Новости компаний

Точное определение эструса коров со SMARTBOW – улучшение показателей воспроизводства

Современные тенденции развития молочного производства ведут к укрупнению хозяйств и концентрации большого количества животных на одной площадке, ведению селекции в сторону увеличения продуктивности коров и непрерывно растущим требованиям к качеству молока, что, в свою очередь, приводит увеличению нагрузки на специалистов хозяйств. Поэтому возникает потребность принятия быстрых и точных решений «здесь и сейчас».

Важно не только правильно организовать кормление большого количества животных, но и постоянно проводить мониторинговый контроль, основываясь на объективных данных – изменению физиологических показателей организма коров.

Это достаточно трудная задача и отсутствие постоянного контроля за здоровьем дойных коров, никак не компенсирует потери количества и качества продукции или раннюю выбраковку животных. Поэтому интеллектуальные высокотехнологичные системы становятся не заменимыми помощниками для специалистов и позволяют проводить раннее выявление заболевших животных, их лечение или массовую профилактику по стаду.

Обратной стороной медали роста молочной продуктивности коров стало снижение их фертильности и первостепенной задачей специалистов – это не допустить снижения темпов воспроизводства. Рационально использовать рабочее время, уделяя его каждому животному в необходимом количестве, что возможно только после перехода на новый технологичный уровень.

Высокоточный мониторинг молочного скота — развивающееся направление сельского хозяйства, задача которого заключается в обеспечении непрерывного отслеживания состояния здоровья коров дойного стада с целью оптимизации и улучшения рабочих процессов на ферме.

SMARTBOW — интеллектуальная система, включающая активные ушные бирки, приёмники, сервер и другие компоненты. Данные, поступающие от коров, обрабатываются в режиме реального времени и используются для определения местоположения каждого животного, выявления у них половой охоты и мониторинга здоровья по резкому или постепенному снижению руминации [1]. В результате этого ежедневно от каждой коровы поступает огромный массив данных (более 80 000 элементов). Благодаря накоплению такого объема данных SMARTBOW предлагает уникальные возможности для их обработки, которые отсутствуют у других систем.
Запатентованная система искусственного интеллекта – Animal Pattern Recognition IntelLigence (APRIL) проводит анализ полученной информации для мониторинга коров дойного стада – определения локализации коров, руминации и выявления признаков эструса у животных. Для этого APRIL использует специфические для животных динамические алгоритмы для обучения, которые непрерывно адаптирует по индивидуальным параметрам каждого животного. В течение 5 дней после биркования коров и активации бирок, их привязке к коровам в программе, то есть идентификации, система SMARTBOW начинает самообучение по каждому животному отдельно и по стаду в целом. Начиная с 6-го дня работы система передаёт релевантные предупреждения.

При использования системы высокоточного мониторинга состояния молочного стада SMARTBOW снижается необходимость в визуальном контроле половой охоты или применении гормональных препаратов для синхронизации полового цикла, становится возможным   выявление эструса у коров с «тихой» половой охотой, доля  которых в современных стадах достигает 35%   (Фрике и др., 2014; Roelofs et al.,2010; Валенца и др., 2012).

Благодаря этому специалисты хозяйств – техники осеменаторы, зоотехники и ветеринарные врачи имеют возможность на ранней стадии выявлять эструс, нарушение здоровья коров и принимать эффективные решения относительно содержания скота, руководствуясь объективными показателями поведения, физиологического состояния и продуктивности животных.

Данные, поступающие от устройств – бирок, установленных на каждой корове, используют для разработки алгоритмов прогнозирования состояния здоровья, кормления и других важных показателей животных с учетом особенностей конкретной коровы, группы или стада. Далее с помощью этих алгоритмов техники осеменаторы, ветеринарные врачи и другие специалисты, работающие в хозяйстве, получают предупреждения о необходимости предпринять какие-либо действия.
Функция системы SMARTBOW для выявления половой охоты позволяет определить отклонения в поведении отдельной коровы, в частности, в уровне её активности, времени пребывания в положении лежа и стоя. При превышении установленных для конкретной коровы пороговых значений система отправляет сигнал оповещения о начале половой охоты на телефон, компьютер и другие девайсы. На рисунке 1 показано время выявления половой охоты, её продолжительность и оптимальное время осеменения животного.

Рис.1.


Данные о точном местоположении животного позволяют сэкономить время на поиск животных, сократить время между подготовкой семени и самим осеменением, рис. 2.
 
Рис. 2.

 
В Ветеринарном университете Вены было проведено исследование по оценке функции системы SMARTBOW для выявления половой охоты. Исследование провели в период с марта 2016 по декабрь 2017 года в Словакии на молочно-товарной ферме, содержащей 2700 коров голштино-фризской породы [4]. Животных содержали в загонах без привязи, рассчитанных примерно на 250 коров. Доение осуществляли два раза в сутки, для кормления использовали полнорационную кормовую смесь (ПРКС). В связи с особенностями организации производства на ферме в исследование были включены только коровы 2-й лактации и старше. Соответствующие данные обо всех коровах, включая данные о воспроизводстве, регистрировали в программном обеспечении для управления стадом DairyComp 305 (DC305).

В период с 28-го по 35-й день после отела проводили обследование матки и маточных труб, а при выявлении нарушений проводили лечение животных в соответствии с протоколами, принятыми в хозяйстве. Период добровольного ожидания ограничили до 50-го дня лактации, после чего два техника по искусственному осеменению (ИО) проводили осеменение коров с установленной половой охотой или утром, или вечером с соблюдением 12-ти часового интервала между началом половой охоты и осеменением.

Если половая охота не была выявлена, то применяли стандартный протокол Ovsynch [5] и проводили осеменение до 64 дня лактации. Ветеринарный врач устанавливал стельность при проведении ультразвукового исследования в период с 39-го по 45-й дни после осеменения. Повторные проверки проводили с помощью ректального исследования матки и ее содержимого примерно через 90 дней после осеменения животных.

В качестве золотого стандарта, в данном исследовании, приняли половую охоту с наступлением стельности после ИО. Также в качестве дополнительного контрольного параметра оценивали наличие эпизода истинной половой охоты (TE), которую определяли как серию эпизодов истинной половой охоты с интервалами 18–25 дней. При этом в качестве эпизодов истинной половой охоты регистрировали также случаи без последующего ИО и независимо от успешности искусственного осеменения.
Для оценки точности сигналов системы SMARTBOW, предупреждающих о начале половой охоты, использовали ретроспективные данные о воспроизводстве стада, представленные в системе DairyComp 305. Эффективность алгоритма оценивали с помощью матрицы неточностей посредством сравнения прогностических данных алгоритма и контрольных значений. Установили следующие параметры матрицы неточностей:

• Истинно положительный результат (TP): предупреждение о половой охоте сопровождалось эпизодом GS или TE.
• Ложно отрицательный результат (FN): предупреждение о половой охоте не поступало на фоне регистрации эпизода GS или TE.
• Истинно отрицательный результат (TN): предупреждение о половой охоте не поступало для эпизода GS или TE.
• Ложно положительный результат (FP): эпизод половой охоты зарегистрирован вне эпизода GS или TE.

Эффективность функции системы SMARTBOW для определения половой охоты оценивали посредством расчета чувствительности, специфичности, прогностической ценности положительного и отрицательного результатов, точности и частоты возникновения ошибок при использовании методики.

В итоговую выборку были включены данные по 316 случаям «золотого стандарта» у 316 коров и 263 эпизодам истинной половой охоты со 142 межэстральными периодами у 116 коров. При выявлении случаев «золотого стандарта» расчетная чувствительность функции составила 96,8% (306 TP и 10 TN). Расчет других параметров эффективности для «золотого стандарта» был невозможен. При оценке случаев выявления истинной половой охоты чувствительность функции составила 96,6% (254 TP, 9 TN, 6 FP, 136 FN), что было незначительно ниже, чем при выявлении по «золотому стандарту». Полученные данные включили в таблицу 1.

Таблица 1.
 
Специфичность методики составила 95,8%, прогностическая ценность положительного результата — 97,7%, прогностическая ценность отрицательного результата — 93,8%, точность — 96,3%, частота возникновения ошибок — 2,3%. Средняя продолжительность сигналов системы SMARTBOW о половой охоте для правильно выявленных эпизодов GS составила 16,9 ± 4,9 часа, тогда как для случаев TE — 17,5 ± 4,5 часа.

Было установлено, что ушные бирки SMARTBOW превосходили ошейниковые акселерометры и педометры по своим функциональным характеристикам и показали себя надежным инструментом для выявления эструса у молочных коров, а полученные данные были опубликованы [6, 7, 8] (таблица 2).

Таблица 2.
 
При помощи системы SMARTBOW контролировали изменение таких параметров, как уровень активности животного и время, в течение которого оно лежит или стоит. Эта информация позволяет специалистам принимать обоснованное решение о времени проведения искусственного осеменения.

Кроме того, система SMARTBOW позволяет по-новому анализировать уникальные параметры благодаря возможностям алгоритмов и инструментов прогнозирования. Систему постоянно дополняют новыми разработками, что делает её высокоточной и передовой в отрасли.

При использования системы высокоточного мониторинга состояния молочного стада SMARTBOW снижается необходимость в визуальном контроле половой охоты или применении гормональных препаратов для синхронизации полового цикла, становится возможным выявление эструса у коров с «тихой» половой охотой, доля которых в современных стадах достигает – 35% [9].

Результаты приведенных исследований подтверждают высокую эффективность системы SMARTBOW по определению эструса у коров с точностью – 97%. Экономия денежных средств только при повышении точности определения эструса с 65% до 97% может достигать 2 700 рублей и более на одну корову в год (рис. 3), что позволит в течение трех лет окупить инвестиции, вложенные в систему SMARTBOW. 
 
Рис. 3.



Система использует выходные данные экономической модели, описанной Пфайффером Дж., Жандорфером М. и Эттемой Дж. Ф. в статье «Изучение использования датчиков активности для выявления половой охоты: вероятностное биоэкономическое моделирование» [10].
Список литературы

1. Wathes CM, Kristensen HH, Aerts JM, Berckmans D. Is precision livestock farming an engineer’s daydream or nightmare, an animal’s friend or foe, and a farmer’s panacea or pitfall? Computers and Electronics in Agriculture 2008;64(1):2-10.
2. Kiddy CA. Variation in physical activity as an indication of estrus in dairy cows. Journal of Dairy Science 1977;60(2):235-243.
3. Roelofs JB, López-Gatius F, Hunter RH, van Eerdenburg FJ, Hanzen Ch. When is a cow in estrus? Clinical and practical aspects. Theriogenology 2010;74(3):327-344.
4. 17.  Schweinzer V, Lidauer L, Berger A, Kickinger F, Öhlschuster M, Auer W, Drillich M, Iwersen M. Evaluation of the ear-tag sensor system SMARTBOW for detecting estrus events in indoor housed dairy cows. 2018. Proceedings of the 14th international conference on precision agriculture June 24–27, 2018.
5. 18.  Pursley JR, Mee MO, Wiltbank MC. Synchronization of ovulation in dairy cows using PFG2α and GnRH. Theriogenology 1995;44(7):915-923.
6. 19.  Roelofs JB, van Erp-van der Kooij E. Estrus detection tools and their applicability in cattle: recent and perspectival situation. Animal Reproduction 2015;12(3):498-504.
7. 20.  Saint-Dizier M, Chastant-Maillard S. Potential of connected devices to optimize cattle reproduction. Theriogenology 2018; 112:53-62.
8. 21.  Roelofs JB, Krijnen C, van Erp-van der Kooij E. The effect of housing condition on the performance of two types of activity meters to detect estrus in dairy cows. Theriogenology 2017; 93:12-15.
9. Fricke, P. M., Carvalho, P. D., Giordano, J. O., Valenza, A., Lopes, G., Amundson, M. C. (2014): Expression and detection of estrus in dairy cows: the role of new technologies. Animal, 8. 134-143.
10. Pfeiffer J., M. Gandorfer J., F. Ettema. Evaluation of activity meters for estrus detection: A stochastic bioeconomic modeling approach. Journal of dairy science 103.1 (2020): 492-506.