Precizní chov - zařízení

Zařízení pro precizní chov prasat

Systémy pro automatické sledování hospodářských zvířat se neustále vyvíjí. Automatizované inovativní systémy včasného varování, založené na nepřetržitém sledování specifických behaviorálních a fyziologických parametrů, jsou alternativou k přímému vizuálnímu hodnocení chovatelem. Rychlé a přesné získávání údajů o pohybu zvířat a frekvenci příjmu krmiva v reálném čase umožňuje včasné odhalení chorob a usnadňuje řízení stáda.

Díky senzorům (čipy, teploměry, kamery, mikrofony a akcelerometry) jsou shromažďována data a pomocí matematických algoritmů jsou analyzovány vzorce chování zvířat. Propojení mezi jednotlivými zařízeními přes internet (tzv. internet věcí – IoT) umožňuje propojit informace z konkrétního precizního chovu s jinými datovými toky. To umožňuje detekovat problémy dostatečně včas a spravování farmy může být automatizováno nebo dokonce řízeno na dálku.

 

Zařízení založená na vidění

Video monitorování poskytuje neinvazivní a účinné nástroje, které umožňují zaznamenat nejen chování skupiny zvířat, ale chování každého jednotlivce. Pomocí obrazové analýzy jsou výsledky převedeny na podrobná data o distribuci zvířat (umístění a vzdálenost) a aktivitě (poloha a pohyb). Zobrazování se také používá u prasat k měření tělesné hmotnosti a k detekci kulhání, agresivního chování a tepla.

V současnosti probíhá mnoho studií o detekci jednotlivých prasat na základě vybraných znaků

 

2D kamery

V posledních desetiletích se široce používaly dvourozměrné (2D) monochromatické a barevné kamery díky své nízké ceně a vysoké účinnosti. Mnoho výzkumníků navrhlo různé systémy pro extrakci charakteristik hospodářských zvířat, jako je velikost těla nebo tělesná kondice, na základě 2D snímků. Například 2D analýza obrazu umožňuje sledování a odhad rychlosti růstu prasat s přesností na 1 kg. Počet kamer (videosetů) určených pro pozorování zvířat zase závisí na sledovaném prostoru a výšce, ve které je kamera umístěna. Kvalitu monitoringu ovlivňuje i hustota zvířat v prostoru. 

 

Avšak navzdory neustálému vývoji má technologie 2D zobrazování stále určitá omezení. Vyžaduje vhodné okolní osvětlení, poskytuje pouze plochou projekci zvířete, je ovlivněna vzdáleností, vlnovou délkou a použitými filtry, a také vyžaduje kontrastní pozadí, např. světlé prase proti tmavé stěně. Navíc extrakce dat ze snímků pořízených v různých podmínkách prostředí vede k nepřesnému fungování výpočetních nástrojů pro zpracování a analýzu snímků.

 

3D kamery

Trojrozměrné (3D) kamery vybavené čočkami s vysokým rozlišením, infračervenými senzory nebo hloubkovými senzory s technologií doby letu (ToF) dávají větší možnosti ve srovnání s levnějšími 2D kamerami. 3D kamery mohou pracovat bez ohledu na vizuální světelné prostředí, včetně úplné tmy. Nejsou ovlivněny měnícími se světelnými podmínkami, jako jsou změny kontrastu a stínu a jsou méně náchylné k chybám v důsledku okluze. Trojrozměrná technologie otevírá možnost rekonstruovat geometrii těl zvířat a spojit abnormální morfologické změny se změnami chování. 

 

Přestože rozpoznávání chování prasat na základě videa dosáhlo významného pokroku, stále existují některé nevyřešené problémy. Kamery mají omezený dosah na vzdálenost a přesnost údajů o hloubce přímo klesá s rostoucí vzdáleností. Shromážděná video data jsou náročná na zpracování, jak ukazují studie o kompromisu mezi kvalitou obrazu videa a požadavky na výpočetní zpracování. Softwarové výzvy zahrnují detekci jednotlivých prasat na základě vybraných znaků pomocí algoritmů výběru znaků. Kromě toho jsou kamery citlivé na prach a poškození způsobené čpavkem, i když to může být potenciálně potlačeno ochrannými kryty a údržbou. Výhody a nevýhody video technologií v precizním chovu prasat shrnuje tabulka 1.

 

Tabulka 1. Výhody a nevýhody video technologií v precizním chovu prasat

Zařízení	Aplikace	Výhody	Nevýhody
2D kamery	identifikace prasat na základě detekce barev v obraze automatická detekce lokomoce prasat automatická detekce polohy a držení těla monitorování prostředí v kotci analýza skupinového chování	neinvazivní metoda možnost individuální nebo skupinové analýzy analýza frekvence návštěv krmítka pomáhá určit dobu příjmu krmiva pro zvířata	výkon závisí na světelných podmínkách velmi podobný vzhled prasat a různé pozadí zranitelnost vůči chybám v důsledku okluze může vyžadovat ochranné stínění proti faktorům prostředí k získání užitečných informací vyžaduje filtrování
3D kamery	odhad tělesné hmotnosti prasat identifikace stojících prasat detekce kousání ocasu automatická detekce lokomoce prasat	neinvazivní metoda možnost individuální nebo skupinové analýzy schopnost zpracovávat velké soubory dat schopnost přizpůsobit se proměnlivým světelným podmínkám a pozadí	může vyžadovat ochranné stínění omezený rozsah měření hloubky zranitelnost vůči chybám v důsledku okluze

 

Zařízení založená na zvuku

Monitorování v reálném čase lze provádět nejen pomocí kamery a analýzy obrazu, ale také pomocí mikrofonu a analýzy zvuku. Zvukové nahrávky kombinované s hlasovou analýzou a algoritmy strojového učení se používají k detekci tepelného stresu, nemocí nebo utrpení zvířat. Respirační onemocnění nebo špatná kvalita vzduchu mohou způsobit změny v hlasových charakteristikách a některé akustické příznaky, jako je kašel a kýchání. Sledování kašle je zvláště užitečné, protože jej lze snadno odlišit od ostatních zvuků. Specializované mikrofony nebo skupiny mikrofonů (mikrofonová pole) umožňují rozlišit infekční kašel od kašle způsobeného nahromaděným čpavkem nebo prachem a umožňují automatickou lokalizaci zdroje zvuku. V současnosti dostupné systémy analýzy zvuku jsou tak přesné, že dokážou detekovat a lokalizovat propuknutí respiračních onemocnění v jednotlivých kotcích.

 

Automatické krmné stanice jsou běžnou součástí dnešních chovů prasat

 

Četné studie se zabývaly analýzou zvuků kašle zvířat v laboratorních a farmářských podmínkách. Následoval další výzkum detekce kašle a zpřesňujících algoritmů u prasat a byla navržena metoda identifikace nemocných prasat v reálném čase pomocí analýzy zvuku kašle s přesností rozpoznání 85 %. Výsledky výzkumu o aplikaci algoritmů kašle umožnily vývoj komerčního nástroje, monitoru respirační tísně, schopného detekovat infikovaná prasata 2–12 dní před farmářem nebo veterinářem. Rozpoznávání zvuku kašle by mohlo být také použito jako biomarker znečištění ovzduší, avšak problémem zvukové detekce na prasečích farmách bývá příliš hlučné prostředí farmy. Souhrn výhod a nevýhod mikrofonů v precizním chovu prasat uvádí tabulka 2.

 

Tabulka 2. Výhody a nevýhody mikrofonů v precizním chovu prasat

Zařízení	Aplikace	Výhody	Nevýhody
Mikrofony	detekce nemoci a tepelného stresu detekce kašle monitorování skupinového chování	neinvazivní metoda monitorování velkých skupin zvířat jedním senzorem nepřímá detekce znečištění ovzduší lze použít uvnitř i venku	citlivost na rušení okolními zvuky fungování mikrofonu mohou ovlivnit faktory prostředí

 

Zařízení založená na teplotě

Teploměry jsou obvykle zabudované do dataloggeru nebo senzoru instalovaného v ušní značce nebo v subkutánním transpondéru. Nicméně, tato metoda se vyznačuje vysokou mírou variability, díky čemuž je středně spolehlivá. Subkutánně implantované transpondéry vykazují teplotu přibližně o 1 °C nižší ve srovnání s rektálními měřeními. Vysvětlení tohoto rozporu spočívá v poloze transpondéru, množství tukové tkáně v oblasti měření, faktorech chování, změnách prostředí, tepelném záření nebo prokrvení pojivové tkáně v oblasti implantátu. Transpondéry zavedené do kosterních svalů vykazují lepší korelaci s rektální teplotou než transpondéry zavedené subkutánně. 

 

Alternativou k invazivnímu měření tělesné teploty je termografie, známá také jako termovize, což je metoda dálkového a bezkontaktního hodnocení rozložení teploty povrchu těla. Tato technika umožňuje vizualizaci infračerveného záření, a tím může získat informace o fyziologických a patologických procesech probíhajících v těle. Aplikace termovize je absolutně neinvazivní a nemá žádné riziko šíření infekcí. V diagnostice hospodářských zvířat se termovize využívá k vyšetřování poranění a zánětů pohybového aparátu, detekci infekčních onemocnění, diagnostice říje a březosti a sledování welfare a úrovně stresu. 

 

Moderní termovizní metody umožňují zjišťovat změny teplot jak z hlediska hodnot, tak i prostorového rozložení, a to jak ve statickém, tak dynamickém smyslu. Termovizní kamery mohou vytvářet snímky s vysokým rozlišením s teplotní přesností až 0,08 °C. Naměřené údaje závisí na teplotě zvířete, podmínkách prostředí a termoregulaci periferního oběhového systému. Při vyšších okolních teplotách má termoregulace za následek zvýšený průtok krve do kožní tkáně, což způsobuje zvýšení povrchové teploty. U dospělých prasat je teplota naměřená na povrchu těla ve srovnání s mladšími zvířaty nižší kvůli izolačnímu účinku podkožního tuku. Tabulka 3 popisuje výhody a nevýhody teploměrů v precizním chovu prasat.

 

Tabulka 3. Výhody a nevýhody teploměrů v precizním chovu prasat

Zařízení	Aplikace	Výhody	Nevýhody
Teploměry	měření tělesné teploty sledování fyziologických reakcí	užitečné pro detekci teplotních změn	invazivní metoda (transpondéry) středně spolehlivá metoda
Infračervené tepelné zobrazování (IR)	dálkové měření teploty monitorování teploty celého stáda i jednotlivých zvířat vyšetření poranění, detekce infekčních onemocnění, diagnostika říje a březosti, sledování welfare a stresu	neinvazivní metoda schopnost zobrazování při slabém osvětlení užitečné pro analýzu fyziologických procesů	faktory prostředí mohou ovlivňovat výsledky měření vysoké náklady na vybavení

 

Zařízení založená na činnostech

Akcelerometry patří mezi nejslibnější technologie pro sledování chování hospodářských zvířat. Tyto přístroje se primárně používají k měření lineárního nebo úhlového zrychlení a umožňují velmi přesné sledování a analýzu aktivity zvířat: držení těla a chůzi, délku doby, kdy zvíře vstává, zpoždění při zvedání nebo dokonce je možné detekovat nástup porodu u prasnic. Triaxiální akcelerometry umožňují shromažďovat trojrozměrné informace a měřit zemskou gravitaci a zrychlení.

 

Studie hodnot akcelerometrů instalovaných na ušních štítcích ukázaly, že ačkoli je ucho prakticky nezávislé na pohybovém systému zvířete, rozsah dat poskytovaných zařízením je dostatečný ke spolehlivé detekci časného kulhání u prasat. Jiné výzkumy ukazují, že kombinace dat z akcelerometrů s daty ze senzorů tělesné teploty umožňuje automatickou detekci infekcí 1–3 dny před použitím specifických diagnostických metod. Dosud byla zjištěna vysoká přesnost akcelerometrů pro pohybové a odpočinkové chování u prasat, zatímco vývoj algoritmů pro analýzu chování při krmení a pití je daleko za těmi, které byly vyvinuty pro skot.

Zatímco technologie RFID a akcelerometry jsou dobře integrované, ostatní technologie musí ještě dosáhnout životaschopného podílu na trhu

 

Radiofrekvenční identifikace RFID

Technologie RFID vyžaduje transpondér (ušní štítek) a anténu nebo přijímač (nejčastěji umístěný u podavače krmení nebo napáječky). Zařízení je implantováno primárně do ušních značek a uchovává informace, jako jedinečné identifikační číslo zvířete a farmy. Tato data lze použít k okamžité identifikaci jednotlivců nebo je lze uložit a analyzovat později. Nízkofrekvenční RFID se používá např. v elektronických krmítkách a umožňuje dávkovat individuálně upravené krmné dávky. Současně se data z RFID čteček používají také k analýze frekvence návštěv krmítek a doby krmení, což umožňuje včasné odhalení behaviorálních známek zdravotních problémů. 

 

Nízkofrekvenční RFID má nicméně dvě hlavní nevýhody: nízký čtecí dosah (<1 m) a nemožnost identifikovat více než jedno zvíře najednou v rámci dosahu čtečky. Existuje výzkum aplikace vysokofrekvenčních (HF) a ultrafrekvenčních (UHF) čteček ke sledování více zvířat současně a na delší vzdálenosti (3–10 m). Takové systémy často obsahují antikolizní algoritmy, aby se zabránilo ztrátě dat. Díky své vysoké senzitivitě (89 %) a specificitě (98 %) funguje UHF RFID systém dobře při zaznamenávání krmných návštěv prasat.

 

Nízkofrekvenční RFID se používá v elektronických krmítkách a umožňuje dávkovat individuálně upravené krmné dávky

 

Řešení RFID se běžně používají v různých odvětvích, např. v továrnách a skladech, avšak podmínky ve stájích prasat, které jsou většinou založeny na betonových a vyztužených konstrukcích, mohou narušit přenos rádiových vln a dat. Mezi další nevýhody patří častá ztráta nebo selhání štítků, bolest a stres pro zvíře během označování a nutnost odstranit štítek před porážkou. Výhody a nevýhody akcelerometrů a RFID senzorů v precizním chovu prasat popisuje tabulka 4. 

Tabulka 4. Výhody a nevýhody akcelerometrů a RFID senzorů v precizním chovu prasat

Zařízení	Aplikace	Výhody	Nevýhody
Akcelerometr	detekce a analýza pohybu prasat monitorování aktivity prasat: držení těla a vzorce chůze, doba stání	neinvazivní metoda (obojky) užitečné pro analýzu pohybu poskytuje údaje v reálném čase	invazivní metoda (ušní známky) vyžaduje externí analýzu dat senzory jsou křehké a náchylné k mechanickému selhání požadavek na odstranění před porážkou
RFID	identifikace prasat management výživy	pomáhá analyzovat, jak často zvířata navštěvují krmítko pomáhá určit dobu příjmu krmiva umožňuje precizní krmení poskytuje údaje v reálném čase	nízký rozsah nízkofrekvenčního RFID čtení neschopnost identifikovat více než jedno zvíře najednou v dosahu čtečky požadavek na odstranění před porážkou

 

Precizní technologie mají vzestupný trend

Precizní živočišná výroba má mnoho výhod, včetně vyšší produktivity a ziskovosti, zvýšené bezpečnosti a kvality živočišných produktů a lepších životních podmínek zvířat, stejně jako nižšího dopadu na životní prostředí a změny klimatu. Ukázalo se, že využití precizních technologií ve výživě zvířat snižuje náklady na krmivo až o 25 %. V roce 2016 byl celkový obrat na trhu precizních zemědělských technologií odhadován na 4,8 miliardy USD, současné prognózy uvádějí zvýšení obratu do roku 2025 na 12,6 miliard USD. Avšak přijetí precizních technologií se značně liší, zatímco technologie RFID a akcelerometry jsou dobře integrované, ostatní technologie musí ještě dosáhnout životaschopného podílu na trhu.

 

© 2024