EP3487447B1

EP3487447B1 - Procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal, dispositif, support d'enregistrement et produit programme d'ordinateur correspondants

Info

Publication number: EP3487447B1
Application number: EP17745398.2A
Authority: EP
Inventors: Johann Barbier; Julie DEWEZ
Original assignee: Union Evolution
Current assignee: Innoval
Priority date: 2016-07-25
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2022-08-24
Anticipated expiration: 2037-06-27
Also published as: EP3487447B8; FR3040871A1; PL3487447T3; EP3487447A1; WO2018020090A1; ES2928062T3; WO2018020090A9; FR3040871B1

Description

1. Domaine de l'invention

Le domaine de l'invention est celui de l'agriculture, et en particulier de la surveillance des bovins et des équidés.
Plus précisément, l'invention concerne un procédé et un dispositif de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal de la famille des bovins ou des équidés.
L'invention permet par ailleurs de discriminer si la mise-bas est susceptible de se dérouler sans difficulté ou non.

2. Etat de la technique

Il est bien connu que, sans intervention humaine, une partie des vaches ou des juments perdent leur nouveau-né à l'occasion de la mise-bas.
Il est donc nécessaire pour un éleveur d'exercer, de jour et de nuit, une surveillance des animaux arrivés à terme, afin de pouvoir intervenir si besoin lors de la parturition pour tenter de sauver le nouveau-né ou de réduire les complications post-partum.
Il est par ailleurs courant d'effectuer plusieurs saillies simultanément au sein d'un même cheptel, ce qui complique la tâche de surveillance de l'éleveur dans la mesure où les vêlages ou les poulinages vont se produire sur une même période.
Afin d'éviter à un éleveur de devoir rester mobilisé en permanence aussi bien de jour que de nuit, et pour lui permettre de se reposer lors de la période de vêlage ou de poulinage, on a proposé différentes techniques.
On connait des techniques de détection de vêlage consistant à introduire des capteurs mesurant la température, la pression et/ou l'acidité à l'intérieur de l'appareil génital d'une vache afin d'identifier l'imminence de la mise-bas. Une de ces techniques consiste par exemple à introduire un thermomètre dans le canal vaginal de l'animal qui sera expulsé avec la poche des eaux.
Un inconvénient de ces techniques intrusives est que l'introduction et le positionnement des capteurs dans l'appareil génital de la vache est délicat, et qu'il est une source d'infection et/ou d'irritation pour ce dernier.
Un autre inconvénient de ces techniques intrusives est que des modifications métaboliques normales de l'animal dues à son activité peuvent entraîner le déclenchement de fausses alertes.
Encore un inconvénient de ces techniques intrusives est qu'elles sont couteuses à mettre en œuvre.
On a également proposé de fixer un inclinomètre à mercure ou à bille sur la queue d'une vache ou d'une jument, qui va déclencher une alarme à l'approche de la mise-bas, lorsque la queue de l'animal reste relevée.
Un inconvénient de cette technique est qu'elle pose des problèmes de fiabilité. En effet, on constate que des alertes peuvent se déclencher de façon intempestives, par exemple lorsque l'animal change de position ou se couche.
On a également proposé de sangler la taille d'une vache avec une ceinture qui mesure l'activité utérine de l'animale et émet une alarme lorsque la fréquence des contractions augmente.
Cette technique présente plusieurs inconvénients : la ceinture présente un danger pour l'animal si elle est trop serrée. Elle ne doit cependant pas être trop lâche au risque de ne pas fonctionner correctement, ce qui impose de la resserrer toutes les 3 à 4 heures. En outre cette technique est onéreuse et ne permet pas dans certains cas de distinguer les déformations dues au travail de l'animal d'autres déformations résultant d'une activité normale de l'animal pour manger ou se déplacer.
On connait également du document WO-A1-2013/186235 une technique de détection de l'imminence d'une mise-bas mettant un accéléromètre fixé sur la queue d'une vache, afin d'estimer l'activité globale de l'animal à partir des mesures de l'accélération.
Un inconvénient de cette technique connue, qui consiste à comparer la seule activité globale à un seuil pour détecter si l'animal est sur le point de mettre-bas, est qu'elle n'est pas suffisamment précise pour détecter l'imminence de la mise-bas chez plus de 50 à 60% des animaux.
On connait également du document US2015/230903 A1 une technique de détection de l'imminence d'une mise-bas d'un bovin ou d'un équidé à l'aide d'un capteur d'accélération tridimensionnel placé sur la queue de l'animal, consistant à comparer une séquence de mesure avec une séquence de référence représentative d'une manifestation comportementale de l'animal telle que des contractions musculaires, des coliques résultant de douleurs utérines, la levée de queue ou une suractivité.

1. Objectifs de l'invention

L'invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l'état de la technique cités ci-dessus.
Plus précisément l'invention a pour objectif de fournir une technique de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal qui soit fiable.
L'invention a notamment pour objectif, dans au moins un mode de réalisation particulier de l'invention, de proposer une telle technique de détection et de signalement qui présente un taux de détection de la phase préparatoire de mise-bas au moins égal à 80% et avantageusement supérieur à 85%.
Un autre objectif de l'invention est de fournir une telle technique de détection et de signalement qui soit simple à mettre en œuvre et d'un coût de revient réduit.
L'invention a également pour objectif de fournir une technique de détection et signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal qui permette de détecter si la mise-bas se déroule sans difficulté ou non.
Un objectif de l'invention est également de proposer une telle technique de détection et de signalement qui soit réutilisable.
Encore un objectif de l'invention est de fournir une technique de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un bovin ou d'un équidé qui soit réutilisable sur plusieurs animaux, qui nécessite peu de maintenance et qui soit autonome en énergie sur un période de plusieurs années.

2. Exposé de l'invention

Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaitront par la suite sont atteints à l'aide d'un procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal de la famille des bovins ou de la famille des équidés selon la revendication 1.
Dans le cadre de l'invention, on entend par l'expression "phase préparatoire de mise-bas" dans son acception générale. Il s'agit ainsi de la phase précédant l'engagement du fœtus dans le bassin, d'une durée généralement comprise entre 2 et 24 heures, au cours de laquelle se produisent notamment les premières contractions utérines et la dilatation du col de l'utérus.
Selon l'invention, un tel procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas comprend les étapes suivantes dans cet ordre:

mesure des composantes de l'accélération d'une portion de la queue dudit animal selon trois axes orthogonaux ;
traitement desdites mesures destiné à détecter une occurrence de ladite phase préparatoire comprenant :
- une étape de projection desdites mesures des composantes dans un repère orthonormé direct X, Y, Z où l'axe Z est vertical et dirigé vers le bas et l'axe X est horizontal et dans le prolongement du sacrum dudit animal, dans le cas où le repère formé par lesdits trois axes orthogonaux ne coïncident pas avec ledit repère orthonormé X, Y, Z ;
- au moins deux étapes parmi les étapes a), b), c) d) et e) suivantes :
  1. a) détermination, pour chaque instant de mesure, d'une donnée Q représentative d'une position levée ou abaissée de ladite queue, comprenant une étape de calcul d'une valeur de l'angle de la queue par rapport à la verticale à partir des projections des mesures des composantes de l'accélération suivant les axes X et Z, ou des mesures des composantes de l'accélération, lorsque le repère formé par lesdits trois axes orthogonaux coïncide avec ledit repère orthonormé X, Y, Z, et une étape de comparaison dudit angle calculé avec une valeur d'angle seuil prédéterminée ;
  2. b) détermination d'une donnée A représentative de l'activité dudit animal, pour chaque instant de mesure, comprenant une étape de calcul des variations de chacune des composantes de l'accélération par rapport à sa valeur moyenne sur une période prédéterminée à partir des projections des mesures des composantes de l'accélération suivant les axes X, Y et Z ou des mesures des composantes de l'accélération, lorsque le repère formé par lesdits trois axes orthogonaux coïncide avec ledit repère orthonormé X, Y, Z ;
  3. c) détermination d'une donnée C représentative de l'occurrence d'une crise de colique chez ledit animal comprenant une étape d'application d'un filtre passe bande auxdites mesures des composantes de l'accélération sur au moins deux axes, et de préférence des composantes de l'accélération sur les axes X et Z ;
  4. d) détermination d'une donnée T représentative de l'occurrence de contractions chez ledit animal comprenant une étape d'estimation du coefficient de corrélation, pour chaque composante de l'accélération, entre une séquence des mesures de cette composante de l'accélération et une séquence de données de référence ;
  5. e) détermination d'une donnée TR représentative de l'occurrence d'un piétinement chez ledit animal comprenant une étape d'identification d'une fréquence prédominante dans le spectre de fréquence pour une séquence des mesures de la composante de l'accélération suivant l'axe Y afin d'établir si ladite fréquence est dans une plage de fréquences prédéterminée ;
- classification automatique binaire de l'état dudit animal entre un état de préparation de la mise-bas et un état non-préparatoire, à partir desdites données Q, A, C, T et/ou TR déterminées précédemment, représentatives respectivement d'une position levée ou abaissée de la queue, de l'activité, de l'occurrence d'une crise de colique, de l'occurrence de contractions et de l'occurrence d'un piétinement ;
génération d'un premier signal d'alerte lorsque le résultat de ladite classification automatique binaire est un état de préparation de la mise-bas.

Ainsi, l'invention propose d'exploiter les mesures de l'accélération de la queue d'une vache, d'une jument ou d'une ânesse pour classifier l'état de l'animal entre un état de préparation de la mise-bas et un état non-préparatoire à partir d'un nombre réduit de paramètres Q, A, C, T et/ou TR.
Les inventeurs ont en effet constaté que chez l'animal les levées de queue, l'activité, les crises de colique, les contractions et le piétinement constituaient les manifestations les plus caractéristiques pouvant être observées au travers des mouvements de la queue de l'animal pendant la phase préparatoire de mise-bas et que chacune de ces manifestations déclenchait une séquence spécifique et reproductible de mouvements au moins sur une partie d'une population bovine ou équine. Les inventeurs ont également constaté que ces séquences spécifiques pouvaient varier entre deux races de vaches ou de juments.
Dans neufs modes de réalisation particuliers de l'invention, ladite étape de traitement desdites mesures comprend respectivement les étapes a) et b), a) et c), a) et d), a) et e), b) et c), b) et d), b) et e), c) et d), c) et e).
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, ladite étape de traitement desdites mesures comprend au moins trois étapes parmi les étapes a), b), c) d) et e).
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, ladite étape de traitement desdites mesures comprend les étapes a), b) et c) ou d).
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, ladite étape de traitement desdites mesures comprend au moins quatre étapes parmi les étapes a), b), c), d) et e).
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, ladite étape de traitement desdites mesures comprend les étapes a), b), c) et d).
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, ladite étape de traitement desdites mesures comprend les cinq étapes a), b), c) d) et e).
On améliore ainsi le taux de détection de la phase préparatoire de mise-bas dans un groupe d'animaux.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le classifieur mis en œuvre dans ladite étape de classification automatique binaire est un classifieur linéaire.
Selon un aspect particulier de l'invention, lors de ladite étape de classification automatique binaire, la sortie du classifieur mis en œuvre dans ladite étape de classification automatique est comparée à un seuil de classification prédéterminé.
De façon avantageuse, ladite étape a) de détermination d'une donnée représentative d'une position levée ou abaissée de la queue et/ou ladite étape b) de détermination d'une donnée représentative de l'activité et/ou ladite étape d) de détermination d'une donnée représentative de l'occurrence de contractions et/ou ladite étape e) de détermination d'une donnée représentative de l'occurrence d'un piétinement comprend une étape de filtration desdites projections des mesures ou desdites mesures.
Selon un aspect particulier de l'invention, ladite étape a) de détermination d'une donnée représentative d'une position levée ou abaissée de la queue comprend une étape d'affectation à ladite donnée Q d'une première valeur, de préférence 1, lorsque ladite valeur de l'angle est supérieure ou égale à ladite valeur d'angle seuil et d'une deuxième valeur, de préférence 0 ou -1, lorsque ladite valeur de l'angle est inférieure à ladite valeur d'angle seuil.
Selon un aspect préféré de l'invention, ladite valeur d'angle seuil est comprise entre 32° et 37°, de préférence est sensiblement égale à 35°.
Les inventeurs ont en effet constaté qu'une valeur d'angle seuil proche de 35° permet une classification efficace de l'état de l'animal.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, ladite étape a) de détermination d'une donnée Q représentative d'une position levée ou abaissée de ladite queue comprend en outre une étape de réaffection à ladite valeur Q, pour chaque instant de mesure t_mesure, d'une moyenne, sur un intervalle de temps prédéfini Δt, des valeurs affectées à la donnée Q pour les instants de mesure précédant l'instant de mesure t_mesure compris dans l'intervalle [t_mesure-Δt; t_mesure].
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, ladite étape a) de détermination d'une donnée Q représentative d'une position levée ou abaissée de ladite queue comprend une étape de pondération de ladite valeur de l'angle de la queue par la valeur de la mesure de la composante de l'accélération, ou de sa projection, sur l'axe Y.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, ladite étape b) de détermination de l'activité dudit animal comprend une étape de calcul de la moyenne quadratique des variations des composantes de l'accélération suivant les axes X, Y et Z par rapport à leur valeur moyenne.
De préférence, lors de ladite étape c) d'une donnée représentative de l'occurrence d'une crise de colique, les fréquences de coupure dudit filtre passe bande sont sensiblement égales à 6mHz et 12mHz.
Les inventeurs ont effet constaté, que les crises de colique se manifestent par des soubresauts se répétant dans le temps, espacés de 2mn 45s à 5mn 30s.
Préférentiellement, dans ladite étape d) de détermination d'une donnée représentative de l'occurrence de contractions, ladite séquence de référence de données est une séquence de données représentatives d'un pic de forme sensiblement triangulaire.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, dans ladite étape e) de détermination de l'occurrence d'un piétinement, ladite plage de fréquences est bornée par les fréquences 150mHz et 300mHz.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, un procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal tel que décrit ci-dessus comprend en outre une étape de détermination d'une donnée P représentative de l'état debout ou couché dudit animal comprenant une étape de comparaison de la moyenne sur une période prédéterminée, de préférence sensiblement égale à 1 minute, des valeurs des mesures des composantes de l'accélération, ou de leur projection, sur l'axe Y par rapport à une valeur seuil d'état prédéterminée et/ou une étape de comparaison du nombre de changement de signe de l'accélération sur l'axe Y sur ladite période prédéterminée par rapport à un nombre seuil.
En effet, les inventeurs ont constaté que contrairement au cas où l'animal est couché, l'accélération moyenne de la composante selon l'axe Y de l'accélération est sensiblement nulle et on observe un nombre minimal de changement de signe de l'accélération suivant Y sur une période prédéterminée, lorsque l'animal est debout.
De façon préférentielle, ladite valeur seuil d'état est sensiblement égale à 0,2 g.
Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, un procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal tel que décrit ci-dessus comprend en outre une étape de classification automatique binaire de l'état dudit animal entre un état de mise-bas difficile et un état de mise-bas facile à partir d'au moins trois données, de préférence au moins quatre données, encore plus préférentiellement au moins cinq données, parmi les données Q, A, C, T, TR et P.
Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, ladite étape de classification automatique binaire de l'état dudit animal entre un état de mise-bas difficile et un état de mise-bas facile comprenant les étapes suivantes :

obtention à l'instant t tel que t=m.ΔT+T₀ avec m un entier, ΔT un intervalle de temps prédéterminé et T₀ est l'instant où ledit premier signal d'alerte est généré, d'un vecteur de cinq variables réelles continues (M¹,M²,M³,M⁴,M⁵) à partir d'une séquence de n valeurs successives desdites données Q, A, C, T et P sur une période prédéterminée précédant l'instant t, où M_i ¹=Q_i, M_i ³=T_i, M_i ⁴=C_i, M_i ⁵=A_i, avec i entier tel que 1≤i≤n, et M_i ² est la durée depuis le dernier changement d'une position couchée à debout ou vice-versa à l'index i estimée à partir de la séquence des valeurs successives de P ;
détermination d'un vecteur de caractéristiques F_t=(F_t ¹,F_t ²,F_t ³,F_t ⁴,F_t ⁵) où F_t ^k, 1≤k≤5, est le maximum des valeurs moyennes de M^k sur des sous-intervalles de ladite période prédéterminée ;
attribution à chaque caractéristique F^k, 1≤k≤5, dudit vecteur de caractéristiques d'un vote P_t ^k =log(P(F^k=F_t ^k | H₀)/ P(F^k=F_t ^k | H₁)) où P(F^k=F_t ^k | H₀) est la probabilité d'observer la caractéristique F^k sachant que la mise-bas est facile et P(F^k=F_t ^k |H₁) est la probabilité d'observer la caractéristique F^k sachant que la mise-bas est difficile, obtenues par comparaison avec une distribution statistique de référence construite à partir d'observations sur un échantillon d'animaux de référence ;
calcul d'un critère de décision f_t s'exprimant sous la forme :
où α_k et O _k sont des constantes prédéfinies ;
génération d'un deuxième signal d'alerte dans le cas où ledit critère de décision f_t est supérieur ou égal à une valeur seuil prédéterminée S.

Ainsi, de façon inédite, l'invention propose de discriminer l'état de mise-bas de l'animal entre un état de mise-bas difficile et un état de mise-bas facile à partir des paramètres Q, A, C, T et P.
Selon un aspect avantageux de l'invention, ledit intervalle de temps ΔT est compris entre 30 secondes et 2 minutes, de préférence est sensiblement égal à 1 minute.
Selon un aspect particulier de l'invention, ladite période prédéterminée est d'une durée sensiblement égale à 1 heure.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, un procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal tel que décrit ci-dessus comprend en outre une étape de calcul d'un indice de confiance C_t s'exprimant sous la forme :
où α_k, 1≤k≤5, est une constante prédéfinie, et $c_{t}^{k}$
est la confiance apportée par la caractéristique k, 1≤k≤5, qui s'exprime sous la forme :
avec
la probabilité d'observer la caractéristique F^k sachant que la mise-bas est facile et
la probabilité d'observer la caractéristique F^k sachant que la mise-bas est difficile.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, un procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal tel que décrit ci-dessus comprend une étape de détermination de l'instant t_fin correspondant à la fin de la mise-bas, comprenant une étape de calcul à chaque instant t de la somme St des variations des valeurs des données A représentatives de l'activité sur un intervalle de temps prédéfini précédant ledit instant t et une étape de détection du maximum des valeurs de St sur une période prédéterminée, permettant de déterminer l'instant t_fin pour lequel ladite valeur de S_t est maximale.
Selon un aspect particulier de l'invention, ledit intervalle de temps prédéfini mis en oeuvre lors de ladite étape de détermination de l'instant t_fin correspondant à la fin de la mise-bas est d'une durée sensiblement égale à 20 minutes.
De façon préférentielle, ladite période prédéterminée mis en oeuvre lors de ladite étape de détermination de l'instant t_fin correspondant à la fin de la mise-bas est d'une durée au moins égale à 30 minutes et de préférence au moins égale à 50 minutes.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, un procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal tel que décrit ci-dessus comprend une étape de génération d'un signal d'alerte destiné à signaler l'occurrence d'une mise-bas anormalement longue, lorsqu'aucun deuxième signal d'alerte n'est généré 2 heures après la génération dudit premier signal d'alerte.
Dans des variantes de ce mode de réalisation de l'invention, le signal d'alerte signalant l'occurrence d'une mise-bas anormalement longue peut générer à tout instant choisi entre 1h et 2h après la génération dudit premier signal d'alerte, sans sortir du cadre de l'invention.
L'invention concerne également un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour la mise en œuvre de l'étape de traitement des mesures du procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal tel que décrit ci-dessus et/ou de l'étape de classification automatique binaire de l'état dudit animal entre un état de mise-bas difficile et un état de mise-bas facile du procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal tel que décrit ci-dessus, lorsqu'il est exécuté par un processeur.
L'invention concerne aussi un support d'enregistrement lisible par un processeur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur pour la mise en œuvre de l'étape de traitement des mesures du procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal tel que décrit ci-dessus et/ou de l'étape de l'étape de classification automatique binaire de l'état dudit animal entre un état de mise-bas difficile et un état de mise-bas facile du procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal tel que décrit ci-dessus.
L'invention concerne enfin également un dispositif de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal de la famille des bovins ou de la famille des équidés comprenant un boitier étanche apte à être fixé sur une portion de la queue dudit animal contenant :

un accéléromètre 3D destiné à mesurer les composantes de l'accélération de ladite portion de la queue selon 3 axes ;
un support d'enregistrement tel que décrit précédemment et un processeur apte à exécuter le programme d'ordinateur tel que décrit précédemment, enregistré sur ledit support d'enregistrement pour traiter lesdites mesures ;
des moyens de génération d'un premier signal de radiocommunication destiné à alerter de l'imminence de la mise-bas dudit animal, configurés de sorte à générer ledit premier signal dans le cas où lorsque le résultat de ladite classification automatique binaire est un état de préparation de la mise-bas ;
des moyens d'émission dudit premier signal généré à destination d'un collecteur formant relai ou d'un terminal.

Le dispositif selon l'invention intègre ainsi astucieusement une application logiciel enregistrée sur un support d'enregistrement, assurant un traitement complet des mesures de l'accéléromètre, ce qui permet de limiter la consommation d'énergie du dispositif du fait que la quantité de signaux qu'il émet vers l'extérieur est très réduite et ce qui lui confère ainsi une autonomie en énergie particulièrement étendue.
De façon avantageuse, ledit premier signal émis par lesdits moyens d'émission a une portée comprise entre 150 et 500 mètres.
Ainsi, le signal peut être transmis jusqu'à un relai situé dans, ou à proximité de, l'étable ou la stabule où est parqué l'animal, quel que soit l'emplacement de ce dernier dans le bâtiment. Le signal peut encore être transmis directement sur un terminal de communication de l'éleveur, tel qu'un téléphone portable ou un assistant personnel par exemple, si celui-ci se trouve à proximité du bâtiment.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, un dispositif de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal tel que décrit ci-dessus comprend des moyens de génération d'un deuxième signal de radiocommunication destiné à alerter de l'occurrence d'une mise-bas difficile dudit animal, configurés de sorte à générer ledit deuxième signal dans le cas où ledit processeur calcule un critère de décision f_t supérieur ou égal à ladite valeur seuil prédéterminée S, lesdits moyens de génération dudit deuxième signal pouvant être lesdits moyens de génération dudit premier signal, et en ce que lesdits moyens d'émission sont aptes à émettre ledit deuxième signal généré à destination d'un collecteur formant relai ou d'un terminal.

5. Liste des figures

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :

la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif selon l'invention fixé sur la queue d'une vache ;
la figure 2 est une représentation schématique du contenu du boitier présenté en référence à la figure 1 ;
la figure 3 est une représentation, sous forme de diagramme des étapes d'un exemple de procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal selon l'invention ;
la figure 4 détaille les sous-étapes de l'étape de classification automatique binaire de l'état d'un animal entre un état de mise-bas difficile et un état de mise-bas facile, du procédé présenté en référence à la figure 3 ;
les figures 5A à 5E illustrent un exemple d'évolution au cours du temps des données Q, A, C, T et P à l'approche d'une mise-bas pour un animal.

6. Description détaillée d'un exemple de mode de réalisation de l'invention

Un dispositif 10 de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas selon l'invention est représenté en référence à la figure 1, fixé à la queue d'une vache 11.
Le dispositif 10 se présente sous la forme d'un boitier étanche 12 dont la face 13 en contact la queue de la vache 11 est de forme sensiblement tronconique de façon à bien épouser la forme de la queue.
Comme on peut le voir sur la figure 2, qui est une représentation schématique du boitier 12, celui-ci contient un accéléromètre 3D 21 relié à une carte électronique 22 intégrant un microcontrôleur 210, qui réalise le traitement des mesures fournies par l'accéléromètre 21, et un circuit intégré 24 assurant une optimisation de l'énergie consommée par le boitier 12. L'application logicielle permettant de traiter les mesures est enregistrée dans la mémoire flash 211 du microcontrôleur 210, qui est lue par le processeur µ1.
À l'intérieur du boitier 12, on trouve également une antenne 23 permettant d'émettre un signal numérique conforme à la norme GSM à destination d'un relai ou d'un téléphone portable et une pile L5, qui alimente l'accéléromètre 21, la carte 22 et l'antenne 23 en énergie.
Le microcontrôleur 210 équipant la carte 22 traite les mesures délivrées par l'accéléromètre 21 et permet de générer un premier signal d'alerte, lorsque la phase préparatoire de mise bas est détectée, et un deuxième signal d'alerte lorsqu'un vêlage difficile est détecté. Le premier et le deuxième signal d'alerte sont émis par l'antenne 23, dans ce mode de réalisation particulier de l'invention.
Dans ce mode de réalisation particulier de l'invention, les mesures des composantes de l'accélération sont relevées suivant une fréquence d'échantillonnage de 4Hz.
On notera que les mesures de l'accélération ne sont pas conservées après traitement. En effet, le dispositif 10 étant prévu pour pouvoir fonctionner sans discontinuer plusieurs années, et plus précisément de 5 à 10 ans dans ce mode de réalisation particulier de l'invention, prévoir une mémoire de stockage de capacité suffisante n'est pas envisageable.
On a représenté sur la figure 3 de façon synoptique, sous forme de diagramme, les étapes E1 à E10 de traitement des mesures du procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'une vache selon l'invention implémenté dans l'application logicielle stockées dans la mémoire flash 211.
Les composantes de l'accélération selon trois axes orthogonaux x, y et z liés au boitier 12 sont mesurées toutes les 25ms par l'accéléromètre 21, dans une étape E0.
Dans une étape E1, les mesures des composantes sont projetées dans un repère orthonormé direct X, Y, Z, où l'axe Z est un axe vertical et dirigé vers le bas, l'axe X est horizontal et dans le prolongement du sacrum dudit animal. A cet effet, on a étalonné au préalable sur l'animal la position du repère x, y, z lié au boitier par rapport au repère X, Y, Z.
On détermine ensuite en E2 pour chaque instant de mesure, une donnée Q représentative d'une position levée ou abaissée de ladite queue. Lors de cette étape E2, les composantes projetées de l'accélération sont dans un premier temps filtrées en appliquant un filtre du premier ordre (étape E21) et une valeur de l'angle de la queue par rapport à la verticale θ_queue est calculée à partir des projections filtrées ax et az des mesures des composantes de l'accélération suivant les axes X et Z, en appliquant la formule θ_queue = atan(az/ax) (étape E22). L'angle calculé est ensuite comparé avec une valeur d'angle seuil de 35° (étape E23). Une valeur 256 est attribuée à Q pour l'instant de mesure t_mesure si l'angle calculée est supérieur ou égal à 35°; sinon une valeur 0 est affectée à Q.
On réaffecte par la suite (étape E24) à chaque donnée Q (t_mesure) une moyenne sur des valeurs de Q sur l'intervalle de temps [t_mesure-Δt ; t_mesure] précédant l'instant de mesure t_mesure, avec Δt= 1 heure dans ce mode de réalisation particulier de l'invention, de sorte à lisser les variations de la donnée Q.
En E3, on détermine une donnée A représentative de l'activité de l'animal en calculant (étape E31) une moyenne quadratique des variations des composantes projetées et filtrées de l'accélération suivant les axes X, Y et Z par rapport à leur valeur moyenne sur une minute.
En E4, on détermine une donnée C représentative de l'occurrence d'une crise de colique chez l'animal en appliquant (étape 41) un filtre passe bande de type Chebyshev d'ordre 2 aux projections des mesures des composantes de l'accélération sur les axes X et Z dont les fréquences de coupure sont de 6mHz et de 12mHz et on affecte (étape 42) la somme des carrés des projections des mesures filtrées par le filtre passe bande à la données C.
En E5, on détermine une donnée T représentative de l'occurrence de contractions chez l'animal en calculant une estimation (étape 51) du coefficient de corrélation, pour chaque composante de l'accélération projetée sur l'axe X, Y ou Z, entre une séquence de 3,5s de la projection des mesures de cette composante de l'accélération avec un gabarit de référence formé d'une séquence de données d'un pic de forme sensiblement triangulaire large de 3,5s. On intègre ensuite le coefficient de corrélation obtenus sur chaque axe X, Y et Z sur une durée de 15 minutes (étape 52) et on affecte à la valeur T la somme des carrés des valeurs du coefficient de corrélation estimées sur chaque axe X, Y et Z (étape 53).
En E6, on détermine une donnée TR représentative de l'occurrence d'un piétinement chez l'animal en identifiant (étape E61) une fréquence prédominante dans le spectre de fréquence pour une séquence de la projection de la composante de l'accélération suivant l'axe Y d'une minute et on affecte (étape E62) une valeur 1 si la fréquence identifiée est dans la plage de fréquences [150mHz ; 300mHz], -1 sinon.
Des exemples d'évolution au cours du temps des données Q, A, C et T à l'approche d'une mise-bas sont illustrés respectivement sur les figures 5A à 5D.
Le traitement des mesures s'achève en appliquant aux données Q, A, C, T et TR, dans une étape E7, un classifieur linéaire d'un algorithme de classification automatique binaire connu en soi, et en comparant la sortie de ce classifieur à un seuil S_class égal à 5.10⁵ dans ce mode de réalisation particulier de l'invention (étape E71). Ce classifieur permet de discriminer l'état de l'animal entre un état de préparation de la mise-bas et un état non-préparatoire en fonction de la valeur de la sortie du classifieur par rapport au seuil S_class.
Il convient de noter que ce mode de réalisation de l'invention permet dans 88% des cas une détection de la phase préparation de mise-bas, sans fausse alerte.
Un premier signal d'alerte est généré par le microcontrôleur 210, lorsque le résultat de la classification automatique binaire est un état de préparation de la mise-bas, dans l'étape E8. Ce deuxième signal d'alerte est émis par l'antenne 23 dans l'étape E80.
Dans ce mode de réalisation particulier de l'invention, dans une étape E9, on détermine en outre une donnée P représentative de l'état debout ou couché dudit animal. Dans cette étape E9, on compare (étape E91) la moyenne sur une période d'1 minute précédant l'instant de mesure t_mesure, des valeurs de la projection sur l'axe Y des mesures de l'accélération par rapport à une valeur seuil d'état égale à 0,2g et on affecte (étape E92) la valeur 1, correspondant à une position debout, lorsque la moyenne est inférieure à la valeur seuil d'état et la valeur 0 sinon, correspondant à une position couchée.
Dans une variante de ce mode de réalisation particulier de l'invention, il peut être envisagé de déterminer la donnée P à partir du nombre de changements de signe de l'accélération sur l'axe Y sur une période prédéterminée, par exemple d'1 minute. Si ce nombre de changement de signe est supérieur ou égal à un seuil, par exemple égal à 10 sur une période d'1 minute, on peut alors affecter la valeur 1, correspondant à une position debout, à la donnée P, et 0 sinon.
Un exemple d'évolution au cours du temps de la donnée P à l'approche d'une mise-bas est illustré sur la figure 5E.
On procède ensuite à une étape E10 de classification automatique binaire de l'état de l'animal entre un état de mise-bas difficile et un état de mise-bas facile à partir des données Q, A, C, T et P.
Un deuxième signal d'alerte est généré par le microprocesseur 210 dans une étape E20, dans le cas où la sortie du classifieur mis en œuvre lors de l'étape E10 est inférieure ou égale à une valeur seuil prédéterminée S, égal à - 0,8741 dans ce mode de réalisation particulier de l'invention. Ce deuxième signal d'alerte est émis par l'antenne 23 dans l'étape E30.
En relation avec la figure 4, on détaille l'étape E10.
Cette étape E10 commence par la formation (sous-étape E101) à partir de l'instant T₀ l'instant où ledit premier signal d'alerte est généré à l'étape E8, à et chaque l'instant t tel t=m.ΔT+T₀ avec m un entier et ΔT= 1mn, d'un vecteur de cinq variables réelles continues (M¹,M²,M³,M⁴,M⁵) à partir de la séquence des 240 valeurs successives des données Q, A, C, T et P sur une période d'une minute précédant l'instant t. Ce vecteur de cinq variables réelles continues (M¹,M²,M³,M⁴,M⁵) est obtenu directement de la façon suivante : M_i ¹=Q_i, M_i ³=T_i, M_i ⁴=C_i, M_i ⁵=A_i, avec i entier tel que 1≤i≤240, et M_i ² est la durée depuis le dernier changement d'une position couchée à debout ou vice-versa à l'index i estimée à partir de la séquence des valeurs successives de P.
On détermine ensuite, dans une sous-étape 102, un vecteur de caractéristiques F_t=(F_t ¹,F_t ²,F_t ³,F_t ⁴,F_t ⁵) où F_t ^k, 1≤k≤5, est le maximum des valeurs moyennes de M^k durant l'heure précédant l'instant t.
Il convient de noter que pour les instants précédant l'instant T₀, on attribue la valeur 0 aux variables discrètes M^k, 1≤k≤5.
En E103, on attribue à chaque caractéristique F^k, 1≤k≤5, du vecteur de caractéristiques un vote P_t ^k construit à partir du rapport, en échelle logarithme, de la probabilité P(F^k=F_t ^k |H₀) d'observer la caractéristique F^k sachant que la mise-bas est facile et de la probabilité P(F^k=F_t ^k |H₁) d'observer la caractéristique F^k sachant que la mise-bas est difficile, soit P_t ^k =log(P(F^k=F_t ^k | H₀)/ P(F^k=F_t ^k | H₁)).
P(F^k=F_t ^k |H₀) et P(F^k=F_t ^k |H₁) sont, dans la sous-étape E103, déterminées par comparaison avec une distribution statistique de référence construite à partir d'observations sur un échantillon d'animaux de référence.
On calcule ensuite, dans une sous-étape E104, un critère de décision f_t, ou classifieur, s'exprimant sous la forme :
où α₁ = 0,19, α₂ = 0,59, α₃ = 0,27; α₄ = 0,49 et α₅ = 0,27 et O _1=- 0,187, O _2=-0,107; O _3=- 0,206; O _4=- 0,003; O _5=- 0,138 dans ce mode de réalisation particulier de l'invention.
La valeur de ce critère de décision f_t constitue la sortie du classifieur mis en œuvre dans l'état E10.
Lors de l'étape E10, on calcule en outre (sous-étape E105) un indice de confiance C_t s'exprimant sous la forme :
où α_k, 1≤k≤5, sont des constantes , et $c_{t}^{k}$
est la confiance apportée par la caractéristique k, 1≤k≤5, qui s'exprime sous la forme : $c_{t}^{k} = {\begin{cases} 0.5 si P_{t}^{(0) k} ou P_{t}^{(1) k} = 0 . \\ \frac{P_{t}^{(1) k}}{P_{t}^{(0) k} + P_{t}^{(1) k}} sinon . \end{cases} avec p_{t}^{(0) k} = P (F^{k} = F_{t}^{k} | H_{0})$
la probabilité d'observer la caractéristique F^k sachant que la mise-bas est facile et $p_{t}^{(1) k} = P (F^{k} = F_{t}^{k} | H_{1})$
la probabilité d'observer la caractéristique F^k sachant que la mise-bas est difficile.
Ce coefficient de confiance est transmis à l'éleveur lorsque le deuxième signal d'alerte est émis.
L'exemple de mode de réalisation détaillé ci-dessus permet de détecter un vêlage difficile dans 82% des cas, avec un indice de confiance supérieur 0,78.
Par ailleurs, à l'étape E40, on détermine l'instant t_fin correspondant à la fin de la mise-bas. Cette étape E40 a pour but d'éviter qu'un deuxième signal d'alerte soit émis, de façon intempestive et inapproprié, après la fin du vêlage.
Cette étape E40 comprend le calcul (étape 401) à chaque instant t, tel t=m.ΔT+T₀ avec m un entier et ΔT= 1mn, de la somme St des variations des valeurs des données A représentatives de l'activité sur un intervalle de temps de 20 minutes précédant l'instant t et une détection du maximum des valeurs de S_t sur une période de 50 minutes, dont on déduit l'instant t_fin (étape 402).
Dans ce mode de réalisation particulier de l'invention, dès que l'instant t_fin est dépassé, le microcontrôleur est avantageusement configuré pour ne plus générer aucun deuxième signal d'alerte.
On notera qu'en outre, un signal d'alerte destiné à signaler l'occurrence d'une mise-bas anormalement longue est généré par le microcontrôleur 210 lorsqu'aucun deuxième signal d'alerte n'est généré 2 heures après la génération du premier signal d'alerte sans que l'instant de fin de mise-bas t_fin soit dépassé.

Claims

Procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal de la famille des bovins ou de la famille des équidés, comprenant une étape de mesure des composantes de l'accélération d'une portion de la queue dudit animal selon trois axes orthogonaux, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes dans cet ordre :
- traitement desdites mesures destiné à détecter une occurrence de ladite phase préparatoire comprenant :
- une étape de projection desdites mesures des composantes dans un repère orthonormé direct X, Y, Z où l'axe Z est vertical et dirigé vers le bas et l'axe X est horizontal et dans le prolongement du sacrum dudit animal, dans le cas où le repère formé par lesdits trois axes orthogonaux ne coïncident pas avec ledit repère orthonormé X, Y, Z ;

- au moins deux étapes parmi les étapes a), b), c) d) et e) suivantes :
a) détermination, pour chaque instant de mesure, d'une donnée Q représentative d'une position levée ou abaissée de ladite queue, comprenant une étape de calcul d'une valeur de l'angle de la queue par rapport à la verticale à partir des projections des mesures des composantes de l'accélération suivant les axes X et Z, ou des mesures des composantes de l'accélération, lorsque le repère formé par lesdits trois axes orthogonaux coïncide avec ledit repère orthonormé X, Y, Z, et une étape de comparaison dudit angle calculé avec une valeur d'angle seuil prédéterminée ;

b) détermination d'une donnée A représentative de l'activité dudit animal, pour chaque instant de mesure, comprenant une étape de calcul des variations de chacune des composantes de l'accélération par rapport à sa valeur moyenne sur une période prédéterminée à partir des projections des mesures des composantes de l'accélération suivant les axes X, Y et Z ou des mesures des composantes de l'accélération, lorsque le repère formé par lesdits trois axes orthogonaux coïncide avec ledit repère orthonormé X, Y, Z ;

c) détermination d'une donnée C représentative de l'occurrence d'une crise de colique chez ledit animal comprenant une étape d'application d'un filtre passe bande auxdites mesures des composantes de l'accélération sur au moins deux axes, et de préférence des composantes de l'accélération sur les axes X et Z ;

d) détermination d'une donnée T représentative de l'occurrence de contractions chez ledit animal comprenant une étape d'estimation du coefficient de corrélation, pour chaque composante de l'accélération, entre une séquence des mesures de cette composante de l'accélération et une séquence de données de référence ;

e) détermination d'une donnée TR représentative de l'occurrence d'un piétinement chez ledit animal comprenant une étape d'identification d'une fréquence prédominante dans le spectre de fréquence pour une séquence des mesures de la composante de l'accélération suivant l'axe Y afin d'établir si ladite fréquence est dans une plage de fréquences prédéterminée ;

- classification automatique binaire de l'état dudit animal entre un état de préparation de la mise-bas et un état non-préparatoire, à partir desdites données Q, A, C, T et/ou TR déterminées précédemment, représentatives respectivement d'une position levée ou abaissée de la queue, de l'activité, de l'occurrence d'une crise de colique, de l'occurrence de contractions et de l'occurrence d'un piétinement ;

- génération d'un premier signal d'alerte lorsque le résultat de ladite classification automatique binaire est un état de préparation de la mise-bas.
Procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape a) de détermination d'une donnée représentative d'une position levée ou abaissée de la queue et/ou ladite étape b) de détermination d'une donnée représentative de l'activité et/ou ladite étape d) de détermination d'une donnée représentative de l'occurrence de contractions et/ou ladite étape e) de détermination d'une donnée représentative de l'occurrence d'un piétinement comprend une étape de filtration desdites projections des mesures ou desdites mesures.
Procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que ladite étape a) de détermination d'une donnée représentative d'une position levée ou abaissée de la queue comprend une étape d'affectation à ladite donnée Q d'une première valeur, de préférence 1, lorsque ladite valeur de l'angle est supérieure ou égale à ladite valeur d'angle seuil et d'une deuxième valeur, de préférence 0 ou -1, lorsque ladite valeur de l'angle est inférieure à ladite valeur d'angle seuil.
Procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite valeur d'angle seuil est comprise entre 32° et 37°, de préférence est sensiblement égale à 35°.
Procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite étape a) de détermination d'une donnée Q représentative d'une position levée ou abaissée de ladite queue comprend en outre une étape de réaffection à ladite valeur Q, pour chaque instant de mesure t_mesure, d'une moyenne, sur un intervalle de temps prédéfini Δt, des valeurs affectées à la donnée Q pour les instants de mesure précédant l'instant de mesure t_mesure compris dans l'intervalle [t_mesure-Δt; t_mesure].
Procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite étape a) de détermination d'une donnée Q représentative d'une position levée ou abaissée de ladite queue comprend une étape de pondération de ladite valeur de l'angle de la queue par la valeur de la mesure de la composante de l'accélération, ou de sa projection, sur l'axe Y.
Procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite étape b) de détermination de l'activité dudit animal comprend une étape de calcul de la moyenne quadratique des variations des composantes de l'accélération suivant les axes X, Y et Z par rapport à leur valeur moyenne.
Procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, lors de la dite étape c) d'une donnée représentative de l'occurrence d'une crise de colique, les fréquences de coupure dudit filtre passe bande sont sensiblement égales à 6mHz et 12mHz.
Procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, dans ladite étape d) de détermination d'une donnée représentative de l'occurrence de contractions, ladite séquence de référence de données est une séquence de données représentatives d'un pic de forme sensiblement triangulaire.
Procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que, dans ladite étape e) de détermination de l'occurrence d'un piétinement, ladite plage de fréquences est bornée par les fréquences 150mHz et 300mHz.
Procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de détermination d'une donnée P représentative de l'état debout ou couché dudit animal comprenant une étape de comparaison de la moyenne sur une période prédéterminée, de préférence sensiblement égale à 1 minute, des valeurs des mesures des composantes de l'accélération, ou de leur projection, sur l'axe Y par rapport à une valeur seuil d'état prédéterminée et/ou une étape de comparaison du nombre de changement de signe de l'accélération sur l'axe Y sur ladite période prédéterminée par rapport à un nombre seuil.
Procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de classification automatique binaire de l'état dudit animal entre un état de mise-bas difficile et un état de mise-bas facile à partir d'au moins trois données, de préférence au moins quatre données, encore plus préférentiellement au moins cinq données, parmi les données Q, A, C, T, TR et P définies dans les revendications 1 ou 11.
Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour la mise en œuvre de l'étape de traitement des mesures du procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal selon l'une des revendications 1 à 12 et/ou de l'étape de classification automatique binaire de l'état dudit animal entre un état de mise-bas difficile et un état de mise-bas facile du procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal selon la revendication 12, lorsqu'il est exécuté par un processeur.
Support d'enregistrement lisible par un processeur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur pour la mise en œuvre de l'étape de traitement des mesures du procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal selon l'une des revendications 1 à 12 et/ou de l'étape de classification automatique binaire de l'état dudit animal entre un état de mise-bas difficile et un état de mise-bas facile du procédé de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal selon la revendication 12.
Dispositif de détection et de signalement de la phase préparatoire de mise-bas d'un animal de la famille des bovins ou de la famille des équidés comprenant un boitier étanche apte à être fixé sur une portion de la queue dudit animal contenant :
- un accéléromètre 3D destiné à mesurer les composantes de l'accélération de ladite portion de la queue selon 3 axes ;

- un support d'enregistrement selon la revendication 14 et un processeur apte à exécuter le programme d'ordinateur selon la revendication 13 enregistré sur ledit support d'enregistrement pour traiter lesdites mesures ;

- des moyens de génération d'un premier signal de radiocommunication destiné à alerter de l'imminence de la mise-bas dudit animal, configurés de sorte à générer ledit premier signal dans le cas où le résultat de la classification automatique binaire est un état de préparation de la mise-bas ;

- des moyens d'émission dudit premier signal généré à destination d'un collecteur formant relai ou d'un terminal.