ES2928062T3 - Procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal, dispositivo, soporte de registro y producto de programa de ordenador correspondientes - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un método de detección e indicación de la fase preparatoria del parto en un animal de la familia bovina o de la familia Equidae. Según la invención, dicho método comprende las etapas de: - medir las componentes de la aceleración de una parte de la cola de dicho animal a lo largo de tres ejes ortogonales; -procesar dichas medidas, estando destinado este procesamiento a detectar una ocurrencia de dicha fase preparatoria que comprende la determinación de al menos dos datos de entre: -dato Q representativo de una posición levantada o bajada de la cola; -dato Un representante de la actividad; -dato C representativo de la ocurrencia de un ataque de cólico; -dato T representativo de la ocurrencia de contracciones; -dato TR representativo de la ocurrencia del estampado, y una clasificación automática binaria de la condición de dicho animal entre una condición de preparación al parto y una condición de no preparación, a partir de dichos ítems de datos Q, A, C, T y/o TR; -generar una señal de alerta cuando el resultado de dicha clasificación automática binaria es una condición de preparación para el parto. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal, dispositivo, soporte de registro y producto de programa de ordenador correspondientes
1. Campo de la invención
El campo de la invención es el de la agricultura, y en particular la vigilancia de los bovinos y équidos.
Más precisamente, la invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo de detección y señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal de la familia de los bovinos o de los équidos.
La invención también permite discriminar si el parto es susceptible de desarrollarse sin dificultad o no.
2. Estado de la técnica
Es bien conocido que, sin intervención humana, una parte de las vacas o de las yeguas pierden a su recién nacido durante el parto.
Por lo tanto, es necesario que un ganadero ejerza, día y noche, una vigilancia de los animales que han llegado a término, con el fin de poder intervenir en caso necesario durante el parto para intentar salvar al recién nacido o reducir las complicaciones posparto.
También es común efectuar varios apareamientos de manera simultánea dentro de un mismo ganado, lo que complica la tarea de vigilancia del ganadero en la medición en que los partos de las vacas o las pariciones se produzcan en un mismo período.
Con el fin de evitar que un ganadero deba permanecer movilizado de manera permanente tanto de día como de noche, y para permitirle descansar durante el período del parto de la vaca o de la parición, se han propuesto diferentes técnicas.
Se conocen técnicas de detección del parto de las vacas que consisten en introducir sensores que miden la temperatura, la presión y/o la acidez en el interior del aparato genital de una vaca con el fin de identificar la inminencia del parto. Una de estas técnicas consiste, por ejemplo, en introducir un termómetro en el canal vaginal del animal que será expulsado con el saco amniótico.
Un inconveniente de estas técnicas intrusivas es que la introducción y el posicionamiento de los sensores en el aparato genital de la vaca es delicado, y que es una fuente de infección y/o de irritación para esta última.
Otro inconveniente de estas técnicas intrusivas es que las modificaciones metabólicas normales del animal debido a su actividad pueden provocar la activación de falsas alarmas.
Otro inconveniente de estas técnicas intrusivas es que son costosas de implementar.
También se ha propuesto fijar un inclinómetro de mercurio o de bola en la cola de una vaca o de una yegua, que activará una alarma cerca de la hora del parto, cuando la cola del animal permanezca levantada.
Un inconveniente de esta técnica es que plantea problemas de fiabilidad. En efecto, se constata que las alertas pueden activarse de manera imprevista, por ejemplo, cuando el animal cambia de posición o se acuesta.
También se ha propuesto atar la cintura de una vaca con un cinturón que mide la actividad uterina del animal y emite una alarma cuando aumenta la frecuencia de las contracciones.
Esta técnica presenta varios inconvenientes: el cinturón presenta un peligro para el animal si está demasiado apretado. Sin embargo, no debe estar demasiado flojo por riesgo de no funcionar correctamente, lo que obliga apretarlo cada 3 a 4 horas. Además, esta técnica es costosa y no permite en determinados casos distinguir las deformaciones debidas al trabajo del animal de otras deformaciones resultantes de una actividad normal del animal para comer o desplazarse. También se conoce del documento WO-A1-2013/186235 una técnica de detección de la inminencia de un parto poniendo un acelerómetro fijado en la cola de una vaca, con el fin de estimar la actividad global del animal a partir de las mediciones de la aceleración.
Un inconveniente de esta técnica conocida, que consiste en comparar la única actividad global con un umbral para detectar si el animal está en el punto de parir, es que no es lo suficientemente precisa para detectar la inminencia del parto en más del 50 al 60 %. de los animales.
También se conoce del documento US2015/230903 A1 una técnica de detección de la inminencia de un parto de un bovino o de un équido con la ayuda de un sensor de aceleración tridimensional colocado en la cola del animal, que consiste en comparar una secuencia de medición con una secuencia de referencia representativa de una manifestación de comportamiento del animal tal como las contracciones musculares, los cólicos resultantes de dolor uterino, el levantamiento de cola o una hiperactividad.
1. Objetivos de la invención
La invención tiene especialmente por objetivo superar los inconvenientes del estado de la técnica mencionados más arriba.
Más precisamente, la invención tiene por objetivo proporcionar una técnica de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal que sea fiable.
La invención tiene especialmente por objetivo, en al menos un modo de realización particular de la invención, proponer una tal técnica de detección y de señalamiento que presente una tasa de detección de la fase preparatoria del parto al menos igual al 80 % y ventajosamente superior al 85 %.
Otro objetivo de la invención es proporcionar una tal técnica de detección y de señalamiento que sea sencilla de implementar y tenga un precio de coste reducido.
La invención también tiene por objetivo proporcionar una técnica de detección y señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal que permita detectar si el parto se desarrolla sin dificultad o no.
Un objetivo de la invención es también proponer una tal técnica de detección y de señalamiento que sea reutilizable. Otro objetivo de la invención es proporcionar una técnica de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un bovino o un équido que sea reutilizable en varios animales, que requiera poco mantenimiento y que sea autónoma en energía en un período de varios años.
2. Exposición de la invención
Estos objetivos, así como otros que aparecerán a continuación, se alcanzan con la ayuda de un procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal de la familia de los bovinos o de la familia de los équidos según la reivindicación 1.
En el contexto de la invención, se entiende por la expresión "fase preparatoria del parto" en su acepción general. Por tanto, se trata de la fase que precede el encajamiento del feto en la pelvis, de una duración en general comprendida entre 2 y 24 horas, a lo largo de la cual se producen, especialmente, las primeras contracciones uterinas y la dilatación del cuello uterino.
Según la invención, un tal procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto comprende las siguientes etapas en este orden:
- medición de los componentes de la aceleración de una porción de la cola de dicho animal según de tres ejes ortogonales;
- procesamiento de las dichas mediciones destinado para detectar una ocurrencia de la dicha fase preparatoria que comprende:
- una etapa de proyección de las dichas mediciones de los componentes en un punto de referencia ortonormal directo X, Y, Z donde el eje Z está vertical y dirigido hacia abajo y el eje X está horizontal y en la prolongación del sacro del dicho animal, en el caso donde el punto de referencia formado por los dichos tres ejes ortogonales no coincide con el dicho punto de referencia ortonormal X, Y, Z;
- al menos dos etapas entre las siguientes etapas a), b), c), d) y e):
a) determinación, para cada instante de medición, de un dato Q representativo de una posición elevada o baja de la dicha cola, que comprende una etapa de cálculo de un valor del ángulo de la cola con respecto a la vertical a partir de las proyecciones de las mediciones de los componentes de la aceleración siguiendo los ejes X y Z, o de las mediciones de los componentes de la aceleración, cuando el punto de referencia formado por los dichos tres ejes ortogonales coincide con el dicho punto de referencia ortonormal X, Y, Z, y una etapa de comparación del dicho ángulo calculado con un valor del ángulo de umbral predeterminado;
b) determinación de un dato A representativo de la actividad del dicho animal, para cada instante de medición, que comprende una etapa de cálculo de las variaciones de cada uno de los componentes de la aceleración con respecto
a su valor promedio en un período predeterminado a partir de las proyecciones de las mediciones de los componentes de la aceleración siguiendo los ejes X, Y, y Z o de las mediciones de los componentes de la aceleración, cuando el punto de referencia formado por los dichos tres ejes ortogonales coincide con el dicho punto de referencia ortonormal X, Y, Z;
c) determinación de un dato C representativo de la ocurrencia de un ataque de cólico en el dicho animal que comprende una etapa de aplicación de un filtro de paso de banda a las dichas mediciones de los componentes de la aceleración en al menos dos ejes, y de preferencia de los componentes de la aceleración en los ejes X y Z;
d) determinación de un dato T representativo de la ocurrencia de contracciones en el dicho animal que comprende una etapa de estimación del coeficiente de correlación, para cada componente de la aceleración, entre una secuencia de mediciones de esta componente de la aceleración y una secuencia de datos de referencia;
e) determinación de un dato TR representativo de la ocurrencia de pisoteo en el dicho animal que comprende una etapa de identificación de una frecuencia predominante en el espectro de frecuencia para una secuencia de mediciones de la componente de la aceleración siguiendo el eje Y con el fin de establecer si la dicha frecuencia está en un rango de frecuencias predeterminado;
- clasificación automática binaria del estado del dicho animal entre un estado de preparación del parto y un estado no preparatorio, a partir de los dichos datos Q, A, C, T y/o TR determinados previamente, respectivamente representativos de una posición elevada o baja de la cola, de la actividad, de la ocurrencia de un ataque de cólico, de la ocurrencia de contracciones y de la ocurrencia de un pisoteo;
- generación de una primera señal de alerta cuando el resultado de la dicha clasificación automática binaria es un estado de preparación para el parto.
Por tanto, la invención propone explotar las mediciones de la aceleración de la cola de una vaca, de una yegua o de una asna para clasificar el estado del animal entre un estado de preparación del parto y un estado no preparatorio a partir de un número reducido de parámetros Q, A, C, T y/o TR.
En efecto, los inventores han constatado que en el animal los levantamientos de la cola, la actividad, los ataques de cólico, las contracciones y el pisoteo constituyen las manifestaciones más características que se pueden observar a través de los movimientos de la cola del animal durante la fase preparatoria del parto y que cada una de estas manifestaciones activa una secuencia específica y reproducible de movimientos al menos en una parte de una población bovina o equina. Los inventores también han constatado que estas secuencias específicas pueden variar entre dos razas de vacas o de yeguas.
En nueve modos de realización particulares de la invención, la dicha etapa de procesamiento de las dichas mediciones comprende respectivamente las etapas a) y b), a) y c), a) y d), a) y e), b) y c), b) y d), b) y e), c) y d), c) y e).
En un modo de realización particular de la invención, la dicha etapa de procesamiento de las dichas mediciones comprende al menos tres etapas de entre las etapas a), b), c), d) y e).
En un modo de realización particular de la invención, la dicha etapa de procesamiento de las dichas mediciones comprende las etapas a), b) y c) o d).
En un modo de realización particular de la invención, la dicha etapa de procesamiento de las dichas mediciones comprende al menos cuatro etapas entre las etapas a), b), c), d) y e).
En un modo de realización particular de la invención, la dicha etapa de procesamiento de las dichas mediciones comprende las etapas a), b), c) y d).
En un modo de realización particular de la invención, la dicha etapa de procesamiento de las dichas mediciones comprende las cinco etapas a), b), c), d) y e).
Por tanto, se mejora la tasa de detección de la fase preparatoria del parto en un grupo de animales.
En un modo de realización particular de la invención, el clasificador implementado en la dicha etapa de clasificación automática binaria es un clasificador lineal.
Según un aspecto particular de la invención, durante la dicha etapa de clasificación automática binaria, la salida del clasificador implementado en la dicha etapa de clasificación automática se compara con un umbral de clasificación predeterminado.
De manera ventajosa, la dicha etapa a) de determinación de un dato representativo de una posición elevada o baja de la cola y/o la dicha etapa b) de determinación de un dato representativo de la actividad y/o la dicha etapa d) de
determinación de un dato representativo de la ocurrencia de contracciones y/o la dicha etapa e) de determinación de un dato representativo de la ocurrencia de un pisoteo comprende una etapa de filtración de las dichas proyecciones de las mediciones o de las dichas mediciones.
Según un aspecto particular de la invención, la dicha etapa a) de determinación de un dato representativo de una posición elevada o baja de la cola comprende una etapa de afectación al dicho dato Q de un primer valor, de preferencia 1, cuando el dicho valor del ángulo es superior o igual al dicho valor de ángulo de umbral y de un segundo valor, de preferencia 0 o -1, cuando el dicho valor del ángulo es inferior al dicho valor de ángulo de umbral.
Según un aspecto preferido de la invención, el dicho valor de ángulo de umbral está comprendido entre 32° y 37°, de preferencia es sustancialmente igual a 35°.
En efecto, los inventores han constatado que un valor de ángulo de umbral próximo a 35° permite una clasificación eficaz del estado del animal.
En un modo de realización particular de la invención, la dicha etapa a) de determinación de un dato Q representativo de una posición elevada o baja de la dicha cola comprende además una etapa de reasignación al dicho valor Q, para cada instante de medición tmedición, de un promedio, en un intervalo de tiempo predefinido At, de los valores afectados al dato Q para los instantes de medición que preceden al instante de medición tmedición comprendido en el intervalo [tmedicián-Ati tmedicián].
En un modo de realización ventajoso de la invención, la dicha etapa a) de determinación de un dato Q representativo de una posición elevada o baja de la dicha cola comprende una etapa de ponderación del dicho valor del ángulo de la cola por el valor de la medición de la componente de aceleración, o de su proyección, sobre el eje Y.
Según un modo de realización particular de la invención, la dicha etapa b) de determinación de la actividad del dicho animal comprende una etapa de cálculo del promedio cuadrático de las variaciones de los componentes de la aceleración siguiendo los ejes X, Y, y Z con respecto a su valor promedio.
De preferencia, durante la dicha etapa c) de un dato representativo de la ocurrencia de un ataque de cólico, las frecuencias de corte del dicho filtro de paso de banda son sustancialmente iguales a 6 mHz y 12 mHz.
En efecto, los inventores han constatado que, los ataques de cólico se manifiestan por sacudidas que se repiten en el tiempo, espaciadas de 2 minutos 45 segundos a 5 minutos 30 segundos.
Preferentemente, en la dicha etapa d) de determinación de un dato representativo de la ocurrencia de contracciones, la dicha secuencia de referencia de datos es una secuencia de datos representativos de un pico de forma sustancialmente triangular.
Según un modo de realización particularmente ventajoso de la invención, en la dicha etapa e) de determinación de la ocurrencia de un pisoteo, el dicho rango de frecuencias está limitado por las frecuencias 150 mHz y 300 mHz.
En un modo de realización particular de la invención, un procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal, tal como se ha descrito más arriba comprende además una etapa de determinación de un dato P representativo del estado de pie o acostado del dicho animal que comprende una etapa de comparación del promedio en un período predeterminado, de preferencia sustancialmente igual a 1 minuto, de los valores de las mediciones de los componentes de la aceleración, o de su proyección, en el eje Y con respecto a un valor de umbral de estado predeterminado y/o una etapa de comparación del número de cambios de signo de la aceleración en el eje Y en el dicho período predeterminado con respecto a un número de umbral.
En efecto, los inventores han constatado que, a diferencia del caso en el que el animal está acostado, la aceleración promedio de la componente según el eje Y de la aceleración es sustancialmente nulo y se observa un número mínimo de cambios de signo de la aceleración siguiendo Y en un período predeterminado, cuando el animal está de pie. De manera preferencial, el dicho valor de umbral de estado es sustancialmente igual a 0,2 g.
En un modo de realización particularmente ventajoso de la invención, un procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal, tal como el descrito más arriba comprende además una etapa de clasificación automática binaria del estado del dicho animal entre un estado de parto difícil y un estado de parto fácil a partir de al menos tres datos, de preferencia al menos cuatro datos, aún más preferentemente al menos cinco datos, entre los datos Q, A, C, T, TR y P.
En un modo de realización particularmente ventajoso de la invención, la dicha etapa de clasificación automática binaria del estado del dicho animal entre un estado de parto difícil y un estado de parto fácil comprende las siguientes etapas:
- obtención en el instante t tal que t=m.AT+To siendo m un número entero, AT un intervalo de tiempo predeterminado y T0 es el instante en que se genera la dicha primera señal de alerta, de un vector de cinco variables reales continuas (M1,M2,M3,M4,M5) a partir de una secuencia de n valores sucesivos de los dichos datos Q, A, C, T y P en un período predeterminado que precede el instante t, donde Mi1=Qi, Mi3=Ti, Mi4= Ci, Mi5=Ai, siendo i un número entero tal que 1<i<n, y Mi2 es la duración desde el último cambio de una posición acostado a de pie o viceversa en el índice i estimado a partir de la secuencia de los valores sucesivos de P;
- determinación de un vector de características Ft=(Ft1 ,Ft2,Ft3,Ft4,Ft5) donde Ftk, 1<k<5, es el máximo de los valores promedios de Mk en los subintervalos del dicho período predeterminado;
- asignación a cada característica Fk, 1<k<5, del dicho vector de características de un voto Ptk =log(P(Fk=Ftk | H0)/P(Fk=Ftk | H1)) donde P(Fk=Ftk | H0) es la probabilidad de observar la característica Fk sabiendo que el parto es fácil y P(Fk=Ftk IH1) es la probabilidad de observar la característica Fk sabiendo que el parto es difícil, obtenidos por comparación con una distribución estadística de referencia construida a partir de observaciones en una muestra de animales de referencia;
- cálculo de un criterio de decisión ft que se expresa en la forma:
donde aky Ok son constantes predefinidas;
- generación de una segunda señal de alerta en caso de que el dicho criterio de decisión ft sea superior o igual a un valor S de umbral predeterminado.
Por tanto, de manera inédita, la invención propone discriminar el estado de parto del animal entre un estado de parto difícil y un estado de parto fácil a partir de los parámetros Q, A, C, T y P.
Según un aspecto ventajoso de la invención, el dicho intervalo de tiempo AT está comprendido entre 30 segundos y 2 minutos, de preferencia es sustancialmente igual a 1 minuto.
Según un aspecto particular de la invención, el dicho período predeterminado es de una duración sustancialmente igual a 1 hora.
En un modo de realización particular de la invención, un procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal, tal como se ha descrito más arriba comprende además una etapa de cálculo de un índice de confianza Ct que se expresa en la forma:
donde Ok, 1<k<5, es una constante predefinida, y es la confianza aportada por la característica k, 1<k<5, que se expresa en la forma:
con
# í£ = P(Fk FñHn'í
la probabilidad de observar la característica Fk sabiendo que el parto es fácil y
la probabilidad de observar la característica Fk sabiendo que el parto es difícil.
En un modo de realización ventajoso de la invención, un procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal, tal como se ha descrito más arriba comprende una etapa de determinación del instante tfinal correspondiente al final del parto, que comprende una etapa de cálculo en cada instante t de la suma St de las variaciones de los valores de los datos A representativos de la actividad en un intervalo de tiempo predefinido que precede el dicho instante t y una etapa de detección del máximo de los valores de St en un período predeterminado, permitiendo determinar el instante tfinal para el cual el dicho valor de St es máximo.
Según un aspecto particular de la invención, el dicho intervalo de tiempo predefinido implementado durante la dicha etapa de determinación del instante tfinal que corresponde al final del parto es de una duración sustancialmente igual a 20 minutos.
De manera preferencial, el dicho período predeterminado implementado durante la dicha etapa de determinación del instante tfinal que corresponde al final del parto es de una duración al menos igual a 30 minutos y de preferencia al menos igual a 50 minutos.
En un modo de realización ventajoso de la invención, un procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal, tal como se ha descrito más arriba comprende una etapa de generación de una señal de alerta destinada a señalar la ocurrencia de un parto anormalmente largo, cuando no se genera una segunda señal de alerta 2 horas después de la generación de la dicha primera señal de alerta.
En variantes de este modo de realización de la invención, la señal de alerta que señala la aparición de un parto anormalmente largo puede generarse en cualquier instante elegido entre 1hora y 2horas después de la generación de la dicha primera señal de alerta, sin salirse del contexto de la invención.
La invención también se refiere a un producto de programa de ordenador que comprende instrucciones de código de programa para la implementación de la etapa de procesamiento de las mediciones del procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal, tal como se ha descrito más arriba y/o de la etapa de clasificación automática binaria del estado del dicho animal entre un estado de parto difícil y un estado de parto fácil del procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal, tal como se ha descrito más arriba, cuando se ejecuta un procesador.
La invención también se refiere a un soporte de registro legible por un procesador en el cual se registra un programa de ordenador para la implementación de la etapa de procesamiento de mediciones del procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal, tal como se ha descrito más arriba y/o de la etapa de la etapa de clasificación automática binaria del estado del dicho animal entre un estado de parto difícil y un estado de parto fácil del procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal, tal como se ha descrito más arriba.
Finalmente, la invención también se refiere a un dispositivo de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal de la familia de los bovinos o de los équidos que comprende una caja estanca capaz de ser fijada en una porción de la cola del dicho animal que contiene:
- un acelerómetro 3D destinado para medir los componentes de la aceleración de la dicha porción de la cola según 3 ejes;
- un soporte de registro, tal como se ha descrito más arriba y un procesador capaz de ejecutar el programa de ordenador, tal como se ha descrito más arriba, registrando en el dicho soporte de registro para procesar las dichas mediciones;
- medios de generación de una primera señal de radiocomunicación destinados para alertar de la inminencia del nacimiento del dicho animal, configurados de modo que generen la dicha primera señal en el caso de que el resultado de la dicha clasificación automática binaria sea un estado de preparación del parto;
- medios de emisión de la dicha primera señal generada destinada a un colector que forma un relé o un terminal. Por tanto, el dispositivo según la invención integra de manera inteligente una aplicación de software registrada en un soporte de registro, asegurando un procesamiento completo de las mediciones del acelerómetro, lo que permite limitar el consumo de energía del dispositivo debido al hecho de que la cantidad de señales que emite hacia el exterior es muy reducida y por tanto le confiere una autonomía en energía particularmente extendida.
De manera ventajosa, la dicha primera señal emitida por los dichos medios de emisión tiene un alcance comprendido entre 150 y 500 metros.
Por tanto, la señal puede transmitirse a un relé situado en, o cerca, del establo o la granja donde está encerrado el animal, independientemente de la ubicación de este último en el edificio. La señal también se puede transmitir directamente en un terminal de comunicación del ganadero, tal como un teléfono móvil o un asistente personal, por ejemplo, si este último se encuentra cerca del edificio.
Según un modo de realización particular de la invención, un dispositivo de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal, tal como se ha descrito más arriba comprende medios de generación de una segunda señal de radiocomunicación destinada para alertar de la ocurrencia de un parto difícil del dicho animal, configurados de modo que generen la dicha segunda señal en el caso de que el dicho procesador calcule un criterio de decisión ft superior o igual al dicho valor S de umbral predeterminado, pudiendo los dichos medios de generación de la dicha segunda señal ser los dichos medios de generación de la dicha primera señal, y porque los dichos medios de emisión son capaces de emitir la dicha segunda señal generada destinada a un colector que forma un relé o un terminal.
5. Lista de las figuras
Otras características y ventajas de la invención aparecerán más claramente con la lectura de la siguiente descripción de un modo de realización de la invención, dado a título de ejemplo sencillo, ilustrativo y no limitativo, y de los dibujos adjuntos, entre los cuales:
- la Figura 1 es una vista esquemática de un dispositivo según la invención fijado en la cola de una vaca;
- la Figura 2 es una representación esquemática del contenido de la caja presentada con referencia a la Figura 1; - la Figura 3 es una representación, en forma de diagrama de las etapas, de un ejemplo de procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal según la invención;
- la Figura 4 detalla las subetapas de la etapa de clasificación automática binaria del estado de un animal entre un estado de parto difícil y un estado de parto fácil, del procedimiento presentado con referencia a la Figura 3;
- las Figuras 5A a 5E ilustran un ejemplo de evolución a lo largo del tiempo de los datos Q, A, C, T y P a medida que se aproxima el parto de un animal.
6. Descripción detallada de un ejemplo de modo de realización de la invención
Un dispositivo 10 de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto según la invención se representa con referencia a la Figura 1, fijado a la cola de una vaca 11.
El dispositivo 10 se presenta en forma de una caja 12 estanca cuya cara 13 en contacto con la cola de la vaca 11 tiene una forma sustancialmente troncocónica de modo que se ajuste adecuadamente a la forma de la cola.
Como se puede observar en la Figura 2, la cual es una representación esquemática de la caja 12, esta última contiene un acelerómetro 21 3D conectado a una tarjeta 22 electrónica que integra un microcontrolador 210, el cual realiza el procesamiento de las mediciones proporcionadas por el acelerómetro 21, y un circuito 24 integrado que asegura una optimización de la energía consumida por la caja 12. La aplicación de software que permite procesar las mediciones se registra en la memoria 211 flash del microcontrolador 210, la cual es leída por el procesador |j 1.
En el interior de la caja 12, también se encuentra una antena 23 que permite emitir una señal digital de acuerdo con el estándar GSM destinada a un relé o a un teléfono móvil y una batería L5, la cual alimenta el acelerómetro 21, la tarjeta 22 y la antena 23 en energía.
El microcontrolador 210 que integra la tarjeta 22 procesa las mediciones entregadas por el acelerómetro 21 y permite generar una primera señal de alerta, cuando se detecta la fase preparatoria del parto, y una segunda señal de alerta, cuando se detecta un parto de la vaca difícil. La primera y la segunda señal de alerta son emitidas por la antena 23, en este modo de realización particular de la invención.
En este modo de realización particular de la invención, las mediciones de los componentes de la aceleración son señaladas siguiendo una frecuencia de muestreo de 4 Hz.
Se observará que las mediciones de la aceleración no se conservan después del procesamiento. En efecto, estando el dispositivo 10 previsto para poder funcionar de manera continua durante varios años, y más precisamente durante 5 a 10 años en este modo de realización particular de la invención, no se puede considerar prever una memoria de almacenamiento de capacidad suficiente.
En la Figura 3 se representan de manera sinóptica, en forma de diagrama, las etapas E1 a E10 del procesamiento de las mediciones del procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de una vaca según la invención implementado en la aplicación de software, almacenadas en la memoria 211 flash.
Los componentes de la aceleración según tres ejes ortogonales x, y, y z vinculados a la caja 12 son medidas cada 25 minutos por el acelerómetro 21, en una etapa E0.
En una etapa E1, se proyectan las mediciones de los componentes en un punto de referencia ortonormal directo X, Y, Z, donde el eje Z es un eje vertical y dirigido hacia abajo, el eje X está horizontal y en la prolongación del sacro del dicho animal. Para este efecto, se ha calibrado previamente en el animal la posición del punto de referencia x, y, z vinculado a la caja con respecto al punto de referencia X, Y, Z.
Se determina entonces en E2 para cada instante de medición, un dato Q representativo de una posición elevada o baja de la dicha cola. Durante esta etapa E2, los componentes proyectadas de la aceleración se filtran inicialmente aplicando un filtro de primer orden (etapa E21) y se calcula un valor del ángulo de la cola con respecto a la vertical 0cola a partir de las proyecciones filtradas ax y az de las mediciones de los componentes de la aceleración siguiendo los ejes X y Z, aplicando la fórmula 0cola = atan(az/ax) (etapa E22). A continuación, el ángulo calculado se compara con un valor de ángulo de umbral de 35° (etapa E23). Se asigna un valor 256 a Q para el instante de medición tmedición si el ángulo calculado es superior o igual a 35°; en caso contrario, se asigna un valor 0 a Q.
Posteriormente se reasigna (etapa E24) a cada dato Q (tmedición) un promedio sobre los valores de Q en el intervalo de tiempo [tmedición-At; tmedición] que precede el instante de medición tmedición, con At=1 hora en este modo de realización particular de la invención, de modo que suavice las variaciones del dato Q.
En E3 se determina un dato A representativo de la actividad del animal calculando (etapa E31) un promedio cuadrático de las variaciones de los componentes proyectadas y filtradas de la aceleración siguiendo los ejes X, Y, y Z con respecto a su valor promedio en un minuto.
En E4, se determina un dato C representativo de la ocurrencia de un ataque de cólico en el animal aplicando (etapa 41) un filtro de paso de banda del tipo Chebyshev de orden 2 a las proyecciones de las mediciones de los componentes de la aceleración en los ejes X y Z cuyas frecuencias de corte son 6 mHz y 12 mHz y se asigna (etapa 42) la suma de los cuadrados de las proyecciones de las mediciones filtradas por el filtro de paso de banda al dato C.
En E5, se determina un dato T representativo de la ocurrencia de contracciones en el animal calculando una estimación (etapa 51) del coeficiente de correlación, para cada componente de la aceleración proyectada en el eje X, Y o Z, entre una secuencia de 3,5 s de la proyección de las mediciones de esta componente de la aceleración con un patrón de referencia formado por una secuencia de datos de un pico de forma sustancialmente triangular de 3,5 s de ancho. A continuación, se integra el coeficiente de correlación obtenido en cada eje X, Y, y Z en una duración de 15 minutos (etapa 52) y se le asigna al valor T la suma de los cuadrados de los valores del coeficiente de correlación estimados en cada eje X, Y, y Z (etapa 53).
En E6, se determina un dato TR representativo de la ocurrencia de un pisoteo en el animal identificando (etapa E61) una frecuencia predominante en el espectro de frecuencia para una secuencia de la proyección de la componente de la aceleración siguiendo el eje Y por un minuto y se asigna (etapa E62) un valor de 1 si la frecuencia identificada está en el rango de frecuencias [150 mHz; 300mHz], -1 en caso contrario.
En las Figuras 5A a 5D se ilustran respectivamente ejemplos de evolución a lo largo del tiempo de los datos Q, A, C y T a medida que se aproxima un parto.
El procesamiento de las mediciones se logra aplicando a los datos Q, A, C, T y TR, en una etapa E7, un clasificador lineal de un algoritmo de clasificación automática binaria conocido en sí, y comparando la salida de este clasificador con un umbral Sclasificador igual a 5.105 en este modo de realización particular de la invención (etapa E71). Este clasificador permite discriminar el estado del animal entre un estado de preparación del parto y un estado de no preparación con base en el valor de la salida del clasificador con respecto al umbral Sclasificador.
Cabe señalar que este modo de realización de la invención permite en el 88% de los casos una detección de la fase de preparación del parto, sin falsas alarmas.
Una primera señal de alerta es generada por el microcontrolador 210, cuando el resultado de la clasificación automática binaria es un estado de preparación del parto, en la etapa E8. Esta segunda señal de alerta es emitida por la antena 23 en la etapa E80.
En este modo de realización particular de la invención, en una etapa E9, se determina además un dato P representativo del estado de pie o acostado del dicho animal. En esta etapa E9, se compara (etapa E91) el promedio en un período de 1 minuto que precede el instante de medición tmedición, los valores de la proyección en el eje Y de las mediciones de
la aceleración con respecto a un valor umbral de estado igual a 0,2g y se asigna (etapa E92) el valor 1, que corresponde a una posición de pie, cuando el promedio es inferior al valor de umbral de estado y el valor 0 en caso contrario, que corresponde a una posición acostada.
En una variante de este modo de realización particular de la invención, se puede considerar determinar el dato P a partir del número de cambios de signo de la aceleración en el eje Y en un período predeterminado, por ejemplo, de 1 minuto. Si este número de cambios de signo es superior o igual a un umbral, por ejemplo, igual a 10 en un período de 1 minuto, se puede entonces asignar el valor 1 al dato P, que corresponde a una posición de pie, y 0 en caso contrario. En la Figura 5E se ilustra un ejemplo de evolución a lo largo del tiempo de los datos P a medida que se aproxima un parto.
A continuación, se procede a una etapa E10 de clasificación automática binaria del estado del animal entre un estado de parto difícil y un estado de parto fácil a partir de los datos Q, A, C, T y P.
Una segunda señal de alerta es generada por el microprocesador 210 en una etapa E20, en caso de que la salida del clasificador implementado durante la etapa E10 sea inferior o igual a un valor S de umbral predeterminado, igual a -0,8741 en este modo de realización particular de la invención. Esta segunda señal de alerta es emitida por la antena 23 en la etapa E30.
Con relación a la Figura 4, se detalla la etapa E10.
Esta etapa E10 comienza con la formación (subetapa E101) a partir del instante T0 el instante en que se genera la dicha primera señal de alerta en la etapa E8, en y cada instante t tal como t=m.AT+Tü siendo m un número entero y AT= 1mn, de un vector de cinco variables reales continuas (M1,M2,M3,M4,M5) a partir de la secuencia de los 240 valores sucesivos de los datos Q, A, C, T y P en un período de un minuto que precede el instante t. Este vector de cinco variables reales continuas (M1,M2,M3,M4,M5) se obtiene directamente de la siguiente manera: Mi1=Qi, Mi3=Ti, Mi4=Ci, Mi5=Ai, siendo i un número entero tal que 1<i<240, y Mi2 es la duración desde el último cambio de acostado a de pie o viceversa en el índice i estimado a partir de la secuencia de los valores sucesivos de P.
A continuación, se determina en una subetapa 102, un vector de características Ft=(Ft1,Ft2,Ft3,Ft4,Ft5) donde Ftk, 1<k<5, es el máximo de los valores promedios de Mk durante la hora que precede el instante t.
Cabe señalar que para los instantes que preceden el instante T0, se asigna el valor 0 a las variables discretas Mk, 1<k<5.
En E103, se asigna a cada característica Fk, 1<k<5, del vector de características un voto Ptk construido a partir del informe, en escala logarítmica, de la probabilidad P(Fk=Ftk |Hü) para observar la característica Fk sabiendo que el parto es fácil y de la probabilidad P(Fk=Ftk |Hi) para observar la característica Fk sabiendo que el parto es difícil, siendo Ptk =log(P(Fk=Ftk | Hc)/P(Fk=Ftk | H1)).
P(Fk=Ftk IH0 ) y P(Fk=Ftk IH1) son, en la subetapa E103, determinadas por comparación con una asignación estadística de referencia construida a partir de observaciones en una muestra de animales de referencia.
A continuación, se calcula en una subetapa E104, un criterio de decisión ft, o clasificador, que se expresa en la forma:
donde a1 = 0,19, a2 = 0,59, a3 = 0,27; a4 = 0,49 y a5 = 0,27 y O1=- 0,187, O2=-0,107; O3=- 0,206; O4=- 0,003; O5=-0,138 en este modo de realización particular de la invención.
El valor de este criterio de decisión ft constituye la salida del clasificador implementado en el estado E10.
Durante la etapa E10, se calcula además (subetapa E105) un índice de confianza Ct que se expresa en la forma:
t .v
donde ak, 1<k<5, son constantes, y * es la confianza aportada por la característica k, 1<k<5, que se expresa en la forma:
la probabilidad de observar la característica Fk sabiendo que el parto es fácil y Vi ' P(Fk Ftm la probabilidad de observar la característica Fk sabiendo que el parto es difícil.
Este coeficiente de confianza se transmite al ganadero cuando se emite la segunda señal de alerta.
El ejemplo de modo de realización detallado más arriba permite detectar un parto de vaca difícil en el 82 % de los casos, con un índice de confianza superior a 0,78.
Además, en la etapa E40, se determina el instante tfinal que corresponde al final del parto. Esta etapa E40 tiene por objetivo evitar que se emita una segunda señal de alerta, de manera imprevista e inoportuna, después de la finalización del parto.
Esta etapa E40 comprende el cálculo (etapa 401) en cada instante t, tal que t=m.AT+To siendo m un número entero y AT= 1mn, de la suma St de las variaciones de los valores de los datos A representativos de la actividad en un intervalo de tiempo de 20 minutos que precede el instante t y una detección del máximo de los valores de St en un periodo de 50 minutos, de lo cual se deduce el instante tfinal (etapa 402).
En este modo de realización particular de la invención, tan pronto como el instante tfinal se excede, el microcontrolador está ventajosamente configurado para no generar más una segunda señal de alerta.
Se señalará además que, una señal de alerta destinada para señalar la ocurrencia de un parto anormalmente largo es generada por el microcontrolador 210 cuando no se genera una segunda señal de alerta 2 horas después de la generación de la primera señal de alerta sin que el instante tfinal de finalización del parto sea excedido.
Claims (15)
1. Procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal de la familia de los bovinos o de los équidos, que comprende una etapa de medición de los componentes de la aceleración de una porción de la cola del dicho animal según tres ejes ortogonales, caracterizado porque comprende las siguientes etapas en este orden:
- procesamiento de las dichas mediciones destinadas para detectar una ocurrencia de la dicha fase preparatoria que comprende:
- una etapa de proyección de las dichas mediciones de los componentes en un punto de referencia ortonormal directo X, Y, Z donde el eje Z está vertical y dirigido hacia abajo y el eje X está horizontal y en la prolongación del sacro del dicho animal, en el caso de que el punto de referencia formado por los dichos tres ejes ortogonales no coincida con el dicho punto de referencia ortonormal X, Y, Z;
- al menos dos etapas entre las siguientes etapas a), b), c), d) y e):
a) determinación, para cada instante de medición, de un dato Q representativo de una posición elevada o baja de la dicha cola, que comprende una etapa de cálculo de un valor del ángulo de la cola con respecto a la vertical a partir de las proyecciones de las mediciones de los componentes de la aceleración siguiendo los ejes X y Z, o de las mediciones de los componentes de la aceleración, cuando el punto de referencia formado por los dichos tres ejes ortogonales coincide con el dicho punto de referencia ortonormal X, Y, Z, y una etapa de comparación del dicho ángulo calculado con un valor de ángulo de umbral predeterminado;
b) determinación de un dato A representativo de la actividad del dicho animal, para cada instante de medición, que comprende una etapa de cálculo de las variaciones de cada una de los componentes de la aceleración con respecto a su valor promedio en un período predeterminado a partir de las proyecciones de las mediciones de los componentes de la aceleración siguiendo los ejes X, Y, y Z o de las mediciones de los componentes de la aceleración, cuando el punto de referencia formado por los dichos tres ejes ortogonales coincide con el dicho punto de referencia ortonormal X, Y, Z;
c) determinación de un dato C representativo de la ocurrencia de un ataque de cólico en el dicho animal que comprende una etapa de aplicación de un filtro de paso de banda a las dichas mediciones de los componentes de la aceleración en al menos dos ejes, y de preferencia de los componentes de la aceleración en los ejes X y Z;
d) determinación de un dato T representativo de la ocurrencia de contracciones en el dicho animal que comprende una etapa de estimación del coeficiente de correlación, para cada componente de la aceleración, entre una secuencia de las mediciones de esta componente de la aceleración y una secuencia de datos de referencia;
e) determinación de un dato TR representativo de la ocurrencia de un pisoteo en el dicho animal que comprende una etapa de identificación de una frecuencia predominante en el espectro de frecuencia para una secuencia de mediciones de la componente de la aceleración siguiendo el eje Y con el fin de establecer si la dicha frecuencia está en un rango de frecuencias predeterminado;
- clasificación automática binaria del estado del dicho animal entre un estado de preparación del parto y un estado no preparatorio, a partir de los dichos datos Q, A, C, T y/o TR determinados previamente, representativos respectivamente de una posición levantada o baja de la cola, de la actividad, de la ocurrencia de un ataque de cólico, de la ocurrencia de contracciones y de la ocurrencia de un pisoteo;
- generación de una primera señal de alerta cuando el resultado de la dicha clasificación automática binaria es un estado de preparación del parto.
2. Procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal según la reivindicación 1, caracterizado porque la dicha etapa a) de determinación de un dato representativo de una posición elevada o baja de la cola y/o la dicha etapa b) de determinación de un dato representativo de la actividad y/o la dicha etapa d) de determinación de un dato representativo de la ocurrencia de contracciones y/o la dicha etapa e) de determinación de un dato representativo de la ocurrencia de un pisoteo comprende una etapa de filtración de las dichas proyecciones de las mediciones o de las dichas mediciones.
3. Procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque la dicha etapa a) de determinación de un dato representativo de una posición elevada o baja de la cola comprende una etapa de asignación al dicho dato Q un de un primer valor, de preferencia 1, cuando el dicho valor del ángulo es superior o igual al dicho valor de ángulo de umbral y de un segundo valor, de preferencia 0 o -1, cuando el dicho valor del ángulo es inferior que el dicho valor de ángulo de umbral.
4. Procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el dicho valor de ángulo de umbral está comprendido entre 32° y 37°, de preferencia es sustancialmente igual a 35°.
5. Procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la dicha etapa a) de determinación de un dato Q representativo de una posición elevada o baja de la dicha cola comprende además una etapa de reasignación al dicho valor Q, para cada instante de medición tmedición, de un promedio, en un intervalo de tiempo predefinido At, de los valores asignados al dato Q para los instantes de medición que preceden el instante de medición tmedición comprendido en el intervalo [tmedicián-Ati tmedicián].
6. Procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la dicha etapa a) de determinación de un dato Q representativo de una posición elevada o baja de la dicha cola comprende una etapa de ponderación del dicho valor del ángulo de la cola por el valor de la medición de la componente de la aceleración, o de su proyección, en el eje Y.
7. Procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la dicha etapa b) de determinación de la actividad del dicho animal comprende una etapa de cálculo del promedio cuadrático de las variaciones de los componentes de la aceleración siguiendo los ejes X, Y, y Z con respecto a su valor promedio.
8. Procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque, durante la dicha etapa c) de un dato representativo de la ocurrencia de un ataque de cólico, las frecuencias de corte del dicho filtro de paso de banda son sustancialmente iguales a 6 mHz y 12 mHz.
9. Procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque, en la dicha etapa d) de determinación de un dato representativo de la ocurrencia de contracciones, la dicha secuencia de referencia de datos es una secuencia de datos representativos de un pico de forma sustancialmente triangular.
10. Procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque, en la dicha etapa e) de determinación de la ocurrencia de un pisoteo, el dicho rango de frecuencias está limitado por las frecuencias 150 mHz y 300 mHz.
11. Procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque comprende además una etapa de determinación de un dato P representativo del estado de pie o acostado del dicho animal que comprende una etapa de comparación del promedio en un período predeterminado, de preferencia sustancialmente igual a 1 minuto, de los valores de las mediciones de los componentes de la aceleración, o de su proyección, en el eje Y con respecto a un valor de umbral de estado predeterminado y/o una etapa de comparación del número de cambios de signo de la aceleración en el eje Y en el dicho período predeterminado con respecto a un número de umbral.
12. Procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque comprende además una etapa de clasificación automática binaria del estado del dicho animal entre un estado de parto difícil y un estado de parto fácil a partir de al menos tres datos, de preferencia al menos cuatro datos, aún más preferentemente al menos cinco datos, entre los datos Q, A, C, T, TR y P definidos en las reivindicaciones 1 o 11.
13. Producto de programa de ordenador que comprende instrucciones de código de programa para la implementación de la etapa de procesamiento de las mediciones del procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal según una de las reivindicaciones 1 a 12 y/o de la etapa de clasificación automática binaria del estado del dicho animal entre un estado de parto difícil y un estado de parto fácil del procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal según la reivindicación 12, cuando es ejecutado por un procesador.
14. Soporte de registro legible por un procesador en el cual se registra un programa de ordenador para la implementación de la etapa de procesamiento de las mediciones del procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal según una de las reivindicaciones 1 a 12 y/o de la etapa de clasificación automática binaria del estado del dicho animal entre un estado de parto difícil y un estado de parto fácil del
procedimiento de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal según la reivindicación 12.
15. Dispositivo de detección y de señalamiento de la fase preparatoria del parto de un animal de la familia de los bovinos o de los équidos que comprende una caja estanca capaz de ser fijada en una porción de la cola del dicho animal que contiene:
- un acelerómetro 3D destinado para medir los componentes de la aceleración de la dicha porción de la cola según 3 ejes;
- un soporte de registro según la reivindicación 14 y un procesador capaz de ejecutar el programa de ordenador según la reivindicación 13 registrado en el dicho soporte de registro para procesar las dichas mediciones;
- medios de generación de una primera señal de radiocomunicación destinada para alertar de la inminencia del parto del dicho animal, configurados de modo que generen la dicha primera señal en el caso de que el resultado de la clasificación automática binaria sea un estado de preparación del parto;
- medios de emisión de la dicha primera señal generada destinada a un colector que forma un relé o un terminal.
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