JP2017000062A - 鶏舎監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】鶏舎において、病気に羅患した個体を早期に発見することができる監視システムを提供する。【解決手段】ニワトリの疾患の中では、呼吸器系に障害を起こす場合が多い。そこで、少なくとも３個以上のマイク１０と、マイク１０のそれぞれの出力から予め決められた周波数成分を分離するフィルタ２４と、フィルタ２４の出力とマイク１０の位置から、前記周波数成分を発生した地点を算出する制御装置３０と、前記算出された位置を指し示す指示装置４０を有し、呼吸器系の障害で生じる特有の音を検知し、その音が発生した位置を特定する鶏舎監視システムである。【選択図】図１

Description

本発明は食肉用として鶏舎中で飼育される食肉用ニワトリ（所謂ブロイラー）や、採卵用のニワトリ（所謂レイヤー）を飼育する鶏舎を監視するシステムに関する。特に呼吸器関連の疾病をすばやく検出する鶏舎監視システムに関する。

現在ニワトリはほとんどが家畜用として育てられている。ニワトリは卵および食肉として、世界中で重要な蛋白源となっている。そして、卵および食用肉としての生産性を向上させるために、ニワトリ自体を採卵に適した種と食肉用に適した種として品種改良が行われてきた。採卵用のニワトリは、レイヤーと呼ばれ、食肉用のニワトリはブロイラーと呼ばれている。

ブロイラーは、その肉を得るために短期間で急成長するように品種が改良されている。現在では、ブロイラーは、通常のニワトリなら４〜５ヶ月で成鳥となるところ、４０〜５０日で成鳥となり出荷が可能となる。また、１ｋｇの肉を得るために与える餌の量としては、牛が１５ｋｇ、豚が６ｋｇに対して、ブロイラーは、わずか２．１ｋｇでよい。すなわち、食肉用の家畜として大変生産性が高い動物となっている。

さらに、生産性を高めるため、ブロイラーは、１ｍ^２あたり、１６羽から１８羽という高い密度で飼育される（密飼）場合が多い。このような状態では、１羽が疫病に罹患すると周囲のニワトリにも早い速度で伝染する。したがって、ニワトリが罹患したら早期発見と、罹患したニワトリ周囲のニワトリの早期隔離が、ニワトリの産生を高めるには重要な要因となる。

なんらかの疫病に罹患したニワトリ（以後「異常なニワトリ」ともいう。）の有無については、従来人間の五感によって発見するという方法がとられていた。これは飼育員が定期の見回りを行った際に、異常なニワトリを発見することに頼るものである。つまり鶏舎内の疫病の発生の発見を偶然に頼るというものである。このような方法では、人間が気がついたときには、かなり感染が広がってからという場合が少なくない。

一方、従来鶏舎内の疫病の早期発見を目指すものとしては、特許文献１のものがあった。これは、医学用実験用動物やペットショップ、養鶏場等の動物の飼育室、或いは人間の居室において、その中の一部に病気が発生すると感染が拡大して甚大な被害が発生する恐れがあったという課題を解決するために、動物の飼育室や人間の居室の排気用ファンに設けたフィルターや、それらの室内に設置した帯電不織布で室内の浮遊物を捕集し、溶出液に浸漬して捕集物を溶出させ、溶出液中の微生物の遺伝子検査を行って、室内の微生物を検出することにより、病原菌等を早期発見し、感染の拡大を防止するというものであった。

特開２００５−１０２６８６号公報

特許文献１は、鶏舎においても適用できるものであるが、微生物の遺伝子検査を行うのは手間がかかるものである。また、鶏舎内の空気を一定期間毎にサンプリングして、遺伝子検査を行うので、サンプリングの期間は、疫病の発生を知ることができないといった課題があった。

本発明は上記の課題に鑑みて想到されたものであり、全ての疾患に対して有効なわけではないが、多くの種類のニワトリの疾患を早期に発見することができる監視システムを提供するものである。

より具体的に本発明に係る鶏舎監視システムは、
少なくとも３個以上のマイクと、
前記マイクのそれぞれの出力から予め決められた周波数成分を分離するフィルタと、
前記フィルタの出力と前記マイクの位置から、前記周波数成分を発生した地点を算出する制御装置と、
前記算出された位置を指し示す指示装置を有することを特徴とする。

ニワトリは、疾患にかかると、初期段階の症状として、呼吸器系に影響が及ぶ場合が多い。したがって、呼吸音や鳴き声等に直ぐに変化が現れる。本発明の鶏舎監視システムは、鶏舎内の音をモニタし、特定の周波数帯域の音の発生を検出することで、疫病発生の可能性を通知すると共に、疫病に罹患したニワトリの存在位置を指示することができる。

したがって、人間は、早い段階で、そのニワトリおよびその周囲のニワトリを別途隔離することができる。そのため、疾患で鶏舎中のニワトリが全滅することを回避することができる。

本発明に係る鶏舎監視システムの構成を示す図である。 ３本のマイクで音源の位置を特定する原理を示す図である。 鶏舎監視システムを鶏舎内に配置した状態を示す図である。 鶏舎監視システムの動作を示すフロー図である。 病気音検出を詳細に示すフロー図である。

以下に図面を用いながら、本発明に係る鶏舎監視システムについて説明を行う。なお、以下の説明は本発明の一態様を例示するものであり、本発明に係る鶏舎監視システムは、以下の説明を本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変することができる。

本発明に係る鶏舎監視システムが対象とする疫病は、感染若しくは感染初期に呼吸器系に異常をきたす疫病である。具体的には、ニューカッスル病、鶏痘、伝染性気管支炎、伝染性喉頭気管支炎、鶏マイコプラズマ、伝染性コリーザ、頭部腫脹症候群（Ｓｗｏｌｌｅｎ Ｈｅａｄ Ｓｙｎｄｒｏｍｅ）などが挙げられる。

これらの疫病に罹患すると、その初期症状としてくしゃみ、咳、開口呼吸、ゴロゴロ音、鼾といった症状が発生する。以後これらの音を「病気音」と呼ぶ。

図１に本発明に係る鶏舎監視システム１の構成を示す。鶏舎監視システム１は、複数のマイク１０と、マイク１０毎に設けられた病気音検出装置２０と、各病気音検出装置２０と接続された制御装置３０と、制御装置３０に接続された指示装置４０を含む。なお、図１には、マイク１０と病気音検出装置２０は１組だけを示した。

また、制御装置３０は、鶏舎の照明６０を制御できるのが望ましい。後述するように、何らかの疫病に罹患したニワトリの存在が検知された場合、鶏舎全体の照明６０を落とし、ニワトリの動きを止めるためである。

マイク１０は鶏舎に対して少なくとも３本以上設置されるのが望ましい。所謂平飼いされているニワトリは、２次元平面内にいると考えてよい。２次元平面内で位置を特定するには、最低３本のマイクが必要となるからである。

また、マイク１０は指向性の範囲が広い方が好ましい。２次元平面内で発生した音の発生場所を特定する場合、各マイク１０で拾ったその音の音圧を頼りに発生場所を算出する。その場合、各マイク１０の指向性はあまり強くないほうが、高い精度を得ることができるからである。

なお、指向性の高いマイクを数多く配置することができれば、指向性の高いマイクを用いても良い。各マイク１０は鶏舎内で生じた音を電気信号Ｓｍとして出力する。また、各マイク１０にはそれぞれ識別ＩＤが付与されている。

病気音検出装置２０は、鶏舎内で発生した音に、病気音が含まれる場合にそれを抽出する。病気音検出装置２０は、録音部２２と、フィルタ部２４と比較制御部２６を有する。また、比較制御部２６には、メモリ２６ｂが備えられ、病気音検出装置２０全体の動作を行うためのプログラムと、病気音のサンプルが記憶されている。

録音部２２は、マイク１０からの電気信号Ｓｍを時刻Ｔと共に記録する。記録時間は特に限定されないが、７２時間以上あれば望ましい。病気音の発生を後から調査する際に、７２時間あれば足りるからである。

また録音部２２は規定の時間毎に録音波形ＳＳｍを出力する。規定時間は後段のフィルタ部２４で周波数分析ができるのに十分な時間であればよい。サンプリング周波数が２００ｋＨｚ程度の通常のＦＦＴであれば、数秒から十数秒のサンプルを周波数分析すれば十分である。

フィルタ部２４は、録音部２２からの録音波形ＳＳｍを周波数成分に変換する。これはＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）が好適に利用できる。フィルタ部２４は、録音波形ＳＳｍを周波数成分ＦＳｍに変換する。

比較制御部２６は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）２６ａと、メモリ２６ｂからなるコンピュータで好適に構成することができる。比較制御部２６は、フィルタ部２４が出力する周波数成分ＦＳｍと病気音サンプルＦＳｄとを比較する。また、比較制御部２６は、病気音検出装置２０自体の動作を制御する。メモリ２６ｂには、比較制御部２６の動作を決めるプログラムと、病気音サンプルＦＳｄが記憶されている。

病気音サンプルＦＳｄとは、ニワトリが各種の疾患に羅患した際に、発する声（病気音）のサンプルの周波数成分である。また、病気音自体（時間成分）を記憶していてもよい。また、病気音サンプルＦＳｄは、疾患の初期、中期、末期といった羅患してからの症状の進み具合によるサンプルを有していても良い。例えば、ニューカッスル病の初期症状音とニューカッスル病の中期症状音、ニューカッスル病の末期症状音などである。

比較制御部２６は、フィルタ部２４の出力である周波数成分ＦＳｍが病気音サンプルＦＳｄのどれかに一致した場合に、その音の録音時刻Ｔａとマイク１０の識別ＩＤおよびフィルタ部２４の出力である周波数成分ＦＳｍを制御装置３０に通知信号Ｓａとして送信する。

制御装置３０は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）３０ａと、メモリ３０ｂと、入出力装置３０ｃを含むコンピュータが好適に利用できる。メモリ３０ｂには、システム全体を稼動させるためのプログラムが記憶されている。

また、メモリ３０ｂには、各マイク１０の識別ＩＤとその位置情報Ｐｍが記憶されている。したがって、１つの病気音検出装置２０から病気音の通知があれば、その信号を拾ったマイク１０の鶏舎内での位置を特定することができる。また、そのマイク１０の周辺のマイク１０も特定することができる。

また、制御装置３０は鶏舎の照明６０と制御可能に接続されていてもよい。病気音を検出したら、異常なニワトリの存在が疑われる。したがって、鶏舎内の照明６０を落とし、ニワトリの動きを止めるのが好ましいからである。これは異常なニワトリに接触するニワトリの数を制限することと、隔離すべきニワトリの集団を小さくするためである。したがって、制御装置３０は鶏舎の照明６０に対して、ＯＮ／ＯＦＦや照度の調整、照明の色の変更といった内容を変更できる指示信号Ｃｄを送信できる。

指示装置４０は、制御装置３０が特定した異常なニワトリの存在地点を指示する装置である。これはビーム形状が円形若しくは楕円形のレーザーポインターが好適に利用できる。制御装置３０は、病気音検出装置２０が病気音を検出した場合は、複数のマイク１０から同時刻のサンプリング音を取得し、その音圧レベルから病気音が発生された鶏舎内の位置を算出する。指示装置４０は、その位置を円形若しくは楕円形のビーム形のレーザービームで指示をする。作業者が異常なニワトリおよび、その周囲のニワトリを特定しやすくするためである。

次にマイク１０による位置特定について説明する。複数のマイク１０を設定しておくと、設定したマイク１０が囲む範囲内で音が発生した場合、音の発生位置を特定することができる。本発明ではその方法は特に限定されるものではないが、一例を示す。

図２に測定原理を説明する図を示す。なお、鶏舎の場合は、ニワトリは床面におり、マイク１０は、天井付近に備えられる。したがって、３次元での測定であるが、説明のため２次元で説明する。３次元内でも以下の原理が成立するのはいうまでもない。

三角形の領域Ａがあるとして、その頂点にそれぞれマイク１０ａ、マイク１０ｂ、マイク１０ｃが備えられているとする。今それぞれの座標は（ｘａ、ｙａ）、（ｘｂ、ｙｂ）、（ｘｃ、ｙｃ）とする。今、点Ｘ（座標は（ｘ、ｙ））で音が発生したとする。位置Ｘは音源の位置である。各マイクと音源との距離はそれぞれｒａ、ｒｂ、ｒｃとする。

音源で発生した音の波は四方へ広がり、３つのマイクで検出される。３つのマイク（マイク１０ａ、マイク１０ｂ、マイク１０ｃ）で検出した音の音圧レベルをＶａ、Ｖｂ、Ｖｃとする。単位はそれぞれ（ｄＢ）である。図２で点線は波面を表す。

よく知られているように、ある場所で音が発生した場合、そこから距離ｒ１はなれた場所（Ｍ１）での音圧Ｉ１と、距離ｒ２はなれた場所（Ｍ２）での音圧Ｉ２との間には、Ｉ２＝（ｒ１／ｒ２）^２＊Ｉ１の関係がある。したがって、これを音圧レベルに換算すると（１）式のようになる。

図２の３本のマイク１０ａ、マイク１０ｂ、マイク１０ｃに適用すると、音圧レベルＶａ、Ｖｂ、Ｖｃと点音源からの距離ｒａ、ｒｂ、ｒｃとの関係は以下のようになる。

なお、ｒａ、ｒｂ、ｒｃは以下の関係がある。

上記の距離ｒａ、ｒｂ、ｒｃは、３本のマイク１０ａ、マイク１０ｂ、マイク１０ｃの位置と点音源との距離であり、距離ｒａ、ｒｂ、ｒｃは、式（５）、（６）、（７）の関係がある。ここで未知数はｘとｙだけで、式は３つある。したがって、点音源の位置（ｘ、ｙ）は上記の式（２）〜（７）から求めることができる。また、（２）〜（４）式を用いて距離ｒａ、ｒｂ、ｒｃの比率を求めても、点音源Ｘの位置を特定することができる。

次に鶏舎監視システム１の動作について説明する。図３は、鶏舎５０内に鶏舎監視システム１を配置した様子の平面図を示す。また図４には、鶏舎監視システム１の動作のフローを示す。図３では、マイク１０は８個（１０_１〜１０_８）と、ここのマイク１０に接続された病気音検出装置２０が８個（２０_１〜２０_８）がある場合を例示する。

これらの病気音検出装置２０の出力は制御装置３０に接続されている。また、制御装置３０は指示装置４０と接続されている。また制御装置３０は、鶏舎５０の照明６０とも接続されており、照明６０を制御することができる。

鶏舎監視システム１が稼動を開始したら（ステップＳ１００）、終了判断を行う（ステップＳ１０２）。終了判断の要件は特に限定されるものではない。制御装置３０に対する停止の指示信号であってもよいし、全体に供給される電源の停電であってもよい。終了する場合（ステップＳ１０２のＹ分岐）は鶏舎監視システム１は停止する（ステップＳ１２０）。

継続する場合（ステップＳ１０２のＮ分岐）は、病気音の検出の有無を調べる（ステップＳ１０４）。この処理は、病気音検出装置２０が行っている。この処理の詳細は後述する。何れの病気音検出装置２０も病気音を検出しなかったら（ステップＳ１０６のＮ分岐）、ステップＳ１０４に戻り、病気音の検出処理を行う。

何れかの病気音検出装置２０が病気音を検出したら（ステップＳ１０６のＹ分岐）、制御装置３０は以下の位置特定の処理に移る。この時制御装置３０は、通知信号Ｓａを送信した病気音検出装置２０に接続されているマイク１０の識別ＩＤと検出した録音時刻Ｔａと検出した周波数成分ＦＳｍおよび病名を受信している。複数の病気音検出装置２０から通知があった場合は、周波数成分ＦＳｍの出力が最も大きな病気音検出装置２０からの通知信号Ｓａを採用してもよい。

今図３の十字印の点で病気音が発生したとする。この点はマイク１０_４、マイク１０_６、マイク１０_７に囲まれた領域にある。この十字印に最も近いのはマイク１０_６で、次に近いのはマイク１０_７で、マイク１０_４はこの３つの中で最も遠い。したがって、病気音検出装置２０_４、病気音検出装置２０_６、病気音検出装置２０_７、から通知信号Ｓａが制御装置３０に送られる。もちろん、その他の病気音検出装置２０からも病気音の検出を通知されることはある。しかし、他の病気音検出装置２０からの信号は強度がこの３つの病気音検出装置２０より小さいので、採用しなくて良い。

制御装置３０は、病気音検出装置２０から病気音があるという通知信号Ｓａを受信したら、上記のように受信した音が最も大きな３つのマイク１０と病気音検出装置２０からの信号を選び出す。図３の例では、マイク１０_４、マイク１０_６、マイク１０_７が選択される。

そして、信号が最大でなかった他のマイク１０（ここでは、マイク１０_４、マイク１０_７）に接続されている病気音検出装置２０に対して、時刻Ｔａにおいて、録音部２２が録音したサンプル音の周波数成分ＦＳｍを送信するように指示する（ステップＳ１０８）。つまり、この場合、マイク１０_４、マイク１０_７の病気音検出装置２０_４、病気音検出装置２０_７からも通知信号Ｓａを受信する。

そして、各病気音検出装置２０からのサンプル音の周波数成分ＦＳｍから特定の病気に対する特定周波数の強度を求め、これを音圧レベルに変換した後、式（２）から式（４）によって、点音源の位置Ｐｘを算出する（ステップＳ１１０）。これは２次元座標（ｘ、ｙ）で求められる。なお、各マイク１０の位置は、予め位置情報Ｐｍとして記憶されている。各病気の特徴的な周波数成分は、予め決めておくのがよい。またその特徴的な周波数成分は１つでなくてもよい。複数の周波数成分の電力和で比較してもよい。

次にその座標を明示するように指示装置４０に指示信号Ｃｘｙを送信する（ステップＳ１１２）。そして指示装置４０は、その指示信号Ｃｘｙで示された座標を円若しくは楕円の中心に来るようにレーザービーム１８を照射する。

また、制御装置３０は、異常なニワトリの存在を発見した旨の表示若しくは通知を行う。これは制御装置３０の入出力装置３０ｃ（図１参照）に表示してもよい。そして、鶏舎５０内の照明６０を落としても良い（ステップＳ１１４）。ここで、照明６０を落とすとは、照度を低くして暗くすることでもよいし、照明６０の色を青色等のように、色を変更することであってもよい。

照明６０を落とすことでニワトリは動きが鈍くなり、じっとしている。そこで、レーザーポインターで示された領域にいるニワトリだけを隔離し、治療などを行うことができる。

図５には、図４のステップＳ１０４とステップＳ１０６の詳細を示す。図５のフローの初期は、図４のステップＳ１０２のＮ分岐である。図１も参照しながら、マイク１０からの電気信号Ｓｍは、録音部２２で継続的に録音されている。録音部２２は、時刻Ｔと共に電気信号Ｓｍを記録する（ステップＳ２０２）。そして、この電気信号Ｓｍから予め決められた時間の電気信号Ｓｍを切り出して録音波形ＳＳｍとして後段に送る（ステップＳ２０４）。

次にフィルタ部２４は、録音波形ＳＳｍをＦＦＴして周波数分解し、周波数成分ＦＳｍを出力する（ステップＳ２０６）。ここまでは図４のステップＳ１０４である。次に比較制御部２６では、この周波数成分ＦＳｍを病気音サンプルＦＳｄと比較する（ステップＳ２０８）。病気音サンプルＦＳｄは予め記憶させたもので、病気ごと、その病気の進行状態毎の病気音サンプルＦＳｄが含まれていても良い。

比較制御部２６は、算出した周波数成分ＦＳｍに対して、記録されている全ての病気音サンプルＦＳｄを比較する。そして、病気音サンプルＦＳｄに一致するものがなければ（ステップＳ２０８のＮ分岐）、Ｎ分岐としてこの処理を抜ける。すなわち、再びステップＳ１０４（図４参照。）に戻り、規定の時間間隔で切り出した録音波形ＳＳｍの処理を繰り返す。

算出した周波数成分ＦＳｍが何れかの病気音サンプルＦＳｄに一致する場合（ステップＳ２０８のＹ分岐）は、通知信号Ｓａとして、マイク１０の識別ＩＤ、録音時刻Ｔａ、周波数成分ＦＳｍ、病名と進行状態などを制御装置３０に出力し、Ｙ分岐としてこの処理を抜ける。すなわち図４のステップＳ１０８に処理を移す。

以上のように、本発明に係る鶏舎監視システム１は、複数のマイク１０で鶏舎内の音を集音し、集音した音を周波数分析し、病気特有の周波数成分を持つ音が検出された場合は、その位置を算出し、レーザーポインターなどで位置を特定するので、病気に感染したニワトリおよびその周囲のニワトリを特定し、隔離することができる。

本発明はニワトリを平飼いで飼育する際、呼吸器系に障害が起こる疾患を速やかに検出し、その個体がいる場所を指定することができる。本発明はニワトリだけでなく、他の家禽類や豚にも適用することができる。

１ 鶏舎監視システム
１０ マイク
１８ レーザービーム
２０ 病気音検出装置
２２ 録音部
２４ フィルタ部
２６ 比較制御部
２６ａ ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）
２６ｂ メモリ
３０ 制御装置
３０ａ ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）
３０ｂ メモリ
３０ｃ 入出力装置
４０ 指示装置
５０ 鶏舎
６０ 鶏舎の照明
Ｓｍ 電気信号
ＩＤ 識別
ＳＳｍ 録音波形
ＦＳｍ 周波数成分
ＦＳｄ 病気音サンプル
Ｔａ 録音時刻
Ｓａ 通知信号
Ｐｍ 位置情報
Ｃｘｙ 指示信号

Claims (3)

1. 少なくとも３個以上のマイクと、
   前記マイクのそれぞれの出力から予め決められた周波数成分を分離するフィルタと、
   前記フィルタの出力と前記マイクの位置から、前記周波数成分を発生した地点を算出する制御装置と、
   前記算出された位置を指し示す指示装置を有することを特徴とする鶏舎監視システム。
2. 前記制御装置は、前記鶏舎の照明を制御し、
   前記周波数成分を検出したときは、前記照明を変化させることを特徴とする請求項１に記載された鶏舎監視システム。
3. 前記指示装置は、円形若しくは楕円形のビーム形状を有するレーザーポインターであることを特徴とする請求項１または２の何れかの請求項に記載された鶏舎監視システム。