KR20200059445A - Method and apparatus for detecting behavior pattern of livestock using acceleration sensor - Google Patents

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Abstract

Disclosed are a method and a device for detecting livestock behavior patterns by using a sensor. The method for detecting livestock behavior patterns comprises collecting and analyzing data of a sensor attached to livestock to predict the conditions of the livestock. In particular, the prediction method is effective for specific conditions such as estrus, disease and pregnancy of the livestock, thereby reducing labor, improving the productivity of dairy households and increasing income.

Description

가속도센서를 이용한 가축 행동패턴 검출 방법 및 장치{Method and apparatus for detecting behavior pattern of livestock using acceleration sensor}Method and apparatus for detecting behavior pattern of livestock using acceleration sensor

본 발명은 가속도센서를 포함한 목걸이형 센서를 이용하여 가축의 행동패턴을 검출하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 머신 러닝 방식을 이용하여 가속도 센서로부터 취득한 데이터를 분석하여, 가축의 행동패턴을 파악하고 결과적으로 소의 상태를 정확하게 판단할 수 있도록 하는 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for detecting a behavioral pattern of a livestock using a necklace type sensor including an acceleration sensor, and more specifically, by analyzing data acquired from the acceleration sensor using a machine learning method, the behavioral pattern of the livestock The result is to be able to accurately determine the condition of the cow.

오늘날 낙농산업은 점차 전통적인 사육방식에서 탈피하여, 점점 전업화, 기업화, 대형화되고 있으나, 다른 한편으로는 낙농가의 인구 고령화와 후계자의 부족문제가 두드러지고, 환경에 대한 사회적 요구가 증대되어 낙농가에 대한 환경규제는 점점 강화되어, 낙농산업의 생산성은 점점 저하되고 있는 상황이다.Today, the dairy industry is gradually moving away from the traditional breeding method, and is gradually becoming full-time, corporate, and large-scale, but on the other hand, the population aging of dairy farmers and the lack of successors are prominent, and the social demand for the environment increases, thereby increasing the environment for dairy farmers. Regulations are increasingly tightened, and the productivity of the dairy industry is declining.

특히, 농림축산식품부의 2013년 통계에 따르면, 낙농가의 고령화 등에 때라 최근 10년간 낙농가구수는 절반으로 줄어든 한편, 호당 사육두수는 1.5~1.6배 증가되어, 더 이상 전통적인 사육기술로는 늘어나는 사육두수를 적절하게 관리하기 어려운 문제점이 증대되고 있다.In particular, according to the 2013 statistics of the Ministry of Food, Agriculture, Forestry and Rural Affairs, the number of dairy households has decreased by half in the past 10 years due to the aging of dairy farmers, etc., while the number of heads raised per house has increased by 1.5 to 1.6 times. Problems that are difficult to properly manage are increasing.

상술한 바와 같이 축산업 등 농업인구의 감소 및 고령화 추세 속에서 생산성을 높이기 위해서는, 해당 산업분야의 노동력을 대체할 수 있도록, ICT, BT 등의 다양한 과학기술을 융합시키려는 시도가 늘고 있다As mentioned above, in order to increase productivity in the trend of decreasing and aging of the agricultural population, such as the livestock industry, there are increasing attempts to converge various scientific technologies such as ICT and BT to replace the labor force in the industry.

반면, 사육되는 가축의 실질적인 건강상태 및 발육상태를 ICT 기술 등을 이용하여 정확하게 파악하는 분야에 대해서는 여전히 기술개발의 보급이 더딘 편이라, 앞으로도 많은 연구가 필요한 상황이다.On the other hand, in the field of accurately grasping the actual health status and developmental status of domesticated livestock using ICT technology, the spread of technology development is still slow, and more research is needed in the future.

등록번호 제10-1657682호, 가속도 센서 및 GPS를 이용한 사료효율 분석 시스템Registration No. 10-1657682, feed efficiency analysis system using acceleration sensor and GPS 등록번호 제10-1318716호, 가축의 운동패턴 분석 시스템Registration No. 10-1318716, Animal movement pattern analysis system

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 가축에게 착용한 센서를 통해 획득한 데이터를 분석하여 가축의 행동패턴을 정확하게 분석할 수 있는 가축 행동패턴 검출방법과 장치 제공하는데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a livestock behavioral pattern detection method and apparatus capable of accurately analyzing a livestock behavioral pattern by analyzing data acquired through a sensor worn on the livestock.

구체적으로, 본 발명에서는 가축에게 착용된 가속도 센서의 값을 수집하고, 이에 머신 러닝 기법을 접목하여 해당하는 가축의 행동의 패턴을 분석하고, 가축의 특정 상태를 명확하게 판별할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.Specifically, in the present invention, the purpose of the present invention is to collect the value of the acceleration sensor worn on the livestock, to analyze the pattern of the behavior of the corresponding livestock by grafting machine learning techniques, and to clearly discern the specific state of the livestock. Is done.

상기 목적을 달성하기 위한 가축 행동패턴 검출방법은 상기 센서로부터 데이터를 수집하는 데이터 수집 단계(S100), 상기 수집된 데이터를 분석하여 특징점을 생성하는 특징점 생성 단계(S200) 및 상기 특징점을 모델링된 분류기에 통과시켜 행동패턴을 검출하는 패턴분석 단계(S300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of detecting livestock behavior patterns to achieve the above object is a data collection step (S100) of collecting data from the sensor, a feature point generation step (S200) of analyzing the collected data to generate feature points, and a classifier modeling the feature points It characterized in that it comprises a pattern analysis step (S300) for detecting the behavior pattern by passing through.

또한, 본 발명의 가축 행동패턴 검출방법의 센서는 가속도 센서이며, 데이터는 X축, Y축, Z축의 변위량인 것을 특징으로 한다.In addition, the sensor of the animal behavior pattern detection method of the present invention is an acceleration sensor, and the data is characterized in that the displacement amount of the X-axis, Y-axis, and Z-axis.

또한, 본 발명의 가축 행동패턴 검출방법의 상기 특징점 생성 단계(S200)는 상기 X축, Y축, Z축의 변위량을 기반으로 연산하여, 벡터 시그널을 형성하는 벡터 시그널 형성단계(S210)와 상기 벡터 시그널을 주파수 영역 신호로 변환하는 주파수 변환 단계(S220)와 상기 변환된 주파수 영역의 신호를 샘플링하는 단계(S230)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the feature point generation step (S200) of the livestock behavior pattern detection method of the present invention is calculated based on the displacement amount of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, and a vector signal forming step (S210) to form a vector signal and the vector Characterized in that it further comprises a frequency conversion step of converting the signal into a frequency domain signal (S220) and the step of sampling the signal of the converted frequency domain (S230).

또한, 본 발명의 가축 행동패턴 검출방법의 상기 패턴분석 단계(S300)에서 사용하는 모델링은 머신 러닝 알고리즘을 사용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the modeling used in the pattern analysis step (S300) of the livestock behavior pattern detection method of the present invention is characterized by using a machine learning algorithm.

또한, 본 발명의 가축 행동패턴 검출방법의 상기 주파수 변환 단계(S220)에서 사용하는 상기 주파수 변환은 고속퓨리에변환(Fast Fourier Transform)을 이용하며, 상기 샘플링하는 단계(S230)에서 사용하는 상기 샘플링은 각 신호의 특정 단위 영역안의 첨두치(Max Value)를 추출하여 행렬화하는 것을 특징으로 한다.In addition, the frequency conversion used in the frequency conversion step (S220) of the method for detecting livestock behavior pattern of the present invention uses a fast Fourier transform, and the sampling used in the sampling step (S230) is It is characterized in that the peak value (Max Value) in a specific unit region of each signal is extracted and matrixed.

상기와 같은 본 발명에 따른 가축의 행동패턴 검출방법 및 장치를 이용할 경우에는 가축을 사육하는 관리자가 원격에서 가축의 정확한 상태를 모니터링하고, 가축의 정확한 상태에 따라 적절한 사육환경을 만들어 줌으로써 노동자의 투입 노동시간이나 추가로 필요한 노동자의 관리비용 등을 절감할 수 있다. In the case of using the method and apparatus for detecting a behavior pattern of livestock according to the present invention as described above, a livestock manager remotely monitors the exact state of the livestock and inputs workers by creating an appropriate breeding environment according to the exact state of the livestock. It can reduce working hours and additional administrative costs of workers.

또한, 본 발명의 가축 행동패턴 검출방법 및 장치를 이용함으로써 가축의 발정, 임신, 질병 등과 같이 가축의 건강과 관련된 중요한 상태변화를 효과적으로 예측하거나 진단하여, 가축들의 건강 상태를 잘 유지할 수 있고, 궁극적으로는 낙농가구의 생산성과 이익을 증대시킬 수 있다. In addition, by using the method and apparatus for detecting livestock behavioral patterns of the present invention, it is possible to effectively predict or diagnose important state changes related to the health of livestock such as estrus, pregnancy, and disease of livestock, thereby maintaining well-being of livestock, and ultimately It can increase the productivity and profits of dairy furniture.

또한, 본 발명의 가축 행동패턴 검출방법 및 장치를 이용해, 특정 가축의 발정 등을 효과적으로 예측할 수 있게 되면, 해당 가축의 수태율을 늘리고 결과적으로 해당 낙농가구의 소득 증대와 생산성 향상 등에 큰 도움이 될 수 있다.In addition, by using the method and apparatus for detecting livestock behavior patterns of the present invention, if it is possible to effectively predict the estrus of a specific livestock, it is possible to increase the fertility rate of the livestock and consequently increase the income and productivity of the dairy farm. have.

도 1은 가축에 부착되는 가축 행동패턴 검출장치의 논리적 구성도이다.
도 2는 가축 행동패턴 검출방법을 논리적으로 도시한 것이다.
도 3은 주파수 분석을 통해 센서 신호의 특징점을 추출하는 방법을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 검출방법을 순서에 따라 예시적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 가축 행동패턴 검출장치의 하우징부와 센싱부재의 구현예와 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 가축 행동패턴 검출장치가 가축에 장착된 예시를 도시한 것이다.
1 is a logical configuration diagram of a livestock behavior pattern detection device attached to a livestock.
2 logically illustrates a method for detecting livestock behavior patterns.
3 shows a method of extracting a feature point of a sensor signal through frequency analysis.
Figure 4 shows the detection method of the present invention by way of example.
5 is a view showing an implementation of the housing part and the sensing member of the livestock behavior pattern detection device of the present invention.
6 shows an example in which the livestock behavior pattern detecting apparatus of the present invention is mounted on a livestock.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, one or more other features. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. Does not.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 가축에 부착되는 가축 행동패턴 검출장치의 구성을 도시한 것이다. 상기 가축 행동패턴 검출장치는 기본적으로 가축의 변화를 디텍팅하는 센서(101), 센서로부터 획득한 데이터를 원격의 서버 등으로 전송하는 전송부(102), 센서와 전송부 등을 구동하기 위한 배터리부(103), 센서(101), 전송부(102), 배터리부(103) 등을 관리하기 위해 CPU(104)나 PCB(105) 등으로 구성된 센싱부재(100), 상술한 구성요소들을 수납하는 하우징부(200)와 상기 하우징부를 가축에게 쉽게 장착할 수 있도록 하는 체결부재(300) 등으로 구성될 수 있다.Figure 1 shows the configuration of a livestock behavior pattern detection device attached to the livestock. The livestock behavior pattern detection apparatus is basically a sensor 101 for detecting changes in livestock, a transmission unit 102 for transmitting data obtained from the sensor to a remote server, a battery for driving the sensor and the transmission unit, etc. In order to manage the unit 103, the sensor 101, the transmission unit 102, the battery unit 103, and the like, a sensing member 100 composed of a CPU 104 or a PCB 105, and the above-described components are stored. It may be composed of a housing portion 200 and a fastening member 300 to facilitate mounting of the housing portion to a livestock.

또한, 상기 센싱부재(100)와 상기 하우징부(200)를 상기 가축에 체결부재(300)를 이용해 체결시킬 때, 센싱부재(100) 등의 위치를 정확하게 하기 위해 추가적으로 무게조절부재(400) 등이 더 사용될 수 있다.In addition, when the sensing member 100 and the housing part 200 are fastened to the livestock by using a fastening member 300, an additional weight adjusting member 400, etc. is used to accurately position the sensing member 100 and the like. This can be used further.

구체적으로 상기 센서(101)는 가속도 센서를 사용할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 6축 가속도 센서가 사용될 수 있다.Specifically, the sensor 101 may use an acceleration sensor, and more specifically, a six-axis acceleration sensor may be used.

또한, 구체적으로 상기 전송부(102)는 무선 통신방식을 주로 사용하는데, 사용되는 세부적인 무선 통신방식은 와이파이, 블루투스, BLE, ZigBee, NBIOT, LORA, LTE-M 등이 필요에 따라 선택적으로 사용될 수 있다. In addition, specifically, the transmission unit 102 mainly uses a wireless communication method, and the detailed wireless communication method used may be selectively used as needed, such as Wi-Fi, Bluetooth, BLE, ZigBee, NBIOT, LORA, LTE-M, etc. Can be.

또한, 구체적으로 무게조절부재(400)은 여러가지 형태가 사용될 수 있으나, 무게추의 형태로 구현되어, 상기 하우징부(200)가 가축의 일정한 위치에 고정될 수 있는 기능을 제공할 수 있다.In addition, although the weight control member 400 may be used in various forms, the weight control member 400 may be implemented in the form of a weight, so that the housing part 200 can provide a function that can be fixed to a certain position of the livestock.

무게조절부재(400)의 이러한 기능을 통해 상기 센싱부재(100)가 최대한 가축의 동일한 위차나 방향에 체결될 수 있도록 하여, 결과적으로 센싱부재(100)로부터 획득하는 가축의 센싱 데이터가 통계적으로 유의미하고 좀더 정확하게 할 수 있다.Through this function of the weight adjusting member 400, the sensing member 100 can be fastened to the same position or direction of the livestock as much as possible, and as a result, the sensing data of the livestock obtained from the sensing member 100 is statistically significant. And more accurately.

또한 상술한 것과 같은 원격의 서버는 복수의 가축에 장착된 복수의 센서로부터 데이터를 수집하고, 후술한 것과 같은 여러가지 머신 러닝 기법이나 분석기법을 수행하여, 가축의 행동패턴을 분석하는 역할을 수행할 수 있다.In addition, the remote server as described above collects data from a plurality of sensors mounted on a plurality of livestock, performs various machine learning techniques or analytical methods as described below, and serves to analyze the behavioral pattern of the livestock. Can be.

도 5에서는 도 1에서 제시한 센싱부재(100)가 PCB의 형태로 구현된 것을 도시한 것이고, 또한, 이러한 센싱부재(100)를 수용하고 있는하우징부(200)의 실제 구현된 모습을 도시한 것이다.5 illustrates that the sensing member 100 presented in FIG. 1 is implemented in the form of a PCB, and also shows an actual implementation of the housing 200 accommodating the sensing member 100. will be.

또한 도면 6에서는 가축 중 소에 본 센싱부재(100), 와 하우징부(200)가 체결부재(300)를 통해 소에 체결되고, 무게 조절부재(400)가 추가된 형상을 도시하고 있다.In addition, Figure 6 shows the shape of the sensing member 100, and the housing 200 seen in cattle among cattle are fastened to cattle through the fastening member 300, and the weight adjustment member 400 is added.

도 2는 본 발명의 가축 행동패턴 검출방법을 논리적으로 도식화한 것이다.2 is a logical diagram of the method for detecting livestock behavior patterns of the present invention.

상술한 가축 행동패턴 검출 방법은 상기 센서로부터 데이터를 수집하는 데이터 수집 단계(S100); 상기 수집된 데이터를 분석하여 특징점을 생성하는 특징점 생성 단계(S200); 및 상기 특징점을 모델링된 분류기에 통과시켜 행동패턴을 검출하는 패턴분석 단계(S300)를 포함한다.The method for detecting a livestock behavior pattern described above includes a data collection step (S100) of collecting data from the sensor; A feature point generating step of analyzing the collected data and generating a feature point (S200); And a pattern analysis step (S300) of detecting behavior patterns by passing the feature points through a modeled classifier.

또한, 상기 센서는 가속도 센서이며, 상기 데이터는 X축, Y축, Z축의 변위량인 것을 특징으로 한다.In addition, the sensor is an acceleration sensor, the data is characterized in that the displacement amount of the X-axis, Y-axis, Z-axis.

상술한 특징점 생성 단계(S200)는 상기 X축, Y축, Z축의 변위량을 기반으로 아래에 기재된 수학식 1과 같은 벡터 시그널을 형성하는 벡터 시그널 형성단계(S210); 상기 벡터 시그널을 주파수 영역 신호로 변환하는 주파수 변환 단계(S220); 및 상기 변환된 주파수 영역의 신호를 샘플링하는 단계(S230)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The above-described feature point generating step (S200) includes a vector signal forming step (S210) of forming a vector signal as shown in Equation 1 below based on the displacement amount of the X-axis, Y-axis, and Z-axis; A frequency conversion step of converting the vector signal into a frequency domain signal (S220); And sampling the converted frequency domain signal (S230).

Figure pat00001
Figure pat00001

가속도 센서로부터 출력되는 X축, Y축, Z축의 변위량으로부터 가축의 움직임을 대표할 수 있을 만한 특징점을 연산하는 방법은 벡터의 평균값을 연산할 수 있는 다른 방식들이 사용될 수 있지만, 상술한 수식(1)과 같은 벡터 시그널은 각 축의 평균 크기들의 합과 같은 개념이기 때문에, 기준이 되는 포인트로부터 얼마나 많이 변위량이 변화되었는지를 잘 나타낼 수 있는 특징이 있고, 이러한 특징은 특히 가축의 행동패턴에서 가축의 움직임이 어느 정도로 세거나 크게 이루어졌는지가 중요하다는 점에서는 효용성이 크다고 할 수 있다.As a method of calculating a feature point that can represent the movement of a livestock from displacements of the X-axis, Y-axis, and Z-axis output from the acceleration sensor, other methods that can calculate the average value of the vector can be used, but the above formula (1 Since the vector signal such as) is the same concept as the sum of the average sizes of each axis, it has a characteristic that can indicate how much the displacement amount has changed from the reference point, and this characteristic is especially the behavior of the animal in the behavior pattern of the animal. In terms of the importance of how large or large it is, it can be said that it has great utility.

또한 상술한 벡터 시그널은 가속도 센서로부터 측정된 복수의 축에 대한 변위량을 크기를 대표한다고 볼 수도 있는데, 이러한 벡터 시그널의 특징은 가속도 센서의 에러 상태에 대해서도 후술한 방식과 같이 사용될 수 있다.In addition, the above-described vector signal may be regarded as representing the magnitude of displacements with respect to a plurality of axes measured from the acceleration sensor, and the characteristics of the vector signal may be used as described below for the error state of the acceleration sensor.

즉, 충분히 오랜 기간동안 가축의 가속도 센서로부터 측정된 데이터를 벡터 시그널화하여 분석하게 되면, 특정한 임계치 이상의 값이 해당 가축의 움직임으로부터 획득할 수 없는 값이라는 것을 판단할 수 있게 된다. 즉 충분한 데이터를 획득하고 분석한 뒤, 이러한 상태의 임계치를 기준 임계 벡터 시그널값으로 정의하게 되면, 그 이후 이러한 기준 임계 벡터 시그널값보다 큰 벡터 시그널값(이하 비정상 벡터 시그널이라 명한다)은 정상적인 가축의 움직임으로부터 측정할 수 없는 데이터라는 것을 쉽게 알 수 있다.That is, when the data measured from the acceleration sensor of the livestock for a sufficiently long period is analyzed by vector signaling, it is possible to determine that a value above a certain threshold is a value that cannot be obtained from the movement of the livestock. That is, after obtaining and analyzing sufficient data, if the threshold of this state is defined as a reference threshold vector signal value, then a vector signal value (hereinafter referred to as an abnormal vector signal) larger than the reference threshold vector signal value is a normal livestock. It can be easily seen from the movement of the data that it cannot be measured.

더 나아가, 이러한 비정상 벡터 시그널은 순간적으로 가속도 센서로부터 취득한 데이터에 노이즈가 발생하였거나, 혹은 가속도 센서 자체가 오동작(malfunction)하는 경우로 크게 분류할 수 있고, 이 중 센서의 오동작의 경우는 또한 후술한 방식을 이용하게 되면 정확하게 검출할 수 있다.Furthermore, such an abnormal vector signal can be largely classified as a case in which noise is generated in data acquired from an acceleration sensor instantaneously or the acceleration sensor itself is a malfunction, and among these, a malfunction of the sensor is also described later. If the method is used, it can be accurately detected.

즉, 특정한 센서로부터 비정상 벡터 시그널이 발생하는 횟수를 카운트(vector_signal_error_counter)하여, 해당 카운터가 기준이 되는 카운트수보다 크게 될 때, 해당 센서를 잠재적으로 비정상(malfunction)으로 판단하여, 해당 센서를 포함한 검출 장치를 교체하는 것이다.That is, by counting the number of occurrences of an abnormal vector signal from a specific sensor (vector_signal_error_counter), when the counter becomes larger than the reference count, the sensor is determined to be potentially abnormal (malfunction) and detected, including the sensor Replace the device.

또한, 이러한 카운터를 이용한 비정상 센서의 검출방식 또한, 카운터를 일정한 주기(예를 들어 1년)마다 리셋(reset)하여, 순간적인 노이즈로 인한 비정상 벡터 시그널의 발생이 누적되어 센서의 오류로 오판할 수 있는 확률을 줄일 수도 있다. 결과적으로 상술한 비정상 벡터 시그널을 이용하거나 비정상 벡터 시그널의 카운터를 잘 활용하여, 센서의 비정상 동작에 대해서도 어느정도 예측하고, 적절한 시기에 해당 센서를 포함한 가축 행동패턴 검출 장치를 교체할 수 있는 효과가 있다.In addition, the detection method of an abnormal sensor using such a counter is also reset by a counter at regular intervals (for example, one year), and the occurrence of abnormal vector signals due to instantaneous noise is accumulated and thus may be mistaken for sensor errors. You can also reduce the probability of being able to. As a result, by using the above-described abnormal vector signal or by utilizing the counter of the abnormal vector signal well, it is possible to predict to some extent about the abnormal operation of the sensor and replace the livestock behavior pattern detection device including the corresponding sensor at an appropriate time. .

상술한 상기 주파수 변환 단계(S220)에서 사용하는 상기 주파수 변환은 고속퓨리에변환(Fast Fourier Transform)을 이용하며, 상기 샘플링하는 단계(S230)에서 사용하는 상기 샘플링은 각 신호의 특정 단위 영역안의 첨두치(Max Value)를 추출하여 행렬화하는 것을 특징으로 한다.The frequency transform used in the above-mentioned frequency transformation step (S220) uses a Fast Fourier Transform, and the sampling used in the sampling step (S230) is the peak value in a specific unit region of each signal. It is characterized by extracting (Max Value) and matrixing.

상술한 고속퓨리에변환의 경우, 센서로부터 측정된 데이터(변위량)에 대해서 신호의 평균값을 상술한 수식(1)과 같은 방식으로 연산한 뒤, 이를 주파수 도메인으로 변환하기 위해 사용하는 연산방식이다. 주파수 도메인으로 센서로부터 가공된 신호를 변환시키는 이유는 후술되는 여러 분류기 등을 거쳐 쉽게 데이터의 패턴 등을 판단할 수 있기 때문이다.In the case of the fast Fourier transform described above, the average value of the signal for the data (displacement amount) measured from the sensor is calculated in the same manner as in Equation (1) above, and then used to convert it into the frequency domain. The reason for converting the processed signal from the sensor to the frequency domain is that it is possible to easily determine the data pattern and the like through various classifiers described later.

또한 상술한 샘플링의 방법은 주파수 영역으로 변환된 신호의 단위 영역안에서 첨두치(Max Value)를 추출하여 1전째 첨두치, 2번째 첨두치, 3번째 첨두치 등과 같이 배열함으로써, 행렬화(FrequencyMaxValue Matrix)하게 되는데, 이는 결과적으로는 움직임 변화량이 가장 큰 모멘트에 대한 대표성을 부여할 수 있다는 특징이 있다.In addition, the sampling method described above extracts a peak value in a unit domain of a signal converted into a frequency domain and arranges it as a first peak value, a second peak value, a third peak value, and the like, thereby forming a matrix (FrequencyMaxValue Matrix). ). As a result, it is characterized by being able to give a representative for the moment with the greatest amount of change in motion.

다음 표1에서는 본 발명을 통해 센서로부터 획득한 X,Y,Z변위량들에 대해서 상술한 변환과정을 거쳐 획득한 벡터시그널의 값들을 표로 기재한 것이다.In Table 1 below, the values of the vector signals obtained through the above-described conversion process for the X, Y, and Z displacements obtained from the sensor through the present invention are listed in a table.

xx yy zz Vector signalVector signal 85848584 1187611876 152152 14654.2714654.27 90609060 1333213332 15521552 16193.6616193.66 56365636 1530815308 12721272 16362.0716362.07 38203820 1593615936 324324 16390.6516390.65 856856 1594415944 17881788 16066.7616066.76 440440 1576415764 21602160 15917.3815917.38 424424 1601616016 21922192 16170.8716170.87 424424 1608816088 10321032 16126.6416126.64 63086308 1459214592 15761576 15975.0115975.01 66086608 1515215152 11281128 16568.6816568.68 64806480 1470414704 12921292 16120.416120.4 64006400 1460814608 12161216 15994.7615994.76 67206720 1520815208 11281128 16664.7516664.75 54005400 1550415504 11961196 1646116461 54805480 1514415144 12081208 16150.2416150.24 44164416 1592815928 11241124 1656716567 45324532 1558815588 11841184 16276.5716276.57 42284228 1584015840 568568 16404.416404.4 39803980 1601216012 720720 16514.9316514.93 46924692 96609660 26642664 11064.6911064.69 560560 1164011640 27242724 11967.611967.6 46244624 1598815988 14241424 16704.0516704.05 46404640 1540015400 22202220 16236.3216236.32 44644464 1584815848 18561856 16568.9816568.98 54285428 1556815568 17121712 16575.7916575.79 50365036 1552015520 14201420 16378.2816378.28 48284828 1565215652 960960 16407.8116407.81 38203820 1593615936 324324 16390.6516390.65

이후 도면 3에서 붉은 별의 형태로 잘 표시된 것과 같이, 단위 영역에서의 첨두치(Max Value)를 샘플링하게 되면 상술한 FrequencyMaxValue Matrix를 아래의 수학식 2에 개시된 매트릭스와 같이 획득할 수 있다.Subsequently, as shown in the shape of a red star in FIG. 3, when the peak value in the unit region is sampled, the above-described FrequencyMaxValue Matrix can be obtained as the matrix disclosed in Equation 2 below.

Figure pat00002
Figure pat00002

또한, 상술한 패턴분석 단계(S300)에서 사용하는 모델링은 머신 러닝 알고리즘을 사용한 것을 특징으로 한다.In addition, the modeling used in the above-described pattern analysis step (S300) is characterized by using a machine learning algorithm.

상술한 머신 러닝 알고리즘의 경우 심층 신경망(DNN)을 사용하거나 합성곱신경망(CNN) 또는 순환신경망(RNN) 방식과 같이 여러가지 방식의 머신 러닝 알고리즘을 사용할 수 있다.In the case of the above-described machine learning algorithm, a deep neural network (DNN) may be used, or various types of machine learning algorithms such as a synthetic neural network (CNN) or a circular neural network (RNN) method may be used.

하지만 본 발명에서와 같이 소의 특정 행동패턴에 대해 정확하게 구분할 수 있도록 하는 예측기법에서는 후술하는 SVM(Support Vector Machine) 기법을 사용하는 것이 바람직하다.However, as in the present invention, it is preferable to use a support vector machine (SVM) technique, which will be described later, in a prediction technique that can accurately distinguish a specific behavior pattern of a cow.

SVM이란 클래시피케이션(classification), 리그레션(regression), 특이점 판별(outliers detection) 등에 주로 사용되는 지도 학습(Supervised Learning) 머신 러닝 방법 중 하나이다. 예를 들어, 두 그룹의 데이터셋을 구분하는 여러 가지 방법 중에 각 그룹의 최대 거리에 있는 중간지점을 정확하게 구분할 수 있는 것이 분류정확도를 높일 수 있는 최적의 방법이라고 할 수 있다.SVM is one of supervised learning machine learning methods that are mainly used for classification, regression, and outliers detection. For example, among the various methods of classifying two groups of datasets, it can be said that the best way to increase classification accuracy is to be able to accurately distinguish the midpoint at the maximum distance of each group.

특히 SVM은 복수의 디멘션을 갖는 데이터에 대해서, 복수의 디멘션을 잘 구분할 수 있는 최적의 결정 경계(decision boundary)를 찾는 것에 최적화된 방법으로 알려져 있다.In particular, SVM is known as an optimized method for finding an optimal decision boundary that can distinguish a plurality of dimensions well for data having a plurality of dimensions.

또한, 센서들로부터 획득된 데이터에 상술한 것과 같은 SVM 기법을 적용할 때, 센서가 장착된 가축들의 수가 증가하고 센서들로부터 전송된 데이터들이 점점 더 축적될수록 머신러닝의 트레이닝 횟수가 증대되고, 결과적으로 트레이닝을 통해 획득한 모델링의 정확도가 점점 높아지게 된다. 이러한 특징은 특정한 수학이나 통계적 모델링을 통한 분석기법이 항상 일정한 정도의 예측오류율을 가지는 데에 비해, 트레이닝의 횟수가 늘수록 예측오류율이 점점 더 개선될 수 있다는 점은 머신 러닝 기법을 통한 모델링의 큰 장점이다.In addition, when the SVM technique as described above is applied to the data obtained from the sensors, the number of trains of machine learning increases as the number of animals equipped with the sensor increases and the data transmitted from the sensors accumulates more and more. As a result, the accuracy of modeling acquired through training becomes increasingly high. This feature is that the analysis error through specific mathematical or statistical modeling always has a certain prediction error rate, but the prediction error rate can be improved more and more as the number of training increases. It is an advantage.

결과적으로, 상술한 SVM 기법을 활용하여 상술했던 행렬을 분석하고 예측하게 되면, 가축의 행동패턴을 예측할 수 있다. 이 때 상술한 가축의 예측된 행동은 예를 들어, 기립(Stand), 이동(Move), 누움(Lie) 등의 행동을 의미한다.As a result, if the above-described matrix is analyzed and predicted using the above-described SVM technique, the behavioral pattern of livestock can be predicted. At this time, the predicted behavior of the above-mentioned livestock means, for example, an action such as standing, moving, and lying.

또한 이러한 행동에 대한 장기간 데이터를 확보함으로써, 결과적으로 가축의 특정 상태(예를 들어 가축의 사육에 중요한 발정, 질병, 임신 등)를 예측할 수 있게 된다.In addition, by obtaining long-term data on these behaviors, it is possible to predict specific conditions of livestock (eg, estrus, disease, pregnancy, etc., which are important for raising livestock).

도면 4의 경우, 전술한 것과 같은 행동 패턴 분석 방법을 소에게 적용하여, 실측된 가속도 센서의 데이터로부터 소의 행위를 분석한 것을 순차적으로 도시한 것이다. In the case of FIG. 4, the behavior pattern analysis method as described above is applied to the cow, and the cow behavior is analyzed sequentially from the measured acceleration sensor data.

즉 가속도 데이터와 이를 벡터 시그널로 변환하고, 다시 이를 고속퓨리에변환 및 첨두치 샘플링을 통해 소의 행동패턴을 예측한 것을 도시하였다.That is, it is shown that the acceleration data and this are converted into vector signals, and then the cow behavior pattern is predicted through fast Fourier transform and peak-to-peak sampling.

도면 4에서는 결과적으로 두 가지 행동패턴에 대한 분석이 다르게 형성되어 예측된 것을 보여주고 있다.As a result, Figure 4 shows that the analysis of the two behavior patterns was formed and predicted differently.

또한 도면 4와 같은 분석방법을 통하게 되면, 소의 행동패턴의 정확도가 82~92%가 되는 것을 소의 실제 상태를 비교함으로써 확인할 수 있었다.In addition, through the analysis method as shown in FIG. 4, it was confirmed by comparing the actual state of the cow that the accuracy of the cow's behavior pattern was 82 to 92%.

이는 종래 전문가의 육안을 통한 소의 상태 관측의 정확도가 대략 50% 정도 내외인 것에 비해 정확도를 많이 개선시켰을 뿐 아니라, 육안관찰의 필요성이 아예 없어짐으로써 노동력을 줄이고 생산성을 높이는 효과를 제공하게 된다.This not only improves the accuracy of the observation of a cow's condition through the naked eye of a conventional expert about 50% or so, but also reduces the labor force and increases productivity by eliminating the need for visual observation.

또한, 머신 러닝 방법의 특징 중 하나인 러닝(학습)하는 트레이닝세트와 트레이닝횟수가 증가하게 될수록 정확도가 더 증가되는 것까지 고려하고, 이러한 높아진 정확도가 다시 전체 행동패턴 분석 방법 및 장치의 머신 러닝 모델링에 쉽게 반영될 수 있다는 점까지 고려하면 더더욱 가축의 행동패턴 예측 정확도는 높아질 수 있을 것으로 예상된다.In addition, the training set that is one of the characteristics of the machine learning method (learning) and the number of training increases, the accuracy is considered to be increased, and this increased accuracy is again modeled in the entire behavior pattern analysis method and machine learning model of the device Considering that it can be easily reflected in, it is expected that the accuracy of predicting the behavioral patterns of livestock can be increased.

또한, 도면으로 제시하지는 않았지만, 본 발명에서 각종 센서 데이터를 수집하고, 머신러닝의 역할을 수행하는 원격지 서버의 경우, 하나의 관제 서버의 형태일 수도 있고, 클라우드 서비스의 형태로 제공될 수도 있다.In addition, although not shown in the drawings, in the present invention, in the case of a remote server that collects various sensor data and performs a role of machine learning, it may be in the form of one control server or may be provided in the form of a cloud service.

또한, 역시 도면으로 제시하지는 않았지만, 해당 행동패턴 분석방법의 결과는 관리자의 PC에 웹의 형태로 쉽게 디스플레이되거나, 관리자의 스마트폰에 어플리케이션의 형태로 설치되어 쉽게 상황을 확인하게 할 수 있다. 즉, 본 발명의 검출 방법은 사용자에게 쉽게 정보를 제공할 수 있는데, 이러한 검출 방법 제공 형태는 사용자의 스마트폰에 설치되는 어플리케이션의 형태일 수도 있고, 또는 특정 웹 페이지의 형태로 제작되어 적절한 인증수단을 거쳐 접속할 수 있는 웹 기반 페이지의 형태일 수 있다.In addition, although not shown in the drawings, the result of the corresponding behavior pattern analysis method can be easily displayed in the form of a web on the manager's PC or installed in the form of an application on the manager's smartphone to easily check the situation. That is, the detection method of the present invention can easily provide information to the user, and the detection method provision type may be a form of an application installed on the user's smart phone, or it may be made in the form of a specific web page and suitable authentication means. It may be in the form of a web-based page that can be accessed via.

또한, 본 발명의 일 실시예로 가축을 소로 한정하게 되면, 본 발명의 행동패턴 검출 방법을 통해 소의 발정, 임신, 질병 여부 등을 효과적으로 예측할 수 있다.In addition, when the livestock is limited to cattle as an embodiment of the present invention, it is possible to effectively predict the estrus, pregnancy, disease, etc. of the cow through the behavior pattern detection method of the present invention.

구체적으로 소의 경우, 발정 시기가 되면 활동량이 평소보다 늘고, 질병이 발생하면 활동량이 주는 것으로 알려져 있다. 또한 종래의 경우, 발정과 같은 소의 신체 변화를 사육자의 육안을 통해 검진하거나 예측하는 방식을 사용할 때의 정확도가 50% 정도 내외인 것으로 알려져 있다.Specifically, in the case of cattle, it is known that the amount of activity increases when the estrus occurs, and the amount of activity occurs when a disease occurs. In addition, in the conventional case, it is known that the accuracy of using a method of examining or predicting a change in the body of a cow such as horns through the human eye of a breeder is about 50%.

반면, 가속도 센서의 데이터를 주파수 분석과 모델링을 사용하는 본 발명의 행동패턴 검출 방법을 적용하게 되면, 종래 육안 검진 방식보다 소의 발정 시기를 효과적으로 예측할 수 있게 된다. On the other hand, if the behavior pattern detection method of the present invention using frequency analysis and modeling is applied to the data of the acceleration sensor, it is possible to effectively predict the estrus time of cattle than the conventional visual examination method.

본 발명의 일실시예에 따른 가축 행동패턴 검출 방법은 컴퓨터와의 결합을 통해 실행시키기 위한 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다.The method for detecting livestock behavior patterns according to an embodiment of the present invention may be implemented as a computer program stored in a storage medium for execution through combination with a computer.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가축 행동패턴 검출 방법의 동작 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리, SSD(Solid State Drive) 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.In addition, the operation method of the livestock behavior pattern detection method according to an embodiment of the present invention can be recorded in a computer-readable medium by being implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, or the like alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic media such as floptical disks. Includes hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and solid state drives (SSDs). Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, etc., as well as machine language codes produced by a compiler.

또한 본 발명에서 사용되는 컴퓨터 또는 컴퓨터 프로그램과 같은 구성은 이동통신 단말기의 형태가 스마트폰과 같이 변형되며, 컴퓨팅 파워가 획기적으로 커짐에 따라, 스마트폰 또는 스마트폰에서 실행되는 어플리케이션과 같은 의미로도 사용될 수 있다.In addition, a configuration such as a computer or a computer program used in the present invention is modified in the form of a mobile communication terminal, such as a smartphone, and as computing power dramatically increases, in the same sense as an application executed in a smartphone or smartphone. Can be used.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You can understand that you can.

100: 센싱부재
101: 센서
102: 전송부
103: 배터리부
104: CPU
105: PCB
200: 하우징부
300: 체결부재
400: 무게조절부재
100: sensing member
101: sensor
102: transmission unit
103: battery unit
104: CPU
105: PCB
200: housing
300: fastening member
400: weight adjusting member

Claims (7)

센서를 이용한 가축 행동패턴 검출방법에 있어서,
상기 검출 방법은
상기 센서로부터 데이터를 수집하는 데이터 수집 단계(S100);
상기 수집된 데이터를 분석하여 특징점을 생성하는 특징점 생성 단계(S200); 및
상기 특징점을 모델링된 분류기에 통과시켜 행동패턴을 검출하는 패턴분석 단계(S300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가축 행동패턴 검출방법.
In the method for detecting livestock behavior patterns using sensors,
The detection method
A data collection step of collecting data from the sensor (S100);
A feature point generating step of analyzing the collected data and generating a feature point (S200); And
And a pattern analysis step (S300) of detecting behavior patterns by passing the feature points through a modeled classifier.
제1항에 있어서,
상기 센서는 가속도 센서이며, 상기 데이터는 X축, Y축, Z축의 변위량인 것을 특징으로 하는 가축 행동패턴 검출방법.
According to claim 1,
The sensor is an acceleration sensor, and the data is a livestock behavior pattern detection method, characterized in that the displacement of the X-axis, Y-axis, and Z-axis.
제2항에 있어서,
상기 특징점 생성 단계(S200)는 상기 X축, Y축, Z축의 변위량을 기반으로 벡터 시그널을 형성하는 벡터 시그널 형성단계(S210);
상기 벡터 시그널을 주파수 영역 신호로 변환하는 주파수 변환 단계(S220);
상기 변환된 주파수 영역의 신호를 샘플링하는 단계(S230);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가축 행동패턴 검출방법.
According to claim 2,
The feature point generating step (S200) includes a vector signal forming step (S210) of forming a vector signal based on the displacement amount of the X-axis, Y-axis, and Z-axis;
A frequency conversion step of converting the vector signal into a frequency domain signal (S220);
Sampling the converted frequency domain signal (S230);
Livestock behavior pattern detection method further comprising a.
제3항에 있어서,
상기 패턴분석 단계(S300)에서 사용하는 모델링은 머신 러닝 알고리즘을 사용한 것을 특징으로 하는 가축 행동패턴 검출방법.
According to claim 3,
The modeling used in the pattern analysis step (S300) is a livestock behavior pattern detection method characterized in that it uses a machine learning algorithm.
제3항에 있어서,
상기 주파수 변환 단계(S220)에서 사용하는 상기 주파수 변환은 고속퓨리에변환(Fast Fourier Transform)을 이용하며,
상기 샘플링하는 단계(S230)에서 사용하는 상기 샘플링은 각 신호의 특정 단위 영역안의 첨두치(Max Value)를 추출하여 행렬화하는 것을 특징으로 하는 가축 행동패턴 검출방법
According to claim 3,
The frequency transform used in the frequency transformation step (S220) uses a Fast Fourier Transform,
The sampling used in the sampling step (S230) is a livestock behavior pattern detection method characterized in that the peak value (Max Value) in a specific unit region of each signal is extracted and matrixed.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 가축 행동패턴 검출방법을 수행하며, 컴퓨터가 판독 가능한 기록 매체에 저장하는 컴퓨터 프로그램.
A computer program for performing the method for detecting livestock behavior patterns according to any one of claims 1 to 5, and storing them in a computer-readable recording medium.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 가축 행동패턴 검출방법을 수행하며, 가축에 부착되어 있는 가축행동패턴 검출장치.
A method for detecting livestock behavior patterns according to any one of claims 1 to 5, and an apparatus for detecting livestock behavior patterns attached to livestock.
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