AT528074B1 - Verfahren, System und Computer-Programmprodukt zum Ermitteln eines Zustands eines Nutztieres - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Zustands eines Nutztiers (2), wobei zumindest eine Sondenvorrichtung (1) mit einem mehrachsigen Beschleunigungssensor (51) im Magen-Darmtrakt (3) des Nutztieres (2) angeordnet ist und der Beschleunigungssensor (51) an zeitlich aufeinanderfolgenden Messzeitpunkten Beschleunigungswerte ermittelt (20), gekennzeichnet durch folgende Schritte: A) Zusammenfassen (30) mehrerer zum gleichen Messzeitpunkt ermittelter Beschleunigungswerte zu einem ersten Aggregationswert in einer Sondensteuereinheit (6); B) Ermitteln (40) zumindest eines ersten Kennwerts aus einer ersten Auswertungsmenge, bestehend aus mehreren, sich aus wiederholter Durchführung von Schritt A) auf Beschleunigungswerte mehrerer unterschiedlicher Messzeitpunkte ergebenden ersten Aggregationswerten, in der Sondensteuereinheit (6); C) Zusammenfassen (50) einer zweiten Auswertungsmenge, bestehend aus sich aus wiederholter Durchführung von Schritt B) ergebenden ersten Kennwerten, zu einem zweiten Aggregationswert in der Sondensteuereinheit (6), wobei sich bei jeder Durchführung von Schritt B) die erste Auswertungsmenge von der in der vorherigen Durchführung von Schritt B) herangezogenen Auswertungsmenge um zumindest einen ersten Aggregationswert unterscheidet; D) Übermitteln (60) zumindest eines oder mehrerer, durch wiederholte Anwendung von Schritt C) ermittelter, zweiter Aggregationswerte mit einer Kommunikationseinrichtung (8) der Sondenvorrichtung (1) an eine Auswerteeinheit (12); E) Ermitteln (70) eines Zustands des Nutztieres aus in Schritt D) übermittelten zweiten Aggregationswerten in der Auswerteeinheit (12).

Description

Beschreibung

VERFAHREN, SYSTEM UND COMPUTER-PROGRAMMPRODUKT ZUM ERMITTELN EINES ZUSTANDS EINES NUTZTIERES

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Zustands eines Nutztieres, wobei zumindest eine Sondenvorrichtung mit zumindest einem mehrachsigen Beschleunigungssensor innerhalb eines Magen-Darmtraktes des Nutztieres angeordnet ist und der Beschleunigungssensor an zeitlich aufeinanderfolgenden Messzeitpunkten Beschleunigungswerte ermittelt, wobei sich zumindest eine Auswerteeinheit außerhalb des Magen-Darmtraktes des Nutztieres befindet und Daten zwischen Sondenvorrichtung und Auswerteeinheit übertragbar sind.

[0002] Die Erfindung betrifft außerdem ein System zur Ermittlung eines Zustands eines Nutztieres, aufweisend zumindest eine Sondenvorrichtung, die im Magen-Darmtrakt des Nutztieres anordenbar ist und zumindest folgende, in einem Gehäuse angeordnete Komponenten aufweist: zumindest einen mehrachsigen Beschleunigungssensor, zumindest eine Sondensteuereinheit, und eine Kommunikationseinrichtung zum drahtlosen Übermitteln und Empfangen von Daten, das System weiters aufweisend zumindest eine Auswerteeinheit, die außerhalb des MagenDarmtraktes des Nutztieres angeordnet ist.

[0003] Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Computer-Programmprodukt zum Ermitteln des Zustands eines Nutztiers.

[0004] Weltweit zeigt sich in der Nutztierhaltung eine Tendenz hin zu Großbetrieben mit hunderten, teilweise tausenden Tieren. In solchen Situationen - durchaus aber auch bei kleineren Herdengrößen - besteht nicht zuletzt aufgrund des zunehmenden Kostendrucks ein Bedarf an optimierter Bewirtschaftung, beispielsweise was Fütterung und Kenntnis des körperlichen Zustands der Einzeltiere betrifft. Aus diesem Grund wird in der Viehwirtschaft zunehmend auf elektronische Managementhilfen zurückgegriffen, um die Vorteile der Informationstechnologie zu nutzen, was unter dem Überbegriff „Smart Farming“ im Zusammenhang mit Nutztierhaltung als „Livestock Management“ bezeichnet wird.

[0005] Die AT 509 255 B1 der Anmelderin beschreibt eine bolusförmige Sondeneinheit, die in den Magen-Darmtrakt eines Rindes eingebracht werden kann und dort körperliche Zustandsgrößen wie Temperatur und pH-Wert misst. Messdaten werden drahtlos an eine externe Auswerteeinheit übertragen, wobei die Messsensorik zum Schutz vor mechanischer Beschädigung innerhalb eines säurebeständigen Gehäuses zumindest teilweise von einer zylindrischen Schutzvorrichtung umgeben ist. Eine derartige Sondenvorrichtung wird in der AT 521 597 B1 der Anmelderin zur Durchführung eines Verfahrens verwendet, bei dem im Magen-Darmtrakt eines Nutztieres Beschleunigungswerte gemessen, in die Motilität umgewandelt, heruntergetaktet und zur weiteren Bearbeitung an eine außerhalb des Magen-Darmtraktes des Nutztieres angeordnete Auswerteeinheit geschickt werden. Aus der Motilität lassen sich dann weitere Rückschlüsse auf den Gesundheitszustand des Nutztieres ziehen. Auf diese Weise können die drahtlos zu übertragenden Datenmengen reduziert und die Verwendungsdauer der Sondenvorrichtung verlängert werden. Die AT 521 597 B1 stellt damit insbesondere auf Zustandsgrößen des Organismus‘ des Nutztieres ab.

[0006] Neben derartigen physiologischen Zustandsgrößen des Nutztieres spielen aber auch andere Zustände im „Livestock Management“ eine Rolle. Beispielsweise kann bei Rindern eine Erkrankung vermutet werden, wenn sich die Zeit, die im Zustand Stehen verbracht wird, im Vergleich zu einem Durchschnittswert über einen längeren Zeitraum verringert hat. Neben Mastitis, also Euterentzündungen, und Fruchtbarkeitsproblemen stellt Lahmheit aus wirtschaftlicher Sicht eines der größten Gesundheitsprobleme bei Rindern dar. Wenn sie zu spät erkannt wird, kann sie zu einem späteren Zeitpunkt große Probleme bewirken.

[0007] Aus der Zeit, die im Stehen oder Liegen verbracht wird, insbesondere auch der Häufigkeit des Wechselns zwischen diesen Positionen, kann auch auf die Brunst geschlossen werden, deren rechtzeitiges Erkennen ebenfalls von hoher wirtschaftlicher Bedeutung für landwirtschaftliche

Betriebe ist.

[0008] Es ist daher im Stand der Technik bekannt, Detektionssysteme einzusetzen, um den Zustand bzw. die Körperposition von Rindern zu ermitteln. Eingesetzt werden beispielsweise Druckplatten, die die Kraftverteilung zwischen den Beinen ermitteln, oder Video-Analysetools, die ungewöhnliche Positionsmuster erkennen. In einer Variante, die in JP 2011045284 A erläutert ist, werden im Boden eines Nutztierstalls Temperatursensoren installiert, aus deren Messwerten auf das Steh- und Liegeverhalten der Nutztiere geschlossen wird. Diese Vorrichtung ist einfach umsetzbar und relativ kostengünstig, allerdings kann nur schwer zwischen unterschiedlichen Tieren unterschieden werden, außerdem wird vorausgesetzt, dass die Tiere regelmäßig den Messbereich aufsuchen, was nicht immer sichergestellt ist.

[0009] Die US 2022133175 A1 zeigt ein System und ein Verfahren zum Analysieren von Nutztieren. Dabei ist eine „biocapsule 100“ vorgesehen, die in den Magen-Darmtrakt eines Nutztieres eingebracht wird und einen Beschleunigungssensor aufweist. Die WO 2011120529 A1 beschreibt ein Verfahren zum Ermitteln eines Modells zum Klassifizieren der Aktivitätsart eines Nutztiers, das mit einem Beschleunigungssensor ausgestattet ist.

[0010] Bekannt sind daher auch Lösungen, bei denen Sensorik direkt am Nutztier angebracht wird, wie beispielsweise externe Beinmanschetten, die mittels Beschleunigungssensoren mit bekannter Orientierung zwischen den Zuständen Stehen und Liegen unterscheiden können. Einschlägig beispielsweise die JP 2016043121 A. Die JP 2018007613 A zeigt ein System zum Managen von Nutztieren, bei dem eine Messvorrichtung mit einem dreiachsigen Beschleunigungssensor bevorzugt mittels eines Halsbands nahe dem Nacken eines Nutztieres angeordnet wird. Die Messvorrichtung schickt Daten an ein „Management Terminal“, wo sie zusammen mit den Daten externer Sensoren für Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit, usw., verarbeitet werden. Extern werden dann unterschiedlichste Zustände des Nutztieres ermittelt, wie Futteraufnahme, Trinken, Gehen, Liegen, Brunst oder Wiederkauen.

[0011] Nachteilig an solchen Lösungen ist insbesondere das Anbringen der Messeinrichtungen an den Nutztieren. Diese ermöglichen zwar wertvolle Einsichten in den Zustand des Nutztieres, bringen aber erhöhte Kosten und Aufwand für die landwirtschaftlichen Betriebe mit sich, z.B. hinsichtlich Instandhaltung und Kalibrierung. Fußmanschetten und Halsbänder können bei den Nutztieren Unbehagen oder Verletzungen verursachen und werden daher häufig abgekaut oder abgestreift bzw. bei derartigen Versuchen beschädigt, was die Daten unverlässlich macht und zusätzliche Arbeit bedeutet. Außerdem werden durch die Sensorik große Datenmengen erzeugt, die zur Veranlassung notwendiger Schritte erst ausgewertet bzw. interpretiert werden müssen. Dazu schlagen die bekannten Lösungen das Versenden an Auswerteeinrichtungen vor, was viel Energie benötigt, Bandbreite blockiert und damit wiederum den Benutzungskomfort einschränkt.

[0012] Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die oben genannten Nachteile zu beheben und ein Verfahren bzw. ein System und ein Computerprogrammprodukt bereitzustellen, mit dem auf einfache und zuverlässige Weise und bei geringstmöglichem Wartungs- und Energieaufwand der Zustand eines Nutztieres ermittelt werden kann.

[0013] Diese Aufgabe wird durch das eingangs genannte Verfahren erfindungsgemäß durch folgende Schritte gelöst:

[0014] A) Zusammenfassen mehrerer zum gleichen Messzeitpunkt ermittelter Beschleunigungswerte zu einem ersten Aggregationswert in einer Sondensteuereinheit der Sondenvorrichtung;

[0015] B) Ermitteln von zumindest einem ersten Kennwert aus einer ersten Auswertungsmenge, bestehend aus mehreren, sich aus wiederholter Durchführung von Schritt A) auf Beschleunigungswerte mehrerer unterschiedlicher Messzeitpunkte ergebenden ersten Aggregationswerten, in der Sondensteuereinheit der Sondenvorrichtung;

[0016] C) Zusammenfassen einer zweiten Auswertungsmenge, bestehend aus sich aus wiederholter Durchführung von Schritt B) ergebenden ersten Kennwerten, zu einem zweiten Aggregationswert in der Sondensteuereinheit der Sondenvorrichtung, wobei sich bei jeder Durchführung von Schritt B) die erste Auswertungsmenge von der in der vorherigen Durchführung von Schritt

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B) herangezogenen Auswertungsmenge um zumindest einen ersten Aggregationswert unterscheidet;

[0017] D) Übermitteln zumindest eines oder mehrerer, durch wiederholte Anwendung von Schritt C) ermittelter, zweiter Aggregationswerte mit einer Kommunikationseinrichtung der Sondenvorrichtung von der Sondenvorrichtung an die Auswerteeinheit;

[0018] E) Ermitteln eines Zustands des Nutztieres aus in Schritt D) übermittelten zweiten Aggregationswerten in der Auswerteeinheit.

[0019] Durch das kaskadierende Auswerten der Beschleunigungsmessdaten in der Sondenvorrichtung kann eine bestmögliche Aggregation der Information erfolgen, während unnötige oder störende Beschleunigungseinflüsse ausgeschlossen werden können. Es wird eine möglichst geringe Datenmenge an die Auswerteeinheit übermittelt, was die Energie-, Rechen- und Speicherressourcen der Sondenvorrichtung schont. Für die Übermittlung werden die benötige Bandbreite und die Übertragungsdauer reduziert und eine geringstmögliche Belastung des Übertragungsmediums erreicht, was insbesondere bei realer Verwendung einer großen Anzahl von Sondenvorrichtungen in landwirtschaftlichen Betrieben einen wichtigen Faktor darstellt. Weitere Auswertungsschritte erfolgen auf der Auswerteeinheit, die entsprechend ausgelegt werden kann. Damit wird ein rasches, effizientes Ermitteln des Zustands eines Nutztieres bei langer Nutzungsdauer der dazu benötigen Komponenten ermöglicht.

[0020] In einer Variante wird in einem Schritt F) der in Schritt E) ermittelte Zustand des Nutztieres ausgegeben. Das Ausgeben kann auf einer Displayeinheit, z.B. eines Computers oder eines mobilen Endgeräts eines Nutzers (Mobiltelefon, Tablet, ...), aber auch als Eintrag in einer Datenbank erfolgen.

[0021] Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Beschleunigungssensor der Sondenvorrichtung um einen dreiachsigen Beschleunigungssensor. Mit anderen Worten handelt es sich um einen Sensor, der die Beschleunigung in alle drei Raumrichtungen eines kartesischen Koordinatensystems ermittelt. Nachfolgend werden die drei Raumrichtungen in üblicher Weise als xAchse, y-Achse und z-Achse bezeichnet, die orthogonal aufeinander stehen. Um Beschleunigungswerte an zeitlich aufeinanderfolgenden Messzeitpunkten zu ermitteln, führt der Beschleunigungssensor Messungen mit einer vorgebbaren bzw. vorgegebenen Messfrequenz bzw. -rate aus, nachfolgend teilweise auch als Samplingfrequenz oder-rate bezeichnet. Beispielsweise ist eine Messfrequenz von 50 Hz vorgegeben, so dass 50 Messungen pro Sekunde durchgeführt werden.

[0022] Grundsätzlich können zum Zusammenfassen der Beschleunigungswerte in Schritt A) unterschiedliche Verfahren zur Anwendung kommen. Beispielsweise können die rohen Messwerte oder die Absolutwerte oder die Quadrate der Beschleunigungen der x-, y- und z-Achse summiert werden. Allerdings ist die Sondenvorrichtung im Magen-Darmtrakt des Nutztieres frei beweglich. Damit wirken Beschleunigungskräfte unterschiedlicher Art auf die Sondenvorrichtung und deren Beschleunigungssensor ein, beispielsweise durch Positionswechsel des Nutztieres, Positionswechsel der Sondenvorrichtung im Magen-Darmtrakt des Nutztiers, aber auch durch Drehungen der Sondenvorrichtung. Diese Beschleunigungen werden im lokalen Koordinatensystem des Beschleunigungssensors gemessen, dessen Orientierung in einem globalen Koordinatensystem sich aber über die Zeit ändert. Um Messungen unabhängig zu machen von der Orientierung bzw. Bewegung des lokalen Koordinatensystems, kommt in einer Variante der Erfindung beim Zusammenfassen der Beschleunigungswerte in Schritt A) ein rotations-invariantes Verfahren zur Anwendung. Mit anderen Worten erfolgt das Zusammenfassen der mehreren zu einem gleichen Messzeitpunkt ermittelten Beschleunigungswerte durch ein rotations-invariantes Verfahren, das in der Sondensteuereinheit der Sondenvorrichtung durchgeführt wird.

[0023] Als rotations-invariante Aggregation können Funktionen von Größe, Betrag oder Länge der Beschleunigung zum Einsatz kommen, wie das quadratische Mittel (quadratischer Mittelwert bzw. „root mean square“) oder Zylinderkoordinaten. In einer vorteilhaften Variante der Erfindung erfolgt das Zusammenfassen der Beschleunigungswerte in Schritt A) durch das Ermitteln der

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Länge des Beschleunigungsvektors zu einem Messzeitpunkt. Die Länge bzw. der Betrag des Beschleunigungsvektors wird hier als r1 bezeichnet, so dass sich folgende Formel ergibt:

mn = Vx2+y?2+z2, wobei „x“, „y“ und „z“ für den gemessenen Beschleunigungswert der jeweiligen Achse stehen.

[0024] Um Rechenzeit und Programmspeicher der Sondensteuereinheit zu sparen, kann in einer weiteren Variante auf das Ziehen der Quadratwurzel verzichtet bzw. der erhaltene Wert r1 quadriert werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Wertebereich der Länge des Beschleunigungsvektors r1 durch Multiplikation mit einem geeigneten Vorfaktor verkleinert werden. Dadurch wird die Anzahl der Stellen von r1 klein gehalten bzw. kann die Anzahl an Stellen verkleinert werden.

[0025] Um in Schritt B) insbesondere eine statistische Auswertung der Beschleunigungsmessungen zu ermöglichen, können unterschiedliche statistische Maße zur Anwendung kommen, beispielsweise Momente der Signalverteilung Kurtosis (Wölbung) oder Schiefe („Skewness“) oder beliebige Quantile, die nachfolgend Rückschlüsse auf den Zustand des Nutztieres erlauben. Günstigerweise werden aus der ersten Auswertungsmenge als erste Kennwerte jeweils der Mittelwert und/oder die Varianz ermittelt. Mit anderen Worten werden der Mittelwert und/oder die Varianz aus den die erste Auswertungsmenge bildenden ersten Aggregationswerten ermittelt. Insbesondere wird die erste Auswertungsmenge gebildet durch mehrere zeitlich aufeinanderfolgende erste Aggregationswerte. Es werden mehrere erste Aggregationswerte, die auf zu zeitlich aufeinanderfolgenden Messzeitpunkten ermitteltete Beschleunigungswerte zurückgehen, zu der ersten Auswertungsmenge kombiniert, auf die Schritt B) angewandt wird. Durch Anwendung von Schritt B) auf die erste Auswertungsmenge wird für die erste Auswertungsmenge der Mittelwert und/oder die Varianz ermittelt.

[0026] Vorteilhafterweise wird Schritt B) mehrfach durchgeführt, wobei bei jeder Durchführung von Schritt B) für eine erste Auswertungsmenge jeweils der Mittelwert und/oder die Varianz als erste Kennwerte ermittelt werden, wobei sich bei jeder Durchführung von Schritt B) die erste Auswertungsmenge von der in der vorhergehenden Durchführung von Schritt B) herangezogenen ersten Auswertungsmenge um zumindest einen ersten Aggregationswert unterscheidet.

[0027] Mit anderen Worten wird Schritt B) durchgeführt und Mittelwert und/oder Varianz für eine erste Auswertungsmenge ermittelt. Dann wird zumindest ein erster Aggregationswert der ersten Auswertungsmenge durch einen anderen ersten Aggregationswert ersetzt oder es wird ein neuer erster Aggregationswert dazugegeben, wobei dieser neue erste Aggregationswert nicht Teil der ersten Auswertungsmenge war, auf die der Schritt B) durchgeführt wurde. Dann wird auf diese geänderte erste Auswertungsmenge erneut Schritt B) durchgeführt. Danach wird erneut die erste Auswertungsmenge geändert, usw., So dass Schritt B) mehrfach wiederholt wird. Günstigerweise kommen jeweils erste Aggregationswerte zur Anwendung, die zu zeitlich aufeinanderfolgenden Messzeitpunkten erhoben wurden.

[0028] Insbesondere wird die mehrfache Ausführung von Schritt B) in der hier beschriebenen Form mittels „Sliding-Window“-Ansatzes durchgeführt. Mittelwert und/oder Varianz als erste Kennwerte werden iterativ („gleitend“ bzw. „sliding“) über einen Ausschnitt bzw. ein Fenster („window“) von zeitlich aufeinanderfolgenden ersten Aggregationswerten, die erste Auswertungsmenge, ermittelt. Der verwendete Ausschnitt wird überlappend verschoben, d.h., wiederholt wird der früheste erste Aggregationswert aus dem betrachteten Ausschnitt gestrichen, der unmittelbar nach dem spätesten Wert des betrachteten Ausschnitts folgende erste Aggregationswert (der noch nicht Teil des betrachteten Ausschnitts war) hinzugenommen, und für diesen neuen Ausschnitt wieder Mittelwert und/oder Varianz als erste Kennwerte ermittelt. In einer Variante wäre noch ein Gewichten der in einem betrachteten Ausschnitt befindlichen ersten Aggregationswerte möglich.

[0029] Es ist also von Vorteil, wenn die erste Auswertungsmenge aus Werten gebildet wird, die auf während einer bestimmten Messdauer ermittelte Beschleunigungswerte zurückgehen. Die Messdauer wird dabei so gewählt, dass ein klares Erkennen des zu ermittelnden Zustands des Nutztieres möglich ist. Günstigerweise wird die erste Auswertungsmenge jeweils aus ersten Ag-

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gregationswerten gebildet, die auf während einer Messdauer von 1 Sekunde ermittelte Beschleunigungswerte zurückgehen. Mit anderen Worten entspricht die erste Auswertungsmenge den während einer Messdauer von 1 Sekunde ermittelten Beschleunigungswerten. Insbesondere liegen die Messzeitpunkte, zu denen die Beschleunigungswerte ermittelt werden, innerhalb einer Messdauer von 1 Sekunde. Durch diese Wahl der betrachteten Messdauer lässt sich der Fokus auf bestimmte Zustände des Nutztieres richten, ohne dass sich andere Beschleunigungseinflüsse auf die Sondenvorrichtung, z.B. durch Motilität, Organgeräusche oder andere Vorgänge im Magen-Darmtrakt des Nutztiers, nachteilig auswirken.

[0030] Eine besonders ressourceneffiziente Implementierung in die Sondensteuereinheit lässt sich umsetzen, wenn die Anzahl der ersten Aggregationswerte einer ersten Auswertungsmenge einer Zweierpotenz entspricht. Dadurch ergeben sich positive Auswirkungen sowohl auf die Speichernutzung als auch auf die Anzahl der durchzuführenden Rechenoperationen, was zu einer Energieersparnis führt. Bei einer Messfrequenz von 50 Hz, wenn also zu 50 Messzeitpunkte pro Sekunde Beschleunigungswerte ermittelt werden, ergäbe sich eine günstige Anzahl von 64 ersten Aggregationswerten als Größe der ersten Auswertungsmenge. Bei einer Messfrequenz von 64 Hz würde die Anzahl an ersten Aggregationswerten sowohl einer Zweierpotenz entsprechen also auch eine Messdauer von etwa einer Sekunde abdecken.

[0031] In einer Variante der Erfindung wird in Schritt B) vor Ermitteln des ersten Kennwerts aus der ersten Auswertungsmenge ein Heruntertakten der ersten Auswertungsmenge durchgeführt, um die zu verarbeitende Datenmenge weiter zu reduzieren. Beispielsweise kann ein Downsampling auf 20 Prozent der ursprünglichen Datenmenge umgesetzt werden, im weiter oben beschriebenen Fall würde also von 50 Hz auf 10 Hz reduziert. Trotzdem sind weiterhin Datenpunkte zur ersten Auswertungsmenge zusammenzufassen, die einer Messdauer von etwa einer Sekunde entsprechen.

[0032] Beim Versenden von Daten zwischen Sondenvorrichtung und Auswerteeinheit sieht man sich mit mehreren Herausforderungen konfrontiert. Einerseits ist der Energieaufwand auf Seiten der Sondenvorrichtung desto höher, je mehr Daten übermittelt werden müssen. Andererseits gilt es auch gewisse Beschränkungen zu berücksichtigen, die beim Senden auf hier verwendeten Frequenzen zum Tragen kommen. Beispielsweise gibt es sog. „Duty Cycles“, die definieren, wie lange auf einer bestimmten Frequenz Daten übertragen werden dürfen, um eine ausreichende Verwendbarkeit der Frequenz für die Allgemeinheit sicherstellen zu können. Daher wird vorteilhafterweise im erfindungsgemäßen Verfahren die Datenmenge vor der Übertragung von der Sondenvorrichtung an die Auswerteeinheit weiter aggregiert.

[0033] Ein besonders guter Kompromiss aus zu übertragender Datenmenge und übermittelter Information lässt sich erzielen, wenn in Schritt C) die zweite Auswertungsmenge jeweils aus ersten Kennwerten gebildet wird, die auf während einer Messdauer von 1 min bis 15 min, vorzugsweise von 10 min, ermittelte Beschleunigungswerte zurückgehen. Damit lassen sich hochfrequent erhobene Beschleunigungswerte bei Anwendung der für Schritt B) beschriebenen Kennwertermittlung mit hohem Informationsgehalt bei geringer Datengröße übermitteln. Gleichzeitig gibt es andere, von der Sondenvorrichtung im Magen-Darmtrakt des Nutztieres erhobene Zustandsgrößen, die ebenfalls für einen Zeitraum von 1 min bis 15 min, vorzugsweise von 10 min, aggregiert und übertragen werden, So dass sich zugewiesene „Duty Cycles“ bestmöglich für das Übertragen möglichst vollständiger Zustandsinformationen ausnutzen lassen.

[0034] Vorteilhafterweise erfolgt das Zusammenfassen der zweiten Auswertungsmenge in Schritt C) durch zumindest eines der folgenden Verfahren: Ermittlung eines Quantils, Ermittlung des Medians, Ermittlung des Minimums, Ermittlung des Maximums, Ermittlung des Mittelwerts. Durch Anwendung dieser Verfahren lässt sich mit geringem Anspruch an die Rechenleistung der Sondensteuereinheit eine gute Aggregation der die zweite Auswertungsmenge bildenden ersten Kennwerte erzielen.

[0035] In einer Variante der Erfindung erfolgt das Zusammenfassen der zweiten Auswertungsmenge in Schritt C) durch ein „Median-Cascade“-Verfahren, das die wiederholte Durchführung folgender Schritte umfasst:

[0036] C1) Unterteilen einer Eingangsmenge von ersten Kennwerten in eine Anzahl an Werteblöcken, jeweils bestehend aus mehreren ersten Kennwerten;

[0037] C2) Für jeden Werteblock Ermitteln des Medians der dem Werteblock zugeordneten ersten Kennwerte;

[0038] C3) Zusammenfassen der in Schritt C2) ermittelten Mediane zu einer neuen Eingangsmenge und erneute Durchführung der Schritte C1) und C2) unter Verwendung dieser neuen Eingangsmenge,

[0039] wobei die Schritte C1) bis C3) wiederholt werden, bis sich in Schritt C1) nur noch ein einzelner Werteblock ergibt und Schritt C2) in einem einzelnen Median resultiert, der dann den zweiten Aggregationswert bildet, und wobei die zweite Auswertungsmenge als Eingangsmenge für die erste Durchführung von Schritt C1) herangezogen wird.

[0040] Bei Heranziehen der zweiten Auswertungsmenge werden insbesondere erste Kennwerte verwendet, die auf während einer festgelegten Messdauer ermittelte Beschleunigungswerte zurückgehen, vorzugsweise die oben beschriebene Messdauer von 10 Minuten. Dabei wird aber günstigerweise keine Überlappung von Auswertemengen angewandt, sondern erste Kennwerte einer festgelegten Messdauer, dann die Werte der daran anschließenden Messdauer verwendet. Die im Schritt C1) genannten Werteblöcke können dabei eine vorgegebene oder beliebige Größe bzw. Blockanzahl an ersten Kennwerten haben.

[0041] Dabei ist es von Vorteil, wenn die Größe des Werteblocks ermittelt wird als Kubikwurzel der Anzahl der ersten Kennwerte, die die Eingangsmenge ausmachen, wobei vorzugsweise eine Rundungsfunktion auf das Ergebnis der Kubikwurzel der Anzahl der ersten Kennwerte, die die Eingangsmenge ausmachen, angewendet wird. Auf die beschriebene Weise lässt sich sicherstellen, dass die Aggregation zügig und mit kleinstmöglichem Energieaufwand in der Sondensteuereinheit ermittelt werden kann, da die Eingangsmenge mittels dreimaliger Durchführung der Schritte C1) bis C3) auf einen einzigen resultierenden Median als zweitem Aggregationswert reduziert werden kann.

[0042] Unter der Größe des Werteblocks wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung die Anzahl der ersten Kennwerte verstanden, die einen solchen Werteblock ausmachen.

[0043] Als Rundungsfunktion können insbesondere die Abrundungsfunktion (auch floor(x) bzw. Ix]), also das Zuordnen der nächstliegenden nicht größeren ganzen Zahl zu einer reellen Zahl x, oder die Aufrundungsfunktion (auch ceil(x) bzw. [x]) zur Anwendung kommen. Mittels Anwendung der Rundungsfunktion wird sichergestellt, dass die Anzahl der ersten Kennwerte, die den Werteblock bilden, ganzzahlig ist.

[0044] Auf die oben mit verschiedenen Ausführungsvarianten beschriebene Weise kann insbesondere auch erreicht werden, dass die in Schritt D) von der Kommunikationseinrichtung der Sondenvorrichtung an die Auswerteeinheit übermittelte Datenmenge, gebildet aus zumindest einem oder mehreren zweiten Aggregationswerten, möglichst klein ist und gleichzeitig einen größtmöglichen Informationsgehalt über den zu ermittelnden Zustand des Nutztieres enthält.

[0045] Während sich das erfindungsgemäße Verfahren für die Ermittlung unterschiedlichster Zustände eines Nutztieres heranziehen lässt, ist es insbesondere von Vorteil, wenn durch Schritt E) in der Auswerteeinheit aus den zweiten Aggregationswerte ermittelt wird, ob sich das Nutztier im Zustand Stehen oder im Zustand Liegen befindet. Aus dieser Information können Rückschlüsse auf das Nutztier (z.B. Lahmen, sonstige Aktivitätsbesonderheiten, Brunst) und die Notwendigkeit von etwaigen Interventionen gezogen werden.

[0046] In einer Variante der Erfindung wird für das Ermitteln des Zustands des Nutztieres in Schritt E) eine binäre Klassifikation angewandt, wobei der Zustand des Nutztieres als Stehen qualifiziert wird, wenn der übermittelte zweite Aggregationswert größer ist als ein Schwellwert, und der Zustand des Nutztieres als Liegen qualifiziert wird, wenn der übermittelte zweite Aggregationswert kleiner oder gleich einem Schwellwert ist. Mit anderen Worten wird der Zustand des Nutztieres ermittelt durch ein Schwellwertverfahren, bei dem die übermittelten zweiten Aggrega-

tionswerte mit einem Schwellwert verglichen werden - je nachdem, ob der jeweilige Aggregationswert größer oder kleiner bzw. gleich dem Schwellwert ist, kann der Zustand des Nutztieres während der durch den zweiten Aggregationswert abgedeckten Messdauer als Stehen oder Liegen qualifiziert werden. Schritt E) besteht also im Wesentlichen aus einem Schwellwertverfahren, um zwischen Stehen und Liegen des Nutztieres während einer Messdauer zu unterscheiden.

[0047] Der Schwellwert, der für das zweite Auswertungsverfahren herangezogen wird, kann fix vorgegeben und in der Auswerteeinheit hinterlegt sein oder durch einen Nutzer bzw. eine Nutzerin ausgewählt und in die Auswerteeinheit eingegeben werden, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn z.B. individuelle Eigenschaften des Nutztieres bei der Ermittlung des Zustands berücksichtig werden sollen. Günstigerweise wird der Schwellwert dynamisch ermittelt und angepasst. In einer entsprechenden Variante der Erfindung stellt der Schwellwert den Mittelwert von zweiten Aggregationswerten während eines Auswertungszeitraums dar. Mit anderen Worten wird ein Auswertungszeitraum betrachtet, innerhalb von dem die Messzeitpunkte der Beschleunigungswerte stattfinden, die den in Schritt E) ausgewerteten zweiten Aggregationswerten zugrunde liegen, und der Mittelwert dieser zweiten Aggregationswerte wird als Schwellwert herangezogen.

[0048] Der Auswertungszeitraum kann z.B. 12 Stunden umfassen.

[0049] In einer weiteren Variante kann ein gleitender Mittelwert als Schwellwert herangezogen werden, der iterativ über einen Ausschnitt der zweiten Aggregationswerte während des Auswertungszeitraums ermittelt wird. Der herangezogene Ausschnitt wird überlappend verschoben, d. h., wiederholt wird der letzte Wert aus dem betrachteten Ausschnitt gestrichen, der erste Wert nach dem Ausschnitt hinzugenommen und ein neuer Mittelwert ermittelt und dann jeweils für das Schwellwertverfahren in Schritt E) herangezogen. Für die Berechnung des Mittelwerts können die im jeweiligen Ausschnitt vorkommenden zweiten Aggregationswerte auch beliebig gewichtet werden, z.B. nach Tages- oder Jahreszeit bzw. individuell für das betrachtete Nutztier.

[90050] Auch hier können Ausschnitt und Auswertungszeitraum beliebig gewählt werden. Beispielsweise kann der Ausschnitt 12 Stunden bei unbegrenztem Auswertungszeitraum betragen, der Auswertungszeitraum kann aber auch als 24 Stunden oder mehrere Tage oder mehrere Wochen gewählt werden.

[0051] Als Alternativen zu den beschriebenen binären Klassifikationsstrategien können beispielsweise Algorithmen des klassischen Maschinellen Lernens (künstliche Neuronale Netze - „KNN“; „Support Vector Machine“ - „SV/M“; „Decision Tree Learning“), aber auch des mehrschichtigen Lernens bzw. „Deep Learnings“ („Convolutional Neural Network“ - „CNN“; „Recurrent Neural Network“ - „RNN“; „Long Short-Term Memory“ - „LSTM“) zum Einsatz kommen. Derartige Algorithmen ermöglichen unter Verwendung von entsprechend gelabelten Lerndaten das Ermitteln des Zustands von Nutztieren. Des Weiteren können auch Verfahren wie „Gaussian Mixture Models“ oder „Hidden Markov Models“ verwendet werden.

[0052] Die oben beschrieben Aufgabe wird außerdem durch ein eingangs genanntes System gelöst, mit dem ein Verfahren wie vorgehend beschrieben durchführbar ist. Insbesondere ist die Sondensteuereinheit dazu eingerichtet, die Schritte A) bis C) und Schritt D), insoweit er in der Sondenvorrichtung stattfindet, durchzuführen, während die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, Schritt E) und Schritt D), insoweit er in der Auswerteeinheit stattfindet, durchzuführen.

[0053] Die oben beschriebene Aufgabe wird außerdem durch ein eingangs genanntes Computerprogrammprodukt gelöst, aufweisend einen ersten Computerprogrammproduktteil und einen zweiten Computerprogrammproduktteil, wobei der erste Computerprogrammproduktteil Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch eine Sondensteuereinheit einer Sondenvorrichtung diese veranlassen, die Schritte A), B), C) und Schritt D), insoweit er in der Sondenvorrichtung stattfindet, des oben beschriebenen Verfahrens auszuführen, und der zweite Computerprogrammproduktteil Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch eine Auswerteeinheit diese veranlassen, die Schritte E) und Schritt D), insoweit er in der Auswerteeinheit stattfindet, des oben beschriebenen Verfahrens auszuführen.

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[0054] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels, das in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert. Die Zeichnungen dienen lediglich Illustrationszwecken und schränken somit die Erfindung in keiner Weise ein. Darin zeigen

[0055] Fig. 1 eine Kuh als beispielhaftes Nutztier und die Anordnung einer Sondenvorrichtung in deren Magen-Darmtrakt;

[0056] Fig. 2 eine Seitenansicht einer Sondenvorrichtung im geschlossenen Zustand;

[0057] Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Sondenvorrichtung und deren Komponenten;

[0058] Fig. 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems mit mehreren Sondenvorrichtungen und einer Auswerteeinheit;

[0059] Fig. 5 eine Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

[0060] Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Variante eines zweiten Aggregationsverfahrens.

[0061] Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit mit demselben Bezugszeichen versehen.

[0062] Fig. 1 zeigt schematisch eine Kuh 2 als mögliches Beispiel für ein Nutztier, insbesondere ein wiederkäuendes Nutztier, in dessen Magen-Darmtrakt 3 eine Sondenvorrichtung 1 gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung eingebracht ist. Andere geeignete Nutztiere wären beispielsweise Schafe, Ziegen oder auch Wildwiederkäuer wie Rotwild.

[0063] Von einer Kuh 2 aufgenommenes und (vor)zerkautes Futter gelangt in deren MagenDarmtrakt 3, beispielsweise in Pansen oder Netzmagen („Reticulum“). Aus dem Netzmagen wird aufgenommenes Futter einerseits in den Pansen weitertransportiert, andererseits zum Wiederkäuen in das Maul der Kuh 2 rückgeführt.

[0064] Aus der Messung von Zustandsgrößen bzw. physikalischen Größen im Magen-Darmtrakt 3 der Kuh 2 lassen sich Rückschlüsse auf den physischen Zustand des Tieres, einerseits seiner Gesundheit, andererseits seiner Körperposition, ermitteln. Die Sondenvorrichtung 1 wird dazu dauerhaft im Magen-Darmtrakt 3 des Tieres angeordnet, wo sie sich frei bewegt, wobei sich insbesondere bei einer Endposition im Netzmagen gute Ergebnisse erzielen lassen.

[0065] Fig. 2 zeigt schematisch eine Seitenansicht der Sondenvorrichtung 1, während in Fig. 3 eine teiltransparente Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Sondenvorrichtung 1 dargestellt ist. Die Sondenvorrichtung 1 ist als Bolus ausgeführt, hat also im Wesentlichen eine sich entlang einer Gehäuselängsachse 400 erstreckende zylindrische Form mit abgerundet ausgeführten Enden, die abgeflachten Kugelkalotten ähneln. Innerhalb eines Gehäuses 4 mit einem ersten 41 und einem zweiten Verschlusselement 42, die den Bolus bilden, sind im dargestellten Ausführungsbeispiel ein erstes 51 und ein zweites Sensorelement 52 angeordnet.

[0066] Bei dem ersten Sensorelement 51 handelt es sich um einen mehrachsigen Beschleunigungssensor. Nachfolgend wird das Bezugszeichen „51“ sowohl für das erste Sensorelement als auch für den Beschleunigungssensor verwendet.

[0067] Unter einem mehrachsigen Beschleunigungssensor wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ein Beschleunigungssensor verstanden, der die Beschleunigungen in mehreren Richtungen ermittelt, insbesondere in mehreren Raumrichtungen. Grundsätzlich sind also zwei- oder mehrachsige Beschleunigungssensoren verwendbar, auch Gyroskope können zur Anwendung kommen. Insbesondere ist das erste Sensorelement 51 im dargestellten Ausführungsbeispiel aber als dreiachsiger Beschleunigungssensor ausgeführt, der die Beschleunigung in allen drei Raumrichtungen - x-Achse, y-Achse, z-Achse - eines kartesischen Koordinatensystems ermittelt, wobei die drei Achsen orthogonal aufeinander stehen. Die x-Achse des kartesischen Koordinatensystems ist parallel zur Gehäuselängsachse 400 des Gehäuses 4 der Sondenvorrichtung 1 orientiert. Der Beschleunigungssensor ist dabei vorteilhafterweise als MEMS-Typ ausgeführt, wobei MEMS in bekannter Weise für „Micro-Electro-Mechanical System“ steht.

[0068] Der Beschleunigungssensor 51 ist dazu eingerichtet, zu zeitlich aufeinanderfolgenden Messzeitpunkten Beschleunigungswerte in Richtung der x-, y- und z-Achse zu ermitteln. Mit anderen Worten ermittelt der Beschleunigungssensor 51 Beschleunigungswerte mit einer vorgegebenen bzw. vorgebbaren Messfrequenz, z.B. 50 Hz - das bedeutet, dass für jede der Achsen in jeder Sekunde 50 Beschleunigungswerte erhoben werden.

[0069] Das zweite Sensorelement 52 kann als Temperatursensor ausgeführt sein, zusätzlich bzw. stattdessen können auch andere Sensoren verwendet werden, z.B. solche zur Messung von pH-Wert, Dichte, Druck, Leitfähigkeit, Schall, optischen Eigenschaften oder von Sauerstoff, CO», Ammoniak, Glukose, flüchtigen Fettsäuren, Acetat, Propionat, Butyrat und Laktat. Des Weiteren ist in der Sondenvorrichtung 1 ein Taktgeber 53, z.B. eine RTC („Real Time Clock“), vorgesehen.

[0070] Die Sensorelemente 51, 52 und der Taktgeber 53 stehen mit einer Sondensteuereinheit 6 in Verbindung, die zur Steuerung der Sondenvorrichtung 1 dient. Die Sondensteuereinheit 6 ist beispielsweise als entsprechend programmierter Mikroprozessor ausgeführt. Die Sondensteuereinheit 6 kontrolliert und verarbeitet die von den Sensorelementen 51, 52 erhobenen Daten. Zur Speicherung der Daten kann ein Speicherelement 7 vorgesehen sein, beispielsweise ein Speicherchip oder eine SD-Karte. Die Daten des Beschleunigungssensors 51 können entweder zu jedem Messzeitpunkt sofort an die Sondensteuereinheit 6 übermittelt werden oder - wenn der Beschleunigungssensor 51 in einer Variante mit einem eigenen Buffer-Speicher, insbesondere nach dem FIFO-Prinzip („First In, First Out“) versehen ist - entsprechend verzögert und/oder in Paketen. Das Speicherelement 7 speichert sowohl Messwerte der Sensorelemente 51, 52 als auch Betriebsparameter der Sondenvorrichtung 1 wie Funkfrequenz (zur Kommunikation mit einer in Fig. 4 dargestellten Auswerteeinheit 12 bzw. einer dazwischengeschalteten Sende- /Empfangseinheit 13), Sendekanal, Systemzeit, aber auch Konfigurationsparameter wie z.B. die Messfrequenz des Beschleunigungssensors und andere.

[0071] Über eine Kommunikationseinrichtung 8, die über eine Antenne 9 verfügt, werden Daten übertragen bzw. empfangen, beispielsweise an eine bzw. von einer Auswerteeinheit 12 und/oder an eine bzw. von einer Sende-/Empfangseinheit 13, die in der Umgebung des Nutztieres 2 angeordnet sind. Bei den Daten kann es sich um Messdaten der Sondenvorrichtung 1 oder aber Betriebsparameter handeln. Günstigerweise ist die Kommunikationseinrichtung 8 sowohl als Sendeals auch als Empfangseinrichtung ausgeführt, so dass sie Daten senden und empfangen kann.

[0072] Die Energieversorgung der Sondenvorrichtung 1 erfolgt z.B. über eine Energieversorgungsvorrichtung 10, die als Batterie, Akkumulator oder Kondensator (vorteilhafterweise ein Dünnschicht- oder Superkondensator) ausgeführt sein kann. Auch ein WMederaufladen durch „Energy-Harvesting“ oder andere Methoden kann vorgesehen sein.

[0073] Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beschriebenen Komponenten gemäß der eingangs erwähnten AT 509 255 B1 innerhalb des Gehäuses 4 von einer hohlen, zumindest die Energieversorgungsvorrichtung 10 umgebenden Schutzvorrichtung 11 umschlossen, die vor mechanischer Einwirkung schützt und aus einem beliebigen, widerstandsfähigen Material gefertigt ist, beispielsweise Kunststoff oder Metall.

[0074] Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemäßes System 100 mit mehreren beschriebenen Sondenvorrichtungen 1 - aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Nutztiere, in deren Magen-Darmtrakt die Sondenvorrichtungen 1 angeordnet sind, nicht dargestellt - und einer Auswerteeinheit 12, mit der die Sondenvorrichtungen 1 im dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Sende-/Empfangseinheit 13 drahtlos kommunizieren. Wie die strichliert dargestellte Antenne an der Auswerteeinheit 12 zeigt, kann auch eine direkte Kommunikation zwischen Sondenvorrichtungen 1 und Auswerteeinheit 12 erfolgen, ohne dass eine Sende-/Empfangseinheit 13 vorgesehen ist.

[0075] Zur Erhöhung der Reichweite, bzw. um die notwendige Sendeleistung zu reduzieren, können in einer nicht dargestellten Variante mehrere Sende-/Empfangseinheiten 13 vorgesehen sein, die als Relais fungieren.

[0076] Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sende-/Empfangseinheit 13 in bekannter

Weise mit einer Auswerteeinheit 12 verbunden, die sich im Nahebereich, aber auch weit entfernt von den Nutztieren befinden kann. Die Auswerteeinheit 12 kann beispielsweise ein mobiler bzw. stationärer Computer sein, auf dem die entsprechenden Auswerteroutinen ablaufen, aber auch als Server bzw. Cloud-Server ausgeführt sein, mit dem über das Internet eine Verbindung besteht bzw. bedarfsweise aufgebaut werden kann.

[0077] Die Auswerteeinheit 12 kann eine Displayeinheit bekannter Art umfassen oder mit einer derartigen Displayeinheit verbunden sein. Beispielhaft sind derartige verbundene Displayeinheiten in Fig. 4 dargestellt als Mobiltelefon 14a oder Tablet 14b oder Laptop 14c eines Nutzers bzw. einer Nutzerin des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zusätzlich dargestellt ist eine Datenbankeinheit 14d, die Teil der Auswerteeinheit 12 oder mit dieser verbunden sein kann und an die Daten in Form eines Datenbankeintrags ausgegeben werden können. Diese Displayeinheiten 14a, 14b, 14c und/oder die Datenbankeinheit 14d können Bestandteile des Systems 100 sein, wie Fig. 4 zeigt. Das System 100 kann also zumindest eine Displayeinheit und/oder eine Datenbankeinheit umfassen.

[0078] Erfindungsgemäß wird mit dem beschriebenen System 100 aus Sondenvorrichtung 1 und Auswerteeinheit 12 ein Verfahren durchgeführt, um aus Beschleunigungswerten den Zustand eines Nutztieres 2 zu ermitteln. Hierbei handelt es sich nicht um einen physiologischen Zustand bzw. Gesundheitszustand, also eine Information zum Organismus des Nutztieres 2, sondern im Wesentlichen einen Zustand, der seiner Position bzw. seinem Verhalten im Raum, z.B. einer Körperhaltung, entspricht. Dabei kann es sich um Stehen, Liegen, Gehen, Laufen, Futteraufnahme, Trinken, oder ähnliches handeln.

[0079] Dabei muss insbesondere berücksichtigt werden, dass die Sondenvorrichtung 1 sich frei im Magen-Darmtrakt 3 des Nutztieres 2 bewegt und daher Beschleunigungen unterschiedlicher Quellen auf die Sondenvorrichtung 1 bzw. deren Beschleunigungssensor 51 einwirken. Bei den gemessenen Beschleunigungswerten handelt es sich unter anderem um eine Überlagerung folgender Quellen:

- Bewegung, also Änderung des Massenmittelpunkts des Nutztieres 2;

- Motilität, also Pansen- bzw. Magenaktivität, im Wesentlichen intestinale Bewegungen des Magen-Darmtraktes 3 des Nutztieres 2 - mit anderen Worten handelt es sich bei der Motilität um Kontraktionen des Magen-Darmtraktes 3, die als Beschleunigungskräfte auf die Sondenvorrichtung 1 einwirken;

- Störsignale von Organen, z.B. von Herz, Zwerchfell oder Lunge;

- Änderungen der Orientierung der Sondenvorrichtung, die die gemessene Richtung (nicht den Betrag) der Erdbeschleunigung im Koordinatensystem des Beschleunigungssensors ändern;

- Positionsänderungen im Magen-Darmtrakt 3, die zu langfristigen Veränderungen in der Signalstatistik führen.

[0080] Um den Zustand des Nutztieres anhand von Beschleunigungswerten ermitteln zu können, müssen also die oben geschilderten Einflüsse adäquat berücksichtigt werden. Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren erläutert anhand eines Ausführungsbeispiels bei dem ermittelt wird, ob sich das Nutztier im Zustand Stehen oder im Zustand Liegen befindet.

[0081] Die einzelnen Schritte werden beispielhaft beschrieben anhand des Ablaufdiagramms in Fig. 5.

[0082] Dargestellt sind eine Sondenvorrichtung 1, eine Sende-/Empfangseinheit 13 und eine Auswerteeinheit 12, beispielsweise ein Cloud-Server, wobei noch einmal darauf hingewiesen wird, dass auch eine direkte Kommunikation zwischen Sondenvorrichtung 1 und Auswerteeinheit 12 erfolgen kann.

[0083] Zu Beginn wird die Sondenvorrichtung 1 in den Magen-Darmtrakt 3 eines Nutztiers 2 eingebracht, im beschriebenen Ausführungsbeispiel in den Netzmagen einer Kuh.

[0084] Während sich die Sondenvorrichtung 1 im Magen-Darmtrakt 3 befindet, werden die nachfolgend beschriebenen Schritte - zum Teil einzeln für sich, zum Teil insgesamt mehrmals hinter-

einander wiederholt - durchgeführt.

[0085] 20: Mittels dreiachsigem Beschleunigungssensor 51 der Sondenvorrichtung 1 werden für die drei Achsen eines kartesischen Koordinatensystems - x-Achse, y-Achse und z-Achse - zu zeitlich aufeinanderfolgenden Messzeitpunkten Beschleunigungswerte innerhalb des MagenDarmtrakts 3 der Kuh 2 ermittelt. Es liegen also Beschleunigungswerte für die x-, y- und z-Achse vor.

[0086] Die Ermittlung kann beispielsweise mit einer Samplingrate bzw. einer Messfrequenz von 50 Hz erfolgen. Mit anderen Worten ermittelt der mehrachsige, insbesondere dreiachsige Beschleunigungssensor 51 an zeitlich aufeinanderfolgenden Messzeitpunkten Beschleunigungswerte mit einer Messfrequenz von 50 Hz.

[0087] Die Messung durch den Beschleunigungssensor 51 erfolgt vorzugsweise kontinuierlich, also zu aufeinanderfolgenden Messzeitpunkten, zumindest über eine vorgegebene Messdauer. Grundsätzlich kann die Messung auch ereignisgesteuert erfolgen, wobei ein Schwellwert - insbesondere für die Beschleunigung - für die Aktivierung bzw. den Messbeginn vordefiniert sein kann. Die ermittelten Beschleunigungsdaten werden an die Sondensteuereinheit 6 übermittelt, wo die nächsten Schritte erfolgen.

[0088] Die Messung der Beschleunigungswerte erfolgt im lokalen Koordinatensystem des dreiachsigen Beschleunigungssensors 51 der Sondenvorrichtung 1. Da die Sondenvorrichtung 1 im Magen-Darmtrakt 3 des Nutztieres 2 treibt, ändert sich über die Zeit die Orientierung des lokalen Koordinatensystems in einem globalen Koordinatensystem, was entsprechend berücksichtigt werden muss.

[0089] 30: In der Sondensteuereinheit 6 der Sondenvorrichtung 1 werden die zu einem gleichen Messzeitpunkt ermittelten Beschleunigungswerte für die x-, y- und z-Achse zu einem ersten Aggregationswert zusammengefasst. Die gleichzeitig zu einem Messzeitpunkt gemessenen Beschleunigungswerte werden also aggregiert. Um nachfolgende Auswertungen unabhängig zu machen von der Orientierung des lokalen Koordinatensystems, erfolgt das Zusammenfassen der Beschleunigungswerte mit einem rotations-invarianten Verfahren. Mit anderen Worten kommt ein Verfahren zum Einsatz, das invariant gegenüber Rotationen ist. Damit wird sichergestellt, dass Auswertungen unabhängig sind von der Orientierung der Sondenvorrichtung 1 im Magen-Darmtrakt 3 des Nutztieres 2.

[9090] Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird dazu die Länge des Beschleunigungsvektors r1 zum jeweiligen betrachteten Messzeitpunkt ermittelt. Es werden also jeweils der Beschleunigungswert für die x-, y- und z-Achse zu dem betrachteten Messzeitpunkt herangezogen. Es ergibt sich folgende Formel:

mn = Vx2+y2+z?2, wobei „x“, „y“ und „z“ für den gemessenen Beschleunigungswert der jeweiligen Achse stehen.

[0091] Es ergibt sich für jeden betrachteten Messzeitpunkt der Beschleunigungsvektor r1 der Beschleunigungswerte für x-, y- und z-Achse als erster Aggregationswert. Der Messzeitpunkt kann dabei durch die Verwendung von Echtzeitinformation des Taktgebers 53 charakterisiert werden. Der Taktgeber 53 kann dabei z.B. aber auch relative Zeitinformation ausgeben wie Zeit bzw. Anzahl von Zeiteinheiten seit Aktivieren der Sondenvorrichtung 1, seit Beginn einer vorgegebenen Messdauer, seit einer letzten Datenübertragung an die Auswerteeinheit 12 oder ähnliches. Mit anderen Worten kann zum Charakterisieren des Messzeitpunkts auch relative Zeitinformation berücksichtigt werden, die durch den Taktgeber 53 vorgegeben wird. Der Taktgeber 53 kann dabei wie in Fig. 3 dargestellt in der Sondenvorrichtung 1 separat oder aber als Teil der Sondensteuereinheit 6 (in Fig. 3 nicht dargestellt) vorgesehen sein, die dann also als Microcontroller mit intergrierter RTC ausgeführt ist. In einer weiteren Variante kann absolute Zeitinformation von der Auswerteeinheit 12 an die Sondenvorrichtung 1 übermittelt werden, die diese mit einer eigenen relativen Zeitinformation (Anzahl von Takten oder „Ticks“) kombiniert.

[0092] Durch Verwendung des Taktgebers 53 bzw. der RTC wird das Signal des Beschleuni-

gungssensors 51 zeitcodiert bzw. mit Echtzeit abgeglichen. Üblicherweise ist dabei auf der RTC die UTC („Universal Coordinated Time“) gespeichert.

[0093] Die ersten Aggregationswerte mehrerer betrachteter Messzeitpunkte, die sich also durch mehrmalige Durchführung von Schritt 30 ergeben, bilden eine erste Auswertungsmenge.

[0094] 40: Um den hier zu ermittelnden Zustand des Nutztieres zu identifizieren und die oben beschriebenen Einflussfaktoren auf die Beschleunigungsmessung herauszufiltern, wird in der Sondenvorrichtung 1 (bzw. der Sondensteuereinheit 6 der Sondenvorrichtung 1) aus der ersten Auswertungsmenge ein erster Kennwert ermittelt. Mit anderen Worten wird also aus der ersten Auswertungsmenge, die aus mehreren, sich aus wiederholter Durchführung von Schritt 30 ergebenden ersten Aggregationswerten besteht, ein erster Kennwert ermittelt. Der Kennwert ergibt sich damit aus Beschleunigungswerten mehrerer unterschiedlicher Messzeitpunkte, die vorteilhafterweise unmittelbar aufeinanderfolgen.

[90095] Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel werden aus der ersten bzw. für die erste Auswertungsmenge der Mittelwert und/oder die Varianz ermittelt. Damit kann die quasi-lokale Statistik der ersten Auswertungsmenge ermittelt werden. Mittelwert und Varianz haben den Vorteil, dass durch sie zeitliche Änderungen der Beschleunigung erkannt werden können, um auf den Zustand des Nutztieres zu schließen. Als erster Kennwerte können dabei der Mittelwert und die Varianz gemeinsam oder nur jeweils für sich betrachtet werden.

[0096] Es kommt hier ein iterativer Ansatz zur Anwendung, bei dem Schritt 40 wiederholt durchgeführt wird, wobei sich in jeder Durchführung von Schritt 40 die erste Auswertungsmenge von der in der vorherigen Durchführung von Schritt 40 herangezogenen Auswertungsmenge um zumindest einen ersten Aggregationswert unterscheidet.

[0097] Dieses Vorgehen wird hier als „Sliding-Window“-Ansatz bezeichnet. Mittelwert und/oder Varianz als erste Kennwerte werden iterativ über einen Ausschnitt bzw. ein Fenster („Window“) von zeitlich aufeinanderfolgenden ersten Aggregationswerten, die erste Auswertungsmenge, ermittelt. Der verwendete Ausschnitt wird überlappend verschoben, d.h., wiederholt wird der früheste erste Aggregationswert aus dem betrachteten Ausschnitt gestrichen, der unmittelbar nach dem spätesten Wert des betrachteten Ausschnitts folgende erste Aggregationswert (der noch nicht Teil des betrachteten Ausschnitts war) hinzugenommen, und für diesen neuen Ausschnitt wieder Mittelwert und/oder Varianz als erste Kennwerte ermittelt. Je Iteration werden also Mittelwert und/oder Varianz für eine eigene erste Auswertungsmenge ermittelt, die sich von der vorherigen ersten Auswertungsmenge unterscheidet.

[0098] Im Wesentlichen lässt sich dieses Vorgehen durch die nachfolgenden Gleichungen darstellen.

[0099] Mittelwert:

_ 1

X; = N ZieD, Xi,

wobei x; die einzelnen ersten Aggregationswerte und x; den Mittelwert der je Iteration betrachteten ersten Auswertungsmenge darstellt.

[00100] Varianz:

1 _ 0 = 5 ie DE,

wobei 0? die Varianz je Iteration darstellt.

[00101] D: bezeichnet die Domäne, für die je Iteration der Mittelwert und die Varianz ermittelt werden. Demnach gilt N;=|Di| und N: bezeichnet die Anzahl der ersten Aggregationswerte, die die jeweilige erste Auswertungsmenge bilden, also die Größe des verwendeten Ausschnitts.

[00102] Im Wesentlichen wird im beschriebenen Ausführungsbeispiel angestrebt, dass die erste Auswertungsmenge jeweils aus ersten Aggregationswerten gebildet wird, die auf während einer Messdauer von 1 Sekunde ermittelte Beschleunigungswerte zurückgehen. Mit anderen Worten

ist Nı, also die Anzahl der ersten Aggregationswerte, die die erste Auswertemenge ausmachen, so gewählt, dass sie den Beschleunigungswerten zu Messzeitpunkten entsprechen, die innerhalb einer Messdauer von 1 Sekunde liegen. Bei einer Sampling- bzw. Messrate des Beschleunigungssensors 51 von 50 Hz bedeutet das, dass der je Iteration verwendete Ausschnitt (bzw. die je Iteration verwendete erste Auswertemenge), 50 erste Aggregationswerte umfasst.

[00103] Eine besonders zeit- und energiesparende Umsetzung kann dann erreicht werden, wenn der Wert für N; einer Zweierpotenz entspricht. Um einer Messdauer von 1 Sekunde möglichst nahe zu kommen wären das hier 64 erste Aggregationswerte, die eine erste Auswertemenge ausmachen. Bei Erhöhen der Messfrequenz auf 64 Hz würden 64 erste Aggregationswerte genau einer Messdauer von 1 Sekunde entsprechen. Damit wäre der Ausschnitt so groß, dass rasch signifikante Änderungen der Signalstatistik der Beschleunigungswerte erfasst werden können, andererseits ist der Ausschnitt klein genug, dass andere Beschleunigungsquellen wie z.B. die Motilität keinen nachteiligen Einfluss auf die Auswertung haben. Eine typische Kontraktion der Motilität dauert etwa 3 Sekunden und würde daher das beschrieben Verfahren nicht stören.

[00104] 40a: Vor Ermitteln der ersten Kennwerte kann in einer Variante auch ein Heruntertakten bzw. Downsampling der ersten Auswertungsmenge erfolgen, beispielsweise bis auf ein Fünftel, hier also auf 10 Hz. Diese Variante ist in Fig. 5 als strichlierter Kasten dargestellt und optional.

[00105] 50: Um die von der Sondenvorrichtung 1 an die Auswerteeinheit 12 zu übertragende Datenmenge weiter zu reduzieren, werden die ersten Kennwerte erneut zusammengefasst. Das Ziel liegt darin, die mit hoher Mess- bzw. Samplingfrequenz erhobenen Werte herunterzutakten, ohne dass die wesentliche Information über den Zustand des Nutztieres verloren geht. Die vielfachen Messungen pro Sekunde werden also auf längere Zeiträume zusammengefasst.

[00106] Dazu wird in der Sondenvorrichtung 1 bzw. der Sondensteuereinheit 6 der Sondenvorrichtung 1 aus ersten Kennwerten, die sich aus wiederholter Durchführung von Schritt 40 ergeben, eine zweite Auswertungsmenge gebildet. Mit anderen Worten besteht die zweite Auswertungsmenge aus ersten Kennwerten, die sich aus wiederholter Durchführung von Schritt 40 ergeben.

[00107] Diese zweite Auswertungsmenge wird dann zu einem zweiten Aggregationswert zusammengefasst. Dieser Schritt 50 erfolgt ebenfalls auf der Sondenvorrichtung 1 bzw. in der Sondensteuereinheit 6 der Sondenvorrichtung 1.

[00108] Für die im vorliegenden Ausführungsbeispiel beschriebene Ermittlung des Zustands Stehen oder Liegen des Nutztieres hat es sich also vorteilhaft erwiesen, wenn für die zweite Auswertungsmenge erste Kennwerte herangezogen werden, die einer Messdauer von 1 min bis 15 min, insbesondere aber von 10 min, entstammen. Das bedeutet, dass die ersten Kennwerte der zweiten Auswertungsmenge auf Beschleunigungswerte zurückgehen, die während einer Messdauer von 1 min bis 15 min, insbesondere 10 min, vom Beschleunigungssensor 51 ermittelt wurden.

[00109] Für das Zusammenfassen der Werte der zweiten Auswertungsmenge können unterschiedliche Verfahren herangezogen werden, die eine größere Datenmenge auf einen einzelnen Wert abbilden, beispielsweise statistische Kenngrößen wie Quantile, das Ermitteln des Medians, das Ermitteln des Minimums, das Ermitteln des Maximums oder das Ermitteln des Mittelwerts der zweiten Auswertungsmenge.

[00110] Für das Unterscheiden zwischen dem Zustand Stehen und dem Zustand Liegen ist die Verwendung des Medians von besonderem Vorteil.

[00111] Nachfolgend wird das Ausführungsbeispiel des hier als „Median-Cascade“-Verfahren bezeichneten Vorgehens erläutert.

[00112] Dabei wird eine Eingangsmenge an Werten herangezogen und in eine Anzahl an Werteblöcke unterteilt. Für jeden Werteblock wird dann der Median ermittelt. Der Median (auch Zentralwert genannt) ist der Wert in der Mitte einer der Größe nach geordneten Eingangsmenge. Das heißt, mindestens 50 Prozent der Daten sind kleiner als der Median oder gleich dem Median und mindestens 50 Prozent der Daten sind größer als der Median oder gleich dem Median.

[00113] Die Mediane bilden dann erneut eine Eingangsmenge, die in Werteblöcke unterteilt werden, für die dann jeweils der Median ermittelt wird. Dieses Vorgehen wird so lange wiederholt, bis nur noch ein einziger Werteblock übrigbleibt und ein einziger Median resultiert.

[00114] Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird zu Beginn des „Median-Cascade“- Verfahrens die zweite Auswertungsmenge als Eingangsmenge herangezogen. Um einen speicher- und rechenzeitoptimierten Ablauf zu ermöglichen, wird die Größe des Werteblocks ngwek, also die Anzahl der ersten Kennwerte, die den Werteblock ausmachen, nach der nachfolgenden Formel gewählt:

NBlock = [V Messrate*60*Messdauer |.

[00115] Dies liegt daran, dass der Speicherverbrauch proportional der Summe der Blockgrößen ist und das Produkt der Blockgrößen der Anzahl der Eingangswerte entsprechend muss. Die Messrate bezeichnet dabei die Mess- bzw. Samplingrate, andernorts in der vorliegenden Offenbarung auch als Messfrequenz bezeichnet und beispielhaft mit 50 Hz angegeben.

[00116] Die Messdauer bezeichnet die Dauer in Minuten, die betrachtet werden soll, wie weiter oben angeben werden hier 10 Minuten angenommen. Damit steht unter der Wurzel der Ausdruck „50 * 60 * 10“.

[00117] Zusätzlich wird die Abrundungsfunktion angewandt, wobei grundsätzlich auch andere Rundungsfunktionen möglich sind, solange sichergestellt ist, dass sich für die Anzahl der ersten Kennwerte eine ganze Zahl ergibt.

[00118] Hier ergibt sich also ngwe«=31. Grundsätzlich kann aber neck auch als quasi-freier Parameter betrachtet werden, z.B. ngocek=29, um die Ergebnisse zu justieren. Auf diese Weise kann eine Eingangsmenge der Größe N, also mit N Werten, aufgeteilt werden in m Werteblöcke gemäß der Formel

N m = . NBlock.

[00119] Auch hier kommt wieder die Abrundungsfunktion zum Einsatz, kann aber durch eine andere Rundungsfunktion ersetzt werden.

[00120] Die Größe ngıock Ist als Richtwert zu verstehen. Um die benötigte Rechenzeit zu optimieren, ist es von Vorteil, wenn die Anzahl der Elemente in den ersten Werteblöcken der Kaskade einer Zweierpotenz entspricht. Diese Werteblöcke bestimmen die Laufzeit, da sie die volle Anzahl der ersten Kennwerte verarbeiten.

[00121] Wie in Fig. 6 dargestellt, kann das „Median-Cascade“-Verfahren für das beschriebene Ausführungsbeispiel auf drei Stufen reduziert werden.

[00122] Bei Verwendung der zweiten Auswertungsmenge ergeben sich bei Messfrequenz 50 Hz und Messdauer 10 Minuten 30 000 erste Kennwerte als Eingangsmenge 501, die in eine Anzahl von Werteblöcken 502 unterteilt wird, die in Fig. 6 nur schematisch und nicht vollständig dargestellt sind. Es ist nur ein Bezugszeichen „502“ dargestellt, jeder der Werteblöcke wird aber durch dieses Bezugszeichen referenziert.

[00123] Für jeden Werteblock 502 wird dann der Median ermittelt - 503 -, die ermittelten Mediane werden dann zu einer neuen Eingangsmenge 501‘ zusammengefasst. Es erfolgt erneut eine Unterteilung in Werteblöcke 502‘ (wieder nur schematisch und nicht vollständig dargestellt, das Bezugszeichen „502“ steht für die Gesamtheit der und jeweils die einzelnen Werteblöcke) und Ermitteln des Medians - 503‘ - für jeden Werteblock 502°.

[00124] Die neue Eingangsmenge 501“ besteht nun aus 31 Medianen und bildet damit genau einen Werteblock 502“, bei Ermitteln des Medians - 503“ - ergibt sich ein einziger Median als zweiter Aggregationswert.

[00125] Auf diese Weise werden die hochfrequent erhobenen Beschleunigungswerte in einer Weise reduziert, dass eine möglichst geringe Datenmenge von der Sondenvorrichtung 1 an die

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Auswerteeinheit 12 übermittelt werden muss. Das beschriebene „Median-Cascade“-Verfahren ermöglicht das auf eine speichereffiziente Weise: Jede Stufe beinhaltet einen Buffer der Größe NBiock (Schraffierte Quadrate in Fig. 6), um die Mediane zu ermitteln. Daher minimiert die Entscheidung, die Buffer-Größen gleichmäßig über die drei Stufen zu verteilen, den insgesamt benötigten Speicherplatz.

[00126] Das Ermitteln der zweiten Aggregationswerte erfolgt bevorzugt aus aneinander anschließBenden zweiten Auswertungsmengen, es gibt also keine Überlappungen der zweiten Auswertungsmengen, die als Eingangsmengen für das „Median-Cascade“- Verfahren herangezogen werden.

[00127] 60: Nachdem die Verarbeitung der gemessenen Beschleunigungswerte auf der Sondenvorrichtung 1 abgeschlossen ist, erfolgt in einem weiteren Schritt das Übermitteln zumindest eines oder mehrerer zweiter Aggregationswerte mit der Kommunikationseinrichtung 8 der Sondenvorrichtung 1 an die Auswerteeinheit 12. Mehrere zweite Aggregationswerte werden durch mehrmalige Durchführung von Schritt 50 ermittelt. Insbesondere kommt hier eine drahtlose Übermittlung per Funk mit einem entsprechend passenden Protokoll (z.B. LoRa, ZigBee, RFiD, WLAN, oder andere) zum Einsatz, wobei vorzugsweise ein geeigneter Frequenzbereich, z.B. 300 MHz bis 900 MHz, verwendet wird, bei dem die Permeabilität für Radiowellen bei Tieren besonders hoch ist. Diese Übermittlung kann kontinuierlich geschehen, real ist aber eine Übermittlung nicht immer möglich oder gewünscht, weil sich das Nutztier 2 nicht im Empfangsbereich der Auswerteeinheit 12 bzw. der Sende/Empfangseinheit 13 befindet oder weil aus Energiespargründen die Daten nur paketweise verschickt werden sollen. Zudem sind häufig auch sog. „Duty Cycles“ definiert, die festlegen, wie lange auf einer bestimmten Frequenz Daten übertragen werden dürfen, wodurch sich eine weitere Beschränkung der Übertragungsmöglichkeiten ergibt.

[00128] Aus diesem Grund ist das als RAM und/oder ROM bzw. programmierbarer ROM ausgeführte Speicherelement 7 (siehe Fig. 2) vorgesehen. Beispielsweise können die Werte der ersten Zustandsgröße während eines Messintervalls im Direktzugriffsspeicher („RAM“) gespeichert werden, wobei sie danach vom temporären Speicher in einen EEPROM, also einen Nur-Lesespeicher, übertragen werden. Der Zwischenschritt mit dem EEPROM ist insbesondere günstig, um ausreichende Datenmengen speichern zu können, bevor die nächste Übertragung zur Auswerteeinheit 12 möglich ist.

[00129] 70: In der Auswerteeinheit 12, beispielsweise realisiert als Server bzw. Cloud-Server, erfolgt das Ermitteln des Zustands des Nutztieres aus den in Schritt 60 übermittelten zweiten Aggregationswerten. Für jede Messdauer, der ein zweiter Aggregationswert entspricht, kann also der Zustand des Nutztieres 2 ermittelt werden. WMe beschrieben wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel ermittelt, ob sich das Nutztier 2 im Zustand Stehen oder im Zustand Liegen befindet.

[00130] Dazu wird eine binäre Klassifikation angewandt, bei der die zweiten Aggregationswerte mit einem Schwellwert verglichen werden. Der Schwellwert kann fix vorgegeben oder variabel sein, wobei bevorzugt folgende Schwellwertklassifizierung zur Anwendung kommt:

__ fStehen,wenn x(t)>Schwellwert (t) Zustand(x(t)) Sn { Liegen,wenn x(t)der Schwellwert wird also dynamisch ermittelt und ist abhängig von der Zeit, es ergibt sich der Zustand zu einem bestimmten Zeitpunkt t. [00131] Günstigerweise stellt der Schwellwert den Mittelwert von zweiten Aggregationswerten während eines Auswertungszeitraums dar. Dieser Auswertungszeitraum besteht üblicherweise aus mehreren Messdauern und soll auch Eigenheiten der Nutztiere sowie Positionsänderungen der Sondenvorrichtung 1 im Magen-Darmtrakt 3 berücksichtigen, welche mittelfristig die Signalstatistik ändern. Insbesondere wird daher beispielsweise ein Auswertungszeitraum von 12 Stunden herangezogen. Mit 12 Stunden kann eine tägliche Saisonalität der Nutztiere berücksichtigt werden. Wie weiter oben beschrieben sind auch andere, insbesondere längere Zeiträume denkbar, die stabiler wären gegenüber kurzfristigen Änderungen der zugrundeliegenden Signale. [00132] In einer Ausführungsvariante wird der dynamische Schwellwert als exponentiell geglät

[00131] Günstigerweise stellt der Schwellwert den Mittelwert von zweiten Aggregationswerten während eines Auswertungszeitraums dar. Dieser Auswertungszeitraum besteht üblicherweise aus mehreren Messdauern und soll auch Eigenheiten der Nutztiere sowie Positionsänderungen der Sondenvorrichtung 1 im Magen-Darmtrakt 3 berücksichtigen, welche mittelfristig die Signalstatistik ändern. Insbesondere wird daher beispielsweise ein Auswertungszeitraum von 12 Stunden herangezogen. Mit 12 Stunden kann eine tägliche Saisonalität der Nutztiere berücksichtigt werden. Wie weiter oben beschrieben sind auch andere, insbesondere längere Zeiträume denkbar, die stabiler wären gegenüber kurzfristigen Änderungen der zugrundeliegenden Signale.

[00132] In einer Ausführungsvariante wird der dynamische Schwellwert als exponentiell geglät-

teter Durchschnitt umgesetzt, mit dem nutztierspezifische Effekte und Saisonalitäten wie unterschiedliches Verhalten am Tag und in der Nacht berücksichtigt werden können. Dies wird durch die Dauer des herangezogenen Auswertungszeitraums berücksichtigt. Der Durchschnitt wird dann iterativ ermittelt, wobei das herangezogene Auswertungszeitraum überlappend verschoben wird.

[00133] Als Ergebnis von Schritt 70 ergibt sich also die Ermittlung des Zustands des Nutztieres als Stehen oder Liegen.

[00134] 80: Optional kann in einem weiteren Schritt der in Schritt 70 ermittelte Zustand ausgegeben werden, entweder an ein Endgerät oder an eine Datenbank, wie im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben. Da dieser Schritt optional ist, erfolgt die Einzeichnung in Fig. 5 in strichlierter Form.

[00135] Unter Verweis auf Figur 5 wird darauf hingewiesen, dass die Schritte 20 bis 50 auf der Sondenvorrichtung 1 durchgeführt werden, Schritt 70 erfolgt in der Auswerteeinheit 12. Schritt 60 beinhaltet die Übermittlung der Daten von der Sondenvorrichtung 1 an die Auswerteeinheit 12 und findet daher auf beiden Komponenten des erfindungsgemäßen Systems 100 statt. Schritt 80 erfolgt je nach Variante in der Auswerteeinheit 12 (wenn z.B. eine Display-Einheit oder die Datenbank 14d Teil der Auswerteeinheit 12 ist) oder davon abgesetzt.

[00136] Das beschriebene Verfahren beinhaltet auch ein Computerprogrammprodukt zum Ermitteln eines Zustands des Nutztiers 2, aufweisend einen ersten Computerprogrammproduktteil und einen zweiten Computerprogrammproduktteil, wobei der erste Computerprogrammproduktteil Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch die Sondensteuereinheit 6 der Sondenvorrichtung 1 diese veranlassen, neben Schritt 20 die Schritte 30, 40, gegebenenfalls 40a, 50 und 60 - insoweit er in der Sondenvorrichtung 1 erfolgt - auszuführen. Der zweite Computerprogrammproduktteil umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Auswerteeinheit 12 diese veranlassen, Schritt 60, insoweit er in der Auswerteeinheit 12 erfolgt, Schritt 70 und Schritt 80, insoweit er in der Auswerteeinheit 12 erfolgt, auszuführen.

[00137] Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die verlässliche Ermittlung des Zustands eines Nutztieres anhand von Beschleunigungswerten, wobei der Rechenaufwand und die zu übertragenden Datenmengen möglichst geringgehalten werden können.

[00138] Durch die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte auf der Sondenvorrichtung 1 reduziert sich die Menge an zu übertragenden Daten, was die Übertragungszeit, den damit verbundenen Stromverbrauch auf der Sondenvorrichtung 1 und die benötigte Bandbreite reduziert, was insbesondere bei der Vorgabe von „Duty Cycles“ von Vorteil ist.

[00139] Damit kann eine langfristige ordnungsgemäße Verwendung der Sondenvorrichtung 1 bei bestmöglichem Informationaustausch mit der Auswerteeinheit 12 sichergestellt werden.

[00140] Im dargestellten Ausführungsbeispiel erlaubt das Verfahren die Unterscheidung zwischen dem Zustand Stehen und dem Zustand Liegen eines Nutztieres, diese Information kann dann für weitere Überprüfungen wie Feststellung von Lahmheit, Brunst oder anderen Nutztiereigenschaften herangezogen werden.

Claims (18)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Ermitteln eines Zustands eines Nutztieres (2), wobei zumindest eine Sondenvorrichtung (1) mit zumindest einem mehrachsigen Beschleunigungssensor (51) innerhalb eines Magen-Darmtraktes (3) des Nutztieres (2) angeordnet ist und der Beschleunigungssensor (51) an zeitlich aufeinanderfolgenden Messzeitpunkten Beschleunigungswerte ermittelt (20), wobei sich zumindest eine Auswerteeinheit (12) außerhalb des Magen-Darmtraktes (3) des Nutztieres (2) befindet und Daten zwischen Sondenvorrichtung (1) und Auswerteeinheit (12) übertragbar sind, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

A) Zusammenfassen (30) mehrerer zum gleichen Messzeitpunkt ermittelter Beschleunigungswerte zu einem ersten Aggregationswert in einer Sondensteuereinheit (6) der Sondenvorrichtung (1);

B) Ermitteln (40) von zumindest einem ersten Kennwert aus einer ersten Auswertungsmenge, bestehend aus mehreren, sich aus wiederholter Durchführung von Schritt A) auf Beschleunigungswerte mehrerer unterschiedlicher Messzeitpunkte ergebenden ersten Aggregationswerten, in der Sondensteuereinheit (6) der Sondenvorrichtung (1);

C) Zusammenfassen (50) einer zweiten Auswertungsmenge, bestehend aus sich aus wiederholter Durchführung von Schritt B) ergebenden ersten Kennwerten, zu einem zweiten Aggregationswert in der Sondensteuereinheit (6) der Sondenvorrichtung (1), wobei sich bei jeder Durchführung von Schritt B) die erste Auswertungsmenge von der in der vorherigen Durchführung von Schritt B) herangezogenen Auswertungsmenge um zumindest einen ersten Aggregationswert unterscheidet;

D) Übermitteln (60) zumindest eines oder mehrerer, durch wiederholte Anwendung von Schritt C) ermittelter, zweiter Aggregationswerte mit einer Kommunikationseinrichtung (8) der Sondenvorrichtung (1) von der Sondenvorrichtung (1) an die Auswerteeinheit (12);

E) Ermitteln (70) eines Zustands des Nutztieres aus in Schritt D) übermittelten zweiten Aggregationswerten in der Auswerteeinheit (12).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Beschleunigungssensor (51) um einen dreiachsigen Beschleunigungssensor handelt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2; dadurch gekennzeichnet, dass beim Zusammenfassen (30) der Beschleunigungswerte in Schritt A) ein rotationsinvariantes Verfahren zur Anwendung kommt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenfassen (30) der Beschleunigungswerte in Schritt A) durch das Ermitteln der Länge des Beschleunigungsvektors (r1) zu einem Messzeitpunkt erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt B) aus der ersten Auswertungsmenge als erste Kennwerte jeweils der Mittelwert und/oder die Varianz ermittelt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt B) mehrfach durchgeführt wird, wobei bei jeder Durchführung von Schritt B) für eine erste Auswertungsmenge jeweils der Mittelwert und/oder die Varianz als erste Kennwerte ermittelt werden, wobei sich bei jeder Durchführung von Schritt B) die erste Auswertungsmenge von der in der vorhergehenden Durchführung von Schritt B) herangezogenen ersten Auswertungsmenge um zumindest einen ersten Aggregationswert unterscheidet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Auswertungsmenge jeweils aus ersten Aggregationswerten gebildet wird, die auf während einer Messdauer von 1 Sekunde ermittelte Beschleunigungswerte zurückgehen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der ersten Aggregationswerte einer ersten Auswertungsmenge einer Zweierpotenz entspricht.

17721

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AT 528 074 B1 2026-03-15

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt B) vor Ermitteln (40) des ersten Kennwerts aus der ersten Auswertungsmenge ein Heruntertakten der ersten Auswertungsmenge durchgeführt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt C) die zweite Auswertungsmenge jeweils aus ersten Kennwerten gebildet wird, die auf während einer Messdauer von 1 min bis 15 min, vorzugsweise von 10 min, ermittelte Beschleunigungswerte zurückgehen.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenfassen (50) der zweiten Auswertungsmenge in Schritt C) durch zumindest eines der folgenden Verfahren erfolgt: Ermittlung eines Quantils, Ermittlung des Medians, Ermittlung des Minimums, Ermittlung des Maximums, Ermittlung des Mittelwerts.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenfassen (50) der zweiten Auswertungsmenge in Schritt C) durch ein Median CascadeVerfahren erfolgt, das die wiederholte Durchführung folgender Schritte umfasst:

C1) Unterteilen einer Eingangsmenge (501, 501‘, 501“) von ersten Kennwerten in eine Anzahl an Werteblöcken (502, 502‘, 502“) jeweils bestehend aus mehreren ersten Kennwerten;

C2) Für jeden Werteblock (502, 502‘, 502“) Ermitteln des Medians der dem Werteblock (502, 502‘, 502“) zugeordneten ersten Kennwerte;

C3) Zusammenfassen der in Schritt C2) ermittelten Mediane zu einer neuen Eingangsmenge (501, 501‘, 501“) und erneute Durchführung der Schritte C1) und C2) unter Verwendung dieser neuen Eingangsmenge (501, 501‘, 501“),

wobei die Schritte C1) bis C3) wiederholt werden, bis sich in Schritt C1) nur noch ein einzelner Werteblock (502“) ergibt und Schritt C2) in einem einzelnen Median resultiert, der dann den zweiten Aggregationswert bildet, und wobei die zweite Auswertungsmenge als Eingangsmenge (601) für die erste Durchführung von Schritt C1) herangezogen wird.

Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Werteblocks (502, 502‘, 502“) in Schritt C1) festgelegt wird als Kubikwurzel der Anzahl der ersten Kennwerte, die die Eingangsmenge (501) ausmachen, wobei vorzugsweise eine Rundungsfunktion auf das Ergebnis der Kubikwurzel der Anzahl der ersten Kennwerte, die die Eingangsmenge (501) ausmachen, angewendet wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt E) ermittelt wird, ob sich das Nutztier (2) im Zustand Stehen oder im Zustand Liegen befindet.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass für das Ermitteln (70) des Zustands des Nutztieres (2) in Schritt E) eine binäre Klassifikation angewandt wird, wobei der Zustand des Nutztieres (2) als Stehen qualifiziert wird, wenn der übermittelte zweite Aggregationswert größer ist als ein Schwellwert, und der Zustand des Nutztieres (2) als Liegen qualifiziert wird, wenn der übermittelte zweite Aggregationswert kleiner oder gleich einem Schwellwert ist.

Verfahren nach Anspruch 15; dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert den Mittelwert, vorzugsweise den gleitenden Mittelwert von zweiten Aggregationswerten während eines Auswertungszeitraums darstellt.

System zur Ermittlung (70) eines Zustands eines Nutztieres (2), aufweisend:

- zumindest eine Sondenvorrichtung (1), die im Magen-Darmtrakt (3) des Nutztieres (2) anordenbar ist und zumindest folgende, in einem Gehäuse (4) angeordnete Komponenten aufweist:

- zumindest einen mehrachsigen Beschleunigssensor (51),

- zumindest eine Sondensteuereinheit (6), und

- eine Kommunikationseinrichtung (8) zum drahtlosen Übermitteln und Empfangen von Daten, und

- zumindest eine Auswerteeinheit (12), die außerhalb des Magen-Darmtraktes des Nutztieres angeordnet ist,

wobei mit dem System ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 durchführbar ist.

18. Computerprogrammprodukt zum Ermitteln (70) eines Zustands eines Nutztiers (2), aufweisend einen ersten Computerprogrammproduktteil und einen zweiten Computerprogrammproduktteil, wobei der erste Computerprogrammproduktteil Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch eine Sondensteuereinheit (6) einer Sondenvorrichtung (1) diese veranlassen, die Schritte A), B), C) und D) des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16 auszuführen, und der zweite Computerprogrammproduktteil Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch eine Auswerteeinheit (12) diese veranlassen, die Schritte D) und E) des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis16 auszuführen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen