JP2017060407A - 反芻動物の健康管理システムおよび反芻動物の健康管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 反芻動物が横臥姿勢で休息しているか、あるいは立位姿勢で休息しているかをいっそう正確に把握することで、反芻動物の健康状態をより的確に管理することを可能とする反芻動物の健康管理システム及び健康管理方法の提供。【解決手段】 反芻動物の健康管理システム１は、反芻動物２の首に装着する首輪１０と、前記首輪１０に取り付けて気圧を計測する気圧センサ１２と、前記首輪１０に取り付けて前記反芻動物２から見て前後方向の加速度を計測する加速度センサ１３と、前記気圧センサ１２で取得した計測データ、および前記加速度センサ１３で取得した計測データによって前記反芻動物２の健康状態を判別する反芻動物状態判別部３７を備えたデータ解析処理装置３０と、を備える。【選択図】 図４

Description

本発明は、反芻動物の採食・反芻・休息状態を計測して反芻動物の健康状態を管理する反芻動物の健康管理システムおよび反芻動物の健康管理方法を提供する技術に関する。

反芻動物は、偶蹄目反芻類に属する動物で、複数の胃を有し、一度のみ込んだ食物を再び口に戻して咀嚼した後に、再びのみ込む行動を繰り返す（反芻行動）動物である。例えば、乳牛や肉用牛などの牛、水牛、ヤク、ヒツジ、ヤギ、シカ類、ガゼル、キリンなどである。また近隣のラクダの仲間も含む。

特に、酪農畜産において、肉用牛や乳牛の健康状態は生産性や繁殖性に影響を与える大きな要素である。酪農においては、乳牛の看視や観察には多大な労力を要するものであり、飼養頭数が多くなって酪農規模が拡大すると、乳牛一頭あたりに費やす看視や観察の時間が減ってくる。その結果、食欲のない牛、元気のない牛を見逃すリスクが増えるために、乳生産性や繁殖性が損なわれ、ひいては代謝病や感染症などの疾病の発見と治療が遅れる事態を招きやすい。
近年、乳牛の秘乳能力の改良が著しく精密な管理が必要とされる。実際、放し飼い牛舎（フリーストール）や放牧地に放牧する場合は一頭ごとの精密管理は不可能に近く、繋ぎ飼い牛舎（タイストール）の場合でも一頭ごとの日夜を通しての看視や観察は困難である。

そこで、従来では、種々の提案がなされている。例えば、歩数計を牛の脚に取り付けることで、歩数の増減により運動量をモニタリングし、発情のタイミングの検知や異常状態の発見を目論むものがある。

また、特許文献１では、反芻動物の反芻行動をモニタリングすることで、反芻動物の健康状態、および発情や分娩の兆候を把握することを可能とする反芻動物の健康管理システムが開発されている。
乳牛にとって反芻している時間は前胃内での飼料の発酵と栄養素の吸収を促進し、牛乳を生産する貴重な時間である。代謝病や感染症に罹患すると反芻時間は大きく減少する。また、牛舎の暑熱や牛群過密などの環境状態からくるストレスが反芻時間の変化に影響することも知られている。そのように、反芻時間の変化は、人間における体温変化と同じように、乳牛の健康状態を示すバロメータである。

そこで、特許文献１記載の発明は、反芻動物における食事時には頭部を下げ、反芻時には頭部を上げる動作に着目し、反芻動物に装着する首輪に加速度センサ及び温度センサを取り付けて構成されている。反芻動物から見て前後方向の加速度を加速度センサにより計測し、反芻動物の下顎部及び体部の温度や下顎部の温度と体部の温度との差を温度センサにより計測することで、採食あるいは反芻の状況を簡便に把握する。この把握結果に基づいて反芻動物の健康状態、発情や分娩のタイミングなどの把握が可能であることを見出した。

また、特許文献２では、採食、反芻、飲水等の行動に伴う下顎の動きを検知することで、反芻動物の行動を管理する反芻動物管理方法が開発されている。すなわち、反芻動物の口の周辺部に装着された装置で、該反芻動物の顎の動きにより生じた量に応じて出力される顎の動き情報を取得する。また、反芻動物の頭部に装着した装置で、反芻動物の頭部の傾きにより生じた量に応じて出力される頭部の傾き情報を取得する。上記の顎の動き情報と、頭部の傾き情報とに基づいて、反芻動物の採食、反芻、飲水および休息行動を判別する。

特許第４９３１６５３号公報 特開２０１５−５７０６７号公報

実際、反芻動物は、横臥姿勢と立位姿勢のいずれにおいても反芻しているが、反芻および休息が、横臥姿勢と立位姿勢のいずれの時であるか、さらに、いつ、どれほどの時間であるかなどの要素が、反芻動物の健康状態を把握するうえで重要である。
特許文献１記載の発明では、加速度センサのデータから、横臥して休息していることを推測しているが正確に判別できるものではなかった。しかも、牛は起立したまま反芻もせずに佇む時がある。この場合では、加速度センサのデータ変化が少ないために休息していると分類される。したがって、横臥して休息することと、立って休息することを明確に分類することが難しい。

特許文献２記載の発明では、反芻動物の下顎の動きを検知するために、反芻動物の口の周辺部に装着された装置は、反芻動物の口の周りの動きを制約し、反芻行動を阻害する。これは反芻動物にとって、大きな負担となり好ましくない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、反芻動物が横臥姿勢で反芻・休息しているか、あるいは立位姿勢で採食・反芻・休息しているかをいっそう正確に把握することで、反芻動物の健康状態を適正に管理することを可能とし、加えて、反芻動物の負担を軽減できる「反芻動物の健康管理システムおよび反芻動物の健康管理方法」を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、反芻動物に装着する首輪と、前記首輪に取り付けて気圧を計測する気圧センサと、前記首輪に取り付けて前記反芻動物から見て前後方向の加速度を計測する加速度センサと、前記気圧センサで取得した計測データ並びに前記加速度センサで取得した計測データによって前記反芻動物の健康状態を判別する反芻動物状態判別部を備えたデータ解析処理装置とを備えたことを特徴とする反芻動物の健康管理システムである。

請求項２記載の発明は、前記反芻動物状態判別部は、前記気圧センサで取得した計測データから前記反芻動物が横臥姿勢か、あるいは立位姿勢かを判断することを特徴としている。

請求項３記載の発明は、前記反芻動物状態判別部は、前記気圧センサで取得した計測データから気象変動の気圧を相殺した相対気圧が予め設定した判断気圧より時系列的に見てほぼ瞬間的に高く変化した時に横臥姿勢であると判断し、前記相対気圧が前記判断気圧よりほぼ瞬間的に低く変化した時に立位姿勢であると判断することを特徴としている。

請求項４記載の発明は、前記反芻動物状態判別部は、前記加速度センサで取得した計測データが予め設定した閾値以上か否かによって前記反芻動物の動作を判断することを特徴としている。

請求項５記載の発明は、前記反芻動物状態判別部は、前記気圧センサによる相対気圧が高く変化し、かつ、前記加速度センサによるデータが反芻か休息かを判断するための閾値Ａ以上の連続的な動きがある場合は、前記反芻動物が横臥姿勢で反芻していると判断することを特徴としている。

請求項６記載の発明は、前記反芻動物状態判別部は、前記気圧センサによる相対気圧が高く変化し、かつ、前記加速度センサによるデータが反芻か休息かを判断するための閾値Ａ以上の連続的な動きがない場合は、前記反芻動物が横臥姿勢で休息していると判断することを特徴としている。

請求項７記載の発明は、前記反芻動物状態判別部は、前記気圧センサによる相対気圧が低く変化し、かつ、前記加速度センサによるデータが採食か否かを判断するための閾値Ｂ以上の連続的な動きがある場合は、前記反芻動物が立位姿勢で採食していると判断することを特徴としている。

請求項８記載の発明は、前記反芻動物状態判別部は、前記気圧センサによる相対気圧が低く変化し、かつ、前記加速度センサによるデータが採食か否かを判断するための閾値Ｂ以上の連続的な動きがなく、しかも反芻か休息かを判断するための閾値Ｃ以上の連続的な動きがある場合は、前記反芻動物が立位姿勢で反芻していると判断することを特徴としている。

請求項９記載の発明は、前記反芻動物状態判別部は、前記気圧センサによる相対気圧が低く変化し、かつ、前記加速度センサによるデータが採食か否かを判断するための閾値Ｂ以上の連続的な動きがなく、しかも反芻か休息かを判断するための閾値Ｃ以上の連続的な動きがない場合は、前記反芻動物が立位姿勢で休息していると判断することを特徴としている。

請求項１０記載の発明は、前記データ解析処理装置は、前記反芻動物状態判別部にて判別した前記反芻動物の時系列的な正常範囲から著しく逸脱した異常値を判別できる異常状態判定部をさらに備えたことを特徴としている。

請求項１１記載の発明は、前記反芻動物の飼育場の環境状態を計測する環境センサをさらに備えると共に、前記データ解析処理装置は、前記異常状態判定部にて判定した前記反芻動物の異常な状態のデータと、前記環境センサで取得した計測データとから、前記反芻動物の異常な状態の発生原因を推定する異常状態の発生原因推定部をさらに備えたことを特徴としている。

請求項１２記載の発明は、前記首輪は、前記気圧センサのデータと前記加速度センサのデータを外部に出力する外部出力部を備えたことを特徴としている。

請求項１３記載の発明は、反芻動物に装着する首輪に、気圧センサと加速度センサを搭載し、前記気圧センサにて計測した相対気圧によって前記反芻動物が横臥姿勢か、立位姿勢かを判断しつつ、前記加速度センサにて計測した前記反芻動物から見て３方向（上下、前後、左右）の加速度が予め設定した閾値以上か否かによって前記反芻動物の動作を判断することで、前記反芻動物の健康状態を判別することを特徴とする反芻動物の健康管理方法である。

請求項１４記載の発明は、請求項１３における前記反芻動物の行動を時系列的に総合判断することで、前記反芻動物の異常な状態を判定することを特徴としている。

本発明によれば、加速度センサだけでは把握できなかった反芻動物の状態を明確に把握することができる。特に、反芻動物が横臥姿勢で反芻・休息しているか、あるいは立位姿勢で採食・反芻・休息しているかを明確に区別でき、反芻動物の採食・反芻・休息行動をいっそう正確に把握することができる。
また、人間の目が届かない時間帯や場所における反芻動物の姿勢状態での採食・反芻・休息の量や質のデータをリアルタイムに定量的に取得し、データベースに蓄積し、総合的に分析することができる。
その結果、反芻動物の健康状態をいっそう適正に管理することができる。また、反芻動物の異常な状態を推測して反芻動物の健康状態を監視することができる。特に、反芻動物が乳牛の場合、反芻によって促進される前胃発酵と、十分な休息を取ることが乳量と乳質にすぐれた牛乳の生産に寄与しうることから、酪農業における生産性の向上に寄与する。

また、多頭飼育の環境下における採食の順番や頻度を把握することで、反芻動物間における闘争・敵対行動による飼料摂取不足を生じさせるといった牛群内の社会的地位の確認が可能となり、個々の反芻動物にとって最適な環境となるよう機動的な群管理が可能となる。
また、採食量の変化をもたらす疾病（消化器障害、代謝病）の早期発見や、第一胃発酵異常や、乳脂肪率低下などの予測と予防が可能となる。
また、気圧センサや加速度センサは首輪に取り付けられているので、反芻動物に負担を掛けずに健康状態を判別することができる。

本発明に係る実施形態の反芻動物の健康管理システムを示す概略的なシステム図である。 反芻動物の首にかける首輪の一例を示す斜視図である。 乳牛の横臥姿勢と立位姿勢におけるセンサの高さを示す状態説明図である。 反芻動物の健康管理システムを示すブロック構成図である。 反芻動物の健康管理システムを示すフロー図である。 （ａ）は、基準気圧の時系列的な変化を示すグラフで、（ｂ）は、計測気圧の時系列的な変化を示すグラフである。 基準気圧と計測気圧との差における時系列的な変化を示すグラフである。 ３軸方向の加速度のデータを示すグラフである。 図８の３軸方向の加速度のデータを合成した合成データを示すグラフである。 図９の合成データを閾値で判別したデータを示すグラフである。 図８〜図１０の加速度のデータと閾値で判別したデータを総合的に示すグラフである。 乳牛の休息時間と牛乳生産性との相関を示すグラフである。

以下、本発明の第一の実施形態に係る反芻動物の健康管理システムについて図面を参照して説明する。なお、本実施形態では乳牛２を反芻動物の一例として説明する。

本実施形態の反芻動物の健康管理システム１は、図１に示すように、反芻動物２の首に装着する首輪１０と、この首輪１０に取り付けた気圧センサ１２及び加速度センサ１３と、前記気圧センサ１２及び加速度センサ１３からのデータを解析処理するデータ解析処理装置３０とを備えている。

首輪１０は、図２に示すように、本実施形態では直方体のボックス型の首輪１０ケースを備えており、首輪ケース１１の内部に気圧センサ１２及び加速度センサ１３を装着する構成である。また、首輪ケース１１には気圧センサ１２及び加速度センサ１３のデータを外部へ無線で出力するための外部出力部１４（無線送信モジュール）を装着している。なお、首輪ケース１１の形状は特に限定されない。

反芻動物の健康管理システム１としては、例えば、図１に示すようにクラウドサーバ３０（データ解析処理装置）を使用し、乳牛２のいる場所の近くに無線ゲートウェイ２０を設置することができる。気圧センサ１２及び加速度センサ１３のデータは、外部出力部１４（無線送信モジュール）から無線ゲートウェイ２０にてインターネット回線でクラウドサーバ３０に送信する。このクラウドサーバ３０にてデータを蓄積・分析し、この分析データをインターネット回線にて酪農家に設置したモニタ５０（パソコンやタブレットなど）にて表示する。このシステムは一例を示すもので、特に限定されない。

また、首輪１０は、乳牛２の採食時と反芻時に頭部の垂直方向の動きが生じた時に可動する大きさに形成している。すなわち、首輪ケース１１は首輪１０の下部に取り付けられ、特に加速度センサ１３が乳牛２から見て前後方向の加速度を計測するように前後方向に可動する構成である。

気圧センサ１２は、首輪ケース１１の高さにおける気圧を計測するものである。すなわち、図３に示すように、乳牛２の横臥姿勢と立位姿勢では首輪ケース１１の高さが５０ｃｍほどの差があるので、計測気圧に差が生じる。この計測気圧の差によって横臥姿勢と立位姿勢を判別することができる。
通常、日常的に気候変動による気圧変化があるので、乳牛２の姿勢における計測気圧は、気候変動による気圧変化を相殺した相対気圧によって乳牛２の姿勢を判別することが望ましい。本実施形態における“相対気圧”とは、気候変動による気圧変化に左右されずに乳牛２（反芻動物）の姿勢を判断できるように変換した気圧をいう。相対気圧について詳しくは後述する。

また、本実施形態では、乳牛２がいる場所、例えば牛舎内の環境状態を計測する環境センサ３を備えている。環境状態を測るものとしては温度、湿度、気圧などである。前記環境センサ３によって得られる計測データは、環境データ出力部４（無線送信モジュール）から無線ゲートウェイ２０にてインターネット回線でクラウドサーバ３０に送信する。

無線ゲートウェイ２０は、図４に示すように、気圧センサ１２、加速度センサ１３及び環境センサ３の各データを受信する受信部２１と、この受信部２１の各データをクラウドサーバ３０に送信する送信部２２とを備えている。

データ解析処理装置３０（クラウドサーバ）は、図４に示すように、無線ゲートウェイ２０の送信部２２から送信されるデータを取得するために、加速度センサデータ取得部３１と、気圧センサデータ取得部３３と、環境センサデータ取得部３５を備えている。加速度センサデータ取得部３１のデータは加速度計測データ格納ＤＢ３２に記憶、蓄積される。気圧センサデータ取得部３３のデータは気圧計測データ格納ＤＢ３４に記憶、蓄積される。環境センサデータ取得部３５のデータは環境計測データ格納ＤＢ３６に記憶、蓄積される。

また、データ解析処理装置３０は、気圧センサ１２による計測データと、加速度センサ１３による計測データとから乳牛２の健康状態を判別する乳牛状態判別部３７(反芻動物状態判別部)を備えている。
乳牛状態判別部３７は、気圧センサ１２の計測データから乳牛２が横臥姿勢か、あるいは立位姿勢かを判断する機能を有する。すなわち、気圧センサ１２の計測データによる相対気圧が高く変化した場合は、乳牛２が横臥姿勢であると判断し、前記相対気圧が低く変化した場合は、乳牛２が立位姿勢であると判断する。
なお、本実施形態では、乳牛２の立位姿勢における首輪ケース１１の位置が床から９５ｃｍであり、横臥姿勢における首輪ケース１１の位置が床から１８ｃｍである。７７ｃｍの差があった。

上記の相対気圧の取り方には二つの方法がある。一つ目は、乳牛２がいる場所の気圧変動を時系列的に測定し、これを基準気圧とする。この基準気圧と、乳牛２の首輪１０に取り付けた気圧センサ１２による計測気圧との差を相対気圧とする。なお、この時の基準気圧は、図３に示すように、環境センサ３による気圧の計測値である。乳牛２がいる場所の気圧変動を相殺することで、相対気圧が高いか、低いかによって乳牛２が横臥姿勢の時と立位姿勢の時を判断する。相対気圧が高い時（あるいは高く変化した時）は横臥姿勢と判断し、相対気圧が低い時（あるいは低く変化した時）は立位姿勢と判断する。

例えば、環境センサ３による計測気圧(基準気圧)は、図６（ａ）に示すように時系列的に測定し、乳牛２の首輪１０の気圧センサ１２による計測気圧は、図６（ｂ）に示すように同じ時刻で時系列的に測定した。

上記の首輪１０の気圧センサ１２による計測気圧から基準気圧を減算した計算値を相対気圧のデータとして時系列的にグラフにすると、図７に示すようになる。理論的には、立位姿勢でも、横臥姿勢でも、それぞれの相対気圧が時系列的にほぼ一定になると考えられるが、実際には図７では各姿勢の相対気圧が一定していない。その理由としては、首輪１０の気圧センサ１２と環境センサ３における気圧センサ１２の計測バラツキや、乳牛２の姿勢による首輪ケース１１の位置の変化などの種々の要因によるものと推定される。
しかし、図７のグラフでは、相対気圧がマイナス（−）０．２２ｈｐａ付近を境に高い場合は横臥姿勢と判断し、低い場合は立位姿勢と判断することができる。例えば、予めマイナス（−）０．２２ｈｐａを判断気圧と設定し、上記の相対気圧が判断気圧より高く変化した時は横臥姿勢であると判断し、低く変化した時は立位姿勢であると判断する。

別の判断方法としては、乳牛２が横臥姿勢から立位姿勢に変える時、あるいはその逆の時は変化が顕著であるので、この点を注目して姿勢の変化を判断できる。すなわち、図７のグラフで顕著に変化している箇所で時系列的に見て相対気圧が高く変化した時は横臥姿勢であると判断し、相対気圧が低く変化した時は立位姿勢であると判断することができる。

次に、二つ目の相対気圧の取り方について説明する。
乳牛２の首輪１０の気圧センサ１２による計測気圧のデータが、時系列的に見てほぼ瞬間的に大きな変化を示した時の前後の気圧変化の差を相対気圧とする。この相対気圧が予め設定した判断気圧より大きい場合は、乳牛２が横臥姿勢から立位姿勢へ、あるいはその逆へ姿勢を変えたと判断し、その時点での姿勢を判別する。

例えば、図６（ｂ）のグラフは、乳牛２の首輪１０の気圧センサ１２による計測気圧が、時系列的に測定されており、時系列的に見てほぼ瞬間的に大きな変化を示す箇所が３箇所ある。３箇所のいずれにおいても０．１ｈｐａの気圧の差（相対気圧）がある。時系列的な相対気圧の振幅は０．０５ｈｐａほどであるので、この振幅に比べて大きな変化である。

そこで、予め判断気圧を例えば０．０８ｈｐａと設定した場合、相対気圧が判断気圧０．０８ｈｐａより大きい時は、乳牛２の姿勢が変化したと判断する。しかも、相対気圧が前記判断気圧より時系列的に見てほぼ瞬間的に高く変化した時は、横臥姿勢であると判断する。その逆に、相対気圧が前記判断気圧より時系列的に見てほぼ瞬間的に低く変化した時は、立位姿勢であると判断する。

図６（ｂ）のグラフにおいて最初の大きい気圧変化の箇所では、立位姿勢から横臥姿勢に変化したことを示す。２番目の大きい気圧変化の箇所では、横臥姿勢から立位姿勢に変化したことを示す。３番目の大きい気圧変化の箇所では、立位姿勢から横臥姿勢に変化したことを示す。
以上のように、乳牛２がいる場所で、時系列的な気圧変動があるとしても、その気圧変動の過程でほぼ瞬間的な大きな気圧変化によって、乳牛２の姿勢の変化の有無を判断することができる。この場合、前者のように環境センサ３による変動気圧を計測しなくても乳牛２の姿勢を判断することが可能となる。

次に、加速度センサ１３について説明する。
加速度センサ１３は、首輪ケース１１の振動や衝撃や揺れを計測するもので、主に乳牛２から見て前後方向の加速度を計測する。乳牛２が採食行動か、反芻行動かによって首の動き方が異なってくるので、加速度センサ１３の計測データによって乳牛２が採食時か、反芻時か、休息時かを判断する。そのために、乳牛２の採食、反芻、休息の行動を判断するための加速度の閾値を予め設定しておく。

加速度センサ１３による計測データは、図２に示す首輪１０の首輪ケース１１においてＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のデータとなる。Ｘ軸は、乳牛２から見て左から右へ向かう方向を正とした重力加速度〔ｍ/ｓ^２×１０〕である。Ｙ軸は、上から下へ向かう方向を正とした重力加速度〔ｍ/ｓ^２×１０〕である。Ｚ軸は、乳牛２から見て前から後へ向かう方向を正とした重力加速度〔ｍ/ｓ^２×１０〕である。

本実施形態では、時刻が10:30から16:30の間のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各加速度を計測した。その結果は、図８に示す通りである。乳牛２が頭を下げると、Ｚ軸のデータは減ることになるので、振幅が大きいほど上下の動きが大きいことになる。また、乳牛２が静かにしていると、Ｙ軸のデータは重力分の９８〔ｍ/ｓ^２×１０〕となる。また、Ｘ軸のデータは左右方向の動きとなるので振幅は大きくない。ハエなどを追い払ったりするような場合にほぼ瞬間的に大きくなる。

図８に示した実際の計測データに対して、重力分を相殺した揺れや振動をデータとして表すと、０（ゼロ）を基準としたＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の振動成分データとなる。この３軸の振動成分データを合成して揺れの激しさを表わすと、図９に示すグラフとなる。
本実施形態では、上記の図９で示す合成データに対して閾値を設定し、４つの動作に分類した。この閾値は、実際の乳牛２の行動を目視観測して決めたものである。すなわち、図９で示す合成データにおいて、２０〔ｍ/ｓ^２×１０〕以上は、採食行動であると判別する。１０〜２０〔ｍ/ｓ^２×１０〕は、反芻行動であると判別する。５〜１０〔ｍ/ｓ^２×１０〕は、休息行動であると判別する。５〔ｍ/ｓ^２×１０〕より小さい値は、かなり静かで熟睡していると判別する。

上記の閾値による判別結果を視覚的に分かりやすくするために、２０〔ｍ/ｓ^２×１０〕以上の合成データは、便宜的に３００とする。１０〜２０〔ｍ/ｓ^２×１０〕の合成データは、便宜的に２５０とする。５〜１０〔ｍ/ｓ^２×１０〕の合成データは、便宜的に２００とする。５〔ｍ/ｓ^２×１０〕より小さい値の合成データは、便宜的に１５０とする。上記の便宜上の数値の単位はないが、上記の合成データの波形グラフの上に対応するように並べて櫛状グラフで表すと、図１０に示すようになる。

上記の図８と図１０のグラフを合わせると、図１１に示すようになる。図１１は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれのデータと、合成データの合計４つの波形グラフを示している。また、閾値で判別したデータを櫛状グラフで示し、波形グラフの上に対応するように並べている。
判別結果は、櫛状グラフにおいて、数値が３００を連続的に示している範囲は、採食行動である。数値が２５０を連続的に示している範囲は、反芻行動である。他の13:00〜13:10の間は、休息行動である。

以上のことから、データ解析処理装置３０における乳牛状態判別部３７は、加速度センサ１３で取得した計測データが予め設定した閾値以上か否かによって乳牛２の動作を判断する機能を備える。
例えば、横臥姿勢と立位姿勢とを区別し、図５のフローに示すように、横臥姿勢では反芻か休息かを判断するための閾値Ａを設定し、立位姿勢では採食か否かを判断するための閾値Ｂと反芻か休息かを判断するための閾値Ｃを設定しておく。本実施形態では、閾値Ａと閾値Ｃは区別しているが、いずれも、反芻行動か、休息行動かを判断するための閾値であるので、実際には同じ数値である。なお、横臥姿勢での採食行動は、現実にはあるとしても無視できる。
なお、閾値Ａ，閾値Ｂ，閾値Ｃは、個々の乳牛２によって異なる場合があるので、複数の乳牛２の全体を平均して設定することも、あるいは個々の乳牛２で設定することもできる。

また、図５のフローに示す「連続的な動き」とは、例えば「一度きりの動き」と対比する意味合いである。隣の乳牛２を舐めたり、ハエを追い払ったりするような連続しない行動は、たとえ閾値以上の動きがあっても「採食行動」や「反芻行動」とはならないからである。本実施形態では、「連続的な動き」の時間的な長さは、５分〜１０分としているが、特に限定されない。

本実施形態では、横臥姿勢において加速度の計測データが閾値Ａ以上の連続的な動きがある場合は反芻行動であると判断し、閾値Ａ以上の連続的な動きがない場合は休息状態にあると判断する。
また、立位姿勢において加速度の計測データが閾値Ｂ以上の連続的な動きがある場合は採食行動であると判断する。しかし、餌が目の前にないのに閾値Ｂ以上の連続的な動きをしているなら、活動的であると判断する。
一方、立位姿勢において加速度の計測データが閾値Ｂ以上の連続的な動きがない場合は反芻状態か、休息状態にあると判断する。さらに、この場合で、加速度の計測データが閾値Ｃ以上の連続的な動きがある場合は反芻行動であると判断し、閾値Ｃ以上の連続的な動きがない場合は休息状態にあると判断する。

そこで、乳牛状態判別部３７は、以下に示すような種々の機能を備える。
すなわち、乳牛状態判別部３７は、気圧センサ１２による相対気圧が高く変化し、かつ、加速度センサ１３によるデータが閾値Ａ以上の連続的な動きがある場合は、乳牛２が横臥姿勢で反芻していると判断する機能を備える。

また、乳牛状態判別部３７は、気圧センサ１２による相対気圧が高く変化し、かつ、加速度センサ１３によるデータが閾値Ａ以上の連続的な動きがない場合は、乳牛２が横臥姿勢で休息していると判断する機能を備える。

また、乳牛状態判別部３７は、気圧センサ１２による相対気圧が低く変化し、かつ、加速度センサ１３によるデータが閾値Ｂ以上の連続的な動きがある場合は、乳牛２が立位姿勢で採食していると判断する機能を備える。

また、乳牛状態判別部３７は、気圧センサ１２による相対気圧が低く変化し、かつ、加速度センサ１３によるデータが閾値Ｂ以上の連続的な動きがなく、しかも閾値Ｃ以上の連続的な動きがある場合は、乳牛２が立位姿勢で反芻していると判断する機能を備える。

また、乳牛状態判別部３７は、気圧センサ１２による相対気圧が低く変化し、かつ、加速度センサ１３によるデータが閾値Ｂ以上の連続的な動きがなく、しかも閾値Ｃ以上の連続的な動きがない場合は、乳牛２が立位姿勢で休息していると判断する機能を備える。

次に、前述の乳牛状態判別部３７にて乳牛２の健康状態を判別するフローについて説明する。
例えば、図５のフローにおける「乳牛状態判別部のロジック」に示すように、Ｓ１(ステップ１)では、気圧センサ１２の計測データによる相対気圧が高く変化した時、乳牛２が横臥姿勢であると判断し、Ｓ２(ステップ２)に進む。一方、気圧センサ１２の計測データによる相対気圧が低く変化した時、乳牛２が立位姿勢であると判断し、Ｓ３(ステップ３)に進む。

次に、Ｓ２(ステップ２)では、加速度の計測データが閾値Ａ以上の連続的な動きがある場合、ＰＢ１のように乳牛２が横臥姿勢で反芻行動であると判断する。一方、閾値Ａ以上の連続的な動きがない場合、ＰＢ２のようにじっくり休息している状態にあると判断する。

Ｓ３(ステップ３)では、加速度の計測データが閾値Ｂ以上の連続的な動きがある場合、Ｓ４(ステップ４)に進む。一方、加速度の計測データが閾値Ｂ以上の連続的な動きがない場合、反芻状態か、休息状態であると判断し、Ｓ５(ステップ５)に進む。

Ｓ４(ステップ４)では、餌が目の前に無いか否かを判断する。餌が目の前に無い場合、ＰＢ３のように餌が無いのに活動的であると判断する。一方、餌が目の前にある場合、餌があって活動していることから、ＰＢ４のように立位状態で採食行動（採食、塩なめ、飲水）であると判断する。

Ｓ５(ステップ５)では、加速度の計測データが閾値Ｃ以上の連続的な動きがある場合、ＰＢ５のように立位姿勢で反芻行動であると判断する。一方、加速度の計測データが閾値Ｃ以上の連続的な動きがない場合、ＰＢ６のように立位姿勢で休息行動であると判断する。

上述のように乳牛状態判別部３７にて判別した乳牛２の健康状態のデータは、図４に示すように、乳牛行動判別済み状態ＤＢ３８へ時系列的に記憶、蓄積される。

データ解析処理装置３０は、図４に示すように、異常状態判定部３９をさらに備える。すなわち、異常状態判定部３９は、上記の乳牛行動判別済み状態ＤＢ３８から乳牛２の行動を時系列的に判断して乳牛２の異常な状態を判定するものである。

異常状態判定部３９では、例えば、図５のフローにおける「異常な状態判定部ロジック」に示すように、ＡＣ１では、横臥姿勢のままで反芻、あるいはじっくり休息している状態と検出された場合は、いつもと比べて横になっていると判定し、立つことをいやがっていると考えられる。横臥姿勢が長時間にわたる場合には乳熱やダウナー症候群のおそれもある。
ＡＣ２では、頻繁に立ち上がりや横臥姿勢の変化を繰り返すと判定する。これは落ち着かない状態であると考えられる。
ＡＣ３では、餌が無いのに活動的であるので、落ち着きがないと判定する。この状態は、空腹、発情・痛み・イライラの発生が予想される。
ＡＣ４では、採食行動の時間が少ないことや、他の牛と違う時間帯に採食していると判定する。これは他の牛からのいじめや隣の牛が気に入らないなどが考えられる。
ＡＣ５では、採食時間が長い割に反芻の時間が少ないと判定する。この場合、飼料の物理性や粗飼料比率などの飼料設計に問題があり、採食しても空腹感が解消されないか、前胃内で異常な発酵を起こしていると考えられる。
ＡＣ６では、立って休息しているので、休む場所が無いと判定できる。牛床が良くないことやストレスが考えられる。

データ解析処理装置３０は、図４に示すように、異常状態の発生原因推定部４１をさらに備える。すなわち、異常状態の発生原因推定部４１は、上記の異常状態判定部３９にて判定した乳牛２の異常な状態のデータと、環境計測データ格納ＤＢ３６に記憶、蓄積された環境センサ３によるデータとから、乳牛２の異常な状態の発生原因を推定するものである。

また、データ解析処理装置３０は、図４に示すように、レポート作成部４２をさらに備える。すなわち、レポート作成部４２は、上記の乳牛行動判別済み状態ＤＢ３８から、乳牛状態判別部３７にて判別した乳牛２の健康状態のデータを日常のレポートとして作成するものである。

結果表示部であるモニタ５０では、上記の異常状態の発生原因推定部４１から飼料環境改善提案５１を表示することができる。また、上記の異常状態判定部３９から警告、異常、プッシュ通知・表示５２などを発生する。また、上記のレポート作成部４２から日常の乳牛２の健康状態に関するレポート表示５３を画像表示する。

以上のことから、本実施形態の反芻動物の健康管理システム１は、加速度センサ１３だけでは把握できなかった乳牛２の状態を明確につかむことができる。
特に、乳牛２が横臥姿勢で反芻・休息しているか、あるいは立位姿勢で採食・反芻・休息しているかを明確に区別でき、乳牛２の採食・反芻・休息行動をいっそう正確に把握することができる。
また、人間の目が届かない時間帯や場所における乳牛２の採食・反芻・休息の量や質のデータをリアルタイムに定量的に取得し、データベースに蓄積し、総合的に分析することができる。
その結果、乳牛２の健康状態をいっそう適正に管理することができる。例えば、体調不良、前胃異常発酵、肢蹄の疼痛、代謝異常、牛群内の序列変化（いじめ）など、乳牛２の異常な状態を推測して乳牛２の健康状態を監視することができる。

なお、乳牛２が良い休息を取ることは、質の良い牛乳の生産に寄与する。図１２には、休息時間の量と牛乳の生産量との相関関係のグラフを示している。このグラフは、文献（Grant, R. 2007. Taking advantage of natural behavior improves dairy cow performance. Pages 225-236 in Proc. Western Dairy Management Conf., Reno, NV. ）から取られたものである。

また、多頭の飼育環境における採食の順番や頻度を把握することで、乳牛同士の闘争・敵対行動によって飼料摂取不足を生じさせる社会的地位を確認することができる。その結果、個々の乳牛２，２，・・・・にとって最適な社会環境となるような機動的な群管理が可能となる。
更に、採食量の変化に伴って生じる疾病（消化器障害、代謝病）の早期発見や、第一胃発酵異常や、乳脂肪率低下などの予測が可能となる。
また、気圧センサ１２や加速度センサ１３は首輪１０に取り付けているので、乳牛２にあまり負担を掛けずに乳牛２の健康状態を判別することができる。首輪１０は単に首にかけているだけで、乳牛２にとって大きなストレスとはならない。

本発明は、酪農および畜産業、獣医業、牧場支援システム関連、牧場支援ソフト・機器の製造および販売などにおいて、利用可能性を有する。

１ 反芻動物の健康管理システム
２ 乳牛（反芻動物） ３ 環境センサ
４ 環境データ出力部（無線送信モジュール）
１０ 首輪 １１ 首輪ケース
１２ 気圧センサ １３ 加速度センサ
１４ 外部出力部
２０ 無線ゲートウェイ ２１ 受信部
２２ 送信部
３０ クラウドサーバ（データ解析処理装置）
３１ 加速度センサデータ取得部 ３２ 加速度計測データ格納ＤＢ
３３ 気圧センサデータ取得部 ３４ 気圧計測データ格納ＤＢ
３５ 環境センサデータ取得部 ３６ 環境計測データ格納ＤＢ
３７ 乳牛状態判別部 (反芻動物状態判別部)
３８ 乳牛行動判別済み状態ＤＢ ３９ 異常状態判定部
４１ 異常状態の発生原因推定部 ４２ レポート作成部
５０ モニタ（結果表示部） ５１ 飼料環境改善提案
５２ 警告、異常、プッシュ通知・表示
５３ レポート表示

Claims (14)

1. 反芻動物に装着する首輪と、
   前記首輪に取り付けて気圧を計測する気圧センサと、
   前記首輪に取り付けて前記反芻動物から見て前後方向の加速度を計測する加速度センサと、
   および前記気圧センサで取得した計測データ並びに前記加速度センサで取得した計測データによって前記反芻動物の健康状態を判別する反芻動物状態判別部を備えたデータ解析処理装置とを備えたことを特徴とする反芻動物の健康管理システム。
2. 前記反芻動物状態判別部は、前記気圧センサで取得した計測データから前記反芻動物が横臥姿勢か、あるいは立位姿勢かを判断することを特徴とする請求項１に記載の反芻動物の健康管理システム。
3. 前記反芻動物状態判別部は、前記気圧センサで取得した計測データから気象変動の気圧を相殺した相対気圧が予め設定した判断気圧より時系列的に見てほぼ瞬間的に高く変化した時に横臥姿勢であると判断し、前記相対気圧が前記判断気圧よりほぼ瞬間的に低く変化した時に立位姿勢であると判断することを特徴とする請求項２に記載の反芻動物の健康管理システム。
4. 前記反芻動物状態判別部は、前記加速度センサで取得した計測データが予め設定した閾値以上か否かによって前記反芻動物の動作を判断することを特徴とする請求項１に記載の反芻動物の健康管理システム。
5. 前記反芻動物状態判別部は、前記気圧センサによる相対気圧が高く変化し、かつ、前記加速度センサによるデータが反芻か休息かを判断するための閾値Ａ以上の連続的な動きがある場合は、前記反芻動物が横臥姿勢で反芻していると判断することを特徴とする請求項１，請求項２，請求項３又は請求項４に記載の反芻動物の健康管理システム。
6. 前記反芻動物状態判別部は、前記気圧センサによる相対気圧が高く変化し、かつ、前記加速度センサによるデータが反芻か休息かを判断するための閾値Ａ以上の連続的な動きがない場合は、前記反芻動物が横臥姿勢で休息していると判断することを特徴とする請求項１，請求項２，請求項３又は請求項４に記載の反芻動物の健康管理システム。
7. 前記反芻動物状態判別部は、前記気圧センサによる相対気圧が低く変化し、かつ、前記加速度センサによるデータが採食か否かを判断するための閾値Ｂ以上の連続的な動きがある場合は、前記反芻動物が立位姿勢で採食していると判断することを特徴とする請求項１，請求項２，請求項３又は請求項４に記載の反芻動物の健康管理システム。
8. 前記反芻動物状態判別部は、前記気圧センサによる相対気圧が低く変化し、かつ、前記加速度センサによるデータが採食か否かを判断するための閾値Ｂ以上の連続的な動きがなく、しかも反芻か休息かを判断するための閾値Ｃ以上の連続的な動きがある場合は、前記反芻動物が立位姿勢で反芻していると判断することを特徴とする請求項１，請求項２，請求項３又は請求項４に記載の反芻動物の健康管理システム。
9. 前記反芻動物状態判別部は、前記気圧センサによる相対気圧が低く変化し、かつ、前記加速度センサによるデータが採食か否かを判断するための閾値Ｂ以上の連続的な動きがなく、しかも反芻か休息かを判断するための閾値Ｃ以上の連続的な動きがない場合は、前記反芻動物が立位姿勢で休息していると判断することを特徴とする請求項１，請求項２，請求項３又は請求項４に記載の反芻動物の健康管理システム。
10. 前記データ解析処理装置は、前記反芻動物状態判別部にて判別した前記反芻動物の時系列的な正常範囲から著しく逸脱した異常値を判別できる異常状態判定部をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の反芻動物の健康管理システム。
11. 前記反芻動物の飼育場の環境状態を計測する環境センサをさらに備えると共に、
    前記データ解析処理装置は、前記異常状態判定部にて判定した前記反芻動物の異常な状態のデータと、前記環境センサで取得した計測データとから、前記反芻動物の異常な状態の発生原因を推定する異常状態の発生原因推定部をさらに備えたことを特徴とする請求項１０に記載の反芻動物の健康管理システム。
12. 前記首輪は、前記気圧センサのデータと前記加速度センサのデータを外部に出力する外部出力部を備えたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の反芻動物の健康管理システム。
13. 反芻動物に装着する首輪に、気圧センサと加速度センサを搭載し、前記気圧センサにて計測した相対気圧によって前記反芻動物が横臥姿勢か、立位姿勢かを判断しつつ、前記加速度センサにて計測した前記反芻動物から見て３方向（上下、前後、左右）の加速度が予め設定した閾値以上か否かによって前記反芻動物の動作を判断することで、前記反芻動物の健康状態を判別することを特徴とする反芻動物の健康管理方法。
14. 請求項１３における前記反芻動物の行動を時系列的に総合判断することで、前記反芻動物の異常な状態を判定することを特徴とする反芻動物の健康管理方法。
    

Images