SK500092016A3 - Záznamový systém a spôsob polohovej identifikácie zvierat - Google Patents
Záznamový systém a spôsob polohovej identifikácie zvierat Download PDFInfo
- Publication number
- SK500092016A3 SK500092016A3 SK50009-2016A SK500092016A SK500092016A3 SK 500092016 A3 SK500092016 A3 SK 500092016A3 SK 500092016 A SK500092016 A SK 500092016A SK 500092016 A3 SK500092016 A3 SK 500092016A3
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- animal
- box
- measured
- distance
- positional identification
- Prior art date
Links
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 title claims abstract description 112
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 28
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000006399 behavior Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 29
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 18
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 3
- 230000003542 behavioural effect Effects 0.000 abstract 1
- 241000283690 Bos taurus Species 0.000 description 11
- 235000013365 dairy product Nutrition 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 7
- 210000003414 extremity Anatomy 0.000 description 7
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 6
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 4
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 4
- 210000001364 upper extremity Anatomy 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 244000144980 herd Species 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000009313 farming Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 1
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 1
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000035935 pregnancy Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000000384 rearing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01K—ANIMAL HUSBANDRY; AVICULTURE; APICULTURE; PISCICULTURE; FISHING; REARING OR BREEDING ANIMALS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NEW BREEDS OF ANIMALS
- A01K29/00—Other apparatus for animal husbandry
- A01K29/005—Monitoring or measuring activity, e.g. detecting heat or mating
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Animal Husbandry (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
Abstract
Univerzálny záznamový systém polohovej identifikácie zvierat, ktorý pomáha sledovať a hodnotiť prejavy správania zvierat pri zmenách prvkov chovateľského prostredia, pozostáva z dvoch ultrazvukových snímačov polohy (5, 6) umiestnených v zhodnej vertikálnej rovine, kde zaznamenávajú horizontálnu vzdialenosť zvieraťa od čelnej steny boxu a vertikálnu vzdialenosť zvieraťa v boxe od stropu ustajňovacieho objektu tak, že namerané údaje sú po prenose a spracovaní zberané datalogerom (2) prostredníctvom napr. štandardu RS485 (10) a následne sú ukladané na pamäťové médium (1) alebo (3) do vybraného štandardizovaného typu súboru na ďalšie štatistické spracovanie. Intenzita vysielaného signálu môže byť riadená navrhnutým algoritmom pomocou DA prevodníka a prostredníctvom zosilňovača je prijímaný signál zosilnený, filtrovaný a privedený na vstup multiplexora a zároveň na vstup celovlnného usmerňovača, pričom zariadenie spracúva sériu odrazov nielen z hľadiska času odrazu, ale aj intenzity meranej AD prevodníkom.
Description
Oblasť techniky
Záznamový systém a spôsob polohovej identifikácie zvierat je určený pre vyhodnocovanie odpočinkových a pohybových aktivít zvierat v produkčných objektoch živočíšnej výroby, ako i zisťovanie polohy sledovaných predmetov.
Doterajší stav techniky
Dojnice ležia denne 8 až 12 hodín. Ležanie dojníc v ležisku, resp. v chodbe, ich státie všetkými štyrmi nohami v boxe, ako i státie dvomi prednými nohami v boxe, atď. - patria k dôležitým etologickým prejavom, ktoré charakterizujú odozvu zvierat na kvalitu chovateľského prostredia. Ak sa predĺži doba ležania u vysokoprodukčných dojníc napríklad o 1 hodinu denne, môže sa zvýšiť produkcia mlieka až o 1,7 kg/deň/ks. Frekvencia zalíhania a dĺžka jednotlivých intervalov odpočinku zvierat je preto dôležitým prejavom stupňa pohodlia, ako i zdravotného stavu ustajnených zvierat s priamou nadväznosťou na úžitkové parametre dojníc. Samotnú dojnosť okrem kvality kŕmenia a napájania zvierat môžu ovplyvniť aj technické parametre ustajňovacích prvkov maštali a mikroklíma spolu so stavom znečistenia prostredia. V chovateľskej praxi je dôležité vysledovať hlavne tie parametre, ktoré dokáže chovateľ zlepšiť a pomôžu welfare, resp. produktivite dojníc. K tomu je potrebné meranie aktivít pred zamýšľanou zmenou a meranie stavu po úprave technických parametrov v objekte.
Doterajšie celosvetovo známe spôsoby hodnotenia prejavov správania dojníc sú:
1. metódy priameho pozorovania snímkovou metódou školenými pozorovateľmi s rôznymi záznamovými intervalmi, s následným manuálnym vyhodnotením
2. kamerové videosystémy s kontinuálnym snímaním a dodatočným manuálnym vyhodnotením alebo špeciálne kamerové videosystémy s automatickým vyhodnotením pomocou softvéru
3. snímanie zvierat multifunkčnými pedometrami.
Všetky uvedené metódy môžu s menším alebo väčším úspechom splniť chovateľovi cieľ a podať žiadanú informáciu o ležaní, státí, či inom prejave správania dojníc v ležisku. Uvedené metódy majú svoje výhody i nevýhody:
1. Metóda priameho pozorovania je pomerne jednoduchá a finančne nenáročná, je však viazaná na možnú frekvenciu zápisu pozorovateľa. Zvykne sa fyzicky zvládnuť zápis v intervale 10 minút, prípadne 5 minút. Nižšiu frekvenciu zápisu je možné použiť len u malej - štatisticky nevýznamnej skupiny zvierat. Presnosť výsledkov teda súvisí s veľkosťou stáda a s počtom pozorovateľov schopných subjektívne jednotného posúdenia a s manuálnou náročnosťou pri prepise údajov k elektronickému spracovaniu.
2. Kamerové systémy poskytujú výhodu kontinuálneho záznamu. Sú však investične náročné a náročné i na ukladanie, zber a hodnotenie údajov pri skupinách ustajnených v nízkych objektoch s nutnosťou zväčšovania počtu kamier pre rozoznateľnosť záznamu pri ručnom - individuálnom vyhodnocovaní, alebo finančne náročné pri zavedení automatického softvéru k hodnoteniu aktivít priamo z kamerového záznamu. Špecificky vyriešené musí byť obdobie snímania v noci.
3. Multifunkčné pedometre sa v zahraničí využívajú k popisu individuálnych aktivít konkrétnych jedincov. Tie majú na končatine inštalovaný pedometer, ktorý je schopný automaticky vyhodnotiť želaný výstup o pohybovo-odpočinkových aktivitách zvieraťa. Samotný prístroj je však investične náročný a pri jeho zakúpení pre väčší počet zvierat je spolu s nutným softvérom nákladovo veľmi blízky kamerovému systému, naviac nezaznamená priestorovú informáciu o polohe zvieraťa v maštali v období zaznamenania činnosti.
Riešenie podľa zverejnenia US2005011466A1 používa na meranie rozmerov zvieraťa optické snímanie, kde získaný obraz je vyhodnocovaný zložitým rozpoznávacím softvérom. Takéto riešenie je použiteľné len na jednoúčelové meracie komory, cez ktoré zviera prechádza bez možnosti ľahnutia. Takéto riešenie je investične veľmi nákladné a aj preto nepoužiteľné pre opakované použitie v ležoviskách stáda zvierat.
Je žiadané a nie je známe také riešenie, ktoré bude spoľahlivé, nenáročné na obsluhu, bude schopné detekovať nielen prítomnosť, ale aj polohu zvieraťa, bude odolné voči prostrediu v maštaliach, nebude na zvieratá pôsobiť rušivo a bude investične nenáročné.
Podstata vynálezu
Uvedené nedostatky pri záznamoch aktivít zvierat rieši záznamový systém polohovej identifikácie zvierat, ktorého podstata podľa tohto vynálezu spočíva v tom, že ultrazvukom sa monitoruje pozičné správanie zvieraťa pri zmenách kvality ležiska, resp. kvality prostredia, pričom pozostáva z dvoch ultrazvukových snímačov polohy zvieraťa umiestnených v zhodnej vertikálnej rovine, kde prvý zaznamenáva horizontálnu vzdialenosť zvieraťa od čelnej steny boxu a druhý meria vertikálnu vzdialenosť zvieraťa v boxe od stropu ustajňovacieho objektu tak, že je možné jednoznačne získať identifikáciu o polohe zvieraťa v sledovanom boxe, kedy sú namerané údaje prenášané prostredníctvom sériovej komunikácie medzi master a sláve ultrazvukovým meračom vzdialenosti a takto spracované záznamy sú zberané jednotkou na zber údajov prostredníctvom fyzickej vrstvy RS-485 a následne sú ukladané na pamäťové médium do vybraného štandardizovaného typu súboru pre ďalšie štatistické spracovanie. Podstata vynálezu teda spočíva najmä v tom, že na detekovanie polohy zvieraťa na ležovisku sú použité merače vzdialenosti. Výhodne budú použité ultrazvukové merače vzdialenosti, ale môže sa jednať aj o vlnenie v odlišnom pásme alebo môže byť použité aj optické meranie, napríklad rozptýleným laserovým lúčom a podobne. Meraním vzdialenosti v aspoň dvoch zvolených nastavených smeroch v jednej rovine a s využitím znalosti o anatómii sediaceho alebo ležiaceho zvieraťa sa dá vyhodnotiť nielen jednoduchá prítomnosť zvieraťa, ale aj jeho poloha, teda ležanie alebo státie všetkými štyrmi nohami alebo státie dvomi prednými nohami. Pojem snímač polohy použitý v tomto opise a nárokoch teda vyjadruje najmä merač vzdialenosti, ktorý je spojený so systémom, kde sa nameraná vzdialenosť interpretuje do polohy zvieraťa.
Pod umiestnením meračov vzdialenosti v zhodnej vertikálnej rovine sa má na mysli aj umiestnenie v rôznych, navzájom rovnobežných rovinách, ktoré nie sú od seba vzdialené natoľko, aby meranie bolo zaťažené nedovolenou systémovou chybou, ktorá by s ohľadom na veľkosť a tvarovú charakteristiku zvieraťa sťažovala správnu interpretáciu meraných hodnôt.
V testovacej prevádzke sa ako výhodné ukázalo meranie vzdialenosti pomocou ultrazvuku. Záznamový systém polohovej identifikácie zvierat sa v takom prípade ďalej vyznačuje tým, že pri záznamoch polohy je meraná a kompenzovaná teplota vzduchu a jeho výnimočnosťou je, že zariadenie spracúva sériu odrazov nielen z hľadiska času odrazu, ale aj intenzity, podľa čoho možno presne identifikovať prítomnosť a polohu zvieraťa v ležisku státie, resp. ležanie v boxe (dvomi alebo štyrmi končatinami), pretože odraz od podstielky má minimálne o 30% nižšiu intenzitu snímaného signálu ako odraz od zvieraťa, odraz od konštrukcie má zasa intenzitu až 3-násobne vyššiu a aj vďaka tejto doplnkovej informácii je možné presne stanoviť aktivity zvieraťa v boxe, ktoré sú ukladané do štandardných typov súborov priamo vhodných pre ďalšie štatistické spracovanie výsledkov (Excel, Statistica, Matlab, atď.).
Spôsob polohovej identifikácie zvierat používa bezkontaktné snímanie zvieraťa, ktoré sa nachádza v boxe alebo prichádza do boxu. Pri tomto spôsobe sa bezkontaktné namerané údaje zasielajú do jednotky na zber údajov, ukladajú sa v pamäťovom médiu a pred uložením a/alebo po uložení sa vyhodnocujú. Podstata spôsobu podľa tohto vynálezu spočíva v tom, že v boxe sa v aspoň jednom zvislom smere a zároveň v aspoň jednom vodorovnom smere meria vzdialenosť zvieraťa od pevných bodov merania v boxe. Pevné body snímania budú predstavovať body umiestnenia snímačov vzdialenosti. Namerané hodnoty sa spracujú a vyhodnotia s tým, že podľa rozmerových a anatomických charakteristík zvieraťa sa nameraným hodnotám vzdialenosti priradí poloha zvieraťa. Poloha zvieraťa alebo aspoň namerané vzdialenosti sa s príslušným časom merania uložia v pamäťovom médiu. Vo vodorovnom smere sa meria vzdialenosť zvieraťa od čelnej steny boxu a v zvislom smere sa meria vzdialenosť zvieraťa od stropu v strede boxu. Tak získame údaje o príchode zvieraťa do boxu a tiež údaj o jeho výške.
Bude výhodné, ak sa vzdialenosť vo vodorovnom smere meria v zhodnej vertikálnej rovine, v ktorej sa meria aj vzdialenosť vo zvislom smere. Vertikálna rovina merania bude zvyčajne osovou rovinou boxu. Jedná sa o rovinu, ktorá bude zodpovedať orientácií pozdĺžnej osi zvieraťa.
Pri použití ultrazvukového merania vzdialeností sa v boxe zároveň meria teplota vzduchu a hodnota nameranej vzdialeností z odrazenej vlny sa koriguje podľa nameranej teploty vzduchu.
Bude tiež výhodné, ak údaje o polohe zvieraťa s príslušným časom merania a/alebo údaje o vzdialenostiach s príslušným časom merania a/alebo o teplotách vzduchu v boxe sa ukladajú na vyberateľný pamäťový prvok, výhodne s USB alebo SD alebo microSD rozhraním. To umožní jednoduchý prenos z lokality ustajnenia do kancelárskych priestorov, kde sa budú údaje štatisticky vyhodnocovať. Možný je ale tiež iný prenos, napríklad pomocou sieťovej karty, wifi, ZigBee alebo podobne. Namerané údaje sa zvyčajne uložia na dátové médium priamo v budove ustajnenia zvieraťa, v maštali, stajni a pomocou prenosného, vyberateľného pamäťového prvku sa môžu následne preniesť na miesto analýzy.
Rovnako bude výhodné, ak údaje o polohe zvieraťa s príslušným časom merania a/alebo údaje o vzdialenostiach s príslušným časom merania a/alebo o teplotách vzduchu v boxe sa ukladajú v tabuľkovom formáte, ktorý je prispôsobený na prehliadanie a/alebo spracovanie v osobnom počítači. Vďaka tomu sa na spracovanie nameraných hodnôt môžu použiť už existujúce programy, ktoré sú zvyčajne aj súčasťou kancelárskych balíkov programov. Takéto jednoduché dátové rozhranie znižuje investičné náklady na použitie systému podľa tohto vynálezu.
Pri zbere údajov z meračov vzdialenosti do centrálnej jednotky sa môže použiť nielen klasické dátové spojenie prvkov pomocou káblov, ale tieto prvky môžu byť pospájané aj bezkontaktné a to pomocou známych protokolov a s využitím napájania z vlastných dobíjacích akumulátorov. To umožní rýchle nasadenie systému v prípade jeho dočasného nasadenia, v prípade prenájmu systému a podobne.
Záznamový systém polohovej identifikácie zvierat umožňuje rozšíriteľnosť jednak z hľadiska počtu snímaných boxov i počtu snímačov vzdialenosti v rámci jedného boxu. Systém je možné pozične nainštalovať podľa rozmerových parametrov meraného objektu. Záznamový systém polohovej identifikácie zvierat ako bezkontaktné ultrazvukové riešenie je rovnako využiteľné cez deň i v noci, predkladaný spôsob záznamu je prevodníkom transformovaný do želateľnej podoby výstupu s možnosťou automatického dopočtu zisťovaných aktivít.
Záznamový systém polohovej identifikácie zvierat môže používať asynchrónnu sériovú poloduplexnú komunikáciu medzi jednotkami monitorujúcimi boxy na zber lokálnych údajov. Komunikáciu riadi jednotka na zber údajov a namerané údaje o detekovaných vzdialenostiach, im odpovedajúcim intenzitám odrazeného signálu v špičke a príslušnú teplotu vzduchu ukladá do štandardizovaného štruktúrovaného súboru, napr. vo formátoch *.csv a *.mat na USB flash cez rozhranie USB alebo SD kartu cez rozhranie SPI. Systém je napájaný z elektrickej rozvodnej siete prostredníctvom zdroja stabilizovaného jednosmerného elektrického napätia s galvanický oddeleným výstupom. V jednom boxe sú osadené dva ultrazvukové meracie prístroje, z ktorých jeden je master zariadením a jeden sláve zariadením. Master ultrazvukový merací prístroj priamo komunikuje s jednotkou na zber údajov a odovzdáva aj informácie zo sláve meracieho zariadenia, ktoré získava prostredníctvom synchrónnej sériovej komunikácie. Sláve meracie zariadenie je napájané z master zariadenia po časti komunikačného kábla. Takéto usporiadanie s hierarchiou prvkov master/slave znižuje nároky na kabeláž a pritom nezhoršuje dátovú priepustnosť v danej aplikácií.
Vzdialenosti sú merané do nastaviteľného počtu spolu s informáciou o intenzite spätného signálu a teplote vzduchu, ktorá je meraná digitálnym inteligentným snímačom. Teplota vzduchu je poruchová veličina pre rýchlosť šírenia akustického vlnenia, čo vplýva na nameranú vzdialenosť. Zabudovaný mikroprocesor vplyv teploty kompenzuje. Frekvencia ultrazvukového signálu je riadená mikroprocesorom, tvorená v poli programovateľných počítadiel a module pre frekvenčný výstup, pomocou ktorého je riadená dĺžka vysielanej vlny. Intenzita vysielanej vlny z piezoelektrického meniča je riadená mikroprocesorom prostredníctvom digitálno-analógového prevodníka (ďalej DA prevodníka) a riadeného zdroja napätia, ktorý napája dvojčinný mostíkový výkonový zosilňovač.
Odrazené akustické vlny sú zachytené piezoelektrickým prijímačom, z ktorého elektrický signál je zosilnený napäťovým zosilňovačom a následne filtrovaný selektívnym aktívnym filtrom. Filtrovaný signál je usmernený celovlnným usmerňovačom a spolu so signálom z filtra je privedený na vstup analógového multiplexora. Vybraný signál je prevedený do číslicovej podoby analógovo-digitálneho prevodníkom (ďalej AD prevodníkom) a informácia o intenzitách je zberaná mikroprocesorom. Zachytenie signálu je realizované pomocou komparátora, ktorý zavolá prerušenie mikroprocesora. Úroveň spínania je nastavovaná mikroprocesorom pomocou DA prevodníka s pripojením na invertujúci vstup komparátora. Na základe času odozvy, intenzity odozvy a teploty vzduchu je lokalizované a identifikované zviera. Komunikačný blok pre synchrónnu poloduplexnú komunikáciu je pripojený na menič napäťových úrovní a je určený na lokálne komunikačné prepojenie v rámci modulov jedného boxu. Blok pre asynchrónnu sériovú komunikáciu (UARTuniverzálny asynchrónny prijímač - ďalej UART) je pripojený na prevodník UART/RS-485 a je spojený s hlavnou komunikačnou linkou medzi boxmi a jednotkou na zber údajov. Meraná je aj teplota vo vnútri zariadení kvôli zamedzeniu systematických chýb z dôvodu veľmi vysokých teplôt.
Navrhované riešenie používa vlnu s frekvenciou 40 kHz, pretože hovädzí dobytok má maximálnu vnemovú frekvenciu pod 38 kHz. Vo všeobecnosti sa bude používať taká vlnová dĺžka, frekvencia, ktorá bude pre daný druh zvieraťa nielen neškodná, ale výhodne ju zviera nebude schopné ani vnímať.
Navyše môže byť systém nastavený tak, že bude merať vzdialenosti a vyhodnocovať polohu zvierat len v určitej meracej frekvencii, teda s prestávkami, ktoré budú vhodne zvolené s ohľadom na bežnú rýchlosť pohybu zvierat, napríklad meranie prebehne len raz za 5 sekúnd. Tým sa zníži objem spracovávaných dát. Je tiež možné usporiadanie, kedy sa taktovanie mení podľa hodnotenia predchádzajúceho správania, napríklad pri opakujúcich sa rovnakých dátach budeme dĺžku medzery medzi meraniami zväčšovať.
Technické riešenie nahrádza komunikáciu chovateľa s dobytkom, nakoľko je ním možné zisťovanie vhodnosti konštrukcií a prostredia, pretože sa týka inovatívnej bezkontaktnej kontinuálnej možnosti sledovania a hodnotenia prejavov správania dojníc pri potrebe zmien prvkov chovateľského prostredia prostredníctvom zariadenia vyvinutého k rýchlemu vyhodnocovaniu akceptovania chovných podmienok a ich zmien zvieratami. Záznamový systém a spôsob polohovej identifikácie zvierat je využiteľný hlavne v objektoch živočíšnej výroby. Prototyp uvádza možnosti jeho využitia pre dojnice a je v opakovateľných sadách inštalovateľný pre ľubovoľný počet zvierat. Je vhodný do maštali s prehĺbenými i vyvýšenými ležiskovými boxmi, môže byť nainštalovaný v novostavbách, ale i v starších objektoch. Možno ním autenticky sledovať rôzne vekové kategórie zvierat bez prítomnosti človeka pri akejkoľvek intenzite osvetlenia a klimatických podmienkach. Môže byť použitý pri diagnostike ochorení končatín v súvislosti s konštrukčnými prvkami ležiska a jeho parametrami, kvalitou a množstvom podstielky, resp. kvalitou a povrchovou úpravou matracov, alebo ich pristielaním.
Je uspôsobiteľný i pre objekty s chovom ošípaných, v objektoch pôrodníc, v objektoch výkrmu a i. Systém môže pomáhať aj v individuálnych stajniach pre chov koní pri zlepšovaní ich chovného prostredia, ako i pre diagnostické účely. Vo všetkých prípadoch je rýchlo inštalovateľný, poskytuje získavanie údajov o zvieratách bez ich rušenia pozorovateľom a slúži k ďalšiemu presnému štatistickému spracovaniu údajov z celej série kontinuálne snímaných boxov bez prítomnosti a pracovných nárokov pozorovateľov.
Môže byť v princípe využitý aj na polohovú identifikáciu predmetov v halových objektoch, v skladovom hospodárstve, pri expedícii tovarov a pod., výhodne najmä tam, kde je možné viacpolohové umiestnenie predmetu.
Systém môže byť tie doplnený jednotkou alarmu, výhodne v podobe soťtvérovej aplikácie, ktorá vyhodnocuje dáta o polohe zvieraťa a môže na základe nastavených kritérií signalizovať abnormálne správanie zvieraťa, napríklad časté zmeny polohy.
Výhodou riešenia podľa predloženého vynálezu je tiež jednoduchá a spoľahlivá detekcia polohy zvieraťa v náročnom prostredí maštali, kde doteraz známe riešenia si vyžadovali čistotu, údržbu a boli tiež investične náročné. Vynález nepôsobí rušivo na pozorované zvieratá a merače nie sú v priamom kontakte so zvieraťom. Vynález poskytuje namerané hodnoty v rozhraní, ktoré je schopné spracovania pomocou bežne dostupných softvérov.
Prehľad obrázkov na výkresoch
Vynález je bližšie vysvetlený na obrázkoch 1 až 7. Konkrétne vyobrazenia zvierat, konštrukcia boxov, konkrétne komunikačné štandardy ako aj použitá mierka je len ilustratívna a nemôže byť vysvetľovaná na zúženie požadovaného rozsahu ochrany.
Obrázok 1- Princíp k vyhodnocovaniu prípadu, keď je sledovaný ležiskový box (napr. 13) neobsadený a pomocou ultrazvukového zariadenia (5 - sláve, 6 - master) a zistenej výslednej dĺžky h a výšky hi bola identifikovaná neprítomnosť zvieraťa v ležisku.
Obrázok 2 - Princíp vyhodnocovania prípadu, keď podľa informácií z ultrazvukového zariadenia (5 - sláve, 6 - master) zviera stojí dvoma prednými končatinami v boxe, pretože výslednou dĺžkou 12 a výškou h2 bolo identifikované, že v prednej časti ležiska sa zviera nenachádza (h2=hi), ale v zadnej časti už vstúpilo do boxu prednými končatinami.
Obrázok 3 - Princíp vyhodnocovania prípadu, keď zviera stojí všetkými štyrmi končatinami v boxe, pretože podľa informácií z ultrazvukového zariadenia (5 - sláve, 6 master) pomocou výslednej dĺžky b a výšky h3 bolo jednoznačne stanovené, že zviera vošlo všetkými štyrmi končatinami do boxu, ale nezaľahlo.
Obrázok 4 - Princíp vyhodnocovania prípadu, keď zviera leží v boxe celým telom a všetkými štyrmi končatinami, pretože podľa informácií z ultrazvukového zariadenia (5 - sláve, 6 - master), pomocou výslednej dĺžky U a výšky I14 bolo jednoznačne stanovené, že zviera vošlo všetkými štyrmi končatinami do boxu a zľahlo.
Obrázok 5 - Bloková elektrická schéma, kde
- univerzálna sériová zbernica USB-flash (ďalej USB)
- Jednotka na zber údajov
- SD karta
- Napájači zdroj
- Sláve modul
- Master modul
- USB komunikácia
- SPI - sériové rozhranie na komunikáciu s perifériami (ďalej SPI)
- Rozvod napájania
- fyzická vrstva RS-485
- sekundárny rozvod napájania
- synchrónna sériová poloduplexná komunikácia SMBus - (ďalej SMBus)
- box - ležisko 1
- box - ležisko 2
- box - ležisko 3
- box - ležisko 4
- box - ležisko N
Obrázok 6 - Bloková schéma meracieho zariadenia master
101 - piezoelektrický ultrazvukový prijímač
102 - zosilňovač
103 - selektívny filter prijímaného signálu
104 - precízny celovlnný usmerňovač
105 - analógový multiplexor
106 - AD prevodník (analógovo-digitálny)
107 - analógový komparátor
108 - ultrazvukový piezoelektrický vysielač
109 - dvojčinný mostíkový zosilňovač
110 - napäťovo riadený zdroj
111 - DA prevodník
112 - riadený precízny generátor frekvencie vysielaného signálu
113 - pole programovateľných počítadiel
114 - jednočipový mikroprocesor
115 - snímač teploty zariadenia
116 - komunikačný modul SMBus
117 -všeobecne použiteľné porty mikroprocesora 118-komunikačný modul pre asynchrónnu sériovú komunikáciu
119 - teplota prostredia
120 - prevodník UART / RS485
121 - prevodník napäťovej úrovne tranzistorovej logiky TTL (ďalej TTL) na symetrických 12 V
Obrázok 7- Bloková schéma zariadenia sláve, ktoré môže komunikovať jedine so zariadením master (položky podľa obr. 6)
Príklady uskutočnenia vynálezu
Príklad 1
Záznamový systém polohovej identifikácie zvierat pozostáva z dvoch ultrazvukových snímačov polohy zvieraťa - master 6 a sláve 5 umiestnených v zhodnej vertikálnej rovine, kde master 6 je umiestnený na čelnej stene boxu a sláve 5 je umiestnený nad stredom boxu na stropnej konštrukcii, pričom master 6 a sláve 5 ultrazvukové merače vzdialenosti sú medzi sebou prepojené napájacím vedením 11 a komunikačným vedením 12, ďalej jednotky master 6 všetkých boxov sú spojené s jednotkou na zber údajov 2 prostredníctvom fyzickej vrstvy, v tomto príklade typu RS485 10 a pripojené na napájači zdroj 4 prostredníctvom napájacieho vedenia 9, pričom jednotka na zber údajov je spojená s pamäťovým médiom i alebo 3.
Komunikáciu riadi jednotka na zber údajov 2 prostredníctvom 10 štandardu RS485 a namerané údaje o detekovaných vzdialenostiach, im odpovedajúcim intenzitám odrazeného signálu v špičke a teplote vzduchu ukladá do štandardizovaného štruktúrovaného súboru vo formátoch *.csv a *.mat na USB flash i cez rozhranie USB 7 alebo SD kartu 3 cez rozhranie SPI 8. Systém je napájaný z elektrickej rozvodnej siete prostredníctvom zdroja stabilizovaného jednosmerného elektrického napätia 4 s galvanický oddeleným výstupom 9. Systém v tomto príklade používa vlnu s frekvenciou 40 kHz.
Odrazené akustické vlny sú zachytené piezoelektrickým prijímačom 101, z ktorého elektrický signál je zosilnený napäťovým zosilňovačom 102 a následne filtrovaný selektívnym aktívnym filtrom 103. Filtrovaný signál je usmernený celovlnným usmerňovačom 104 a spolu so signálom z filtra je privedený na vstup analógového muítiplexora 105. Vybraný signál je prevedený do číslicovej podoby AD prevodníkom 106 a informácia o intenzitách je zberaná mikroprocesorom 114. Zachytenie signálu je realizované pomocou komparátora 107, ktorý volá prerušenie mikroprocesora 114. Úroveň spínania je nastavovaná mikroprocesorom 114 pomocou DA prevodníka 111 s pripojením na invertujúci vstup komparátora. Na základe času odozvy, intenzity odozvy a teploty vzduchu je lokalizované a identifikované zviera. Komunikačný blok pre synchrónnu poloduplexnú komunikáciu 116 je pripojený na menič napäťových úrovní 121 a je určený na lokálne komunikačné prepojenie v rámci modulov jedného boxu. Blok pre asynchrónnu sériovú komunikáciu (UART) 118 je pripojený na prevodník UART/RS-485 120 a je spojený s hlavnou komunikačnou linkou medzi boxmi a jednotkou na zber údajov, zosilňovač 109.
Vysielaný signál je riadený navrhnutým algoritmom podľa potreby, a to prostredníctvom DA prevodníka 111 a riadeného zdroja napätia 110 je riadená intenzita vysielanej akustickej vlny a pomocou poľa programovateľných počítadiel 113 a presného zdroja frekvencie 112 časová dĺžka vysielanej vlny. Súčasťou je i digitálny inteligentný snímač teploty 119, ktorý pomáha kompenzovať teplotu ako poruchovú veličinu vplývajúcu na rýchlosť šírenia ultrazvukovej vlny vo vzduchu, s ktorým komunikuje riadiaci mikroprocesor prostredníctvom všeobecne použiteľných portov 117. Meraná je aj teplota vo vnútri zariadení (115) kvôli zamedzeniu systematických chýb z dôvodu veľmi vysokých teplôt.
Zariadenie podľa tohto príkladu bolo a nainštalované a testované na farme prihlasovateľa, kde sa monitoruje správanie zvieraťa (dojnice) pri zmenách kvality ležiska. Obe časti systému sú upevnené v chráničke rozoberateľným spôsobom k pevným existujúcim častiam objektu apo skončení každého experimentu môžu byť využité na inom mieste aj v inom objekte.
Príklad 2
V tomto príklade sú opäť použité dva ultrazvukové merače 5, 6 vzdialeností pre každý box, nemajú však stanovenú vzájomnú prioritu. V tomto príklade oba ultrazvukové merače
5.6 vzdialenosti používajú na komunikáciu s jednotkou 2 na zber údajov modul ZigBee založený na štandarde IEEE 802.15. Viacskokové smerovanie umožňuje znížiť energetické nároky na bezkontaktnú komunikáciu v rozľahlejších maštaliach, pričom nie je potrebné fyzické káblovanie a prepájanie jednotlivých prvkov systému. Z elektrickej siete je napájaná jednotka 2 na zber údajov, pre bezpečnosť výhodne cez galvanické oddelenie. Ostatné prvky systému, ktoré sú rozmiestnené v boxoch, sú napájané akumulátormi, batériami, prípadne s podporou AC/DC adaptérov. Sieť sa vytvára automaticky režimom ad hoc. Pri takomto usporiadaní sa dajú ultrazvukové merače 5,6 vzdialenosti premiestňovať podľa potreby do boxov s aktuálne pozorovanými zvieratami. Ultrazvukové merače 5.6 vzdialenosti zasielajú do jednotky 2 na zber údajov dáta vyjadrujúce zmeny oproti predchádzajúcemu stavu, čím sa zníži množstvo komunikovaných dát.
V inom príklade vyhotovenia môže byť použitá odlišná štruktúra a iné protokoly komunikácie medzi meračmi 5, 6 vzdialeností a jednotkou 2 na zber údajov. Konkrétne usporiadanie prenosových ciest, architektúra zapojenia, algoritmy spracovania a vyhodnotenia budú závislé od lokálnych podmienok nasadenia, napríklad od toho, či sa bude jednať o trvalé vybavenie, či bude systém navrhovaný už pri projektovaní budovy alebo bude implementovaný do už existujúcich stavieb a podobne.
Priemyselná využiteľnosť
Priemyselná využiteľnosť predloženého vynálezu je zrejmá. Podľa tohto vynálezu je možné opakovane vyhodnocovať polohu zvierat a tiež vyrábať, zostavovať a používať systém na realizáciu uvedeného spôsobu vyhodnocovania polohy zvierat.
Claims (15)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Spôsob polohovej identifikácie zvierat s bezkontaktným snímaním zvieraťa, ktoré sa nachádza v boxe alebo prichádza do boxu, kde box je prispôsobený aj na ležanie zvieraťa; spôsob, pri ktorom sa bezkontaktné namerané údaje zasielajú do jednotky na zber údajov, ukladajú sa v pamäťovom médiu a pred uložením a/alebo po uložení sa vyhodnocujú, vyznačujúci sa tým, že v boxe sa v aspoň jednom zvislom smere a zároveň v aspoň jednom vodorovnom smere meria vzdialenosť zvieraťa od pevných bodov merania v boxe, vo vodorovnom smere sa meria vzdialenosť predku zvieraťa od čelnej steny boxu, namerané hodnoty sa spracujú a vyhodnotia s tým, že podľa rozmerových a anatomických charakteristík zvieraťa sa nameraným hodnotám vzdialenosti priradí poloha zvieraťa v boxe, poloha zvieraťa sa s príslušným časom merania uloží v pamäťovom médiu.
- 2. Spôsob polohovej identifikácie zvierat podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že v zvislom smere sa meria vzdialenosť zvieraťa od stropu v strede boxu.
- 3. Spôsob polohovej identifikácie zvierat podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že vzdialenosť vo vodorovnom smere sa meria v zhodnej vertikálnej rovine, v ktorej sa meria aj vzdialenosť vo zvislom smere.
- 4. Spôsob polohovej identifikácie zvierat podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že vertikálna rovina merania je osovou rovinou boxu.
- 5. Spôsob polohovej identifikácie zvierat podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že vzdialenosti sa merajú ultrazvukom, výhodne s frekvenciou mimo rozsahu, ktorý je vnímateľný identifikovaným zvieraťom.
- 6. Spôsob polohovej identifikácie zvierat podľa nároku 5,vyznačujúci sa tým, ž e v frekvencia je rovná alebo vyššia ako 40 kHz.
- 7. Spôsob polohovej identifikácie zvierat podľa nároku 5 alebo 6, vyznačujúci sa tým, že v boxe sa zároveň meria teplota vzduchu a hodnota nameranej vzdialenosti z odrazenej akustickej vlny sa koriguje podľa nameranej teploty vzduchu.
- 8. Spôsob polohovej identifikácie zvierat podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 7, vyznačujúci sa tým, že meranie vzdialeností a ukladanie údajov o polohe zvieraťa sa vykonáva s prestávkami v nastavenom meracom takte.
- 9. Spôsob polohovej identifikácie zvierat podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 8, vyznačujúci sa tým, že údaje o polohe zvieraťa s príslušným časom merania a/alebo údaje o vzdialenostiach s príslušným časom merania a/alebo o teplotách vzduchu v boxe sa ukladajú na vyberateľný pamäťový prvok, výhodne s USB alebo SD alebo microSD rozhraním.
- 10. Spôsob polohovej identifikácie zvierat podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 9, vyznačujúci sa tým, že údaje o polohe zvieraťa s príslušným časom merania a/alebo údaje o vzdialenostiach s príslušným časom merania a/alebo o teplotách vzduchu v boxe sa ukladajú v tabuľkovom formáte, ktorý je prispôsobený na prehliadanie a/alebo spracovanie v osobnom počítači.
- 11. Spôsob polohovej identifikácie zvierat podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 10, vyznačujúci sa tým, že údaje o polohe zvieraťa s príslušným časom sa štatisticky vyhodnocujú a správanie zvieraťa, ktoré vybočuje z rozsahu hodnôt podľa nastavených kritérií, sa ako alarmový stav signalizuje obsluhe.
- 12. Záznamový systém polohovej identifikácie zvierat na vykonávanie spôsobu podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 11 vyznačujúci sa tým, že pozostáva z dvoch ultrazvukových snímačov polohy zvieraťa - master (6) a sláve (5) umiestnených v zhodnej vertikálnej rovine, kde master (6) je umiestnený na čelnej stene boxu a sláve (5) je umiestnený nad stredom boxu na stropnej konštrukcii, pričom master (6) a sláve (5) ultrazvukové merače vzdialenosti sú medzi sebou prepojené napájacím vedením (11) a komunikačným vedením (12), ďalej jednotky master (6) všetkých boxov sú spojené s jednotkou na zber údajov (2) prostredníctvom fyzickej vrstvy komunikačného rozhrania (10) a pripojené na napájači zdroj (4) prostredníctvom napájacieho vedenia (9), pričom jednotka na zber údajov je spojená s pamäťovým médiom (1) alebo (3).
- 13. Záznamový systém polohovej identifikácie zvierat podľa nároku 12 vyznačujúci sa tým, že umožňuje rozšíriteľnosť jednak z hľadiska počtu snímaných boxov (13, 14, 15, 16, 17) i počtu snímačov vzdialenosti sláve (5) v rámci jedného boxu a je možné pozične ho nainštalovať podľa rozmerových parametrov meraného objektu, pričom v každom boxe je osobitne meraná teplota vzduchu teplotným snímačom (119).
- 14. Záznamový systém polohovej identifikácie zvierat podľa nároku 12 alebo 13 vyznačujúci sa tým, že jednotka (2) na zber údajov je na prenos dát opatrená sériovým rozhraním (8) a/alebo USB rozhraním a/alebo SD a/alebo microSD rozhraním a/alebo bezkontaktným rozhraním.
- 15. Záznamový systém polohovej identifikácie zvierat podľa ktoréhokoľvek z nárokov 12 až 14 vyznačujúci sa tým, že frekvencia ultrazvuku je mimo rozsahu, ktorý je vnímateľný identifikovaným zvieraťom, výhodne je rovná alebo vyššia ako 40 kHz.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK132-2013U SK6925Y1 (sk) | 2013-07-19 | 2013-07-19 | Záznamový systém polohovej identifikácie zvierat |
| PCT/IB2014/063243 WO2015008267A1 (en) | 2013-07-19 | 2014-07-19 | Recording system and method of positional identification of animals |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SK500092016A3 true SK500092016A3 (sk) | 2016-10-03 |
| SK288687B6 SK288687B6 (sk) | 2019-08-05 |
Family
ID=50554999
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SK132-2013U SK6925Y1 (sk) | 2013-07-19 | 2013-07-19 | Záznamový systém polohovej identifikácie zvierat |
| SK50009-2016A SK288687B6 (sk) | 2013-07-19 | 2014-07-19 | Záznamový systém a spôsob polohovej identifikácie zvierat |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SK132-2013U SK6925Y1 (sk) | 2013-07-19 | 2013-07-19 | Záznamový systém polohovej identifikácie zvierat |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| SK (2) | SK6925Y1 (sk) |
| WO (1) | WO2015008267A1 (sk) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106295558A (zh) * | 2016-08-08 | 2017-01-04 | 华南农业大学 | 一种猪只行为节律分析方法 |
| SE1800203A1 (en) * | 2018-10-25 | 2019-07-03 | Delaval Holding Ab | Method and control unit for bedding management at farm |
| CN111263312B (zh) * | 2018-12-03 | 2021-12-07 | 深圳市广和通无线股份有限公司 | 追踪器及其进行追踪的方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL1020148C2 (nl) * | 2002-03-11 | 2003-09-18 | Lely Entpr Ag | Inrichting en samenstel voor een diergerelateerde handeling. |
| US7128024B2 (en) | 2003-07-15 | 2006-10-31 | Doyle Ii John Conan | System and method for measuring animals |
| SE528838C2 (sv) * | 2005-04-29 | 2007-02-27 | Delaval Holding Ab | Detekteringsmetod jämte -arrangemang för mjölkboskap |
| NL1034292C2 (nl) * | 2007-08-27 | 2009-03-02 | Maasland Nv | Systeem en werkwijze voor het beheren van een groep dieren. |
| GB0822580D0 (en) * | 2008-12-11 | 2009-01-14 | Faire Ni Ltd | An animal monitoring system and method |
| US9363983B2 (en) * | 2010-09-29 | 2016-06-14 | John Conan Doyle | System and method for measuring relative leg positions of an ungulate |
-
2013
- 2013-07-19 SK SK132-2013U patent/SK6925Y1/sk unknown
-
2014
- 2014-07-19 WO PCT/IB2014/063243 patent/WO2015008267A1/en active Application Filing
- 2014-07-19 SK SK50009-2016A patent/SK288687B6/sk unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SK288687B6 (sk) | 2019-08-05 |
| WO2015008267A4 (en) | 2015-03-19 |
| WO2015008267A1 (en) | 2015-01-22 |
| SK1322013U1 (sk) | 2014-05-06 |
| SK6925Y1 (sk) | 2014-10-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20080147458A1 (en) | Breeding support system | |
| AU2007238398B2 (en) | Method and system for monitoring the condition of livestock | |
| Mattachini et al. | Methodology for quantifying the behavioral activity of dairy cows in freestall barns | |
| US6868804B1 (en) | Animal management system | |
| US20170325426A1 (en) | A Method and Device for Remote Monitoring of Animals | |
| Nielsen | Automatic registration of grazing behaviour in dairy cows using 3D activity loggers | |
| JP6884368B2 (ja) | 家畜の放牧管理システム | |
| CN206699119U (zh) | 一种养殖动物监控系统 | |
| JP2007124966A (ja) | 動物の発情情報、出産情報及び／又は生体情報検知装置。 | |
| KR20190030877A (ko) | 축산 지식 정보를 기반으로 하는 가축의 사양관리 시스템 | |
| SK500092016A3 (sk) | Záznamový systém a spôsob polohovej identifikácie zvierat | |
| US20200214265A1 (en) | Method and system for monitoring the growth of calves and piglets | |
| Henriksen et al. | Validation of AfiTagII, a device for automatic measuring of lying behaviour in Holstein and Jersey cows on two different bedding materials | |
| KR20150098024A (ko) | 영상정보 및 생체신호정보를 이용한 동물의 사육환경 제어 시스템 및 방법 | |
| Lee et al. | Identifying-and-counting based monitoring scheme for pigs by integrating BLE tags and WBLCX antennas | |
| Debdas et al. | An IOT Solution for Cattle Health Monitoring and Tracking | |
| Foulkes et al. | Livestock management system | |
| KR100997857B1 (ko) | 소 체온감지, 분석, 알람기능기 | |
| SK692013A3 (sk) | Univerzálny záznamový systém polohovej identifikácie zvierat | |
| KR101657682B1 (ko) | 가속도 센서 및 gps를 이용한 사료효율 분석 시스템 | |
| Bouchon et al. | A checklist to validate sensor output for the recording of cattle behaviour | |
| Mattachini et al. | Methods for measuring the behaviour of dairy cows in free stall barns | |
| CN105640558A (zh) | 动物蹄病检查系统及方法 | |
| Huang et al. | Quantification of preparturition restlessness in crated sows using ultrasonic measurement | |
| JP2002233261A (ja) | Ｃｐｕによる牛の飼養管理の高効率化システム |