用于确定行为相关数据的动物标签、方法和计算机程序与流程

本发明总体涉及动物行为数据的记录。更具体地，本发明涉及确定行为相关数据的动物标签和方法。本发明还涉及计算机程序和非易失性数据载体。

背景技术：

出于动物健康的原因并且为了在基于动物的食品生产中保持高质量和高效率，重要的是可以方便可靠的方式监视畜用动物的身体状况。为此，识别标签现在配备有传感器，这些传感器对于每个新一代来说都变得越来越有用。

ep2510783描述了一个动物运动监视方法的示例。在此，动物配备有具有传感器装置的设备，该传感器装置用于检测运动，并且至少利用与检测到的动物运动有关的信息来产生信号。该设备还设置有用于处理信号中的信息并用于存储处理的信息的控制单元和用于传输存储在控制单元中的信息的传输器装置。该方法涉及：在控制单元中存储在包括多个连续的第一时段的一组预定时段内计数的多个预定类型的运动，并且在多个时刻传输多个存储数量的计数运动，所述多个时刻取决于在过去的第一周期中的至少一个中的检测到的预定类型运动的数量和/或取决于传感器装置的存储取向中的至少一个。传感器装置被实现为能够在三个维度上测量加速度并测量传感器相对于地球表面的取向的g传感器。

传统上，测量取向参数需要陀螺仪传感器，其对能量的需求相对较高。考虑到动物标签的尺寸和操作寿命要求，将取向传感器集成在动物标签中是具有挑战性的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种无需陀螺仪传感器即可提供基于取向的动物行为数据的解决方案。

根据本发明的一方面，该目的通过一种包含三维加速度计和处理单元的动物标签来实现。三维加速度计配置为记录表达动物标签沿三个独立空间轴中的每个的相应加速度的第一组加速度参数。处理单元配置为接收第一组加速度参数，并基于其来确定行为相关数据。更精确地，处理单元配置为导出第一组加速度参数中的每个参数的相应估计的重力相关分量。处理单元还配置为补偿第一组加速度参数中的相应估计的重力相关分量以获得第二组加速度参数，其表示动物标签沿三个独立空间轴中的每个的相应加速度。在第二组中，每个加速度参数围绕基本水平平衡而没有重力影响。然后，基于第二组加速度参数中的单个参数相对于基本水平的偏差配置为辨别携带动物标签的动物的起立(rise-up)和/或躺下(lie-down)运动。

该动物标签是有利的，因为它仅基于加速度计数据提供了高度变化的可靠检测。由于加速度计具有相对较低的功率消耗，特别是与陀螺仪传感器相比，本发明使得能够对复杂的运动模式进行节能检测。

根据本发明的这方面的一个实施例，处理单元具体地配置为：辨别第二组加速度参数中的一个参数与基本水平的正偏差，以表示携带动物标签的动物的起立运动，辨别第二组加速度参数中的一个参数与基本水平的负偏差，以表示躺下运动。这意味着可以非常准确地确定各个躺卧时间和站立时间。

根据本发明的这方面的又一实施例，动物标签包含信号传输器，其配置为发射唯一地识别动物标签的无线信号。无线信号适于由定位系统的多个基站接收，以使得定位系统能够为动物标签建立二维位置，例如基于三角测量。结果，可以将各个躺卧时间和站立时间与位置数据相关联，并且可以记录相应活动的准确位置。因此，可以为每个动物导出精确的行为相关信息。此外，通过整合起立和/或躺下运动，还可以通过定位系统来确定动物标签及其载体的准确高度位置。

优选地，动物标签还包含配置为发射包含至少一条行为相关数据的无线信号的无线接口，例如通过无线电。因此，行为相关数据以高度方便的方式可用于外部处理和分析。

根据本发明的这方面的另一实施例，动物标签包含数据存储单元，处理单元还配置为：将相应时间戳分配给各条行为相关数据，并将一组各条行为相关数据以及分配给其的所述相应时间戳存储在数据存储单元。

优选地，处理单元还配置为：从数据存储单元中检索至少一条行为相关数据和分配给其的至少一个相应时间戳，并且使无线接口发射无线信号，其包含从数据存储单元中检索的至少一条行为相关数据和分配给其的至少一个相应时间戳。从而，动物标签可以记录一段时间内的行为相关数据，并且随后将该数据报告给无线接收器。自然地，这提供了灵活性并且使得能够进一步节约能源。

根据本发明的这方面的又一实施例，处理单元配置为将识别数据包括在无线信号中，该识别数据适于使无线信号的接收器能够确定动物标签的身份。换句话说，无线信号的接收器被告知相关动物身份。通常，这是对行为相关数据进行有意义分析的关键因素。

根据本发明的这方面的又一实施例，动物标签配置为附接到动物的颈带和/或耳朵上。这获得了高度的灵活性。

根据本发明的另一方面，该目的通过一种将在动物标签中实施以确定关于动物标签附接到的动物的行为相关数据的方法来实现。该方法涉及经由三维加速度计记录表达动物标签沿三个独立空间轴中的每个的相应加速度的第一组加速度参数。该方法还涉及在处理单元中，基于第一组加速度参数来确定行为相关数据。这又涉及：导出第一组加速度参数中的每个参数的相应估计的重力相关分量；补偿第一组加速度参数中的相应估计的重力相关分量以获得第二组加速度参数，其表示动物标签沿三个独立空间轴中的每个的相应加速度，其中每个所述参数围绕基本水平平衡而没有重力影响；以及基于第二组加速度参数中的单个参数相对于基本水平的偏差来辨别动物的起立和/或躺下运动。相对于控制单元，根据以上讨论，该方法的优点以及其优选实施例是显而易见的。

根据本发明的另一方面，该目的通过一种计算机程序来实现，该计算机程序可加载到通信地连接至处理单元的非易失性数据载体中。该计算机程序包括用于当程序在处理单元上运行时执行上述方法的软件。

根据本发明的另一方面，该目的是通过一种包含上述计算机程序的非易失性数据载体来实现的。

根据以下描述和从属权利要求，本发明的其他优点、有益特征和应用将变得显而易见。

附图说明

现在将通过作为示例公开的优选实施例并参考附图更详细地解释本发明。

图1示出了可以如何将根据本发明的标签附接到动物的颈带上的第一示例；

图2示出了可以如何将根据本发明的标签布置在动物的耳朵中的第二示例；

图3示出了根据本发明一实施例的动物标签上的框图；

图4a-b示出了可以如何在三个独立维度上表达动物标签的加速度的矢量图示例；

图5示出了第一组加速度参数可以如何随时间变化的示例；

图6示出了第二组加速度参数可以如何随时间变化的示例；以及

图7通过流程图示出了根据本发明的确定行为相关数据的通用方法。

具体实施方式

图1和2示出了根据本发明的动物标签100可以如何定位在动物a上的两个不同示例。在图1中，标签100附接到颈带100n。在图2中，可替代地，标签100附接到动物a的耳朵，例如经由穿孔轴构件100e和在耳朵的相对侧上的衬垫构件(未示出)。

现在转到图3，我们看到根据本发明一实施例的在动物标签100上的框图。动物标签100包含三维加速度计110和处理单元120。根据本发明的实施例，动物标签100还可以包括非易失性数据载体130、数据存储单元140和无线接口150(例如以下类型之一：无线电、光学或声学)中的一个或多个。

三维加速度计110配置为记录第一组加速度参数ai、aii和aiii，其表达动物标签100沿三个相互独立空间轴中的每个的相应加速度。

图4a以矢量图的形式示出了加速度参数ai、aii和aiii的示例。在此，第一轴x和第二轴y表示与海平面平行的平面，第三轴z表示与xy平面正交的竖直尺寸。取决于动物a如何移动和/或定位，动物标签100及其三维加速度计110可以分别相对于第一、第二和第三轴x、y和z具有任意取向。然而，重力g即由于地球的引力引起的动物标签100的恒定向下加速度总是平行于第三轴z。

加速度参数ai、aii和aiii可被分离为分别与第一、第二和第三轴x、y和z中的每个平行的矢量分量。在图4b中，具体示出了平行于第三轴z的加速度参数ai、aii和aiii的相应矢量分量gi、gii和giii。在大多数情况下，加速度参数ai、aii和aiii的这种分离导致矢量分量gi、gii和giii之一实质上大于其他两个。在图4b的示例中，gi表示这样的主导矢量分量。

图5示出了图示第一组加速度参数a(t)中的各个加速度参数ai、aii和aiii可以如何随时间t变化的图。在此，aii和aiii围绕对应于图4b中所示的矢量分量gii和giii的相应偏置分量波动。可以看出，aii和aiii中的偏置分量都相对较小。然而，ai围绕对应于图4b中的矢量分量gi的较大偏置分量波动。由于重力g相对于第三轴z的定义方向的符号，图5中的每个偏置分量均为负。

处理单元120配置为从三维加速度计110接收第一组a(t)加速度参数ai、aii和aiii。基于该第一组a(t)，处理单元120配置为确定行为相关数据d，即关于动物a的运动和/或位置的描述。更精确地，处理单元120适于导出上述重力相关分量gi、gii和giii即与第三轴z平行的第一组a(t)加速度参数ai、aii和aiii的向量分量的相应估计。

处理单元120还配置为补偿第一组a(t)加速度参数ai、aii和aiii中的相应估计的重力相关分量gi、gii和giii，结果是获得第二组b(t)加速度参数bi、bii和biii。因此，第二组b(t)表示动物标签100的加速度，其中，每个相应的加速度bi、bii和biii在基本水平附近保持平衡而没有重力g影响。

图6示出了作为时间t的函数的这种补偿的第二组b(t)加速度参数bi、bii和biii的示例。此处，基本水平表示为0。

基于第二组b(t)加速度参数bi、bii和biii，处理单元120配置为确定携带动物标签100的动物a的竖直重新定位。因此，可以基于相对于基本水平0的第二组b(t)加速度参数中的单个参数中的偏差来辨别起立和/或躺下运动。即，如果在第二组b(t)中检测到非零偏置水平，则这是竖直运动的有力指示。

根据本发明一实施例，处理单元120具体地配置为辨别第二组b(t)加速度参数中的一个参数与基本水平0的正偏差，以表示动物a的起立运动的形式的行为相关数据d；类似地，辨别第二组b(t)中的一个参数与基本水平0的负偏差，以表示躺下运动。

图6例示了在第一时间点t1，参数bi与基本水平0的负偏差。参数bi中的负偏置水平保持到第二时间点t2。处理单元120配置为将此解释为表示躺下运动，其分别发生在第一时间点t1和第二时间点t2之间，即时段tld。在没有任何其他信息的情况下，处理单元120配置为推断动物从第二时间点t2起躺下。然后，在第三时间点t3，参数bii与基本水平0具有正偏差。处理单元120配置为将此解释为表示动物a的起立运动。由于参数bii中的正偏差水平保持到第四时间点t4，所以处理单元120配置为解释起立运动发生直到第四时间点t4，即时段tru。在没有任何其他信息的情况下，处理单元120配置为推断动物从第四时间点t4起继续站立或行走。

优选地，动物标签100包含配置为发射无线信号sid的信号传输器160，该信号唯一地识别动物标签100，例如通过签名数据。无线信号sid可以是uwb(超宽带)信号，并且适于由定位系统(通常是所谓的rtls(实时定位系统))的多个基站接收。由此，定位系统能够例如基于三角测量来为动物标签100建立二维位置。结果，可以将各个躺下时间和站立时间与位置数据相关联，并且可以记录动物相应活动的确切位置。因此，可以为每只动物导出精确的行为相关信息。此外，通过集成起立和/或躺下运动，定位系统可以确定用于动物标签100和携带其的动物的准确高度位置。

为了使由处理单元120导出的行为相关数据d能够方便地读出到一个或多个远程位置，动物标签100优选地包括无线接口150，其配置发射包含至少一条行为相关数据d的无线信号m(d)。

进一步优选的是，即使随后读出数据d，也可以使各条行为相关数据d与特定时刻相关联。因此，根据本发明一实施例，动物标签100包含数据存储单元140。此外，处理单元120配置为将相应时间戳分配给各条行为相关数据d，并将一组各条行为相关数据d以及分配给其的相应时间戳存储在数据存储单元140中。因此，处理单元120可以从数据存储单元140中检索至少一条行为相关数据d和分配给其的至少一个相应时间戳；并且使无线接口150发射无线信号m(d)，其包含从数据存储单元140检索的至少一条行为相关数据d和分配给其的至少一个相应时间戳。

当然，无线信号m(d)应优选指示发送者是谁。因此，根据本发明一实施例，处理单元120配置为使识别数据包括在无线信号m(d)中。识别数据适于使无线信号m(d)的接收器能够确定动物标签100的身份，例如以字符串的形式。

如果将处理单元120配置为通过执行计算机程序135以自动方式实现上述过程，则通常是有利的。因此，处理单元120可以包括存储计算机程序13的存储单元，即非易失性数据载体130，计算机程序135又包含用于使处理单元120中的至少一个处理器形式的处理电路当计算机程序135在至少一个处理器上运行时执行上述动作的软件。

为了总结并参考图7中的流程图，现在将描述根据本发明的通用方法，用于确定关于根据本发明的标签附接到的动物的行为相关数据。

在第一步骤710，接收第一组a(t)加速度参数ai、aii和aiii。加速度参数ai、aii和aiii已由三维加速度计记录，并表示标签沿三个独立空间轴中的每个的相应加速度。

然后，在步骤720，在第一组a(t)加速度参数ai、aii和aiii中的每个参数中导出相应估计的重力相关分量gi、gii和giii。

随后，在步骤730，获得第二组b(t)加速度参数bi、bii和biii，其中相应估计的重力相关分量gi、gii和giii已被补偿。因此，第二组b(t)加速度参数bi、bii和biii表示标签沿三个独立空间轴中的每个的相应加速度，其中每个所述参数围绕基本水平保持平衡而没有重力影响。

然后，步骤740检查第二组b(t)中的单个参数bi、bii和biii是否存在与基本水平的偏置水平偏差。如果检测到这种偏差，则进入步骤750；否则，过程循环回到步骤710。

在步骤750，根据在步骤740检测到的偏差分别具有正号还是负号来辨别起立或躺下运动。在此，任何起立和/或躺下运动表示关于标签附接到的动物的行为相关数据。在步骤750之后，过程循环回到步骤710。

参考图7描述的所有处理步骤以及步骤的任何子序列可以借助于编程处理器来控制。此外，尽管以上参考附图描述的本发明的实施例包括处理器和在至少一个处理器中执行的过程，但本发明因此还扩展到适于将本发明付诸实践的计算机程序，特别是载体上或中的计算机程序。该程序可以是源代码、目标代码、中间源和目标代码的代码，比如以部分编译的形式或适用于实施根据本发明的过程的任何其他形式。该程序可以是操作系统的一部分，也可以是单独应用。载体可以是能够携带程序的任何实体或设备。例如，载体可以包括存储介质，比如闪存、rom(只读存储器)，例如dvd(数字视频/通用磁盘)、cd(光盘)或半导体rom、eprom(可擦可编程只读存储器)、eeprom(电可擦可编程只读存储器)或磁记录介质，例如软盘或硬盘。此外，载体可以是可传输的载体，比如电或光信号，其可以经由电缆或光缆或者通过无线电或其他方式来传送。当程序体现在可以直接通过电缆或其他设备或装置传送的信号中时，可以通过这种电缆或设备或装置来构成载体。可替代地，载体可以是其中嵌入有程序的集成电路，该集成电路适于执行相关过程或在其的执行中使用。

尽管本发明主要旨在确定与产奶动物例如奶牛有关的行为相关数据，但本文所述的解决方案同样适用于任何其他种类的牲畜或野生动物。

当在本说明书中使用时，术语“包括”及其变体用于指定存在所述的特征、整数、步骤或部件。然而，该术语不排除存在或添加一个或多个附加特征、整数、步骤或部件或组。

本发明不限于附图中描述的实施例，而是可以在权利要求的范围内自由地变化。

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