NL1037947C2 - Werkwijze en inrichting voor het bepalen van door een herkauwer, in het bijzonder een melkdier uitgestoten broeikasgas, in het bijzonder methaan. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor het bepalen van door een herkauwer, in het bijzonder een melkdier uitgestoten broeikasgas, in het bijzonder methaan

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor 5 voor het bepalen van door een herkauwer, in het bijzonder een melkdier, uitgestoten broeikasgas, in het bijzonder methaan.

Broeikasgassen spelen een rol bij klimaatontwikkeling. Veehouderij draagt in belangrijke mate bij aan de uitstoot van broeikasgassen, zoals kooldioxide en met name methaan. Methaan heeft een 20 a 25 keer groter 10 aardopwarmingsvermogen dan kooldioxide. Het grootste deel van die uitstoot ontstaat door eructaties. Een gemiddelde koe stoot naar schatting tussen 500 en 600 liter methaan per dag uit door boeren en uitademen. Methaan wordt door herkauwers geproduceerd als een bijproduct van de vergisting van organische massa in de pens. Het vormt een beduidend energieverlies voor het dier, naar 15 schatting 2 tot 12% van de bruto energieopname.

Het is wenselijk om een manier te vinden om eenvoudig de uitstoot van broeikasgas, en in het bijzonder methaan, bij dieren te kunnen bepalen, althans te schatten.

Uit US5265618 zijn een werkwijze en systeem bekend om 20 uitgestoten broeikasgas te meten. Hierbij wordt een buisje met tracergas (SFe) door het dier ingeslikt, uit welk buisje het tracergas lekt. Voorts is een bemonsteringssysteem aangebracht bij de bek van het dier, alwaar via een monsterbuisje ademmonsters worden opgevangen. Door analyseren van de ademmonsters, waarbij verhoudingen van broeikasgas en tracergas ten opzichte 25 van de omgevingslucht worden bepaald, kan de uitstoot van het broeikasgas worden bepaald.

Nadelig aan de bekende werkwijze en het systeem is dat dit zeer ingewikkeld is, waarbij het dier een tracergasbuisje dient in te slikken, en er vervolgens met gasanalyseapparatuur een gasanalyse wordt uitgevoerd. Dit 30 maakt de bekende werkwijze minder geschikt voor toepassing bij hele kuddes dieren. Bovendien heeft dat tracergas (SFe) een nog eens duizend keer groter aardopwarmingsvermogen heeft dan methaan.

1 0 3 79 47 2

Een doel van de onderhavige uitvinding is om een zeer eenvoudige werkwijze en systeem te verschaffen voor het bepalen van uitstoot van broeikasgas, die geschikt is voor toepassing bij grote aantallen dieren.

De uitvinding bereikt dit doel met een werkwijze volgens conclusie 1, 5 alsmede met een inrichting volgens conclusie 7. Hierbij is gebruik gemaakt van enerzijds het inzicht dat een eructatie, oftewel boer, goed herkenbaar is, en anderzijds van de vaststelling dat het percentage methaan in de eructatie relatief constant is, op zo'n 25 a 35%. Het is dan in eerste instantie voldoende om de eructaties te tellen om de uitstoot van de herkauwer te kunnen bepalen. In eerste 10 benadering zullen namelijk de eructaties per herkauwer ongeveer constant van grootte zijn. Als aanname geldt hier dat bij opbouwen van een hoeveelheid gas in de pens de vorm en andere eigenschappen van de herkauwer, met name pens, slokdarm en dergelijke, bepalen bij welke druk het gas kan ontsnappen. De bijbehorende hoeveelheid zal dan eveneens ongeveer constant zijn, al kan deze 15 van dier tot dier verschillen.

In het bijzonder worden dan ook per herkauwer enkele ijkmetingen uitgevoerd, bijvoorbeeld wat betreft totale hoeveelheid gas als het gemiddelde aandeel methaan. Bijvoorbeeld kan worden geijkt bij welke druk in de pens de gassen zullen ontsnappen via een eructatie. Hierbij kan een techniek worden 20 gebruikt zoals reeds beschreven in "Dietary influences on eructation and related phenomena in cattle", J Dairy Sci 1958 41: 1565-1579. Ook wordt hier verwezen naar onderzoek door de KU Leuven, bijvoorbeeld http://www.adinstruments.com/news/230909/Ruminate-On-This-Vet-Students-Learn-About-Cow-Digestive-Physiology-with-PowerLab/corporate/, alwaar positio-25 nering van druksensoren, althans spieractiviteitsmeters, in de magen wordt onderzocht. Wanneer hierbij blijkt dat de druk inderdaad bij elke eructatie gelijk is, of binnen een zekere marge varieert, wordt de meting met alleen tellen betrouwbaarder, en kan er beter worden vergeleken met uitstootmetingen bij andere dieren.

30 Aangezien het effect van methaan, uit het product van gasgehalte en aardverwarmingsvermogen, groter is dan voor andere ademgassen, zal in het hiernavolgende in beginsel uitsluitend van methaan worden gesproken, hoewel de uitvinding in beginsel ook op andere broeikasgassen toepasbaar is.

3

Een groot voordeel van de uitvinding is dat deze zeer eenvoudig is, en met name ook zonder inslikken van delen gepaard gaat. Zeer simpel gezegd komt de uitvinding neer op het automatiseren van het tellen van eructaties. Daartoe moeten een herkenningsstap en een telstap worden uitgevoerd.

5 In het bijzonder omvat de werkwijze per eructatie bepalen van de duur ervan, en optellen van de per eructatie bepaalde tijdsduren tot een totale tijdsduur. Op basis van de gemeten tijdsduren kan dan, door vergelijken met een gemiddelde uitstoot per tijdsduur, de totale uitstoot van broeikasgas nauwkeuriger worden bepaald. Ook hier geldt weer dat een ijking per herkauwer nog 10 nauwkeurigere, dierindividuele waardes kan opleveren.

Met voordeel wordt het aantal eructaties geteld in een voorafbepaalde tijdsperiode. Met andere woorden wordt een eructatiefrequentie bepaald, waarbij uit de eructatiefrequentie de uitstoot in diezelfde tijdsperiode wordt bepaald.

15 Bij de werkwijze volgens de uitvinding is het in beginsel voldoende om een relatieve waarde te bepalen, door tellen van de eructaties of de tijdsduur ervan. Immers, als er door veranderingen in de voeding, de gezondheidstoestand van het dier enz., veranderingen in de uitstoot optreden, zal dat al zichtbaar worden in die aantallen resp. de tijdsduur. Niettemin kan het voordelig zijn om 20 althans een benadering van de absolute uitstoot te verkrijgen. Daartoe omvat de werkwijze met voordeel vermenigvuldigen van het aantal eructaties met een uitstootwaarde die indicatief is voor de hoeveelheid broeikasgas per eructatie.

Wederom geldt dat een ijkmeting de nauwkeurigheid kan verhogen. Daartoe kan de werkwijze bijvoorbeeld omvatten corrigeren van de bepaalde 25 uitstoot door vermenigvuldigen met een correctiefactor, gekozen uit een dierindividuele correctiewaarde, een historische correctiewaarde of een broeikasgasafhankelijke correctiefactor. Hiermee kan rekening worden met een dierindividuele waarde, zoals wanneer een herkauwer (altijd) relatief veel methaan in de adem produceert, of met een historische correctiewaarde, zoals wanneer de 30 ademsamenstelling met leeftijd of in de loop van een seizoen verandert, respectievelijk wanneer een bepaald soort broeikasgas wordt gemonitord, zoals naast methaan bijvoorbeeld kooldioxide.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt een aan eructaties van de herkauwer gerelateerd signaal gemeten, en uit het signaal het aantal en/of 4 tijdsduur van de eructaties bepaald. Dit kan op allerlei manieren plaatsvinden. Met voordeel omvat het signaal een geluidssignaal omvat, gemeten op een plek waar het mogelijk is om eructaties van de herkauwer te meten. In het bijzonder omvat het signaal een geluidssignaal uit de bek of keel van de herkauwer. Hierbij wordt 5 gebruik gemaakt van het inzicht dat een eructatie, of "boer", akoestisch vrij duidelijk herkenbaar en karakteriseerbaar is, wat betreft toonhoogte, formantliggingen en/of timbre enzovoort. Het signaal kan bijvoorbeeld worden opgevangen met een microfoon, zoals een contactmicrofoon aangebracht op de hals of keel van de herkauwer, of een richtmicrofoon die is gericht op de bek van 10 de herkauwer.

Ook kan het signaal een druksignaal omvatten van de druk van gassen in de pens van het dier, waarbij een eructatie wordt geteld indien genoemde druk binnen een voorafbepaalde tijd met tenminste een voorafbepaalde mate zakt. Aangezien bij eructaties pensgassen ontsnappen, zal de druk in korte 15 tijd sterk afnemen. Hierbij kan wederom met een ijkmeting of dergelijke worden vastgelegd wat de grenzen zijn om een signaal een eructatie te noemen, zoals: wanneer het drukverschil tussen pens en atmosfeer binnen 3 seconden met minstens 20% afneemt. Deze grenzen zijn uiteraard dierafhankelijk, voerafhankelijk, enzovoort.

20 Met voordeel omvat de werkwijze filteren van het signaal om de signaalkwaliteit van het signaal te verhogen. Filteren helpt hierbij om bijvoorbeeld een betere signaal-ruisverhouding te verkrijgen, of althans om het aantal vals-positieve en/of vals-negatieve signalen terug te dringen. In het bijzonder omvat het filteren een gelijktijdig optisch beeld van de herkauwer opnemen en met 25 beeldverwerking verwerken, en daarmee vaststellen of het opgenomen en verwerkte optische beeld past bij een eructatie, en/of een akoestische filtering, waarbij een frequentiespectrumanalyse van het geluid aan voorafbepaalde, in het bijzonder dierindividuele eisen moet voldoen, waarbij de eisen meer in het bijzonder betrekking hebben op piekfrequenties, verhoudingen tussen 30 piekfrequenties, geluidssterkte en/of tijdsontwikkeling van de geluidssterkte, en/of weglaten van gemeten signalen die korter duren dan een minimale tijdsduur.

Hierbij kan het met een camera vastleggen van een optisch beeld dienen om te beoordelen of het geluidssignaal behoort bij een daadwerkelijke eructatie. Immers wordt het geluidssignaal min of meer sterk beïnvloed door het al 5 dan niet open zijn van de bek. Bij geopende bek zal immers het geluidssignaal meer hogere frequenties omvatten dan bij gesloten bek. Desgewenst, en met voordeel, kunnen wederom een of meer ijkmetingen worden gedaan voor de situatie met gesloten bek alsmede voor de situatie met geopende bek, waarbij 5 zelfs nog onderscheid kan worden gemaakt tussen een geheel geopende bek en een halfgeopende bek. Met beeldherkenning door verwerking van het optische beeld is dit betrouwbaar vast te stellen. Met een dergelijke controle zijn vele vals-positieve signalen weg te filteren.

Met behulp van een akoestische filtering is eveneens de 10 betrouwbaarheid te verbeteren, doordat het geluidssignaal wordt geanalyseerd op dierindividuele eisen, met name het typische stem- of eructatiegeluid van dat dier. Hierbij kan gebruik worden gemaakt van optredende piekfrequenties, d.w.z. frequenties met de grootste geluidssterkte, en/of van verhoudingen tussen geluidssterktes bij bepaalde frequenties. Dit laatste is te vergelijken met het 15 timbre. Zowel piekfrequenties als timbre worden tenminste ten dele bepaald door de vorm van de keelholte, net zoals bij een menselijk stem. Analyse van het geluid kan dan ook een beter onderscheid maken tussen eructaties en andere geluiden, zoals gewoon loeien of omgevingsgeluiden.

In het bijzonder omvat het filteren meten van de druk van gassen in 20 de pens van het dier, en slechts selecteren van die signalen waarbij in hoofdzaak gelijktijdig genoemde druk zakt. Het zakken van die druk duidt immers op een echte eructatie. Het meten van de druk kan bijvoorbeeld geschieden door een ingeslikte sensor, en kan gelijk zijn aan de werkwijze die kan worden toegepast bij de ijkmetingen voor pensdruk zoals hiervoor al is beschreven. Men zou kunnen 25 zeggen dat bij deze filtering het ene, akoestische, signaal wordt gefilterd met het andere, druksignaal.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een detectieinrichting voor het bepalen van door een herkauwer, in het bijzonder een melkdier (1), uitgestoten broeikasgas, in het bijzonder methaan, omvattende een sensor ingericht voor 30 meten van een aan eructaties van de herkauwer gerelateerd signaal, en een besturingsinrichting ingericht voor uit het signaal bepalen van het aantal en/of tijdsduur van de eructaties, en in het bijzonder ingericht voor het uitvoeren van een werkwijze volgens de uitvinding. Deze inrichting bevat aldus een sensor voor het opvangen van een signaal waaruit eructaties kunnen worden bepaald, alsmede 6 een besturingsinrichting die is ingericht om dat daadwerkelijk te doen, en om vervolgens het aantal en/of de tijdsduur van de eructaties te bepalen. Zoals reeds eerder aangegeven zijn dergelijke relatieve metingen voor veel doeleinden voldoende, zoals ontwikkelingen in de tijd, of om reacties op omstandigheden 5 zoals veranderingen in voeder of weer te kunnen volgen.

In het bijzonder is de detectieinrichting uitgevoerd als een halsband. Aldus kan eenvoudig en betrouwbaar een dierindividuele bewaking worden uitgevoerd op de plek, althans in de buurt, waar de eructaties het beste waarneembaar zijn.

10 In uitvoeringsvormen van de detectieinrichting omvat de sensor een microfoon, in het bijzonder een contactmicrofoon. Een dergelijke microfoon is bij uitstek geschikt als sensor voor het opvangen van een eructatiesignaal, hoewel bijvoorbeeld een sensor die een gasstoot meet, met name indien die een andere samenstelling heeft dan normale adem, ook geschikt kan zijn. Hier wordt 15 opgemerkt dat een contactmicrofoon minder gevoelig is voor variaties in het geluid dan een microfoon die vooral bekgeluid meet.

In uitvoeringsvormen van de detectieinrichting omvat de sensor een richtbare richtmicrofoon. Hierbij kan de richtmicrofoon bijvoorbeeld zijn opgesteld op een plek waar de dieren vrijwel zeker enige tijd doorbrengen, zoals een 20 melkstal in het geval van melkdieren, of een voerplaats. Het dier kan dan enige tijd worden geobserveerd, waarbij de richtmicrofoon ook nog op de bek van het dier kan worden gericht. Hoewel de dieren niet, of althans niet eenvoudig, gedurende langere tijd zijn te volgen, is een groot voordeel dat er slechts één microfoon nodig is, en dat die niet op het dier hoeft te worden aangebracht.

25 In het bijzonder omvat de detectieinrichting een werkzaam met de sensor verbonden signaalfilterinrichting alsmede een werkzaam met de signaalfilterinrichting verbonden besturingsinrichting. Hierbij dient de signaalfilterinrichting om het signaal te filteren, met name om vals-positieve en/of vals-negatieve signalen uit het signaal te filteren. Het aldus gefilterde signaal kan 30 vervolgens verder worden doorgegeven aan de besturingsinrichting. Uiteraard kunnen de besturingsinrichting en de signaalfilterinrichting ook één geheel vormen.

Met voordeel omvat de signaalfilterinrichting een frequentieanalyseinrichting om daarmee een frequentieanalyse van een 7 geluidssignaal te verrichten. Dezelfde voordelen als bij de overeenkomstige werkwijze volgens de uitvinding gelden ook hier. Met name kunnen uit enkele ijkmetingen voor een eructatie van het betreffende dier typische frequenties of frequentieverhoudingen worden bepaald. Deze worden vervolgens in de inrichting 5 geprogrammeerd, zodat de metingen betrouwbaarder kunnen worden uitgevoerd.

De uitvinding zal hieronder worden beschreven aan de hand van enkele niet-beperkende uitvoeringsvoorbeelden, onder verwijzing naar de tekening. Daarin toont - Figuur 1 een diagram met de samenstelling van pensgas, en 10 - Figuur 2 een uitvoeringsvorm van een detectieinrichting volgens de uitvinding.

In Figuur 1 is in een diagram de samenstelling van pensgas weergegeven als functie van de tijd, voor een melkkoe met een dieet van alfalfa, hooi en graan. Te zien is dat het aandeel methaan zeer weinig varieert, en voortdurend rond de 35 ± 5% ligt. Deze constantheid in samenstelling, die dan ook 15 geldt voor de samenstelling van geëructeerd gas, vormt een basisinzicht van de uitvinding. Er wordt opgemerkt dat het aandeel natuurlijk afhankelijk kan zijn van het dieet, van de diersoort of het dierras, enzovoort. Ook is duidelijk te zien dat het aandeel kooldioxide zo sterk verandert in de tijd dat een betrouwbare totaalmeting uit simpel tellen niet mogelijk is. Niettemin zal tellen van de eructaties nog steeds 20 een indicatie kunnen zijn van veranderde omstandigheden.

Figuur 2 toont schematisch een inrichting volgens de uitvinding. Hierin heeft een koe 1 een pens 2 met pensgassen 3, die via slokdarm 4 en bek 5 worden uitgestoten in de richting van de pijlen. Een meet- en besturingsinrichting 6 met een microfoon 7 is met een halsband 8 en een hulpband 9 rond de koe 25 gehangen.

De pensgassen 3 zijn een bijproduct van de spijsvertering door vergisting van organische massa in de pens 2. Wanneer de pensgasdruk hoger en hoger wordt, wordt op een gegeven moment een grens bereikt waarbij er een eructatie (boer) zal optreden, waarbij een hoeveelheid pensgas ontsnapt via 30 slokdarm 4 en bek 5. Dit gaat gepaard met een meetbaar geluidssignaal. Om dit signaal te meten is een microfoon 7 dicht bij de bek 5 aangebracht, met een hulpband 9 ter positionering.

Deze microfoon 7 zal in beginsel alle geluiden opvangen die nabij de bek 5 hoorbaar zijn. Die geluiden omvatten alle eructaties, maar ook vreet- en * 8 herkauwgeluiden, alsmede geluiden uit de omgeving. Om eructaties uit het totale signaal te filteren is een, niet apart getoonde, signaalfilterinrichting in de besturingsinrichting verschaft. Het al dan niet gefilterde signaal wordt aangeboden aan de besturingsinrichting 6, die de eructaties telt, om daaruit de methaanuitstoot 5 te bepalen. Desgewenst kan de besturingsinrichting 6 ook per eructatie de duur daarvan bepalen, hetgeen een nauwkeuriger totaalmeting oplevert. Een nog hogere nauwkeurigheid kan worden bereikt met gelijktijdig vastleggen van een optisch beeld, waarbij een eructatie gepaard moet gaan met een geopende bek.

Opgemerkt wordt dat in de handel reeds halsbanden verkrijgbaar zijn 10 met een ingebouwde microfoon. Deze contactmicrofoons, aangebracht op de hals/keel van een melkdier, zijn in staat om geluid te registreren en daaruit herkauwactiviteit te bepalen. Een dergelijk systeem wordt bijvoorbeeld op de markt gebracht onder de naam Lely Owes HR. Door op basis van ijkmetingen instellen van de programmatuur die de geluiden verwerkt, en eventueel van een 15 filtering, kan dit toestel dienen als een inrichting volgens de onderhavige uitvinding.

1 03 79 47

Claims (14)

1. Werkwijze voor het bepalen van door een herkauwer, in het bijzonder een melkdier (1), uitgestoten broeikasgas, in het bijzonder methaan, omvattende 5. meten van een aan eructaties van de herkauwer gerelateerd signaal; en uit het signaal bepalen van het aantal en/of tijdsduur van de eructaties.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, omvattende per eructatie bepalen van de duur ervan, en optellen van de per eructatie bepaalde tijdsduren tot een totale tijdsduur.

3. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, omvattende vermenigvuldigen van het aantal eructaties met een uitstootwaarde die indicatief is voor de hoeveelheid broeikasgas per eructatie.

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, omvattende corrigeren van de bepaalde uitstoot door vermenigvuldigen met een 15 correctiefactor, gekozen uit een dierindividuele correctiewaarde, een historische correctiewaarde of een broeikasgasafhankelijke correctiefactor.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het signaal een geluidssignaal omvat, gemeten op een plek waar het mogelijk is om eructaties van de herkauwer te meten, in het bijzonder een geluidssignaal uit de bek (5) of keel 20 van de herkauwer (1).

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het signaal omvat een druksignaal van de druk van gassen in de pens van het dier, waarbij een eructatie wordt geteld indien genoemde druk binnen een voorafbepaalde tijd met tenminste een voorafbepaalde mate zakt.

7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, omvattende filteren van het signaal om de signaalkwaliteit van het signaal te verhogen, waarbij het filteren in het bijzonder omvat een gelijktijdig optisch beeld van de herkauwer opnemen en met beeldverwerking verwerken, en daarmee vaststellen of het opgenomen en 30 verwerkte optische beeld past bij een eructatie; en/of een akoestische filtering, waarbij een frequentiespectrumanalyse van het geluid aan voorafbepaalde, in het bijzonder dierindividuele eisen moet voldoen, waarbij de eisen meer in het bijzonder betrekking hebben op piekfrequenties, 1 0 3 7 9 4 7 •J V verhoudingen tussen piekfrequenties, geluidssterkte en/of tijdsontwikkeling van de geluidssterkte; en/of weglaten van gemeten signalen die korter duren dan een minimale tijdsduur; en/of 5. meten van de druk van gassen in de pens van het dier, en slechts selecteren van die signalen waarbij in hoofdzaak gelijktijdig genoemde druk zakt.

8. Detectieinrichting voor het bepalen van door een herkauwer, in het bijzonder een melkdier (1), uitgestoten broeikasgas, in het bijzonder methaan, omvattende 10. een sensor (7) ingericht voor meten van een aan eructaties van de herkauwer gerelateerd signaal; en een besturingsinrichting (6) ingericht voor uit het signaal bepalen van het aantal en/of tijdsduur van de eructaties, en in het bijzonder ingericht voor het uitvoeren van een werkwijze volgens een der voorgaande conclusies.

9. Detectieinrichting volgens conclusie 8, uitgevoerd als een halsband (8, 9).

10. Detectieinrichting volgens conclusie 8 of 9, waarbij de sensor een microfoon (7) omvat, in het bijzonder een contactmicrofoon.

11. Detectieinrichting volgens conclusie 8, waarbij de sensor een 20 richtbare richtmicrofoon omvat.

12. Detectieinrichting volgens een der conclusies 8-11, omvattende een pensdruksensor.

13. Detectieinrichting volgens een der conclusies 8-12, omvattende een werkzaam met de sensor (7) verbonden signaalfilterinrichting alsmede een 25 werkzaam met de signaalfilterinrichting verbonden besturingsinrichting (6).

14. Detectieinrichting volgens conclusie 13, in afhankelijkheid van conclusie 10 of 11, waarbij de signaalfilterinrichting een frequentieanalyseinrichting omvat. 1 03 79 47