗多功能野生动物实时定位颈圈及定位监测方法，该颈圈通过采用双重高精度定位模块、智能红外相机物联网组网以及有毛皮动物特化的光电容积描记法等技术，可以在不影响野生动物正常活动的情况下进行实时采集和远程监控。
5.本发明采用的技术方案如下：一种低功耗多功能野生动物实时定位颈圈，包括：双重定位模块，包括gps定位模块、北斗卫星定位模块和定位模式远程切换模块，用于通过gps和北斗卫星双重定位对佩戴颈圈的动物进行精准定位，并在低功耗定位模式与实时定位模式之间切换，所述低功耗定位模式的定位频率低于实时定位模式；智能云-本地双重存储模块，包括本地存储模块、云存储模块和三重物联网智能分级信号传输模块，用于对定位和监测数据进行本地存储、远程传输和上传云端存储；血氧心率检测模块，包括血氧饱和度监测模块、心率功能监测模块和数据计算模块，用于对野生动物血氧饱和度和心率功能进行监测并计算数据后存储于本地存储模块中；红外相机物联网组网模块，包括多个蓝牙连接的分支组网模块，用于接收来自智能云-本地双重存储模块上传的数据，并通过蓝牙在多个分支组网模块之间同步；主机，用于通过互联网将数据上传到云端数据库；云端数据库模块，用于在云端服务器存储数据并供用户实时查看。
6.进一步地，所述双重定位模块的低功耗定位模式的定位频率为1次/小时~6次/小时，所述实时定位模式的定位频率小于等于30次/分钟。
7.进一步地，所述智能云-本地双重存储模块中的三重物联网智能分级信号传输模块包括蓝牙传输模块、wifi传输模块和lora传输模块。
8.进一步地，所述血氧心率检测模块还包括用于发射和接收红光和红外光的光照模块。
9.一种低功耗多功能野生动物实时定位颈圈定位监测方法，包括如下步骤：步骤1：使用双重定位模块模块，进行gps与北斗双重定位，在低功耗模式下，每隔一段时间即进行一次双重定位，定位数据存储在智能云-本地双重存储模块中，当用户需要实时追踪佩戴颈圈的动物时，开启实时定位模式，取消低功耗模式，以小于等于30次/分钟的频率直接向用户的接收终端传输定位信号；步骤2：血氧心率检测模块通过红光和红外光交替照射，接收反射回来的光线并记录发射和接收到的红光和红外光的光强，将其记录为元数据；采用三重物联网智能分级信号传输模块，利用蓝牙传输模块、wifi传输模块和lora传输模块，多层次搜索附近的智能红外相机物联网组网，将数据传输至红外相机物联网组网模块；步骤3：红外相机物联网组网模块传输元数据到本地服务器，并通过对皮毛动物特化的光电容积描记法计算出该动物的心率和血氧饱和度，并将数据存储在本地服务器上，并上传数据至云端服务器，供用户实时查看，实现实时定位监测。
10.进一步地，所述步骤1具体包括如下步骤：步骤1.1：安装双重定位模块到实时定位颈圈上后，启动双重定位模块，根据需求设置参数，设置双重定位模块的定位频率为1次/小时~6次/小时，在进行定位前，先进行模块校准和测试，校准和测试完成后开始定位，在每个设定的时间间隔内，颈圈启动双重定位模块，定期备份存储的数据；步骤1.2：当用户需要实时追踪佩戴颈圈的动物时，通过定位模式远程切换模块的切换，启动实时定位模式。
11.进一步地，所述步骤2具体包括如下步骤：步骤2.1：在颈圈内置红光和红外光发射器和接收器，采用红光和红外光交替照射，每次照射1ms，交替照射20次；步骤2.2：访问智能云-本地双重存储模块中存储的各种数据，包括定位数据和野生动物身体指标元数据；智能云-本地双重存储模块检查存储空间，判断颈圈本地存储空间使用情况，如果存储空间不足，则准备将数据上传到智能红外相机物联网组网中，步骤2.3：判断和最近的红外相机物联网组网的距离，根据距离的远近和所需传输的数据量的大小选择传输方法，将数据上传到智能红外相机物联网组网中，距离在5m内则采用wifi传输，距离在10m内则选择蓝牙传输，距离大于10m时则通过lora天线传输；步骤2.4：颈圈将已经上传的数据进行标记，当颈圈存储空间达到80%时从时间最早的数据开始，将已发送的数据删除；步骤2.5：红外相机物联网组网接收到数据时，将数据备份到本机的智能云-本地双重存储模块中，备份时对数据进行压缩和加密处理；步骤2.6：红外相机物联网组网通过蓝牙连接到附近其他的分支组网中的红外相机，并将备份的数据同步到附近的红外相机中。
12.进一步地，所述步骤3具体包括如下步骤：
步骤3.1：本地服务器接收到元数据后，进行消抖处理，去除噪声和抖动对测量结果的影响，采用针对有毛皮动物的神经网络模型，对处理后的元数据进行分析；步骤3.2：主机通过互联网将数据上传到云端数据库，用户通过云端端口访问数据库，查看野生动物的身体指标数据，并对其进行历史数据查询或统计分析。
13.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明的颈圈不仅具有高精度低功耗定位功能和低功耗测量野生动物血氧饱和度和心率功能，而且还采用了低功耗智能“云-本地”双重存储技术，使得野生动物的数据可以在不影响野生动物正常活动的情况下进行实时采集和远程监控。本发明方法的应用可涵盖野生动物生态学研究、保护和管理、野生动物医疗等领域，通过该方法，研究人员能够在保护野生动物的同时，有效地获得关于野生动物行为、生理指标等方面的数据，为野生动物的保护和生态环境的管理提供科学依据。
14.本发明颈圈的低功耗设计和智能“云-本地”双重存储功能能够有效地解决现有野生动物颈圈技术存在的问题，提高野生动物颈圈的使用效率和生态科学研究的精度。
15.本发明的颈圈采用低功耗处理器和超低功耗蓝牙芯片，电量可持续使用6个月以上。通过该低功耗多功能野生动物实时定位颈圈的定位监测方法，可以在较长时间内稳定工作，提高野生动物定位的精度，保护野生动物的生存环境。
附图说明
16.图1为本发明实时定位颈圈的系统架构图；图2为本发明高精度低功耗定位功能的流程图；图3为本发明高精度实时定位功能的流程图；图4为本发明低功耗测量野生动物血氧饱和度和心率功能的流程图；图5为本发明低功耗智能“云-本地”双重存储功能的流程图。
实施方式
17.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
18.如图1所示，为本发明所提供的低功耗多功能野生动物实时定位颈圈的系统架构图，颈圈中的定位模块和血氧心率检测模块将数据存储到智能“云-本地”双重存储模块后，利用蓝牙+wifi+lora多层次搜索附近的智能红外相机物联网组网，将数据上传到智能红外相机物联网组网中，并同步到与自己通过蓝牙连接的小型组网的其他智能红外相机，接力将数据传输至连接稳定电网供电的主机。主机通过互联网将数据上传到云端数据库，用户可以通过云端端口实时查看数据。
19.本发明的颈圈实时定位监测包括以下主要功能：高精度低功耗定位功能、高精度实时定位功能、低功耗测量野生动物血氧饱和度和心率功能、低功耗智能“云-本地”双重存储功能。以下分别对其进行具体说明：如图2所示，为本发明的高精度低功耗定位功能的流程示意图，具体可以包括以下步骤s1-步骤s7所描述的内容：
使用gps与北斗定位双重高精度精准定位模块，使得对于原始野生环境的野生动物的定位更加精确，比起单独使用gps定位的误差能够减小两个数量级。
20.s1：安装gps与北斗定位双重高精度精准定位模块到低功耗多功能野生动物实时定位颈圈上后，启动该定位模块，并在其上设置正确的参数，以便实现高精度定位功能。
21.s2：在进行高精度定位前，先进行模块校准和测试，以保证其精度和稳定性。
22.s3：通过该定位模块对佩戴颈圈的动物进行定位，实现高精度低功耗定位功能。
23.每隔一段时间（时间可由使用者进行设定，如10-60分钟均可，默认为30分钟）进行一次双重高精度定位，定位数据存储在智能“云-本地”双重存储本地模块中。
24.s4：设置定位模块的定位频率，以便控制数据的获取和存储。
25.s5：在每个设定的时间间隔内，启动双重高精度定位模块，获取野生动物的位置数据。
26.s6：将获取的定位数据存储在智能“云-本地”双重存储本地模块中，以便后续处理和管理。
27.s7：定期备份存储的数据，并对其进行分析，以便更好地了解野生动物的活动和习性。
28.如图3所示，为本发明的高精度实时定位功能的流程示意图，具体可以包括以下步骤s1-步骤s3所描述的内容：当用户需要实时追踪佩戴颈圈的动物时，可以开启高精度实时定位模式，该模式将取消低功耗状态，可以以最大30次/分钟的频率直接向用户的接收终端传输定位信号。
29.s1：当用户需要实时追踪佩戴颈圈的动物时，通过远程控制方式，启动高精度实时定位模式。
30.s2：在该模式下，取消低功耗状态，实现高精度定位，同时定位频率提高至最高每分钟30次，以便更精准地追踪野生动物的活动轨迹。
31.s3：定位数据将直接通过接收中断传输给用户，以便用户及时了解野生动物的位置和活动情况。
32.如图4所示，为本发明的低功耗测量野生动物血氧饱和度和心率功能的流程示意图，具体可以包括以下步骤s1-步骤s12所描述的内容：s1：颈圈内置红光和红外光发射器和接收器，用红光和红外光交替照射，每次照射1ms，交替照射20次。
33.s2：每隔一段时间（时间可由使用者进行设定，默认为1小时）进行一次光照射。
34.s3：在每次发出的光线被野生动物的皮肤或毛发反射后，接收器将接收到的红光和红外光的强度记录下来，并将其记录为元数据。
35.元数据存储与传输如下：由于野生动物一般带有厚重的皮毛，元数据无法立即处理，需要存储在本地模块中，等待传输到本地服务器后再进行处理。颈圈内置智能“云-本地”双重存储本地模块，元数据存储在该模块中。
36.s4：根据与智能组网的距离选择合适的传输模式，距离在5m内且数据量大则采用wifi传输，距离在10m内则选择蓝牙传输，距离更远且数据量小则通过lora天线传输。
37.s5：元数据将通过智能红外相机物联网组网传回本地服务器。
38.处理元数据的方法如下：s6：本地服务器接收到元数据后，将会进行消抖处理，以去除噪声和抖动对测量结果的影响。
39.s7：采用针对有毛皮动物的神经网络模型，对处理后的元数据进行分析。
40.s8：通过对皮毛动物特化的光电容积描记法计算出该动物的心率和血氧饱和度。
41.s9：将测量结果存储在本地服务器上，以便用户查看。
42.如图5所示，为本发明的低功耗智能“云-本地”双重存储功能的流程示意图，具体可以包括以下步骤s1-步骤s12所描述的内容：利用“三重物联网智能分级信号传输模块”，利用蓝牙+wifi+lora，多层次搜索附近的智能红外相机物联网组网。颈圈中集成三重物联网智能分级信号传输模块，包括蓝牙、wifi和lora天线，以实现多层次搜索附近的智能红外相机物联网组网。
43.s1：启动三重物联网智能分级信号传输模块，使其搜索附近的智能红外相机物联网组网。
44.s2：找到最近的智能红外相机物联网组网，准备上传数据。
45.检查智能“云-本地”双重存储本地模块中的本地模块所存储的各种数据（包括定位数据，野生动物身体指标元数据的）的数据大小。
46.s3：访问智能“云-本地”双重存储本地模块中存储的各种数据，包括定位数据和野生动物身体指标元数据。
47.s4：检查存储空间，判断颈圈本地存储空间使用情况。如果存储空间不足，则准备将数据上传到智能红外相机物联网组网中。
48.判断和最近的智能红外相机物联网组网的距离，根据距离的远近和所需传输的数据量的大小选择合适的传输方法将数据上传到智能红外相机物联网组网中。颈圈将已经上传的数据进行标记，当颈圈存储空间达到80%时将从时间最早的数据开始，将已发送的数据删除。
49.s5：根据颈圈和智能红外相机物联网组网之间的距离，以及需要传输的数据量的大小，选择合适的传输方法将数据上传到智能红外相机物联网组网中。可以选择使用蓝牙、wifi或lora等技术进行传输，并且在尽可能近的距离下选择蓝牙或者lora进行数据传输，尽最大可能减小电量消耗。
50.s6：上传完成后，颈圈将已经上传的数据进行标记，以便在存储空间达到80%时从时间最早的数据开始删除已发送的数据。
51.智能红外相机物联网组网将接收到的数据备份在本机的低功耗智能“云-本地”双重存储模块中，并同步到与自己通过蓝牙连接的小型组网的其他智能红外相机。
52.s7：当智能红外相机物联网组网接收到数据时，将数据备份到本机的低功耗智能“云-本地”双重存储模块中。备份时，可以对数据进行压缩和加密处理以节省存储空间和保护数据安全。
53.s8：在备份数据的同时，智能红外相机物联网组网会通过蓝牙连接到其他附近的小型组网中的智能红外相机，并将备份的数据同步到这些相机中。即使某些智能红外相机的连接中断或故障，数据也能够得到保留，防止数据丢失。
54.s9：在同步数据到其他智能红外相机时，组网中的小型智能红外相机物联网组网
将数据向编号更小的组网传输，最终传输到连接到电网有稳定供电的主机。传输顺序可以根据程序指定，可以按照一定的规则调整，例如可以按照距离和可用存储空间等指标优先传输数据。
55.s10：主机通过互联网将数据上传到云端数据库，用户可以通过云端端口访问数据库，查看野生动物的身体指标数据，并对其进行分析和处理，包括历史数据查询、统计分析等功能。
56.本发明的颈圈还具有以下特点：1.采用低功耗处理器和超低功耗蓝牙芯片，使得电量可持续使用6个月以上。
57.2.采用防水防尘材料，能够在恶劣环境下使用。
58.3.采用可拆卸式电池设计，方便用户更换电池。
59.4.颈圈外壳可更换，用户可以根据不同的环境和野生动物种类选择不同的外壳。
60.5.颈圈具有防盗功能模块，当颈圈被非法拆卸或者遭到破坏时，会自动向用户发送报警信息。
61.6.颈圈具有自我诊断功能模块，能够自动检测设备是否正常工作，若发现故障，会提醒用户及时更换设备。
62.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种低功耗多功能野生动物实时定位颈圈，其特征在于，包括：双重定位模块，包括gps定位模块、北斗卫星定位模块和定位模式远程切换模块，用于通过gps和北斗卫星双重定位对佩戴颈圈的动物进行精准定位，并在低功耗定位模式与实时定位模式之间切换，所述低功耗定位模式的定位频率低于实时定位模式；智能云-本地双重存储模块，包括本地存储模块、云存储模块和三重物联网智能分级信号传输模块，用于对定位和监测数据进行本地存储、远程传输和上传云端存储；血氧心率检测模块，包括血氧饱和度监测模块、心率功能监测模块和数据计算模块，用于对野生动物血氧饱和度和心率功能进行监测并计算数据后存储于本地存储模块中；红外相机物联网组网模块，包括多个蓝牙连接的分支组网模块，用于接收来自智能云-本地双重存储模块上传的数据，并通过蓝牙在多个分支组网模块之间同步；主机，用于通过互联网将数据上传到云端数据库；云端数据库模块，用于在云端服务器存储数据并供用户实时查看。2.根据权利要求1所述的一种低功耗多功能野生动物实时定位颈圈，其特征在于，所述双重定位模块的低功耗定位模式的定位频率为1次/小时~6次/小时，所述实时定位模式的定位频率小于等于30次/分钟。3.根据权利要求1所述的一种低功耗多功能野生动物实时定位颈圈，其特征在于，所述智能云-本地双重存储模块中的三重物联网智能分级信号传输模块包括蓝牙传输模块、wifi传输模块和lora传输模块。4.根据权利要求1所述的一种低功耗多功能野生动物实时定位颈圈，其特征在于，所述血氧心率检测模块还包括用于发射和接收红光和红外光的光照模块。5.一种低功耗多功能野生动物实时定位颈圈定位监测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：使用双重定位模块模块，进行gps与北斗双重定位，在低功耗模式下，每隔一段时间即进行一次双重定位，定位数据存储在智能云-本地双重存储模块中，当用户需要实时追踪佩戴颈圈的动物时，开启实时定位模式，取消低功耗模式，以小于等于30次/分钟的频率直接向用户的接收终端传输定位信号；步骤2：血氧心率检测模块通过红光和红外光交替照射，接收反射回来的光线并记录发射和接收到的红光和红外光的光强，将其记录为元数据；采用三重物联网智能分级信号传输模块，利用蓝牙传输模块、wifi传输模块和lora传输模块，多层次搜索附近的智能红外相机物联网组网，将数据传输至红外相机物联网组网模块；步骤3：红外相机物联网组网模块传输元数据到本地服务器，并通过对皮毛动物特化的光电容积描记法计算出该动物的心率和血氧饱和度，并将数据存储在本地服务器上，并上传数据至云端服务器，供用户实时查看，实现实时定位监测。6.根据权利要求5所述的一种低功耗多功能野生动物实时定位颈圈定位监测方法，其特征在于，所述步骤1具体包括如下步骤：步骤1.1：安装双重定位模块到实时定位颈圈上后，启动双重定位模块，根据需求设置参数，设置双重定位模块的定位频率为1次/小时~6次/小时进行双重定位，在进行定位前，先进行模块校准和测试，校准和测试完成后开始定位，在每个设定的时间间隔内，颈圈启动双重定位模块，定期备份存储的数据；
步骤1.2：当用户需要实时追踪佩戴颈圈的动物时，通过定位模式远程切换模块的切换，启动实时定位模式。7.根据权利要求5所述的一种低功耗多功能野生动物实时定位颈圈定位监测方法，其特征在于，所述步骤2具体包括如下步骤：步骤2.1：在颈圈内置红光和红外光发射器和接收器，采用红光和红外光交替照射，每次照射1ms，交替照射20次；步骤2.2：访问智能云-本地双重存储模块中存储的各种数据，包括定位数据和野生动物身体指标元数据；智能云-本地双重存储模块检查存储空间，判断颈圈本地存储空间使用情况，如果存储空间不足，则准备将数据上传到智能红外相机物联网组网中，步骤2.3：判断和最近的红外相机物联网组网的距离，根据距离的远近和所需传输的数据量的大小选择传输方法，将数据上传到智能红外相机物联网组网中，距离在5m内则采用wifi传输，距离在10m内则选择蓝牙传输，距离大于10m时则通过lora天线传输；步骤2.4：颈圈将已经上传的数据进行标记，当颈圈存储空间达到80%时从时间最早的数据开始，将已发送的数据删除；步骤2.5：红外相机物联网组网接收到数据时，将数据备份到本机的智能云-本地双重存储模块中，备份时对数据进行压缩和加密处理；步骤2.6：红外相机物联网组网通过蓝牙连接到附近其他的分支组网中的红外相机，并将备份的数据同步到附近的红外相机中。8.根据权利要求5所述的一种低功耗多功能野生动物实时定位颈圈定位监测方法，其特征在于，所述步骤3具体包括如下步骤：步骤3.1：本地服务器接收到元数据后，进行消抖处理，去除噪声和抖动对测量结果的影响，采用针对有毛皮动物的神经网络模型，对处理后的元数据进行分析；步骤3.2：主机通过互联网将数据上传到云端数据库，用户通过云端端口访问数据库，查看野生动物的身体指标数据，并对其进行历史数据查询或统计分析。

技术总结
本发明公开了一种低功耗多功能野生动物实时定位颈圈及定位监测方法，属于无线定位技术领域，解决了野生动物定位颈圈技术难以平衡多功能和低功耗两方面的问题，本发明的实时定位颈圈包括双重定位模块，智能云-本地双重存储模块，血氧心率检测模块，红外相机物联网组网模块，主机，云端数据库模块，定位监测方法包括步骤1：使用双重定位模块模块，进行GPS与北斗双重定位，步骤2：血氧心率检测模块通过红光和红外光交替照射，接收反射回来的光线并记录发射和接收到的光强；步骤3：红外相机物联网组网模块传输元数据到本地服务器，上传数据至云端服务器，供用户实时查看，实现实时定位监测。本发明的颈圈功耗低、使用方便、定位精准。定位精准。定位精准。


技术研发人员：陈鹏 胡绍湘 潘子杨 侯蓉 何梦楠 吴鹏程
受保护的技术使用者：成都大熊猫繁育研究基地
技术研发日：2023.08.11
技术公布日：2023/9/14