針對(duì)豬跛足的智能化檢測(cè)方法

本刊編輯/甄夢(mèng)瑩（編譯）

跛足是一個(gè)重要的豬健康和福利問題。由于額外人工費(fèi)用、重復(fù)治療、安樂死、早期撲殺和（再）生產(chǎn)損失，跛足會(huì)造成相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)估計(jì)，在一個(gè)特定豬場(chǎng)中，可能高達(dá)48%的母豬是跛足的，跛足對(duì)美國養(yǎng)豬業(yè)造成的損失約為 2.3億美元（14億人民幣）/年。雖然跛足是養(yǎng)豬生產(chǎn)系統(tǒng)中的一種普遍情況，但由于缺乏對(duì)豬個(gè)體異常步態(tài)和姿勢(shì)的觀察以及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，其識(shí)別可能不太可靠。

為了避免豬場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)損失和影響豬只的福利，早期對(duì)跛足進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)和治療至關(guān)重要。評(píng)估跛足最常用的方法是視覺評(píng)分，該方法易于操作、實(shí)施成本低、但耗時(shí)費(fèi)力，并且常常受到人眼視覺感知的限制，容易出現(xiàn)偏差。因此，不依賴人眼的，可自動(dòng)檢測(cè)跛足的方法，可以為集約化豬生產(chǎn)系統(tǒng)提供一種更準(zhǔn)確地識(shí)別跛足的方法。

1 什么是智能養(yǎng)豬？

在現(xiàn)代生豬生產(chǎn)系統(tǒng)中，養(yǎng)殖者需要可靠且價(jià)格合理的技術(shù)，來幫助他們完成日常管理任務(wù)，從而確保對(duì)豬只個(gè)體進(jìn)行準(zhǔn)確、持續(xù)的監(jiān)測(cè)。應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)工程技術(shù)對(duì)生豬生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、建模和管理被稱為智能養(yǎng)豬。其目的是提高生產(chǎn)集約化過程中養(yǎng)殖者與個(gè)體豬只保持接觸的能力，并保證對(duì)豬只進(jìn)行健康和福利管理。

2 傳感器在智能跛行檢測(cè)中的應(yīng)用

要為智能跛行檢測(cè)方法選擇合適的傳感器，必須深入了解每種傳感器的潛力、能力和局限性。下面討論應(yīng)用于智能跛行檢測(cè)的各種傳感器。

2.1 加速度計(jì)

特勞爾森及其同事（2016年）和謝爾及其同事（2017年）的研究表明，具有聲音傳感器的加速度測(cè)量方法，可描述母豬的活動(dòng)模式并檢測(cè)其是否跛足。林根伯格及其同事（2010年）提出，單獨(dú)校準(zhǔn)將在一段時(shí)間內(nèi)提高加速度計(jì)的性能，并可用于檢測(cè)母豬的行走姿勢(shì)和后肢的行走步數(shù)。

2.2 照相機(jī)

斯塔夫拉卡基斯及其同事（2015年）通過視頻記錄，和跟蹤豬只運(yùn)動(dòng)期間身體中線背側(cè)區(qū)域和頸部抬高的移動(dòng)軌跡，通過音頻可以將正常豬與跛足豬區(qū)分開來。在另一項(xiàng)研究中，斯塔夫拉卡基斯及其同事（2015年）得出結(jié)論，步幅差別可以識(shí)別出74%將要發(fā)生跛足的豬只。林德及其同事（2005年）和孔斯羅及其同事（2013年）發(fā)現(xiàn)，用于自動(dòng)跟蹤豬的運(yùn)動(dòng)行為的、基于數(shù)字視頻的跟蹤系統(tǒng)價(jià)格低廉、高度可靠且準(zhǔn)確。卡西哈及其同事（2014）研究表明，使用圖像分析方法可以確定豬在群體中的運(yùn)動(dòng)軌跡，準(zhǔn)確率為89.8%。

2.3 壓力墊和壓力板

梅杰及其同事（2014年）測(cè)量了步態(tài)及其縱向發(fā)展的基線動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，并推薦將壓力墊作為分析和量化豬步態(tài)的客觀、可復(fù)制的工具。普魯姆及其同事（2013年）開發(fā)了一種很有使用前景的檢測(cè)系統(tǒng)，其基于壓力板分析得出的受力-站姿變量，和圖像處理得出的視覺站姿變量。麥克尼爾及其同事（2019年）報(bào)告說，用壓力板進(jìn)行測(cè)量，比使用視覺評(píng)分系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，可提前5 d檢測(cè)到豬只跛足。未來需要更大規(guī)模的研究來評(píng)估實(shí)際條件下測(cè)量的敏感性和特異性。

2.4 多傳感器系統(tǒng)

格里高爾及其同事（2013年）和查皮納爾及其同事（2011年）提出，從運(yùn)動(dòng)學(xué)和加速度計(jì)獲得的定量變量（行走時(shí)的腿部和背部加速度），能夠成功成為識(shí)別母豬的跛足指標(biāo)。

3 結(jié)論

為了開發(fā)出一個(gè)適合商業(yè)用的、合適的、基于加速度計(jì)的跛行豬只發(fā)病自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，需要在未來進(jìn)行更大規(guī)模的研究，來評(píng)估實(shí)際條件下測(cè)量的靈敏度和特異性。基于數(shù)字視頻的運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)準(zhǔn)確、廉價(jià)、可靠。然而，需要進(jìn)一步捕獲數(shù)據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)化動(dòng)物跟蹤，從而為養(yǎng)殖場(chǎng)建立一個(gè)穩(wěn)健的環(huán)境系統(tǒng)。壓力墊和壓力板在支持未來針對(duì)跛行動(dòng)物的客觀研究方面，具有很大的潛力，但單獨(dú)處理可能會(huì)出現(xiàn)低特異性缺陷。因此，需要更多的測(cè)量技術(shù)，尤其是精密的軟件系統(tǒng)，才能為養(yǎng)殖場(chǎng)環(huán)境提供更加強(qiáng)大的系統(tǒng)。此外，為了開發(fā)合適的豬只跛足檢測(cè)系統(tǒng)，需要將不同來源的數(shù)據(jù)進(jìn)行多變量方法組合到一起。