WO2022044084A1 - 送風機制御システム - Google Patents

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WO2022044084A1
WO2022044084A1 PCT/JP2020/031874 JP2020031874W WO2022044084A1 WO 2022044084 A1 WO2022044084 A1 WO 2022044084A1 JP 2020031874 W JP2020031874 W JP 2020031874W WO 2022044084 A1 WO2022044084 A1 WO 2022044084A1
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WO
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livestock
blower
thermal
barn
thermal environment
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/031874
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English (en)
French (fr)
Inventor
大祐 中村
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to PCT/JP2020/031874 priority patent/WO2022044084A1/ja
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    • 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
    • A01K1/00—Housing animals; Equipment therefor
    • 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
    • A01K67/00—Rearing or breeding animals, not otherwise provided for; New or modified breeds of animals

Definitions

  • This disclosure relates to a blower control system that blows livestock in a barn.
  • Patent Document 1 an infrared camera is installed in the breeding area of livestock, and the skin temperature of a plurality of points of an individual is measured as individual information.
  • a diagnostic device that determines the degree of heat stress of livestock by comparison with the skin temperature of livestock and controls an environmental adjustment unit such as a blower is disclosed. As a result, it is possible to efficiently blow the air volume corresponding to the heat stress of the livestock and provide a comfortable thermal environment for the livestock.
  • the thermal environment that is comfortable for livestock may fluctuate depending on the weight of the livestock, or it may fluctuate due to the influence of humidity, wind speed, radiation, etc., which are thermal environment factors other than air temperature.
  • the degree of heat stress of livestock is determined by comparing the skin temperatures of a plurality of livestock with the reference temperature, but since the reference temperature is fixed, it is comfortable for livestock. No consideration is given to changes in the thermal environment. Further, depending on the time when the reference temperature is measured, there is a problem that the measurement may be performed in a state where the heat stress is felt.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and the difference between the thermal environment created by the control of the blower and the thermal environment comfortable for livestock in the barn is smaller than before.
  • the purpose is to obtain a blower control system that can be used.
  • the blower control system of the present disclosure includes a livestock condition measurement unit, a thermal environment measurement unit, a blower, a livestock condition calculation unit, and a control unit.
  • the livestock condition measuring unit is installed in the barn and measures the physiological condition of the livestock.
  • the thermal environment measurement unit is installed in the barn and measures the thermal environment of the barn.
  • the blower blows the wind to the livestock.
  • the livestock condition calculation unit calculates the physiological condition from the measurement result by the livestock condition measurement unit.
  • the control unit controls the rotation speed of the blower based on the relationship between the calculated value of the physiological condition calculated by the livestock condition calculation unit and the thermal environment of the barn.
  • the blower control system according to the present disclosure has the effect that the difference between the thermal environment created by the control of the blower and the comfortable thermal environment for livestock in the barn can be made smaller than before. Play.
  • the figure which shows an example of the change with respect to the temperature of the value which the skin temperature standard deviation of the livestock of FIG. A flowchart showing an example of the procedure of the blower control method according to the first embodiment when the air temperature is lower than the upper limit of the thermal neutral zone of livestock and the air temperature is rising.
  • blower control system according to the embodiment of the present disclosure will be described in detail below with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the blower control system according to the first embodiment.
  • the blower control system 10 is provided in, for example, a barn 11 in which livestock 21 are bred.
  • livestock 21 is a pig, cow, sheep, dog, cat or chicken.
  • the barn 11 includes a floor 12, a side wall 13, a ceiling 14, a fence 15, and a feeding box 16.
  • the livestock 21 is bred in the breeding area 90 which is the area surrounded by the fence 15 or the area surrounded by the fence 15 and the side wall 13.
  • the blower control system 10 has a thermoneutral zone in which the air temperature, which is an example of the thermal environment in the barn 11, is a temperature range in which the livestock 21 can maintain a constant body temperature by adjusting the heat dissipation from the body. It is a system that controls the rotation speed of the blower 33 depending on whether or not it is within the range.
  • the temperature range of the thermal neutral zone fluctuates due to the influence of humidity, wind speed, radiation, etc., which are thermal environmental factors other than air temperature.
  • the temperature range of the thermal neutral zone also varies depending on the body weight of the livestock 21. Therefore, the temperature range of the thermal neutral zone is not fixed, but varies depending on the individual difference of the livestock 21 and the thermal environment factors other than the temperature of the barn 11.
  • the blower control system 10 includes a temperature detection unit 31, an infrared sensor 32, a blower 33, and a control device 40. Communication is possible between the air temperature detection unit 31 and the control device 40, between the infrared sensor 32 and the control device 40, and between the blower 33 and the control device 40 by wire or wirelessly.
  • the temperature detection unit 31 is an example of a thermal environment measurement unit that is installed in the barn 11 and measures the thermal environment in the barn 11, and detects the temperature that is the thermal environment in the barn 11, more preferably the temperature in the breeding area 90. It is a sensor to do.
  • An example of the air temperature detection unit 31 is a thermocouple and a resistance temperature detector. The temperature detection unit 31 outputs the detected temperature to the control device 40.
  • the infrared sensor 32 is an example of a livestock state measuring unit installed in the barn 11 and measuring the physiological state of the livestock 21, and is a sensor that detects the skin temperature which is the value of the physiological state of the livestock 21.
  • the skin temperature of the livestock 21 is an example of the physiological state of the livestock 21 that can detect whether or not the thermal environment in the barn 11 is within the thermal neutral zone for the livestock 21. That is, in the first embodiment, the skin temperature, which is the physiological state of the livestock 21, is measured by the infrared sensor 32. Further, in the first embodiment, the skin temperature of a plurality of parts of the livestock 21 is measured.
  • the positions for measuring skin temperature include the nose, face, cheeks, jaws, ear roots and ear tips.
  • the infrared sensor 32 is arranged at a position in the breeding area 90 where the livestock 21 can stay for a long time.
  • the feeding box 16 is arranged in the vicinity of the feeding box 16 installed in the barn 11, and more specifically, directly above the feeding box 16. As a result, the range of movement of the livestock 21 is suppressed while eating the food contained in the feeding box 16, and it becomes easy to measure the skin temperature of the face of the livestock 21.
  • the infrared sensor 32 includes a detection unit 321 which is a sensor for detecting the skin temperature of the livestock 21, and a cylindrical holding unit 322 for holding the detection unit 321.
  • the detection unit 321 is arranged parallel to the cylindrical axis, which is the central axis of the cylindrical holding unit 322, and the detection unit 321 detects a linear range parallel to the cylindrical axis.
  • the holding portion 322 is rotatable about a cylindrical axis.
  • 2 to 4 are diagrams showing an example of a scan state of an infrared sensor in the blower control system according to the first embodiment. In these figures, the temperature detection unit 31 and the control device 40 are not shown. A holding unit so that the detection unit 321 can scan from one end of the feeding box 16 shown in FIG.
  • the 322 is rotatable about a cylindrical axis.
  • the detection unit 321 sequentially scans the linear detection range, and it becomes possible to detect the planar range parallel to the surface of the floor 12.
  • the holding unit 322 does not necessarily have to be rotatable.
  • the infrared sensor 32 scans the entire feeding box 16 installed in the barn 11, measures the skin temperature of livestock 21 such as pigs existing in the scanned breeding area 90, and outputs the measurement result to the control device 40. ..
  • livestock 21 such as pigs existing in the scanned breeding area 90
  • the infrared sensor 32 may be installed on the side wall 13, the ceiling 14, or the fence 15.
  • the blower 33 is a device that sends wind to the livestock 21 in the breeding area 90.
  • the blower 33 is installed on the fence 15.
  • the blower 33 may be installed on the side wall 13 or the ceiling 14 instead of the fence 15.
  • the control device 40 is a device that controls the operation of the blower 33 in the barn 11.
  • the control device 40 includes an input data processing unit 41 and a blower control unit 42.
  • the input data processing unit 41 calculates the physiological state of the livestock 21 from the measurement result by the infrared sensor 32.
  • the input data processing unit 41 receives input data which is a detection result from the temperature detection unit 31 and the infrared sensor 32 at the same time, and processes the input data according to predetermined processing contents.
  • the input data processing unit 41 receives input data from the temperature detection unit 31 and the infrared sensor 32 at a predetermined cycle, that is, at a predetermined timing.
  • the input data processing unit 41 processes the input data which is the detection result from the infrared sensor 32, and in one example, obtains the distribution of the skin temperature of the livestock 21 existing in the scanned range. Then, the input data processing unit 41 extracts the head of the livestock 21 existing in the scanned range from the processed input data, and a plurality of parts in the head, for example, the nose, face, cheeks, chin, ear roots and ears. Calculate the skin temperature at the tip of the ear. Then, the input data processing unit 41 calculates the standard deviation of the skin temperature between the parts in the temperature at the time of acquisition of the input data for each livestock 21 from the distribution of the skin temperature in the plurality of parts.
  • the input data processing unit 41 indicates the physiological state of the livestock 21 by combining the temperature indicating the thermal environment of the breeding area 90 at the time of acquiring the input data and the standard deviation of the skin temperature at the temperature at the time of acquiring the input data. It is output to the blower control unit 42 as physiological state data.
  • the standard deviation of the skin temperature is an example of a variation index which is an index showing the variation of the skin temperature which is a physiological state in a plurality of parts of the livestock 21.
  • the standard deviation of the skin temperature is referred to as the standard deviation of the skin temperature.
  • the input data processing unit 41 corresponds to the livestock state calculation unit.
  • the blower control unit 42 controls the rotation speed of the blower 33 based on the relationship between the calculated value of the physiological state and the thermal environment of the livestock barn 11. Specifically, the blower control unit 42 determines whether or not the thermal environment of the livestock barn 11 is within the thermal neutral zone of the livestock 21 based on the change of the calculated value of the physiological state with respect to the thermal environment of the livestock barn 11. Is determined.
  • the thermal neutral zone refers to the range of the thermal environment of the livestock 21 in which the livestock 21 can live comfortably without feeling the thermal stress.
  • the blower control unit 42 uses the skin temperature standard deviation, which is a variation index, or the inflection point of the skin temperature standard deviation with respect to the thermal environment of the barn 11, and the thermal environment of the barn 11 is the heat of the livestock 21. Determine if it is within the range of the neutral zone. Specifically, the blower control unit 42 acquires physiological state data, which is a combination of the temperature of the barn 11 and the skin temperature standard deviation of the livestock 21, from the input data processing unit 41, and uses the acquired physiological state data. Therefore, it is determined whether or not the air temperature is in the thermal neutral zone of the livestock 21, and the rotation speed of the blower 33 is controlled based on the determination result.
  • physiological state data which is a combination of the temperature of the barn 11 and the skin temperature standard deviation of the livestock 21, from the input data processing unit 41, and uses the acquired physiological state data. Therefore, it is determined whether or not the air temperature is in the thermal neutral zone of the livestock 21, and the rotation speed of the blower 33 is controlled based on the determination result.
  • the blower control unit 42 can acquire physiological state data from the input data processing unit 41 at predetermined time intervals.
  • the blower control unit 42 is provided separately from the blower 33, but may be built in the blower 33.
  • the blower control unit 42 corresponds to the control unit.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a thermal neutral zone of livestock managed by the blower control system according to the first embodiment.
  • the horizontal axis shows the thermal environment around the livestock 21, that is, the barn 11, and the vertical axis shows the skin temperature of each part of the head of the livestock 21.
  • the thermal environment is the temperature T of the breeding area 90.
  • the sites for measuring the skin temperature are the nose, face, cheeks, chin, ear roots and ear tips.
  • the thermal neutral zone Tn is a range of the thermal environment with the upper limit of the thermal neutral zone Tu as the upper limit and the lower limit of the thermal neutral zone Tl as the lower limit.
  • the temperature range of the thermal neutral zone Tn fluctuates due to the influence of humidity, wind velocity, radiation, etc., which are thermal environmental factors other than the air temperature.
  • the value of the lower limit of the sex zone Tl also fluctuates.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of changes in the skin temperature standard deviation between the parts of the head of the livestock shown in FIG. 5 with respect to the air temperature.
  • the horizontal axis is the air temperature T, which is an example of a thermal environment
  • the vertical axis is the skin temperature standard deviation ⁇ between the head portions of the livestock 21.
  • the graph of the skin temperature standard deviation ⁇ consists of two straight lines with different gradients, and the amount of change of the skin temperature standard deviation ⁇ with respect to the thermal environment changes greatly at the standard deviation inflection point ⁇ lp. ..
  • the amount of decrease in the skin temperature standard deviation ⁇ increases as the temperature rises up to about 20 ° C. However, when the temperature exceeds about 20 ° C, even if the temperature rises. The amount of decrease in the standard deviation ⁇ of the skin temperature is small.
  • the standard deviation inflection point ⁇ lp appears when the thermal environment of the livestock 21 passes the upper limit of the thermal neutral zone Tu. That is, the thermal environment at the standard deviation inflection point ⁇ lp, in this case, the temperature T is the upper limit Tu of the thermal neutral zone.
  • the thermal environment in this case the air temperature, should be maintained at a temperature higher than the lower limit of the thermal neutral zone Tl. desirable.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a change in a value obtained by first-order differentiating the standard deviation of the skin temperature of the livestock of FIG. 6 with respect to the air temperature with respect to the air temperature.
  • the horizontal axis is the temperature T
  • the vertical axis is the differential value d ⁇ / dT of the skin temperature standard deviation ⁇ , which is the value obtained by differentiating the skin temperature standard deviation ⁇ with the temperature T.
  • the differential value d ⁇ / dT of the skin temperature standard deviation ⁇ shows a substantially constant value until the air temperature is about 20 ° C. When the temperature exceeds about 20 ° C, the temperature becomes higher than the value up to about 20 ° C and becomes a value close to zero.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a change in a value obtained by second-order differentializing the standard deviation of the skin temperature of the livestock of FIG. 6 with respect to the air temperature with respect to the air temperature.
  • the horizontal axis is the temperature T
  • the vertical axis is the second-order differential value d 2 ⁇ / dT 2 of the skin temperature standard deviation ⁇ , which is the second-order differential value of the skin temperature standard deviation ⁇ with respect to the temperature T. be.
  • the standard deviation inflection point ⁇ lp is defined by the thermal environment when the second derivative value of the change amount of the skin temperature standard deviation ⁇ with respect to the temperature T has a maximum value, that is, the air temperature.
  • the absolute value of the amount of change of the skin temperature standard deviation ⁇ with respect to the temperature T is different with the standard deviation inflection point ⁇ lp as a boundary. That is, it is determined whether the thermal environment of the breeding region 90 is within or outside the thermal neutral zone Tn of the livestock 21 by using the absolute value of the change amount of the skin temperature standard deviation ⁇ with respect to the air temperature T. It is possible.
  • the blower control unit 42 stores the combination of the air temperature at the immediately preceding standard deviation inflection point ⁇ lp, that is, the standard deviation of the skin temperature of the livestock 21. Further, when the absolute value of the change amount of the skin temperature standard deviation with respect to the air temperature is not small, the blower control unit 42 keeps the temperature of the breeding area 90 lower than the thermal neutral zone upper limit Tu of the livestock 21. Judge that there is.
  • the amount of change in the standard deviation of the skin temperature with respect to the temperature is referred to as the amount of change in the standard deviation of the skin temperature.
  • the blower control unit 42 determines whether the skin temperature standard deviation of the physiological state data obtained from the input data processing unit 41 is larger than the skin temperature standard deviation of the standard deviation inflection point ⁇ lp stored immediately before. That is, the blower control unit 42 determines whether the standard deviation inflection point ⁇ lp has been exceeded from the high temperature side to the low temperature side. In the blower control unit 42, when the standard deviation of the skin temperature at the time of measurement becomes larger than the standard deviation of the skin temperature of the standard deviation variation point ⁇ lp stored immediately before, the temperature of the breeding area 90 becomes the thermal neutrality of the livestock 21. It is determined that the temperature is within the range from outside the range of the thermal neutral zone Tn across the upper limit Tu.
  • the blower control unit 42 when the skin temperature standard deviation of the physiological state data obtained from the input data processing unit 41 is not larger than the skin temperature standard deviation of the standard deviation variation point ⁇ lp stored immediately before. , It is determined that the temperature of the breeding area 90 is outside the range of the thermal neutral zone Tn of the livestock 21.
  • the blower control unit 42 may determine whether the standard deviation inflection point ⁇ lp has been exceeded from the high temperature side to the low temperature side.
  • the blower control unit 42 when the absolute value of the change in the standard deviation of the skin temperature becomes large, the air temperature in the breeding area 90 straddles the upper limit Tu of the thermal neutral zone of the livestock 21 and is out of the range of the thermal neutral zone Tn. It is judged that it is within the range from.
  • the blower control unit 42 determines that the temperature of the breeding area 90 is outside the range of the thermal neutral zone Tn of the livestock 21.
  • the input data processing unit 41 stores the input data from the temperature detection unit 31 and the infrared sensor 32 to the input data processing unit 41 together with the input time, so that the blower control unit 42 receives the input data from the temperature detection unit 31.
  • the input time-series input data it is possible to determine whether or not the temperature has risen over time. Although it depends on the time interval for detecting the air temperature by the air temperature detection unit 31, it is determined whether the air temperature is on an upward trend or a downward trend by using a predetermined number of detection results from the latest detection results. be able to.
  • the blower control unit 42 controls the blower 33 as follows according to the determination result of whether the air temperature in the breeding area 90 is within or outside the range of the thermal neutral zone Tn.
  • the blower control unit 42 determines that the air temperature in the breeding area 90 is outside the range of the thermal neutral zone Tn, the blower control unit 42 starts controlling the rotation speed of the blower 33.
  • the maximum value of the rotation speed is determined by the judgment of the user or the specifications of the blower 33.
  • the blower control unit 42 controls the rotation speed according to the blower control information which is the information defining the relationship between the predetermined temperature and the rotation speed of the blower 33.
  • the blower control information is the difference between the air temperature at the time of measurement and the temperature at the standard deviation variation point ⁇ lp stored immediately before, or the difference between the skin temperature standard deviation and the skin temperature standard deviation at the standard deviation variation point ⁇ lp stored immediately before.
  • the blower control unit 42 determines that the air temperature in the breeding area 90 is within the range from outside the range of the thermal neutral zone Tn, the blower control unit 42 ends the control of the rotation speed of the blower 33.
  • the rotation speed of the blower 33 when the control of the rotation speed of the blower 33 is finished is the rotation speed immediately before the control of the rotation speed is finished.
  • the rotation speed immediately before the end of the control is substantially equal to the rotation speed when it is determined that the rotation speed is within the range from outside the range of the thermal neutral zone Tn. This is to keep the livestock 21 cooled by blowing the wind.
  • the blower control unit 42 sets a predetermined ratio of the skin temperature standard deviation obtained by using the data from the infrared sensor 32 to the skin temperature standard deviation at the standard deviation inflection point ⁇ lp stored immediately before. When the number increases, the operation of the blower 33 is stopped. This is to prevent the livestock 21 from being excessively cooled.
  • the rotation speed is controlled according to the blower control information. Even if the blower control information is information that defines the relationship between the skin temperature standard deviation at the time of measurement, the difference between the skin temperature standard deviation at the standard deviation inflection point ⁇ lp stored immediately before, and the rotation speed of the blower 33. good. In one example, the larger the difference between the skin temperature standard deviation at the time of measurement and the skin temperature standard deviation at the standard deviation inflection point ⁇ lp stored immediately before, the control is performed to lower the rotation speed.
  • blower control unit 42 remembers the standard deviation change immediately before it is stored when the temperature of the breeding area 90 is within the range of the thermal neutral zone Tn of the livestock 21 and when the blower 33 is stopped.
  • the control of the rotation speed of the blower 33 may be started in advance.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an example of the procedure of the blower control method according to the first embodiment when the air temperature is lower than the upper limit of the thermal neutral zone of livestock and the air temperature is rising.
  • the input data processing unit 41 determines whether it is the acquisition timing for acquiring the input data (step S11).
  • the acquisition timing can be a predetermined time interval. If it is not the acquisition timing (No in step S11), the waiting state is set. On the other hand, when it is the acquisition timing (Yes in step S11), the input data processing unit 41 acquires the air temperature from the air temperature detection unit 31 (step S12). Further, the input data processing unit 41 acquires measurement data from the infrared sensor 32, and acquires skin temperatures of a plurality of parts of the head of the livestock 21 from the measurement data (step S13).
  • the input data processing unit 41 calculates the skin temperature standard deviations of the acquired plurality of parts (step S14), and corresponds the temperature acquired at the same time as the measurement data which is the basis of the skin temperature standard deviations with the skin temperature standard deviations. It is stored as the attached physiological state data (step S15).
  • the blower control unit 42 calculates the absolute value of the skin temperature standard deviation change amount from the latest physiological state data and the physiological state data acquired at the previous acquisition timing (step S16). Further, the blower control unit 42 compares the calculated absolute value of the skin temperature standard deviation change amount with the absolute value of the skin temperature standard deviation change amount at the previous acquisition timing (step S17). Then, the blower control unit 42 determines whether the air temperature exceeds the thermal neutral zone upper limit Tu of the livestock 21 (step S18).
  • the blower control unit 42 does not control the rotation speed of the blower 33, and the process returns to step S11.
  • the blower control unit 42 starts controlling the rotation speed of the blower 33 (step S19). At this time, the blower control unit 42 determines the rotation speed of the blower 33 according to the blower control information. Further, the blower control unit 42 stores the combination of the air temperature at this time and the skin temperature standard deviation of the livestock 21 as the standard deviation inflection point ⁇ lp (step S20).
  • the blower control unit 42 controls the rotation speed of the blower 33 the next time the skin temperature standard deviation of the livestock 21 approaches the standard deviation inflection point ⁇ lp. You can start in advance. This completes the blower control method when the air temperature shifts from a state lower than the thermal neutral zone upper limit Tu of the livestock 21 to a state higher than that.
  • the blower control unit 42 refers to the blower control information, and the air temperature and standard deviation variation at that time.
  • the blower 33 may be controlled at a rotation speed corresponding to the difference from the air temperature at the point ⁇ lp.
  • the blower control unit 42 assists the body temperature regulation of the livestock 21 by increasing the rotation speed of the blower 33 as the absolute value of the difference between the air temperature and the temperature at the standard deviation inflection point ⁇ lp increases.
  • FIG. 10 is a flowchart showing an example of the procedure of the blower control method according to the first embodiment after it is determined that the air temperature has changed from a state lower than the upper limit of the thermal neutral zone of livestock to a state higher.
  • the same processing as in steps S11 to S15 of FIG. 9 is performed (steps S31 to S35). That is, the input data processing unit 41 acquires the air temperature from the air temperature detection unit 31 at the acquisition timing, and the skin temperature is obtained from the skin temperature of a plurality of parts of the head of the livestock 21 acquired from the measurement data from the infrared sensor 32. The standard deviation is calculated, and the set of the air temperature and the skin temperature standard deviation is stored as physiological state data.
  • the blower control unit 42 compares the skin temperature standard deviation of the physiological state data with the skin temperature standard deviation at the standard deviation inflection point ⁇ lp stored immediately before (step S36).
  • the skin temperature standard deviation at the skin temperature inflection point Tsl memorized immediately before is, in one example, memorized in step S20 of FIG.
  • the blower control unit 42 determines whether the acquired skin temperature standard deviation exceeds the skin temperature standard deviation of the standard deviation inflection point ⁇ lp stored immediately before (step S37). When the acquired skin temperature standard deviation does not exceed the skin temperature standard deviation of the standard deviation variation point ⁇ lp stored immediately before (No in step S37), the blower control unit 42 refers to the blower control information. Then, the blower 33 is controlled at the rotation speed corresponding to the difference between the air temperature at that time and the air temperature at the standard deviation variation point ⁇ lp (step S38), and the process returns to step S31.
  • the thermal environment of the barn 11 is the thermal neutral zone of the livestock 21. This is a case of shifting from outside the range of the upper limit Tu to within the range.
  • the blower control unit 42 in order to maintain the state in which the livestock 21 is cooled by blowing the wind, the blower control unit 42 has the skin temperature standard deviation of the standard deviation inflection point ⁇ lp that the acquired skin temperature standard deviation is stored immediately before.
  • the rotation speed of the blower 33 immediately before exceeding the above is maintained (step S39). That is, the blower control unit 42 holds the rotation speed immediately before the end of the control of the rotation speed of the blower 33.
  • the input data processing unit 41 determines whether it is the acquisition timing for acquiring the input data (step S40). If it is not the acquisition timing (No in step S40), the waiting state is set. On the other hand, when it is the acquisition timing (Yes in step S40), the input data processing unit 41 acquires the measurement data from the infrared sensor 32, and the skin temperature of a plurality of parts of the head of the livestock 21 is obtained from the measurement data. (Step S41). Further, the input data processing unit 41 calculates the skin temperature standard deviations of the acquired plurality of parts (step S42).
  • the blower control unit 42 determines whether the calculated skin temperature standard deviation of the livestock 21 has increased by a predetermined ratio from the skin temperature standard deviation of the livestock 21 at the standard deviation inflection point ⁇ lp (step S43). .. If the increase is not made by a predetermined ratio (No in step S43), the process returns to step S40. Further, when the increase is made by a predetermined ratio (Yes in step S43), the blower control unit 42 stops the operation of the blower 33 (step S44), and the process ends.
  • the standard deviation of the skin temperature was caused by a plurality of parts in the head of the livestock 21 by the infrared sensor 32, but it may be caused by a plurality of parts in the body of the livestock 21.
  • the blower control unit 42 has the temperature out of the range of the thermal neutral zone Tn based on the relationship between the skin temperature standard deviation of the livestock 21 and the air temperature in the breeding area 90 in the barn 11.
  • the control of the rotation speed of the blower 33 is started.
  • the blower control unit 42 ends the control of the rotation speed of the blower 33 when it is determined that the air temperature falls within the range from the outside of the thermal neutral zone Tn.
  • the temperature of the upper limit Tu of the thermal neutral zone varies depending on the weight of the livestock 21 and is affected by humidity, wind velocity, radiation, etc., which are thermal environmental factors other than the temperature. Therefore, the temperature of the upper limit Tu of the thermal neutral zone Tu.
  • the temperature of the thermal neutral zone upper limit Tu obtained based on the relationship between the skin temperature standard deviation of the livestock 21 existing in the breeding area 90 and the air temperature is used to determine the rotation speed of the blower 33. Starts or ends control.
  • the temperature of the upper limit Tu of the thermal neutral zone takes into consideration the weight of the livestock 21, and the air volume corresponding to the thermal environment factors such as humidity, wind speed or radiation other than the temperature of the livestock 21 existing in the breeding area 90.
  • the thermal neutral zone Tn of the livestock 21 fluctuates due to the blast, and thereby the temperature of the thermal neutral zone upper limit Tu also fluctuates.
  • the temperature of the fluctuating thermal neutral zone upper limit Tu is calculated, and the temperature of the thermal neutral zone upper limit Tu is used to control the blower 33. Therefore, it is possible to provide a comfortable environment for the livestock 21. As a result, excessive cooling of the livestock 21 can be suppressed.
  • Embodiment 2 In the first embodiment, a case is shown in which whether or not the thermal environment of the livestock barn 11 is in the thermal neutral zone of the livestock 21 is determined from the amount of change in the standard deviation of the skin temperature, but the determination of the thermal environment of the livestock 21 is performed. Not limited to this. In the second embodiment, a case where the thermal environment of the livestock 21 is determined from the value of the skin temperature standard deviation will be described.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the blower control system according to the second embodiment.
  • the blower control system 10a according to the second embodiment has a configuration in which the air temperature detection unit 31 is removed from the blower control system 10 according to the first embodiment. Since the other configurations are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted. Further, in the blower control method in the blower control system 10a according to the second embodiment, only the parts different from the first embodiment will be described below.
  • the blower control system 10a of the second embodiment it is determined from the value of the skin temperature standard deviation whether the thermal environment of the livestock 21 is within or outside the range of the thermal neutral zone Tn.
  • the temperature detection unit 31 and the time-series data of at least two or more physiological state data of the set of the temperature and the skin temperature standard deviation are used.
  • the temperature detection unit 31 is unnecessary because the thermal environment of the livestock 21 is determined from the value of the skin temperature standard deviation.
  • two or more physiological states can be determined. No time series data is required.
  • the blower control system 10a sets in advance a threshold value of the skin temperature standard deviation for determining whether the thermal environment of the livestock 21 is within or outside the range of the thermal neutral zone Tn.
  • the threshold value of the skin temperature standard deviation is referred to as a reference value.
  • the reference value can change depending on the type, age, body weight, etc. of the livestock 21, and it is desirable to calculate the reference value according to the livestock 21 existing in the barn 11 in advance by an experiment.
  • the input data processing unit 41 receives the input data which is the detection result from the infrared sensor 32, and the degree of distribution of the skin temperature of a plurality of parts in the head of the livestock 21 existing in the scanned range.
  • the standard deviation of the skin temperature indicating the above is obtained and output to the blower control unit 42.
  • the blower control unit 42 controls the rotation speed of the blower 33 based on the relationship between the skin temperature standard deviation, which is a calculated value of the physiological state, and the set reference value, and the operating status of the blower 33. Specific control by the blower control unit 42 will be described below.
  • the blower control unit 42 determines whether the skin temperature standard deviation from the input data processing unit 41 is smaller than the reference value. The blower control unit 42 determines that the thermal environment of the livestock 21 is outside the range of the thermal neutral zone Tn when the skin temperature standard deviation is smaller than the reference value.
  • blower control unit 42 determines that the thermal environment of the livestock 21 is within the range of the thermal neutral zone Tn when the skin temperature standard deviation is larger than the reference value.
  • the blower control unit 42 determines that the thermal environment of the livestock 21 is outside the range of the thermal neutral zone Tn, and starts controlling the blower 33 when the blower 33 is stopped.
  • the maximum value of the rotation speed is determined by the judgment of the user or the specifications of the blower 33.
  • the blower control unit 42 controls the rotation speed according to predetermined blower control information which is information defining the relationship between the skin temperature standard deviation and the rotation speed of the blower 33.
  • the blower control unit 42 controls to increase the rotation speed as the difference between the standard deviation of the skin temperature at the time of measurement and the reference value becomes larger.
  • the blower control unit 42 determines that the thermal environment of the livestock 21 is outside the range of the thermal neutral zone Tn, and if the blower 33 is operating, the blower control unit 42 continues to control the blower 33. In one example, the blower control unit 42 controls the rotation speed according to the blower control information. As described above, in one example, the blower control unit 42 controls to increase the rotation speed as the difference between the standard deviation of the skin temperature at the time of measurement and the reference value becomes larger.
  • the blower control unit 42 determines that the thermal environment of the livestock 21 is within the range of the thermal neutral zone Tn, and when the blower 33 is operating, the skin temperature standard input with respect to the reference value. If the deviation has not increased by a predetermined rate, the control of the blower 33 is terminated.
  • the rotation speed of the blower 33 when the control of the rotation speed of the blower 33 is finished is the rotation speed immediately before the control of the rotation speed is finished.
  • the rotation speed immediately before the end of the control is substantially equal to the rotation speed when it is determined that the thermal environment of the livestock 21 is within the range of the thermal neutral zone Tn. This is to keep the livestock 21 cooled by blowing the wind.
  • the blower control unit 42 determines that the thermal environment of the livestock 21 is within the range of the thermal neutral zone Tn, and when the blower 33 is operating, the skin temperature standard input with respect to the reference value. When the deviation increases by a predetermined rate, the operation of the blower 33 is stopped. This is to prevent the livestock 21 from being excessively cooled.
  • the rotation speed is controlled according to the blower control information. In one example, the blower control unit 42 controls to lower the rotation speed as the difference between the skin temperature at the time of measurement and the reference value becomes larger.
  • the blower control unit 42 determines that the thermal environment of the livestock 21 is within the range of the thermal neutral zone Tn, and when the blower 33 is stopped, the blower 33 maintains the stopped state. ..
  • FIG. 12 is a flowchart showing an example of the procedure of the blower control method according to the second embodiment when the temperature is lower than the upper limit of the thermal neutral zone of the livestock and the temperature is rising.
  • the thermal environment of the livestock 21 is the air temperature will be taken as an example.
  • the input data processing unit 41 determines whether it is the acquisition timing for acquiring the input data (step S51).
  • the acquisition timing can be a predetermined time interval. If it is not the acquisition timing (No in step S51), the waiting state is set.
  • the input data processing unit 41 acquires measurement data from the infrared sensor 32, and the skin temperature of a plurality of parts in the head of the livestock 21 is obtained from the measurement data. (Step S52). Further, the input data processing unit 41 calculates the skin temperature standard deviations of the acquired plurality of sites (step S53).
  • the blower control unit 42 compares the calculated skin temperature standard deviation with the reference value (step S54). Then, the blower control unit 42 determines whether the air temperature exceeds the thermal neutral zone upper limit Tu of the livestock 21 (step S55).
  • the blower control unit 42 does not control the rotation speed of the blower 33, and the process returns to step S51.
  • the blower control unit 42 starts controlling the rotation speed of the blower 33 (step S56). At this time, the blower control unit 42 determines the rotation speed of the blower 33 according to the blower control information.
  • the skin temperature standard deviation is equal to the reference value, it may be included when the skin temperature standard deviation is larger than the reference value, or it may be included when the skin temperature standard deviation is smaller than the reference value. This completes the blower control method when the air temperature shifts from a state lower than the thermal neutral zone upper limit Tu of the livestock 21 to a state higher than that.
  • the blower control unit 42 When indicating that the air temperature is higher than the upper limit Tu of the thermal neutral zone, the blower control unit 42 refers to the blower control information and the absolute difference between the skin temperature standard deviation and the reference value at that time.
  • the blower 33 may be controlled by the rotation speed corresponding to the value.
  • the blower control unit 42 assists the body temperature regulation of the livestock 21 by increasing the rotation speed of the blower 33 as the absolute value of the difference between the skin temperature standard deviation and the reference value becomes larger.
  • FIG. 13 is a flowchart showing an example of the procedure of the blower control method according to the second embodiment after it is determined that the temperature has changed from a state lower than the upper limit of the thermal neutral zone of livestock to a state higher.
  • the input data processing unit 41 determines whether it is the acquisition timing for acquiring the input data (step S71).
  • the acquisition timing can be a predetermined time interval. If it is not the acquisition timing (No in step S71), the waiting state is set. On the other hand, when it is the acquisition timing (Yes in step S71), the input data processing unit 41 acquires the measurement data from the infrared sensor 32, and the skin temperature of a plurality of parts in the head of the livestock 21 is obtained from the measurement data. (Step S72). Further, the input data processing unit 41 calculates the skin temperature standard deviations of the acquired plurality of sites (step S73).
  • the blower control unit 42 compares the calculated skin temperature standard deviation with the reference value (step S74). Then, the blower control unit 42 determines whether or not the air temperature is within the range of the thermal neutral zone Tn of the livestock 21 (step S75).
  • the blower control unit 42 controls the blower 33 at a rotation speed corresponding to the difference between the skin temperature standard deviation and the reference value at that time with reference to the blower control information (step S76), and steps S71. Processing returns to.
  • the value of the skin temperature standard deviation is larger than the reference value. That is, it is a case where the thermal environment of the livestock barn 11 shifts from outside the range of the upper limit Tu of the thermal neutral zone of the livestock 21 to within the range.
  • the blower control unit 42 maintains the rotation speed of the blower 33 immediately before the skin temperature standard deviation exceeds the reference value (step S77). ). That is, the blower control unit 42 holds the rotation speed immediately before the end of the control of the rotation speed of the blower 33.
  • the input data processing unit 41 determines whether it is the acquisition timing for acquiring the input data (step S78). If it is not the acquisition timing (No in step S78), the waiting state is set. On the other hand, when it is the acquisition timing (Yes in step S78), the input data processing unit 41 acquires the measurement data from the infrared sensor 32, and the skin temperature of a plurality of parts of the head of the livestock 21 is obtained from the measurement data. (Step S79). Further, the input data processing unit 41 calculates the skin temperature standard deviations of the acquired plurality of parts (step S80).
  • the blower control unit 42 determines whether the calculated skin temperature standard deviation of the livestock 21 has increased by a predetermined rate from the reference value (step S81). If the increase is not made by a predetermined ratio (No in step S81), the process returns to step S78. Further, when the increase is made by a predetermined ratio (Yes in step S81), the blower control unit 42 stops the operation of the blower 33 (step S82), and the process ends.
  • the blower control system 10a has a configuration in which the air temperature detection unit 31 is removed from the blower control system 10 according to the first embodiment.
  • the first embodiment at least two or more are used to determine whether or not the temperature in the breeding area 90 is within the thermal neutral zone Tn of the livestock 21 from the amount of change of the skin temperature standard deviation with respect to the air temperature. Time-series data for a set of temperature and skin temperature standard deviations were needed.
  • the second embodiment since the value of the skin temperature standard deviation is used, whether or not the air temperature in the breeding area 90 is within the thermal neutral zone Tn of the livestock 21 in one measurement of the skin temperature standard deviation.
  • the case where the thermal environment is the temperature of the breeding area 90 is taken as an example, but other parameters such as the humidity of the breeding area 90 may be used. Further, although the case where the skin temperature standard deviation is used as the variation index is shown, the dispersion of the skin temperature may be used as long as it indicates the degree of variation in the skin temperature at a plurality of parts of the livestock 21.
  • FIG. 14 is a diagram schematically showing an example of a hardware configuration that realizes the control device according to the first and second embodiments.
  • the control device 40 can be realized by the processing circuit 100 shown in FIG.
  • the processing circuit 100 includes a processor 101, a memory 102, an input circuit 103, and an output circuit 104.
  • the processor 101 is a CPU (Central Processing Unit, central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, processor, DSP (Digital Signal Processor)), system LSI (Large Scale Integration), and the like.
  • the memory 102 is a non-volatile or non-volatile memory such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EEPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (registered trademark) (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory). Volatile semiconductor memory, magnetic disk, flexible disk, optical disk, compact disk, mini disk, DVD (Digital Versatile Disc), etc.
  • the control device 40 can be realized by reading the corresponding program from the memory 102 and executing the processor 101.
  • the input circuit 103 is used when receiving information processed by the processor 101, information stored in the memory 102, and the like from the outside.
  • the output circuit 104 is used to output the information generated by the processor 101 and the information stored in the memory 102 to the outside.
  • the configuration shown in the above embodiments is an example, and can be combined with another known technique, can be combined with each other, and does not deviate from the gist. It is also possible to omit or change a part of the configuration.
  • 10, 10a blower control system 11 barn, 12 floors, 13 side walls, 14 ceilings, 15 fences, 16 feeding boxes, 21 livestock, 31 temperature detectors, 32 infrared sensors, 33 blowers, 40 control devices, 41 input data processing units , 42 blower control unit, 90 breeding area, 321 detection unit, 322 holding unit.

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Abstract

送風機制御システム（１０）は、家畜状態測定部と、温熱環境測定部と、送風機（３３）と、家畜状態算出部と、制御部と、を備える。家畜状態測定部は、畜舎（１１）に設置され、家畜（２１）の生理的状態を測定する。温熱環境測定部は、畜舎（１１）に設置され、畜舎（１１）の温熱環境を測定する。送風機（３３）は、家畜（２１）に風を送る。家畜状態算出部は、家畜状態測定部による測定結果から、生理的状態を算出する。制御部は、家畜状態算出部によって算出された生理的状態の算出値と畜舎（１１）の温熱環境との関係に基づいて送風機（３３）の回転数を制御する。

Description

送風機制御システム
　本開示は、畜舎での家畜へ送風を行う送風機制御システムに関する。
　肥育を目的とする畜産業において、気温の高い夏季では、家畜の飼料摂取量が減少することによる増体量の低下が問題となっている。この問題に対しては、送風機の風を用いて家畜の暑熱によるストレスである暑熱ストレスを改善する方法でいくつかの提案がなされている。
　特許文献１には、家畜の飼育領域に赤外線カメラを設置し、個体情報として個体の複数箇所の皮膚温度を測定し、健康な状態において同様に測定した複数箇所の基準温度と、測定した複数箇所の皮膚温度との比較によって、家畜の暑熱ストレスの程度を判断し、送風機などの環境調整部を制御する診断装置が開示されている。これによって、家畜の暑熱ストレスに対応した風量の送風を効率的に行い、家畜にとって快適な温熱環境を提供することができる。
特許第６１０１８７８号公報
　家畜にとって快適な温熱環境は、家畜の体重によって変動することもあれば、気温以外の温熱環境要素である湿度、風速、放射等の影響を受け変動することもある。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、家畜の複数箇所の皮膚温度を基準温度と比較して家畜の暑熱ストレスの程度を判断しているが、基準温度は固定されているため、家畜にとって快適な温熱環境の変動については考慮されていない。また、基準温度を測定する時期によっては、暑熱ストレスを感じている状態での測定になってしまう可能性があるという問題があった。この結果、特許文献１に記載の技術によって測定した家畜の皮膚温度と基準温度との比較に基づく送風機の制御によって作り出される温熱環境と、畜舎内の家畜にとっての快適な温熱環境と、の間に差が生じてしまう可能性があった。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、送風機の制御によって作り出される温熱環境と、畜舎内の家畜にとっての快適な温熱環境と、の間に生じる差を従来に比して小さくすることができる送風機制御システムを得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の送風機制御システムは、家畜状態測定部と、温熱環境測定部と、送風機と、家畜状態算出部と、制御部と、を備える。家畜状態測定部は、畜舎に設置され、家畜の生理的状態を測定する。温熱環境測定部は、畜舎に設置され、畜舎の温熱環境を測定する。送風機は、家畜に風を送る。家畜状態算出部は、家畜状態測定部による測定結果から、生理的状態を算出する。制御部は、家畜状態算出部によって算出された生理的状態の算出値と畜舎の温熱環境との関係に基づいて送風機の回転数を制御する。
　本開示にかかる送風機制御システムは、送風機の制御によって作り出される温熱環境と、畜舎内の家畜にとっての快適な温熱環境と、の間に生じる差を従来に比して小さくすることができるという効果を奏する。
実施の形態１による送風機制御システムの構成の一例を模式的に示す図 実施の形態１による送風機制御システムにおける赤外線センサのスキャンの状態の一例を示す図 実施の形態１による送風機制御システムにおける赤外線センサのスキャンの状態の一例を示す図 実施の形態１による送風機制御システムにおける赤外線センサのスキャンの状態の一例を示す図 実施の形態１による送風機制御システムで管理される家畜の熱的中性圏の一例を示す図 図５に示す家畜の頭部の部位ごとの皮膚温度について部位間の皮膚温度標準偏差の気温に対する変化の一例を示す図 図６の家畜の皮膚温度標準偏差を気温について１階微分した値の気温に対する変化の一例を示す図 図６の家畜の皮膚温度標準偏差を気温について２階微分した値の気温に対する変化の一例を示す図 気温が家畜の熱的中性圏上限よりも低い場合で気温が上昇している場合の実施の形態１による送風機制御方法の手順の一例を示すフローチャート 気温が家畜の熱的中性圏上限よりも低い状態から高い状態に移ったと判断した後の実施の形態１による送風機制御方法の手順の一例を示すフローチャート 実施の形態２による送風機制御システムの構成の一例を模式的に示す図 気温が家畜の熱的中性圏上限よりも低い場合で気温が上昇している場合の実施の形態２による送風機制御方法の手順の一例を示すフローチャート 気温が家畜の熱的中性圏上限よりも低い状態から高い状態に移ったと判断した後の実施の形態２による送風機制御方法の手順の一例を示すフローチャート 実施の形態１，２による制御装置を実現するハードウェア構成の一例を模式的に示す図
　以下に、本開示の実施の形態にかかる送風機制御システムを図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１による送風機制御システムの構成の一例を模式的に示す図である。送風機制御システム１０は、一例では、家畜２１が飼育される畜舎１１に設けられる。家畜２１の一例は、豚、牛、羊、犬、猫または鶏である。畜舎１１は、床１２と、側壁１３と、天井１４と、柵１５と、給餌箱１６と、を備える。この例では、柵１５に囲まれた領域、あるいは柵１５と側壁１３とで囲まれた領域である飼育領域９０で家畜２１が飼育される。
　送風機制御システム１０は、畜舎１１内の温熱環境の一例である気温が、家畜２１が身体からの放熱を調節することによって一定の体温を維持することができる温度範囲である熱的中性圏の範囲内であるか否かによって、送風機３３の回転数を制御するシステムである。なお、熱的中性圏の温度範囲は、気温以外の温熱環境要素である湿度、風速、放射等の影響を受け変動する。また、熱的中性圏の温度範囲は、家畜２１の体重によっても変動する。したがって、熱的中性圏の温度範囲は、固定的なものではなく、家畜２１の個体差によって、また畜舎１１の気温以外の温熱環境要素によって変動するものである。送風機制御システム１０は、気温検知部３１と、赤外線センサ３２と、送風機３３と、制御装置４０と、を備える。気温検知部３１と制御装置４０との間、赤外線センサ３２と制御装置４０との間、および送風機３３と制御装置４０との間は、有線または無線によって通信可能である。
　気温検知部３１は、畜舎１１に設置され、畜舎１１内の温熱環境を測定する温熱環境測定部の一例であり、畜舎１１内の温熱環境である気温、より好ましくは飼育領域９０の気温を検知するセンサである。気温検知部３１の一例は、熱電対、測温抵抗体である。気温検知部３１は、検知された気温を制御装置４０に出力する。
　赤外線センサ３２は、畜舎１１に設置され、家畜２１の生理的状態を測定する家畜状態測定部の一例であり、家畜２１の生理的状態の値である皮膚温度を検知するセンサである。家畜２１の皮膚温度は、畜舎１１内の温熱環境が家畜２１にとっての熱的中性圏の範囲内であるか否かを検知することができる家畜２１の生理的状態の一例である。つまり、実施の形態１では、家畜２１の生理的状態である皮膚温度を、赤外線センサ３２で測定する。また、実施の形態１では、家畜２１の複数の部位の皮膚温度を測定する。一例では、皮膚温度を測定する位置として、鼻、顔、頬、顎、耳根および耳端が例示される。これらの部位は、頭部、より詳細には顔に含まれる。これらの部位の皮膚温度を測定するためには、一例では、赤外線センサ３２は、飼育領域９０の中でも家畜２１の滞在時間が長い場所をスキャンできる位置に配置されることが望ましい。この例では、畜舎１１に設置される給餌箱１６の近傍、より具体的には給餌箱１６の直上に配置されることが望ましい。これによって、給餌箱１６に入れられた餌を食べている間は、家畜２１の動く範囲は抑えられ、家畜２１の顔の皮膚温度を測定しやすくなる。
　赤外線センサ３２は、家畜２１の皮膚温度を検知するセンサである検知部３２１と、検知部３２１を保持する円筒状の保持部３２２と、を備える。検知部３２１は、円筒状の保持部３２２の中心軸である円筒軸に平行に配置され、検知部３２１は、円筒軸に平行な線状の範囲を検知する。保持部３２２は、円筒軸を中心に回転可能である。図２から図４は、実施の形態１による送風機制御システムにおける赤外線センサのスキャンの状態の一例を示す図である。なお、これらの図では、気温検知部３１および制御装置４０の図示は省略している。図２に示される給餌箱１６の一端から、図３に示される給餌箱１６の中央付近を通り、図４に示される給餌箱１６のもう一端までを検知部３２１でスキャンできるように、保持部３２２は円筒軸を中心に回転可能である。保持部３２２を回転させることで、検知部３２１によって線状の検知範囲が順次スキャンされ、床１２の面に平行な平面状の範囲を検知することが可能となる。なお、赤外線センサ３２が面状の範囲を検知できる検知部３２１を有する場合には、必ずしも保持部３２２は回転可能である必要はない。
　赤外線センサ３２は、畜舎１１に設置される給餌箱１６の全体をスキャンして、スキャンした飼育領域９０に存在する豚などの家畜２１の皮膚温度を測定し、測定結果を制御装置４０に出力する。なお、ここでは、赤外線センサ３２が給餌箱１６の近傍に設置される例を示したが、側壁１３、天井１４または柵１５に設置されてもよい。
　送風機３３は、飼育領域９０内の家畜２１に対して風を送る機器である。図１の例では、送風機３３は、柵１５に設置されている。しかし、送風機３３は、柵１５ではなく、側壁１３または天井１４に設置されていてもよい。
　制御装置４０は、畜舎１１内における送風機３３の動作を制御する装置である。制御装置４０は、入力データ処理部４１と、送風機制御部４２と、を備える。入力データ処理部４１は、赤外線センサ３２による測定結果から家畜２１の生理的状態を算出する。具体的には、入力データ処理部４１は、同じ時刻における気温検知部３１および赤外線センサ３２からの検知結果である入力データを受け付け、入力データを予め定められた処理内容にしたがって処理する。一例では、入力データ処理部４１は、予め定められた周期で、すなわち予め定められたタイミングで気温検知部３１および赤外線センサ３２から入力データを受け付ける。具体的には、入力データ処理部４１は、赤外線センサ３２からの検知結果である入力データを処理し、一例ではスキャンした範囲内に存在する家畜２１の皮膚温度の分布を求める。そして、入力データ処理部４１は、処理した入力データからスキャンした範囲内に存在する家畜２１の頭部を抽出し、頭部における複数の部位、一例では、鼻、顔、頬、顎、耳根および耳端の皮膚温度を算出する。そして、入力データ処理部４１は、複数の部位における皮膚温度の分布から、家畜２１ごとに入力データの取得時の気温における部位間の皮膚温度の標準偏差を算出する。入力データ処理部４１は、入力データの取得時における飼育領域９０の温熱環境を示す気温と、入力データの取得時の気温における皮膚温度の標準偏差と、の組み合わせを家畜２１の生理的状態を示す生理的状態データとして送風機制御部４２に出力する。なお、皮膚温度の標準偏差は、家畜２１の複数の部位における生理的状態である皮膚温度のばらつきを示す指標であるばらつき指標の一例である。以下では、皮膚温度の標準偏差は、皮膚温度標準偏差と称される。また、入力データ処理部４１は、家畜状態算出部に対応する。
　送風機制御部４２は、生理的状態の算出値と畜舎１１の温熱環境との関係に基づいて、送風機３３の回転数を制御する。具体的には、送風機制御部４２は、生理的状態の算出値の畜舎１１の温熱環境に対する変化に基づいて、畜舎１１の温熱環境が家畜２１の熱的中性圏の範囲内であるか否かを判定する。ここで、熱的中性圏とは、家畜２１が暑熱ストレスを感じず快適に生活することができる家畜２１の温熱環境の範囲をいう。
　実施の形態１では、送風機制御部４２は、ばらつき指標である皮膚温度標準偏差、あるいは皮膚温度標準偏差の畜舎１１の温熱環境に対する変曲点を用いて、畜舎１１の温熱環境が家畜２１の熱的中性圏の範囲内であるか否かを判定する。具体的には、送風機制御部４２は、入力データ処理部４１から畜舎１１の気温と家畜２１の皮膚温度標準偏差との組み合わせである生理的状態データを取得し、取得した生理的状態データを用いて、気温が家畜２１の熱的中性圏にあるか否かを判定し、判定結果に基づいて送風機３３の回転数を制御する。一例では、送風機制御部４２は、予め定められた時間間隔で入力データ処理部４１から生理的状態データを取得することができる。図１の例では、送風機制御部４２は、送風機３３とは別に設けられているが、送風機３３に内蔵されていてもよい。送風機制御部４２は、制御部に対応する。
　図５は、実施の形態１による送風機制御システムで管理される家畜の熱的中性圏の一例を示す図である。この図で、横軸は家畜２１の周囲、すなわち畜舎１１の温熱環境を示し、縦軸は家畜２１の頭部の部位ごとの皮膚温度を示している。実施の形態１では、温熱環境が、飼育領域９０の気温Ｔである場合を示す。また、ここでは、皮膚温度を測定する部位が、鼻、顔、頬、顎、耳根および耳端である場合が示されている。熱的中性圏Ｔｎは、熱的中性圏上限Ｔｕを上限とし、熱的中性圏下限Ｔｌを下限とした温熱環境の範囲である。また、熱的中性圏Ｔｎの温度範囲は、気温以外の温熱環境要素である湿度、風速、放射等の影響を受け変動するため、これに応じて熱的中性圏上限Ｔｕと熱的中性圏下限Ｔｌの値も変動する。
　図６は、図５に示す家畜の頭部の部位ごとの皮膚温度について部位間の皮膚温度標準偏差の気温に対する変化の一例を示す図である。図６において、横軸は、温熱環境の一例である気温Ｔであり、縦軸は、家畜２１の頭部の部位間の皮膚温度標準偏差σである。
　家畜２１は、気温が上がった際に、皮膚温度を上昇させることで皮膚からの発熱を増やして、体温の上昇を抑制し、平熱に保つように調節を行う体温調節機能を有している。この結果として、気温の上昇と共に、各部位間の皮膚温度の差は小さくなる。これは、図６の皮膚温度標準偏差σのグラフにおける標準偏差変曲点σｌｐ以下の気温の範囲である。ただし、気温が一定値よりも上がると、皮膚温度の調節可能範囲を超えるので、皮膚温度をそれ以上上げることができなくなる。これは、図６の皮膚温度標準偏差σのグラフにおける標準偏差変曲点σｌｐよりも高い気温の範囲である。このような状況下では、体温調節ができなくなり、家畜２１の体温が上昇する。このように、家畜２１が皮膚温度の調節によって体温を平熱に維持することができる温熱環境の範囲が熱的中性圏Ｔｎである。
　図６に示されるように、皮膚温度標準偏差σのグラフは、勾配の異なる２つの直線からなっており、皮膚温度標準偏差σの温熱環境に対する変化量は標準偏差変曲点σｌｐで大きく変化する。図６の例では、気温が２０℃程度までは、気温の上昇に応じて皮膚温度標準偏差σの低下量が大きくなっているが、気温が２０℃程度を超えると、気温が上昇しても皮膚温度標準偏差σの低下量は小さくなっている。標準偏差変曲点σｌｐは、家畜２１の温熱環境が熱的中性圏上限Ｔｕを通過した際に表れる。すなわち、標準偏差変曲点σｌｐのときの温熱環境、この場合には気温Ｔが熱的中性圏上限Ｔｕとなる。
　一方、熱的中性圏下限Ｔｌよりも低い温熱環境、すなわち気温では、家畜２１が飼料から摂取したエネルギの多くは体温を保持するために使用される。このため、この温度範囲では、飼料を与えても一部しか脂肪、すなわち体重に変換されないので、飼育の際の飼料効率が悪化する。実施の形態１とは直接には関係しないが、飼料摂取量の効率を向上させるためには、温熱環境、この場合には気温は熱的中性圏下限Ｔｌよりも高い温度で保持することが望ましい。
　図７は、図６の家畜の皮膚温度標準偏差を気温について１階微分した値の気温に対する変化の一例を示す図である。図７において、横軸は、気温Ｔであり、縦軸は、皮膚温度標準偏差σを気温Ｔで微分した値である皮膚温度標準偏差σの微分値ｄσ／ｄＴである。図７に示される場合では、皮膚温度標準偏差σの微分値ｄσ／ｄＴは、気温が２０℃程度までは、略一定の値を示すが、気温が２０℃程度で急激に増加し、気温が２０℃程度を超えると、気温が２０℃程度までの値に比して高く０に近い値となる。
　図８は、図６の家畜の皮膚温度標準偏差を気温について２階微分した値の気温に対する変化の一例を示す図である。図８において、横軸は、気温Ｔであり、縦軸は、皮膚温度標準偏差σを気温Ｔで２階微分した値である皮膚温度標準偏差σの２階微分値ｄ2σ／ｄＴ2である。図８に示される場合では、標準偏差変曲点σｌｐは、皮膚温度標準偏差σの気温Ｔに対する変化量の２階微分値が極大値を持つときの温熱環境、すなわち気温で定義される。
　図６から図８に示されるように、標準偏差変曲点σｌｐを境にして、皮膚温度標準偏差σのグラフの気温Ｔに対する変化量の絶対値が異なる。つまり、皮膚温度標準偏差σの気温Ｔに対する変化量の絶対値を用いて飼育領域９０の温熱環境が家畜２１の熱的中性圏Ｔｎの範囲内であるかまたは範囲外であるかを判定することが可能である。
　送風機制御部４２は、入力データ処理部４１の入力データから温熱環境、この場合には気温が上昇しているときに、皮膚温度標準偏差の温熱環境に対する変化量の絶対値が小さくなったかを判定する。なお、以下の説明では、温熱環境が、飼育領域９０の気温である場合を例に挙げて説明する。すなわち、送風機制御部４２は、標準偏差変曲点σｌｐを低温側から高温側に越えたかを判定する。送風機制御部４２は、皮膚温度標準偏差の気温に対する変化量の絶対値が小さくなったときに、飼育領域９０の気温が家畜２１の熱的中性圏上限Ｔｕを跨いで熱的中性圏Ｔｎの範囲内から範囲外となったと判定する。このとき、送風機制御部４２は、直前の標準偏差変曲点σｌｐ、すなわち標準偏差変曲点σｌｐにおける気温と家畜２１の皮膚温度標準偏差との組み合わせを記憶する。また、送風機制御部４２は、皮膚温度標準偏差の気温に対する変化量の絶対値が小さくなっていない場合には、飼育領域９０の気温が家畜２１の熱的中性圏上限Ｔｕよりも低い温度であると判定する。以下では、皮膚温度標準偏差の気温に対する変化量は、皮膚温度標準偏差変化量と称される。
　送風機制御部４２は、入力データ処理部４１から得られる生理的状態データの皮膚温度標準偏差が、直前に記憶した標準偏差変曲点σｌｐの皮膚温度標準偏差よりも大きくなったかを判定する。すなわち、送風機制御部４２は、標準偏差変曲点σｌｐを高温側から低温側に越えたかを判定する。送風機制御部４２は、測定時の皮膚温度標準偏差が、直前に記憶した標準偏差変曲点σｌｐの皮膚温度標準偏差より大きくなったときに、飼育領域９０の気温が家畜２１の熱的中性圏上限Ｔｕを跨いで熱的中性圏Ｔｎの範囲外から範囲内となったと判定する。一方、送風機制御部４２は、入力データ処理部４１から得られる生理的状態データの皮膚温度標準偏差が、直前に記憶した標準偏差変曲点σｌｐの皮膚温度標準偏差より大きくなっていない場合には、飼育領域９０の気温が家畜２１の熱的中性圏Ｔｎの範囲外であると判定する。
　なお、気温が下降しているときでは、入力データ処理部４１から得られる生理的状態データから、皮膚温度標準偏差変化量の絶対値が大きくなったかを判定してもよい。すなわち、送風機制御部４２は、標準偏差変曲点σｌｐを高温側から低温側に越えたかを判定してもよい。送風機制御部４２は、皮膚温度標準偏差変化量の絶対値が大きくなったときに、飼育領域９０の気温が家畜２１の熱的中性圏上限Ｔｕを跨いで熱的中性圏Ｔｎの範囲外から範囲内となったと判定する。一方、送風機制御部４２は、皮膚温度標準偏差変化量の絶対値が大きくなっていない場合には、飼育領域９０の気温が家畜２１の熱的中性圏Ｔｎの範囲外であると判定する。
　また、入力データ処理部４１は、気温検知部３１および赤外線センサ３２から入力データ処理部４１への入力データを、入力された時間と共に記憶することで、送風機制御部４２は、気温検知部３１から入力された時系列の入力データを用いて、時間の経過と共に気温が上昇しているか否かを判定することができる。気温検知部３１での気温を検知する時間間隔にもよるが、最新の検知結果から予め定められた数の検知結果を用いて、気温が上昇傾向にあるかあるいは下降傾向にあるかを判定することができる。
　送風機制御部４２は、飼育領域９０の気温が熱的中性圏Ｔｎの範囲内または範囲外であるかの判定結果に応じて、以下のように送風機３３の制御を行う。
　送風機制御部４２は、飼育領域９０の気温が熱的中性圏Ｔｎの範囲内から範囲外となったと判定した場合には、送風機３３の回転数の制御を開始する。なお、回転数の最大値は、使用者の判定または送風機３３の仕様から決定される。また、送風機制御部４２は、一例では、予め定められた気温と送風機３３の回転数との関係を規定した情報である送風機制御情報にしたがって回転数の制御を行う。送風機制御情報は、測定時の気温と直前に記憶した標準偏差変曲点σｌｐにおける気温との差、または皮膚温度標準偏差と直前に記憶した標準偏差変曲点σｌｐにおける皮膚温度標準偏差との差と送風機３３の回転数との関係を規定した情報であってもよい。一例では、測定時の気温と直前に記憶した標準偏差変曲点σｌｐにおける気温との差が大きいほど、あるいは皮膚温度標準偏差と直前に記憶した標準偏差変曲点σｌｐにおける皮膚温度標準偏差との差が大きいほど、回転数を上げる制御を行う。
　送風機制御部４２は、飼育領域９０の気温が熱的中性圏Ｔｎの範囲外から範囲内となったと判定した場合には、送風機３３の回転数の制御を終了する。なお、送風機３３の回転数の制御を終了した場合の送風機３３の回転数は、回転数の制御を終了する直前の回転数が保持される。制御を終了する直前の回転数は、熱的中性圏Ｔｎの範囲外から範囲内となったと判定したときの回転数と略等しい。これは、風を当てて家畜２１を冷却している状態を維持するためである。
　送風機制御部４２は、直前に記憶した標準偏差変曲点σｌｐにおける皮膚温度標準偏差に対して、その後に赤外線センサ３２からのデータを用いて得られた皮膚温度標準偏差が、予め定められた割合だけ増大した場合に、送風機３３の稼働を停止する。これは、家畜２１を過度に冷却してしまうことを防止するためである。一例では、送風機制御情報にしたがって回転数の制御を行う。送風機制御情報は、測定時の皮膚温度標準偏差と直前に記憶した標準偏差変曲点σｌｐにおける皮膚温度標準偏差との差と、送風機３３の回転数と、の関係を規定した情報であってもよい。一例では、測定時の皮膚温度標準偏差と直前に記憶した標準偏差変曲点σｌｐにおける皮膚温度標準偏差との差が大きいほど、回転数を下げる制御が行われる。
　また、送風機制御部４２は、飼育領域９０の気温が家畜２１の熱的中性圏Ｔｎの範囲内であるときでかつ送風機３３が停止しているときに、記憶している直前の標準偏差変曲点σｌｐの皮膚温度標準偏差または気温に皮膚温度標準偏差または飼育領域９０の気温が近づいた場合に、先行して送風機３３の回転数の制御を開始してもよい。
　さらに、送風機３３の風による家畜２１の冷却効果を向上させるため、送風機制御システム１０は、水をミスト化して噴出するミスト発生部をさらに備えてもよい。送風機３３の風とミスト発生部からのミストとを同時に家畜２１に当てることによって、ミストの気化熱を利用して家畜２１を冷却することができる。
　つぎに、送風機制御システム１０における送風機制御方法について説明する。図９は、気温が家畜の熱的中性圏上限よりも低い場合で気温が上昇している場合の実施の形態１による送風機制御方法の手順の一例を示すフローチャートである。
　まず、入力データ処理部４１は、入力データを取得する取得タイミングになったかを判定する（ステップＳ１１）。取得タイミングは、一例では、予め定められた時間間隔とすることができる。取得タイミングでない場合（ステップＳ１１でＮｏの場合）には、待ち状態となる。一方、取得タイミングである場合（ステップＳ１１でＹｅｓの場合）には、入力データ処理部４１は、気温検知部３１から気温を取得する（ステップＳ１２）。また、入力データ処理部４１は、赤外線センサ３２から測定データを取得し、測定データから家畜２１の頭部における複数の部位の皮膚温度を取得する（ステップＳ１３）。さらに、入力データ処理部４１は、取得した複数の部位の皮膚温度標準偏差を算出し（ステップＳ１４）、皮膚温度標準偏差の基となる測定データと同時に取得した気温と皮膚温度標準偏差とを対応付けた生理的状態データとして記憶する（ステップＳ１５）。
　ついで、送風機制御部４２は、最新の生理的状態データと、１つ前の取得タイミングで取得された生理的状態データと、から皮膚温度標準偏差変化量の絶対値を算出する（ステップＳ１６）。また、送風機制御部４２は、算出した皮膚温度標準偏差変化量の絶対値と、前回の取得タイミングにおける皮膚温度標準偏差変化量の絶対値と、を比較する（ステップＳ１７）。そして、送風機制御部４２は、気温が家畜２１の熱的中性圏上限Ｔｕを超えたかを判定する（ステップＳ１８）。
　気温が熱的中性圏上限Ｔｕを超えていない場合（ステップＳ１８でＮｏの場合）は、皮膚温度標準偏差変化量の絶対値が前回の値と誤差の範囲内で一致する場合である。この場合には、家畜２１は自身で温度調節を行うことが可能であるので、送風機制御部４２は、送風機３３の回転数の制御は行わず、ステップＳ１１に処理が戻る。
　気温が熱的中性圏上限Ｔｕを超えた場合（ステップＳ１８でＹｅｓの場合）は、皮膚温度標準偏差変化量の絶対値が前回の値よりも小さくなった場合である。この場合には、家畜２１は自身で温度調節を行うことが難しくなっているので、送風機制御部４２は、送風機３３の回転数の制御を開始する（ステップＳ１９）。このとき、送風機制御部４２は、送風機制御情報にしたがって、送風機３３の回転数を決定する。また、送風機制御部４２は、このときの気温と家畜２１の皮膚温度標準偏差との組み合わせを標準偏差変曲点σｌｐとして記憶する（ステップＳ２０）。標準偏差変曲点σｌｐを記憶しておくことで、次回、家畜２１の皮膚温度標準偏差が標準偏差変曲点σｌｐに近づいたときに、送風機制御部４２は、送風機３３の回転数の制御を先行して開始することができる。以上で、気温が家畜２１の熱的中性圏上限Ｔｕよりも低い状態から高い状態に移る場合の送風機制御方法が終了する。
　なお、気温が熱的中性圏上限Ｔｕよりも高い場合で、気温が上昇している場合には、送風機制御部４２は、送風機制御情報を参照して、その時点における気温と標準偏差変曲点σｌｐにおける気温との差に対応した回転数で送風機３３を制御してもよい。一例では、送風機制御部４２は、気温と標準偏差変曲点σｌｐにおける気温との差の絶対値が大きくなるほど、送風機３３の回転数を大きくすることで、家畜２１の体温調節を補助する。
　図１０は、気温が家畜の熱的中性圏上限よりも低い状態から高い状態に移ったと判断した後の実施の形態１による送風機制御方法の手順の一例を示すフローチャートである。まず、図９のステップＳ１１からステップＳ１５までと同様の処理を行う（ステップＳ３１からステップＳ３５）。すなわち、入力データ処理部４１は、取得タイミングになると、気温検知部３１から気温を取得し、赤外線センサ３２からの測定データから取得される家畜２１の頭部の複数の部位の皮膚温度から皮膚温度標準偏差を算出し、気温と皮膚温度標準偏差との組を生理的状態データとして記憶する。
　その後、送風機制御部４２は、生理的状態データの皮膚温度標準偏差と直前に記憶した標準偏差変曲点σｌｐにおける皮膚温度標準偏差とを比較する（ステップＳ３６）。直前に記憶した皮膚温度変曲点Ｔｓｌにおける皮膚温度標準偏差は、一例では、図９のステップＳ２０で記憶したものである。
　ついで、送風機制御部４２は、取得した皮膚温度標準偏差が直前に記憶した標準偏差変曲点σｌｐの皮膚温度標準偏差を上回ったかを判定する（ステップＳ３７）。取得した皮膚温度標準偏差が直前に記憶した標準偏差変曲点σｌｐの皮膚温度標準偏差を上回っていない場合（ステップＳ３７でＮｏの場合）には、送風機制御部４２は、送風機制御情報を参照して、その時点における気温と標準偏差変曲点σｌｐにおける気温との差に対応した回転数で送風機３３を制御し（ステップＳ３８）、ステップＳ３１に処理が戻る。
　取得した皮膚温度標準偏差が直前に記憶した標準偏差変曲点σｌｐの皮膚温度標準偏差を上回った場合（ステップＳ３７でＹｅｓの場合）は、畜舎１１の温熱環境が家畜２１の熱的中性圏上限Ｔｕの範囲外から範囲内へと移行した場合である。この場合には、風を当てて家畜２１を冷却している状態を維持するため、送風機制御部４２は、取得した皮膚温度標準偏差が直前に記憶した標準偏差変曲点σｌｐの皮膚温度標準偏差を上回る直前の送風機３３の回転数を維持する（ステップＳ３９）。すなわち、送風機制御部４２は、送風機３３の回転数の制御を終了する直前の回転数を保持させる。
　その後、入力データ処理部４１は、入力データを取得する取得タイミングになったかを判定する（ステップＳ４０）。取得タイミングでない場合（ステップＳ４０でＮｏの場合）には、待ち状態となる。一方、取得タイミングである場合（ステップＳ４０でＹｅｓの場合）には、入力データ処理部４１は、赤外線センサ３２から測定データを取得し、測定データから家畜２１の頭部の複数の部位の皮膚温度を取得する（ステップＳ４１）。また、入力データ処理部４１は、取得した複数の部位の皮膚温度標準偏差を算出する（ステップＳ４２）。
　ついで、送風機制御部４２は、算出した家畜２１の皮膚温度標準偏差が標準偏差変曲点σｌｐでの家畜２１の皮膚温度標準偏差から予め定められた割合だけ増大したかを判定する（ステップＳ４３）。予め定められた割合だけ増大していない場合（ステップＳ４３でＮｏの場合）には、ステップＳ４０に処理が戻る。また、予め定められた割合だけ増大した場合（ステップＳ４３でＹｅｓの場合）には、送風機制御部４２は、送風機３３の動作を停止させ（ステップＳ４４）、処理が終了する。
　なお、図９および図１０では、皮膚温度標準偏差は、赤外線センサ３２で家畜２１の頭部における複数の部位によるものであったが、家畜２１の体における複数の部位によるものであればよい。
　実施の形態１では、送風機制御部４２は、畜舎１１内の飼育領域９０における家畜２１の皮膚温度標準偏差と気温との関係に基づいて、気温が熱的中性圏Ｔｎの範囲内から範囲外となったと判定した場合に、送風機３３の回転数の制御を開始する。また、送風機制御部４２は、気温が熱的中性圏Ｔｎの範囲外から範囲内となったと判定した場合に、送風機３３の回転数の制御を終了する。熱的中性圏上限Ｔｕの温度は、家畜２１の体重によって異なり、また気温以外の温熱環境要素である湿度、風速、放射等の影響を受け変動するため、熱的中性圏上限Ｔｕの温度をある一定値に固定して、熱的中性圏上限Ｔｕの温度を跨ぐ気温の変化があった場合に送風機３３の回転数の制御を行う場合には、家畜２１に暑熱ストレスを与えてしまったり、暑いと感じていない状態の家畜２１に送風を行ってしまったりする可能性がある。しかし、実施の形態１では、飼育領域９０に存在する家畜２１の皮膚温度標準偏差と気温との関係に基づいて得られる熱的中性圏上限Ｔｕの温度を用いて、送風機３３の回転数の制御の開始または終了を行う。これによって、熱的中性圏上限Ｔｕの温度が家畜２１の体重を考慮したものになり、飼育領域９０に存在する家畜２１の気温以外の湿度、風速または放射などの温熱環境要素に対応した風量の風を送風することができるという効果を有する。この結果、熱的中性圏上限Ｔｕの温度を、家畜２１の種類ごとに固定して制御する場合に比して、送風機３３の制御によって作り出される温熱環境と、畜舎１１内の家畜２１にとっての快適な温熱環境と、の間に生じる差を小さくすることができ、家畜２１にとって過ごしやすい環境を提供することができる。例えば、送風によって家畜２１の熱的中性圏Ｔｎは変動し、これによって熱的中性圏上限Ｔｕの温度も変動する。家畜２１の種類ごとに熱的中性圏上限Ｔｕの温度を固定して送風機３３の制御を行う場合には、家畜２１の熱的中性圏Ｔｎの変動を考慮していないため、家畜２１にとって過ごしやすい環境を提供することができないが、実施の形態１では、変動する熱的中性圏上限Ｔｕの温度を算出し、この熱的中性圏上限Ｔｕの温度を用いて、送風機３３の制御を行うので、家畜２１にとって過ごしやすい環境を提供することができる。これによって、家畜２１の過度の冷却などを抑制することができる。
実施の形態２．
　実施の形態１では、畜舎１１の温熱環境が家畜２１の熱的中性圏にあるか否かを皮膚温度標準偏差の変化量から判定する場合を示したが、家畜２１の温熱環境の判定はこれに限定されない。実施の形態２では、皮膚温度標準偏差の値から家畜２１の温熱環境を判定する場合を説明する。
　図１１は、実施の形態２による送風機制御システムの構成の一例を模式的に示す図である。実施の形態２による送風機制御システム１０ａは、実施の形態１の送風機制御システム１０から気温検知部３１を除いた構成となっている。なお、その他の構成は、実施の形態１と同一であるので、その説明を省略する。また、実施の形態２による送風機制御システム１０ａにおける送風機制御方法で、実施の形態１と異なる箇所のみを以降で説明する。
　実施の形態２の送風機制御システム１０ａでは、皮膚温度標準偏差の値から、家畜２１の温熱環境が熱的中性圏Ｔｎの範囲内または範囲外であるかを判定する。実施の形態１では、皮膚温度標準偏差の気温に対する変化量から判定するため、気温検知部３１と、気温および皮膚温度標準偏差の組の最低でも２つ以上の生理的状態データの時系列データと、が必要であったが、実施の形態２では、皮膚温度標準偏差の値から家畜２１の温熱環境を判定するため、気温検知部３１は不要である。また、一度の皮膚温度標準偏差の測定で、家畜２１の温熱環境が熱的中性圏Ｔｎの範囲内または範囲外であるかを判定することが可能であるため、２つ以上の生理的状態データの時系列データも不要である。
　実施の形態２では、送風機制御システム１０ａが家畜２１の温熱環境が熱的中性圏Ｔｎの範囲内または範囲外であるかを判定するための皮膚温度標準偏差の閾値を予め設定しておく。以下では、皮膚温度標準偏差の閾値は、基準値と称される。一例として、この基準値は、図６からσ＝１とする。なお、基準値は、家畜２１の種類、年齢、体重などによって変わり得るものであり、予め実験によって畜舎１１内に存在する家畜２１に応じた基準値を算出しておくことが望ましい。
　入力データ処理部４１は、実施の形態２では、赤外線センサ３２からの検知結果である入力データを受け付け、スキャンした範囲内に存在する家畜２１の頭部における複数の部位の皮膚温度の分布の度合を示す皮膚温度標準偏差を求め、送風機制御部４２に出力する。
　送風機制御部４２は、生理的状態の算出値である皮膚温度標準偏差と設定された基準値との関係と、送風機３３の稼働状況と、に基づいて、送風機３３の回転数の制御を行う。送風機制御部４２での具体的な制御について、以下に説明する。
　送風機制御部４２は、入力データ処理部４１からの皮膚温度標準偏差が基準値よりも小さいかを判定する。送風機制御部４２は、皮膚温度標準偏差が基準値よりも小さいときに、家畜２１の温熱環境は熱的中性圏Ｔｎの範囲外であると判定する。
　また、送風機制御部４２は、皮膚温度標準偏差が基準値よりも大きいときに、家畜２１の温熱環境は熱的中性圏Ｔｎの範囲内であると判定する。
　送風機制御部４２は、家畜２１の温熱環境が熱的中性圏Ｔｎの範囲外であると判定し、かつ送風機３３が停止している場合には、送風機３３の制御を開始する。なお、回転数の最大値は、使用者の判定または送風機３３の仕様から決定される。また、送風機制御部４２は、一例では、皮膚温度標準偏差と送風機３３の回転数との関係を規定した情報である予め定められた送風機制御情報にしたがって回転数の制御を行う。一例では、送風機制御部４２は、測定時の皮膚温度標準偏差と基準値との差が大きいほど、回転数を上げる制御を行う。
　送風機制御部４２は、家畜２１の温熱環境が熱的中性圏Ｔｎの範囲外であると判定し、かつ送風機３３が稼働している場合には、送風機３３の制御を継続する。なお、送風機制御部４２は、一例では、送風機制御情報にしたがって回転数の制御を行う。上記したように、一例では、送風機制御部４２は、測定時の皮膚温度標準偏差と基準値との差が大きいほど、回転数を上げる制御を行う。
　送風機制御部４２は、家畜２１の温熱環境が熱的中性圏Ｔｎの範囲内であると判定し、かつ送風機３３が稼働しているときで、基準値に対して、入力された皮膚温度標準偏差が予め定められた割合だけ増大していない場合には、送風機３３の制御を終了する。なお、送風機３３の回転数の制御を終了した場合の送風機３３の回転数は、回転数の制御を終了する直前の回転数が保持される。制御を終了する直前の回転数は、家畜２１の温熱環境が熱的中性圏Ｔｎの範囲内と判定したときの回転数と略等しい。これは、風を当てて家畜２１を冷却している状態を維持するためである。
　送風機制御部４２は、家畜２１の温熱環境が熱的中性圏Ｔｎの範囲内であると判定し、かつ送風機３３が稼働しているときで、基準値に対して、入力された皮膚温度標準偏差が予め定められた割合だけ増大した場合には、送風機３３の稼働を停止する。これは、家畜２１を過度に冷却してしまうことを防止するためである。一例では、送風機制御情報にしたがって回転数の制御を行う。一例では、送風機制御部４２は、測定時の皮膚温度と基準値との差が大きいほど、回転数を下げる制御を行う。
　送風機制御部４２は、家畜２１の温熱環境が熱的中性圏Ｔｎの範囲内であると判定し、かつ送風機３３が停止している場合には、送風機３３は停止している状態を維持する。
　つぎに、送風機制御システム１０ａにおける送風機制御方法について説明する。図１２は、気温が家畜の熱的中性圏上限よりも低い場合で気温が上昇している場合の実施の形態２による送風機制御方法の手順の一例を示すフローチャートである。なお、以下では、家畜２１の温熱環境が気温である場合を例に挙げる。
　まず、入力データ処理部４１は、入力データを取得する取得タイミングになったかを判定する（ステップＳ５１）。取得タイミングは、一例では、予め定められた時間間隔とすることができる。取得タイミングでない場合（ステップＳ５１でＮｏの場合）には、待ち状態となる。一方、取得タイミングである場合（ステップＳ５１でＹｅｓの場合）には、入力データ処理部４１は、赤外線センサ３２から測定データを取得し、測定データから家畜２１の頭部における複数の部位の皮膚温度を取得する（ステップＳ５２）。さらに、入力データ処理部４１は、取得した複数の部位の皮膚温度標準偏差を算出する（ステップＳ５３）。
　ついで、送風機制御部４２は、算出した皮膚温度標準偏差と基準値とを比較する（ステップＳ５４）。そして、送風機制御部４２は、気温が家畜２１の熱的中性圏上限Ｔｕを超えたかを判定する（ステップＳ５５）。
　気温が熱的中性圏上限Ｔｕを超えていない場合（ステップＳ５５でＮｏの場合）は、皮膚温度標準偏差が基準値よりも大きい場合である。この場合には、家畜２１は自身で温度調節を行うことが可能であるので、送風機制御部４２は、送風機３３の回転数の制御は行わず、ステップＳ５１に処理が戻る。
　気温が熱的中性圏上限Ｔｕを超えた場合（ステップＳ５５でＹｅｓの場合）は、皮膚温度標準偏差が基準値よりも小さくなった場合である。この場合には、家畜２１は自身で温度調節を行うことが難しくなっているので、送風機制御部４２は、送風機３３の回転数の制御を開始する（ステップＳ５６）。このとき、送風機制御部４２は、送風機制御情報にしたがって、送風機３３の回転数を決定する。以上で、皮膚温度標準偏差が基準値と等しい場合には、皮膚温度標準偏差が基準値より大きい場合に含めてもよいし、皮膚温度標準偏差が基準値よりも小さい場合に含めてもよい。以上で、気温が家畜２１の熱的中性圏上限Ｔｕよりも低い状態から高い状態に移る場合の送風機制御方法が終了する。
　なお、気温が熱的中性圏上限Ｔｕよりも高いことを示す場合には、送風機制御部４２は、送風機制御情報を参照して、その時点における皮膚温度標準偏差と基準値との差の絶対値に対応した回転数で送風機３３を制御してもよい。一例では、送風機制御部４２は、皮膚温度標準偏差と基準値との差の絶対値が大きくなるほど、送風機３３の回転数を大きくすることで、家畜２１の体温調節を補助する。
　図１３は、気温が家畜の熱的中性圏上限よりも低い状態から高い状態に移ったと判断した後の実施の形態２による送風機制御方法の手順の一例を示すフローチャートである。まず、入力データ処理部４１は、入力データを取得する取得タイミングになったかを判定する（ステップＳ７１）。取得タイミングは、一例では、予め定められた時間間隔とすることができる。取得タイミングでない場合（ステップＳ７１でＮｏの場合）には、待ち状態となる。一方、取得タイミングである場合（ステップＳ７１でＹｅｓの場合）には、入力データ処理部４１は、赤外線センサ３２から測定データを取得し、測定データから家畜２１の頭部における複数の部位の皮膚温度を取得する（ステップＳ７２）。さらに、入力データ処理部４１は、取得した複数の部位の皮膚温度標準偏差を算出する（ステップＳ７３）。
　ついで、送風機制御部４２は、算出した皮膚温度標準偏差と基準値とを比較する（ステップＳ７４）。そして、送風機制御部４２は、気温が家畜２１の熱的中性圏Ｔｎの範囲内になったかを判定する（ステップＳ７５）。
　気温が家畜２１の熱的中性圏Ｔｎの範囲内になっていない場合（ステップＳ７５でＮｏの場合）は、皮膚温度標準偏差の値が基準値よりも小さい場合である。この場合には、送風機制御部４２は、送風機制御情報を参照して、その時点における皮膚温度標準偏差と基準値との差に対応した回転数で送風機３３を制御し（ステップＳ７６）、ステップＳ７１に処理が戻る。
　気温が家畜２１の熱的中性圏Ｔｎの範囲内になった場合（ステップＳ７５でＹｅｓの場合）は、皮膚温度標準偏差の値が基準値よりも大きい場合である。つまり、畜舎１１の温熱環境が家畜２１の熱的中性圏上限Ｔｕの範囲外から範囲内へと移行した場合である。この場合には、風を当てて家畜２１を冷却している状態を維持するため、送風機制御部４２は、皮膚温度標準偏差が基準値を上回る直前の送風機３３の回転数を維持する（ステップＳ７７）。すなわち、送風機制御部４２は、送風機３３の回転数の制御を終了する直前の回転数を保持させる。
　その後、入力データ処理部４１は、入力データを取得する取得タイミングになったかを判定する（ステップＳ７８）。取得タイミングでない場合（ステップＳ７８でＮｏの場合）には、待ち状態となる。一方、取得タイミングである場合（ステップＳ７８でＹｅｓの場合）には、入力データ処理部４１は、赤外線センサ３２から測定データを取得し、測定データから家畜２１の頭部の複数の部位の皮膚温度を取得する（ステップＳ７９）。また、入力データ処理部４１は、取得した複数の部位の皮膚温度標準偏差を算出する（ステップＳ８０）。
　ついで、送風機制御部４２は、算出した家畜２１の皮膚温度標準偏差が基準値から予め定められた割合だけ増大したかを判定する（ステップＳ８１）。予め定められた割合だけ増大していない場合（ステップＳ８１でＮｏの場合）には、ステップＳ７８に処理が戻る。また、予め定められた割合だけ増大した場合（ステップＳ８１でＹｅｓの場合）には、送風機制御部４２は、送風機３３の動作を停止させ（ステップＳ８２）、処理が終了する。
　実施の形態２による送風機制御システム１０ａは、実施の形態１の送風機制御システム１０から気温検知部３１を除いた構成である。実施の形態１では、皮膚温度標準偏差の気温に対する変化量から飼育領域９０における気温が家畜２１の熱的中性圏Ｔｎの範囲内であるか否かを判定するため、最低でも２つ以上の気温と皮膚温度標準偏差との組の時系列データが必要であった。しかし、実施の形態２では、皮膚温度標準偏差の値を用いるため、一度の皮膚温度標準偏差の測定で飼育領域９０における気温が家畜２１の熱的中性圏Ｔｎの範囲内であるか否かを判定でき、家畜２１の採食時間が比較的短い場合でも、対応することが可能となる効果を実施の形態１の効果に加えて得ることができる。
　上記した実施の形態１，２では、温熱環境が飼育領域９０の気温である場合を例に挙げたが、飼育領域９０の湿度など他のパラメータであってもよい。また、ばらつき指標として、皮膚温度標準偏差を用いる場合を示したが、家畜２１の複数の部位における皮膚温度のばらつきの度合を示すものであればよく、皮膚温度の分散が用いられてもよい。
　つぎに、送風機制御部４２を実現するハードウェアの構成について説明する。図１４は、実施の形態１，２による制御装置を実現するハードウェア構成の一例を模式的に示す図である。制御装置４０は、図１２に示される処理回路１００で実現可能である。
　処理回路１００は、プロセッサ１０１、メモリ１０２、入力回路１０３および出力回路１０４を有する。プロセッサ１０１は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）ともいう）、システムＬＳＩ（Large　Scale　Integration）などである。メモリ１０２は、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　Erasable　Programmable　Read-Only　Memory）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスクまたはＤＶＤ（Digital　Versatile　Disc）等である。
　制御装置４０は、対応するプログラムをメモリ１０２から読み出してプロセッサ１０１が実行することにより実現できる。入力回路１０３は、プロセッサ１０１が処理する情報、メモリ１０２が記憶する情報などを外部から受け取る際に使用される。出力回路１０４は、プロセッサ１０１が生成した情報、メモリ１０２が記憶している情報を外部へ出力する際に使用される。
　以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１０，１０ａ　送風機制御システム、１１　畜舎、１２　床、１３　側壁、１４　天井、１５　柵、１６　給餌箱、２１　家畜、３１　気温検知部、３２　赤外線センサ、３３　送風機、４０　制御装置、４１　入力データ処理部、４２　送風機制御部、９０　飼育領域、３２１　検知部、３２２　保持部。

Claims (20)

  1. 　畜舎に設置され、家畜の生理的状態を測定する家畜状態測定部と、
    　前記畜舎に設置され、前記畜舎の温熱環境を測定する温熱環境測定部と、
    　前記家畜に風を送る送風機と、
    　前記家畜状態測定部による測定結果から、前記生理的状態を算出する家畜状態算出部と、
    　前記家畜状態算出部によって算出された前記生理的状態の算出値と前記畜舎の温熱環境との関係に基づいて前記送風機の回転数を制御する制御部と、
    　を備えることを特徴とする送風機制御システム。
  2. 　前記制御部は、前記生理的状態の算出値の前記畜舎の温熱環境に対する変化に基づいて、前記畜舎の温熱環境が前記家畜の熱的中性圏の範囲内であるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の送風機制御システム。
  3. 　前記家畜状態算出部は、前記家畜状態測定部による測定結果から、前記家畜の複数の部位における前記生理的状態を算出し、前記畜舎の温熱環境における前記複数の部位の前記生理的状態のばらつきを示すばらつき指標を算出し、
    　前記制御部は、前記ばらつき指標、あるいは前記ばらつき指標の前記畜舎の温熱環境に対する変曲点を用いて、前記畜舎の温熱環境が前記家畜の熱的中性圏の範囲内であるか否かを判定することを特徴とする請求項２に記載の送風機制御システム。
  4. 　前記制御部は、前記生理的状態の算出値の前記畜舎の温熱環境に対する変化が、前記畜舎の温熱環境が前記家畜の熱的中性圏の範囲内から範囲外となったことを示す場合に、前記送風機の回転数の制御を開始することを特徴とする請求項２に記載の送風機制御システム。
  5. 　前記制御部は、前記生理的状態の算出値の前記畜舎の温熱環境に対する変化が、前記畜舎の温熱環境が前記家畜の熱的中性圏の範囲外から範囲内となったことを示す場合に、前記送風機の回転数の制御を終了し、前記送風機の回転数は、前記送風機の回転数の制御を終了する直前の回転数を保持させることを特徴とする請求項２または４に記載の送風機制御システム。
  6. 　前記制御部は、前記送風機の回転数の制御を終了したときの前記生理的状態の算出値に比して、前記送風機の回転数の制御を終了した後に前記家畜状態算出部で算出された前記生理的状態の算出値が予め定められた割合だけ変化した場合に、前記送風機を停止することを特徴とする請求項２，４または５に記載の送風機制御システム。
  7. 　前記制御部は、前記家畜の熱的中性圏の範囲内から範囲外となることを示す変曲点における前記生理的状態の値および温熱環境の値を記憶しておき、前記家畜状態算出部で算出された前記生理的状態の算出値と、記憶された前記変曲点における前記生理的状態の値と、を比較することによって、前記畜舎の温熱環境が前記家畜の熱的中性圏の範囲外から範囲内となったか否かを判定することを特徴とする請求項２，４，５または６に記載の送風機制御システム。
  8. 　前記制御部は、前記家畜の熱的中性圏の範囲内から範囲外となることを示す変曲点における前記生理的状態の値および温熱環境の値を記憶しておき、前記畜舎の温熱環境が前記家畜の熱的中性圏の範囲内であるときの前記生理的状態の算出値または前記畜舎の温熱環境の値が前記変曲点における前記生理的状態の値または前記温熱環境の値に近づいた場合に前記送風機の回転数の制御を開始することを特徴とする請求項２，５，６または７に記載の送風機制御システム。
  9. 　畜舎に設置され、家畜の生理的状態を測定する家畜状態測定部と、
    　前記家畜に風を送る送風機と、
    　前記家畜状態測定部による測定結果から、前記生理的状態を算出する家畜状態算出部と、
    　前記家畜状態算出部によって算出された前記生理的状態の算出値と予め定められた基準値との関係と、前記送風機の稼働状況と、に基づいて前記送風機の回転数を制御する制御部と、
    　を備えることを特徴とする送風機制御システム。
  10. 　前記家畜状態算出部は、前記家畜状態測定部による測定結果から、前記家畜の複数の部位における前記生理的状態を算出し、前記複数の部位の前記生理的状態のばらつきを示すばらつき指標を算出し、
    　前記制御部は、前記生理的状態の算出値として前記ばらつき指標を用いることを特徴とする請求項９に記載の送風機制御システム。
  11. 　前記制御部は、前記生理的状態の算出値と前記基準値との関係に基づいて前記畜舎の温熱環境が前記家畜の熱的中性圏の範囲内であるか否かを判定することを特徴とする請求項９に記載の送風機制御システム。
  12. 　前記制御部は、前記生理的状態の算出値が前記基準値よりも小さいときに、前記畜舎の温熱環境が前記家畜の熱的中性圏の範囲外であると判定することを特徴とする請求項１１に記載の送風機制御システム。
  13. 　前記制御部は、前記生理的状態の算出値が前記基準値よりも大きいときに、前記畜舎の温熱環境が前記家畜の熱的中性圏の範囲内であると判定することを特徴とする請求項１１に記載の送風機制御システム。
  14. 　前記制御部は、前記畜舎の温熱環境が前記家畜の熱的中性圏の範囲外であると判定し、かつ前記送風機が停止している場合に、前記送風機の制御を開始することを特徴とする請求項１１または１２に記載の送風機制御システム。
  15. 　前記制御部は、前記畜舎の温熱環境が前記家畜の熱的中性圏の範囲外であると判定し、かつ前記送風機が稼働している場合に、前記送風機の制御を継続することを特徴とする請求項１１，１２または１４に記載の送風機制御システム。
  16. 　前記制御部は、前記畜舎の温熱環境が前記家畜の熱的中性圏の範囲内であると判定し、かつ前記送風機が稼働しており、かつ前記生理的状態の算出値が前記基準値に対して予め定められた割合だけ変化していない場合に、前記送風機の制御を終了し、前記送風機の回転数は、前記送風機の回転数の制御を終了する直前の回転数を保持させることを特徴とする請求項１１または１３に記載の送風機制御システム。
  17. 　前記制御部は、前記畜舎の温熱環境が前記家畜の熱的中性圏の範囲内であると判定し、かつ前記送風機が稼働しており、かつ前記生理的状態の算出値が前記基準値に対して予め定められた割合だけ変化した場合に、前記送風機を停止することを特徴とする請求項１１，１３または１６に記載の送風機制御システム。
  18. 　前記制御部は、前記畜舎の温熱環境が前記家畜の熱的中性圏の範囲内であると判定し、かつ前記送風機が停止している場合に、前記送風機が停止している状態を維持することを特徴とする請求項１１，１３または１７に記載の送風機制御システム。
  19. 　前記温熱環境は、気温であることを特徴とする請求項１から８および１１から１８のいずれか１つに記載の送風機制御システム。
  20. 　前記ばらつき指標は、標準偏差または分散であることを特徴とする請求項３または１０に記載の送風機制御システム。
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