Стадный инструмент: ученые создали систему анализа поведения коров по видео
Российские ученые создали компьютерную систему для удаленного анализа поведения коров. Программный комплекс при помощи видеокамеры фиксирует каждое движение животного. На основе этих данных компьютер выделяет паттерны поведения, по которым можно оценивать состояние физического и психического здоровья стада. Так фермеры смогут обнаружить возможные нарушения поведения коров на ранних стадиях и оперативно на них среагировать. Это повысит рентабельность молочного производства, полагают эксперты.
Прикладная этология
Научная группа из петербургского ЛЭТИ создала компьютерную систему, способную удаленно анализировать поведение коров. Для работы программного комплекса не нужны датчики, как для аналогичных систем. Достаточно видеокамеры, в поле зрения которой находится стадо. По утверждению авторов разработки, точность анализа состояния коров системой превышает возможности визуального осмотра человеком.
— Существующие сегодня системы видеонаблюдения способны распознавать только самих коров, а наша разработка умеет выявлять именно паттерны поведения животных, — сообщил «Известиям» доцент кафедры автоматики и процессов управления СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Дмитрий Каплун.
Благодаря использованию нейронной сети компьютер обучается мониторить состояние коров по заданному набору характеристик. Это в том числе дыхание, шаги, перемещение, отдельные движения. При желании владелец фермы сможет расширить список интересующих его параметров. Чтобы научить систему компьютерного зрения узнавать коров, разработчикам понадобилось показать ей 2,5 тыс. изображений животных, еще 214 использовались для тестирования.
Программный комплекс выполняет операции в таком порядке. Система получает видеоизображение и определяет местоположение коровы в кадре. В области, где находится животное, выделяются ключевые точки. Они отражают положение коровы в трехмерном пространстве. Затем начинается процесс трекинга — динамического отслеживания движений животного.
На следующем этапе к работе подключаются алгоритмы компьютерного зрения и нейронная сеть, которые выделяют характеристики поведения коров и регистрируют значимые события, такие как частота дыхания или вздрагивания. Эти данные поступают в модуль анализа состояния, который выявляет отклонения в поведении животного, которые позволяют судить о здоровье. Например, плохой аппетит и замедление жвачки — это симптомы атонии (отсутствия нормального тонуса скелетных мышц и внутренних органов).
Создатели программного комплекса уже начали проверять свою разработку на практике в одном из фермерских хозяйств Воронежской области. По словам ученых, применение системы мониторинга состояния коров поможет вовремя реагировать на возможные заболевания в стаде, увеличит надои молока, повысит продолжительность и качество жизни животных, снизит затраты на ветеринарное обслуживание и корма.
Повысить надои
Возможный экономический эффект от внедрения программного комплекса эксперты оценивают по-разному.
Современное производство основано на оптимальных условиях содержания и рационах питания, а также на профилактических обработках для снижения риска заболеваний — вакцинации, введении антибиотиков и витаминов в рацион питания, пояснил доктор биологических наук, профессор агробиотехнологического департамента РУДН Александр Игнатов. По его мнению, хорошо, если система сможет выявлять животных, подлежащих лечению, и решение будет приниматься своевременно. Но заявленная цель улучшить состояние здоровья животных и уровня их удовлетворенности образом жизни на ферме, скорее всего, будет реализована не скоро.
— Быстрых изменений удоев, скорее всего, не будет. Система поможет сгладить проблемы, связанные с острыми заболеваниями, но она же может вызвать и замедленную реакцию специалистов — зоотехников, — сказал Александр Игнатов.
По словам эксперта, работники могут переключиться в «режим ожидания», и в нужный момент не проявить инициативу.
— Внедрение системы автоматического анализа поведения коров на основе видеоданных даст возможность повысить рентабельность молочного производства и уровень воспроизводства стада, — не согласился с коллегой доцент департамента ветеринарной медицины РУДН Александр Никишов.
При грамотном применении технологии можно ожидать увеличения молочной продуктивности коров при одновременном снижении себестоимости, считает он.
Использование программного комплекса приведет к улучшению условий жизни животных и оптимизации расходов. Также он будет полезен для прогнозирования нештатных ситуаций, считает начальник суперкомпьютерного центра Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (вуз — участник проекта повышения конкурентоспособности образования «5-100») Алексей Лукашин.
— При успешной реализации проекта удои могут увеличиться, — сказал эксперт. — Но выводы делать еще рано.
Для более точной оценки качества программного комплекса нужно сначала получить результаты апробации, информацию о точности работы системы и другие данные, выразил свое мнение Алексей Лукашин.
Хорошее физическое состояние здоровья животных — залог качественной продукции фермерских хозяйств, считает доцент Юргинского технологического института Томского политехнического университета, руководитель образовательной программы «Агроинженерия» Андрей Проскоков. По его словам, непрерывный мониторинг передвижения животных или поз тела, в которых коровы отдыхают, может быть важным источником информации об их активности.
Если рассматривать процесс получения молока, то любые отклонения от нормы в поведении животных приводят к снижению получаемой продукции, а без своевременного вмешательства и к убыткам производства, отметил эксперт.
