JP6409028B2 - 牛の活動状態管理システム - Google Patents

Description

本発明は、家畜としての牛、特に乳牛及び肉牛の活動及び状態（活動状態）を管理するシステムに関する。

家畜を各種センサ及びコンピュータを用いて管理するシステムが知られている（特許文献１〜３）。特許文献１には、温度センサやテレメータを備えたタグを牛の耳標として用い、牛の個体識別を可能にするとともに、検出した牛の体温をコンピュータを用いて一括して管理するシステムが開示されている。

特許文献２には、牛の足に装着された歩数計により牛の歩数を計測し、その情報を基に、２つの時間帯における牛の歩数の比を基に、牛の発情状態を知るシステムが開示されている。

特許文献３には、管理を行う動物に装着され加速度等の所定の物理量を測定すると共にその結果をデータとして無線送信するように構成されたセンサと、該センサの前記測定データに基づいて所定の頻度で所定の判定を行うと共に、その判定結果に報告先が関連付けられているか否かを調べ、関連付けられている場合には、該関連付けられた報告先へ判定結果を伝える判定コンピュータとを備える動物の健康管理システムが開示されている。ただし、特許文献３に開示されている動物の活動状態管理システムは、管理する対象が動物の健康状態であり、動物の活動状況を主に管理するものではない。

他方、近年日本において畜産業や農業に従事する人の数が減少している。酪農に関しては、酪農戸数は１０年前と比べ凡そ半減したが、その一方、酪農頭数は約２０％の減少に留まっている。また、肉用牛の畜産に関しても、畜産戸数は１０年前に比べ凡そ半減したが、その一方、肉用牛頭数は約１０％の減少に留まっている。このことは、乳牛の平均飼養頭数が１０年前に比べて凡そ１．５倍に増加し、肉用牛の平均飼養頭数が１０年前に比べて凡そ２倍に増加したことを示している。

このように、酪農等に従事する一戸あたりの規模が大規模化してきている一方、労働力不足の問題が生じている。労働力不足により家畜としての牛の体調や活動状況の管理等が疎かになるおそれがある。このことは、牛の繁殖や病気の管理に影響が生じ、ひいては牛乳や牛肉等の生産効率の低下につながるおそれがある。

特開２００３−３３３９５０号公報 特開２０１２−１３０２５３号公報 特開２００７−３０６８０４公報

このような問題に鑑み、本発明は、家畜としての牛、つまり乳牛及び肉牛の複数の活動状態を一括して管理する活動状態管理システムを提供する。

本発明には以下の態様の発明が含まれる。
［１］
管理区域内の牛に装着される活動状態センサモジュールであって、３軸加速度センサを備えた前記活動状態センサモジュールと、
牛の複数の活動状態に応じてそれぞれ異なる測定パターンを示す前記３軸加速度センサの測定値を基に、牛の複数の活動状態を判断する活動状態判断部と
を有する牛の活動状態管理システム。
［２］
前記管理区域に設けられた位置情報センサからの情報を基に、牛の位置を判断する位置判断部をさらに有し、
前記活動状態判断部は、
（i）前記位置判断部により牛が前記管理区域の餌場に居ると判断され、且つ前記３軸加速度センサの測定値が牛の採食時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が採食活動を行っていると判断する採食判断部、
（ii）前記位置判断部により牛が前記管理区域の飲水場に居ると判断され、且つ前記３軸加速度センサの測定値が牛の飲水時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が飲水活動を行っていると判断する飲水判断部、
（iii）前記３軸加速度センサの測定値が牛の歩行時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が歩行活動を行っていると判断する歩行判断部、
（iv）前記３軸加速度センサの測定値が牛の横臥時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が横臥状態にあると判断する横臥判断部、
（v）前記３軸加速度センサの測定値が牛の走行時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が走行活動を行っていると判断する走行判断部、
（vi）前記３軸加速度センサの測定値が牛の静止時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が静止状態にあると判断する静止判断部、
（vii）前記３軸加速度センサの測定値を基に、牛の単位時間当たりの歩行量及び走行量が、連続した複数期間の間所定の閾値以上である場合に、その牛が発情活動を行っていると判断する発情判断部、及び
（viii）前記３軸加速度センサの測定値が牛の反芻時に特有の測定パターンを示している時に、対象となる牛が反芻活動を行っていると判断する反芻判断部
からなる群から選ばれる少なくとも２つの判断部を含む、［１］に記載の活動状態管理システム。
［３］
前記活動状態判断部は、前記採食判断部、前記飲水判断部、前記横臥判断部、及び前記発情判断部を含む、［２］に記載の活動状態管理システム。
［４］
前記活動状態判断部及び前記位置判断部を備えた管理端末をさらに有し、
前記判断された牛の活動状態は、牛の識別子及び／又は活動状態センサモジュールの識別子並びに測定日時の情報と関連付けて、前記管理端末のデータベース及び／又はクラウド上のデータベースに追加される、［２］又は［３］に記載の活動状態管理システム。
［５］
前記管理端末は、前記管理区域に設けられた温度センサ、湿度センサ、電力センサ、及び水量センサのうちの少なくとも１つから取得した情報に基づき、前記管理区域の環境状態を判断する環境状態判断部を有する、［２］〜［４］のいずれかに記載の活動状態管理システム。
［６］
管理区域に設けられた位置情報センサからの情報を基に、牛の位置を判断する位置判断部としてコンピュータを機能させ、さらに、
（i）前記位置判断部により牛が前記管理区域の餌場に居ると判断され、且つ前記３軸加速度センサの測定値が牛の採食時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が採食活動を行っていると判断する採食判断部、
（ii）前記位置判断部により牛が前記管理区域の飲水場に居ると判断され、且つ前記３軸加速度センサの測定値が牛の飲水時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が飲水活動を行っていると判断する飲水判断部、
（iii）前記３軸加速度センサの測定値が牛の歩行時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が歩行活動を行っていると判断する歩行判断部、
（iv）前記３軸加速度センサの測定値が牛の横臥時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が横臥状態にあると判断する横臥判断部、
（v）前記３軸加速度センサの測定値が牛の走行時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が走行活動を行っていると判断する走行判断部、
（vi）前記３軸加速度センサの測定値が牛の静止時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が静止状態にあると判断する静止判断部、
（vii）前記３軸加速度センサの測定値を基に、牛の単位時間当たりの歩行量及び走行量が、連続した複数期間の間所定の閾値以上である場合に、その牛が発情活動を行っていると判断する発情判断部、及び
（viii）前記３軸加速度センサの測定値が牛の反芻時に特有の測定パターンを示している時に、対象となる牛が反芻活動を行っていると判断する反芻判断部
からなる群から選ばれる少なくとも２つの判断部としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラム。

本発明の一実施形態に係る活動状態管理システムは、牛の複数の活動状態を一括して管理することを可能にし、牛の体調や活動状態の管理等を容易にする。

本発明の一実施形態に係る活動状態管理システムの概念図である。 本発明の一実施形態に係る活動状態センサモジュールのブロック図である。 本発明の一実施形態に係る管理端末のブロック図である。 本発明の一実施形態に係る管理端末によるフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る画面インターフェースの例である。 本発明の一実施形態に係る画面インターフェースの例である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る乳牛及び肉牛の活動状態管理システムについて詳細に説明する。

＜活動状態管理システム１＞
本発明の一実施形態に係る乳牛及び肉牛（以下単に「牛」という。）の活動状態管理システム１は、牛の複数の活動状態を一括して管理するシステムである。該複数の活動状態には、採食活動、飲水活動、歩行活動、走行活動、横臥状態、静止状態、発情活動、及び反芻活動からなる群から選ばれる少なくとも２つの活動状態が含まれる。

図１は、活動状態管理システム１の概念図である。図１に示すように、活動状態管理システム１は、牛舎や牧場等の管理区域１０内の１頭以上の牛Ａ〜Ｅに装着される活動状態センサモジュール２０と、活動状態センサモジュール２０からの情報を処理し、牛の活動状態管理や体調管理等を行う管理端末３０とを含む。活動状態センサモジュール２０の詳細については後述する。

管理端末３０は、ＣＰＵ、主記憶装置、補助記憶装置、及びネットワークモジュール等を備えた汎用のコンピュータ又はサーバーコンピュータであり、インストールされたプログラム及びソフトウェアとの協働により実現される各種機能部を有する。管理端末３０の機能部の詳細については後述する（図３）。

ここで、管理端末３０の後述する機能部（総称して活動状態判断部）（３０１〜３０８）は、活動状態センサモジュール２０内のＣＰＵを含む制御部（２４）により実現されるものであってもよい。つまり、管理端末３０は、活動状態センサモジュール２０により判断された牛の活動状態に関する情報を取得し、管理端末３０内のデータベース（３１３）及び／又はネットワーク４０（インターネット）を介してクラウド上のデータベース６０に格納するようにしてもよい。

活動状態管理システム１には、活動状態センサモジュール２０と無線通信し、管理端末３０と有線又は無線により通信するルーターとしての中継機１７が含まれていてもよい。その場合、中継機１７は、管理区域１０内（又は外）に１つ又は複数個設置され、管理区域１０全体をカバーするようにするとよい。

中継機１７と活動状態センサモジュール２０との間の無線通信は、Wi-Fi（登録商標）などの無線ＬＡＮ、ＰＨＳ（登録商標）、Bluetooth（登録商標）、又はZigBee（登録商標）等の規格に基づくものであってもよい。また、中継機１７と管理端末３０との間は、上記規格に基づく無線通信であってもよいし、シリアル通信やイーサネット（登録商標）等の規格に基づく有線通信であってもよい。なお、中継機１７を設けずに、中継機管理端末３０と活動状態センサモジュール２０とが無線により直接通信するようにしてもよい。

活動状態管理システム１は、管理区域１０内の牛の位置を検知する位置情報センサ１１や、管理区域１０内の各種環境状態（気温、湿度、風向き及び強さ、使用電力量、使用水量等）を測定し、その情報を管理端末３０に送信する複数のセンサ１２〜１６をさらに含んでいてもよい。管理区域１０の各種環境状態を測定するためのセンサとして、温度センサ１２、湿度センサ１３、風速センサ１４、電力センサ１５、及び水量センサ１６のうちの１つ以上を用いることができる。これらのセンサ１１〜１６は、無線又は有線により、直接又は中継機１７を介して管理端末３０と通信する。

また、位置情報センサ１１、温度センサ１２、湿度センサ１３、風速センサ１４、電力センサ１５、及び水量センサ１６それぞれの配置数や配置位置は、管理区域１０の広さ、管理区域のエリアの数等に応じて調整される。

位置情報センサ１１は、位置情報センサ１１が設けられた所定のエリア内に牛がいるかどうかを検知する。その際に、位置情報センサ１１は、所定のエリア内にいる牛の識別子及び／又は活動状態センサモジュール２０の識別子と、位置情報センサ１１それ自身の識別子と、及び検知日時の情報とを関連付けて、管理端末３０に送信する。例えば、管理区域１０内の全域又は所定のエリア（餌場や飲水場、牛床等）１０Ａに位置情報センサ１１を設けて、餌場や飲水場、牛床に牛がいるかどうか検知することができる。詳細には後述するが、位置情報センサ１１からの情報は、管理端末３０による牛が採食活動や飲水活動を行っているかどうかの判断をサポートするのに用いられる。

位置情報センサ１１は、牛を検知するための赤外線センサや、カメラで牛を撮影し所定の画像処理をすることで牛を検知する検出手段を採用してもよいし、特開２００７−２５６０５１号公報や特開２０１２−８３３３９号公報、特開２０１３−１０１０９３号公報等に記載の１つ又は複数の漏洩同軸ケーブルを用いた検知技術を採用してもよい。また、位置情報センサ１１として牛の位置を検知するのにＧＰＳ技術を用いてもよいが、この場合、位置情報センサ１１としてのＧＰＳ受信機を活動状態センサモジュール２０内に組み込んでおき、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ衛星から受信した信号に係る情報を管理端末３０に送信し、管理端末３０（後述する位置判断部３０９）が活動状態センサモジュール２０の位置（牛の位置）を判断するようにしてもよい。

位置情報センサ１１として漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）を用いた技術を採用する場合、管理区域１０内の全域又は所定のエリアに１本又は複数本のＬＣＸを敷設し、各ＬＣＸの一端又は両端に接続された送受信機能を有するアクセスポイントと該アクセスポイントの制御装置としての管理端末３０とを接続する。そして、管理端末３０（後述する位置判断部３０９）が、該アクセスポイントの送信出力を調整して、活動状態センサモジュール２０から受信した情報を基に、活動状態センサモジュール２０の位置を特定する。なお、管理端末３０の他に、アクセスポイントの送信出力等を制御する制御装置を別途設け、該制御装置からの情報を基に、管理端末３０が各活動状態センサモジュール２０の位置を判断する。

温度センサ１２は、その周囲の気温を測定し、その情報を温度センサ１２の識別子や測定日時と関連付けて管理端末３０に送信する。湿度センサ１３は、その周囲の湿度を測定し、その情報を湿度センサ１３の識別子や測定日時と関連付けて管理端末３０に送信する。

風速センサ１４は、その周囲の風の強さ及び方向を測定し、その情報を風速センサ１４の識別子や測定日時と関連付けて管理端末３０に送信に送信する。電力センサ１５は、管理区域１０で消費された電力を測定し、その情報を管理端末３０に送信する。水量センサ１６は、管理区域１０で使用された水量を測定し、その情報を管理端末３０に送信する。

また、ＰＣ、スマートフォン、又はタブレット端末等のユーザ端末５０、５１が、インターネット、ＬＡＮ、又はＷＡＮ等のネットワーク４０を介して管理端末３０の情報（データベース３１３）及び／又はクラウド上のデータベース６０にアクセスできるようにしてもよい。この際、ユーザ端末５０、５１は、ウェブブラウザ又は所定のアプリケーションを通じて、管理端末３０のデータベース３１３及び／又はクラウド上のデータベース６０にアクセスできるようにしてもよい。

＜活動状態センサモジュール２０＞
活動状態センサモジュール２０は、牛の加速度並びに周囲の温度及び気圧を測定する複数のセンサを含むセンサモジュールである。活動状態センサモジュール２０は、バッテリー及びアンテナ（不図示）を搭載し自ら無線通信を行うアクティブなセンサモジュールであり、例えばリーダによる情報の読出し等を必要としない。

活動状態センサモジュール２０の牛への装着位置は、限定されるものではないが牛の首部分に首輪等を用いて取り付けることができる。牛の活動状態に起因する加速度の変化や高さ位置の変化等を精度よく測定するために、好ましくは活動状態センサモジュール２０を牛の喉の付近に取り付けるとよい。また、活動状態センサモジュール２０は、牛の体内埋め込み型とすることもできる。

図２は、活動状態センサモジュール２０のブロック図である。図２に示すように、活動状態センサモジュール２０は、３軸加速度センサ２１、気圧センサ２２、温度センサ２３、制御部２４、記憶部２５、通信部２６、及びタイマ２７を含む。活動状態センサモジュール２０の気圧センサ２２及び／又は温度センサ２３は任意の要素である。また、活動状態センサモジュール２０は、不図示の角速度センサ（ジャイロスコープや光ファイバジャイロ等）をさらに備えていてもよい。

また、活動状態センサモジュール２０の識別子及び／又はそれが装着される牛の識別子が記憶部２５に格納されており、活動状態センサモジュール２０から管理端末３０に情報（測定値）を送る際に、活動状態センサモジュール２０の識別子及び／又は牛の識別子並びにタイマ２７から得られる測定日時に関連付けて送る。これにより、管理端末３０は、牛、その牛の活動状態、及びその活動状態等の測定日時を識別して管理することができる。なお、管理端末３０にて管理状態センサモジュール２０の識別子とそれが装着された牛の識別子とを予め関連付けておき、活動状態センサモジュール２０が自身の識別子を管理端末３０に送信し、管理端末３０がその情報を基に牛の識別子を調べ、牛の識別子と関連付けて各種データを管理するようにしてもよい。

３軸加速度センサ２１は、所定の時間毎に（例えば数十ミリ秒）、牛の前後（Ｘ軸）、左右（Ｙ軸）、及び上下（Ｚ軸）方向の加速度を測定し、その情報を制御部２４に出力する。気圧センサ２２は、所定の時間毎に（例えば数十ミリ秒）、数ｃｍ単位の気圧変化を検出することができる高精度及び高分解能の気圧センサであり、活動状態センサモジュール２０の高さ位置における気圧を測定し、その気圧に対応する高さ位置の情報を制御部２４に出力する。温度センサ２３は、所定の時間毎に（例えば数秒）、温度センサ２３付近の温度を測定し、その情報を制御部２４に出力する。

制御部２４は、ＣＰＵやＩ／Ｏ等を含み、３軸加速度センサ２１、気圧センサ２２、及び温度センサ２３で測定された情報（測定値）を入力し、その情報を記憶部２５に記憶させる処理や、該測定値と、活動状態センサモジュール２０の識別子及び／又は牛の識別子並びに測定日時の情報とを関連付けて所定のフォーマットにした後、通信部２６に出力する処理を行う。なお、上述したように、後述する牛の活動状態を判断する管理端末３０の各機能部（総称して活動状態判断部）を、活動状態センサモジュール２０の制御部２４が担うようにしてもよい。

記憶部２５は、不揮発性メモリ等を含み、牛の識別子や制御部２４による処理に必要な各種プログラム及びソフトウェアを記憶したり、活動状態センサモジュール２０から取得した情報を一時的に記憶しておく。

通信部２６は、データの送受信機能を備え、所定の期間毎に又は管理端末３０からの要求に応じて、制御部２４により牛の識別子及び測定日時と関連付られた各センサ２１〜２３からの情報（測定値）を、無線通信により中継機１７を介して管理端末３０へ送信する。また、位置情報センサ１１として漏洩同軸ケーブルを用いた技術を採用する場合、通信部２６は漏洩同軸ケーブルから漏れ出る電界強度を受信し、制御部２４は受信した電界強度の情報を牛の識別子と関連付ける等の処理を行い、そして通信部２６は処理後の情報を漏洩同軸ケーブルに接続されたアクセスポイントに送信する。アクセスポイントの制御装置としての管理端末３０は、受信した情報を基に、活動状態センサモジュール２０の位置を判断する。

また、活動状態センサモジュール２０は、牛の体温、心拍、又は筋電信号等を測定する生体センサをさらに備えていてもよい。これらの生体センサによる情報（測定値）も管理端末３０に送り、管理端末３０は、牛の活動状態の判断及び牛の体調管理をサポートするために、これらの情報を参考にしてもよい。

＜管理端末３０＞
図３は、管理端末３０の機能ブロック図である。

管理端末３０は、補助記憶装置にインストールされたプログラム及びソフトウェアに応じて実現される機能部として、採食判断部３０１、飲水判断部３０２、歩行判断部３０３、横臥判断部３０４、走行判断部３０５、静止判断部３０６、発情判断部３０７、及び反芻判断部３０８のうちの少なくとも２つを含む。好ましくは、管理端末３０は、採食判断部３０１、飲水判断部３０２、横臥判断部３０４、及び発情判断部３０７を少なくとも含む。ここで、採食判断部３０１、飲水判断部３０２、歩行判断部３０３、横臥判断部３０４、走行判断部３０５、静止判断部３０６、発情判断部３０７、及び反芻判断部３０８は、牛の活動状態を判断する機能部であるため、これらを総称して活動状態判断部という。上述したように、活動状態判断部は、活動状態センサモジュール２０の制御部２４が担うようにしてもよい。

また、管理端末３０は、機能部として、管理区域１０に設けられた位置検出センサ１１からの情報を基に、各活動状態センサモジュール２０の位置（牛の位置）を判断する位置判断部３０９や、管理区域１０に設けられた各種センサ１２〜１６からの情報を基に、管理区域１０の環境状態（気温、湿度、風向きと強さ、電力使用量、及び水使用量など）を判断する環境状態判断部３１０を含む。

さらに、管理端末３０は、ネットワーク４０を介して各活動状態センサモジュール２０及び各種センサ１１〜１６と通信する機能を備えた通信部３１１、活動状態センサモジュール２０及び各種センサ１１〜１６から取得した情報等を記憶する記憶部３１２、並びに各種情報を所定のフォーマットに則り液晶ディスプレイ等の画面上に表示する機能を有する表示部３１４を含む。

記憶部３１２には、各種判断部３０１〜３１０による処理後のデータを含むデータベース３１３も格納されている。データベース３１３は、限定されないが、牛の識別子及び／又は活動状態センサモジュール２０の識別子のフィールド、測定日時のフィールド、活動状態の種類のフィールド、位置情報のフィールド、及び環境状態のフィールドを有するテーブルとして管理してもよい。

採食判断部３０１は、主として３軸加速度センサ２１からの情報（測定値）及び管理区域１０内の餌場エリアに設けられた位置情報センサ１１からの情報に基づき位置判断部３０９によって判断された牛の位置情報を基に、牛が採食活動中であるかどうかを判断する。一般的に、牛は採食時に、草を舌で巻き込み口に入れ、下顎の切歯と上顎の歯床板で挟み、頭部を前後左右に小刻みに振って草を引きちぎり、この動作を数回行った後咀嚼し嚥下する。このことから、採食判断部３０１は、３軸加速度センサ２１の情報が牛の採食時に特有の小刻みな動きの測定パターンを示し、且つ位置判断部３０９により餌場エリアにその牛が居ると判断されている時に、その牛が採食活動を行っていると判断する。なお、採食判断部３０１は、その他のセンサの情報も採食活動の判断に用いることができる。例えば、一般的に牛は牧草を食べるために頭を低い位置に下げて牧草のにおいを嗅ぎながら歩くことから、放牧地である管理区域１０において牛の頭部が所定の時間継続して低い場合には、その牛が採食活動を行っている蓋然性が高い。そのため、採食判断部３０１は、気圧センサ２２から得られた牛の頭部（首部）の高さ位置の情報を採食活動の判断に用いることができる。

飲水判断部３０２は、主として３軸加速度センサ２１からの情報（測定値）及び管理区域１０内の飲水エリアに設けられた位置情報センサ１１からの情報に基づき位置判断部３０９によって判断された牛の位置情報を基に、牛が飲水活動中であるかどうかを判断する。一般的に、牛は飲水時に頭の位置を下げ、口（特に下顎部）を上下左右に動かす。このことから、飲水判断部３０２は、３軸加速度センサ２１の情報から牛の飲水時に特有の小刻みな動きの測定パターンを示し、且つ位置判断部３０９により飲水エリアにその牛が居ると判断されている時に、その牛が飲水活動を行っていると判断する。なお、飲水判断部３０２は、その他のセンサの情報も用いて採食活動を判断するようにしてもよい。例えば、飲水場が所定の高さ位置にあり、牛が飲水時に頭をその高さ位置にして水を飲む場合には、飲水判断部３０２は、気圧センサ２２から得られた牛の頭部（首部）の高さ位置の情報を飲水活動の判断に用いることができる。

歩行判断部３０３は、主として３軸加速度センサ２１からの情報（測定値）を基に、牛が歩行活動中であるかどうかを判断する。一般的に、牛は歩行の際に、一方の前足を移動方向の地面に向けて送り出し、その足が着地すると、他方の前足を移動方向の地面に向けて送り出す動作を行い、これを繰り返すことで歩いて移動する。このことから、歩行判断部３０３は、３軸加速度センサ２１の情報が牛の歩行時に特有の動きの測定パターンを示している時に、その牛が歩行活動を行っていると判断する。

横臥判断部３０４は、主として３軸加速度センサ２１からの情報（測定値）を基に（及び角速度センサからの情報も用いてもよい）、牛が横臥状態にあるかどうかを判断する。一般的に、牛が移動せずに上下動が小さい場合には、牛は横臥状態にあると考えられ、横臥判断部３０４においても、牛の動きの加速度及び角速度から牛の横臥状態を推定する公知のアルゴリズム（特開2016-043121）を用いてもよい。また、管理区域１０内の牛床エリアに設けられた位置情報センサ１１からの情報に基づき位置判断部３０９によって牛が牛床に居ると判断され、且つ３軸加速度センサ２１（任意で角速度センサも）からの情報を基に牛が牛が移動せずに上下動が小さい場合には、横臥判断部３０４は、牛が横臥状態にあると判断してもよい。さらに、牛が横臥している際は、牛の頭部（首部）の位置は低い位置にあることから、横臥判断部３０４は、気圧センサ２２からの情報を横臥状態を判断するために用いてもよい。

走行判断部３０５は、主として３軸加速度センサ２１からの情報を基に、牛が走っている状態（走行活動）にあるかどうかを判断する。一般的に、牛の走行活動による３軸加速度センサ２１の情報は、歩行活動と同様の測定パターンを示すが、その強度が相対的に大きくなる。そのため、走行判断部３０３は、３軸加速度センサ２１の情報が牛の走行時に特有の動きの測定パターンを示している時に、その牛が走行活動を行っていると判断する。

静止判断部３０６は、主として３軸加速度センサ２１からの情報（測定値）を基に、牛が静止状態にあるかどうかを判断する。例えば、一般的に、牛がじっとして起立又は横臥したまま動かない場合には、牛が静止状態にあると考えられる。このようにして、静止判断部３０３は、３軸加速度センサ２１からの情報を基に、その牛が静止状態にあると判断する。

発情判断部３０７は、主として３軸加速度センサ２１からの情報（測定値）を基に、牛が発情状態（発情活動）にあるかどうかを判断する。一般的に、牛が発情状態になると、牛の単位時間当たりの歩行量及び走行量（動きの総量）が発情状態ではない時期と比べて増加し、また横臥や静止の時間も減少する。ここで、発情とは、牛が生殖活動にともなう興奮状態にある状態をいう。このことから、発情判断部３０７は、３軸加速度センサ２１からの情報を基に、牛の単位時間当たりの歩行量及び走行量（動きの総量）が、連続した複数期間（例えば３期間）の間所定の閾値以上である場合に、その牛が発情状態にあると判断する。また、牛の通常の興奮状態と区別するために、牛の発情周期が２１日であるため、前回の発情から２１日前後の期間に、発情判断部３０７が作動するようにしてもよい。

反芻判断部３０８は、主として３軸加速度センサ２１からの情報（測定値）を基に、牛が反芻活動中であるかどうかを判断する。一般的に、牛の反芻は牛が立っている状態や横になっている状態でみられ、いったん摂食した草を第一胃から食塊にして口に戻し、下顎を左右に動かして臼歯でその食塊を噛み直し、１つの食塊につき４０〜５０回程度の噛み直しを行った後嚥下する。そのため、３軸加速度センサ２１からの情報は、食塊を第一胃から口の中に戻した後頭部が４０〜５０回程度小刻みに動いた後に動きが一旦停止し食塊が嚥下され、再び食塊を第一胃から口に戻した後４０〜５０回程度動いた後に停止し嚥下するという動きに応じて規則的に変化する測定パターンことを示す。このことから、反芻判断部３０８は、３軸加速度センサ２１からの情報が牛の反芻時に特有の動きの測定パターンを示している時に、牛が反芻活動を行っていると判断する。

位置判断部３０９は、管理区域１０の所定のエリア内に設けられた位置情報センサ１１からの情報を基に、該エリア内に位置する各活動状態センサモジュール２０の位置を判断する。ここで、例として位置情報センサ１１が、餌場（又は飲水場や牛床）に敷設された一対の漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）を用いた技術である場合について説明する。一般的に、ＬＣＸの端部に接続されたアクセスポイントから離れるほど、またＬＣＸから離れるほど活動状態センサモジュール２０で検出される電界強度が低下する。例えば、アクセスポイントからＬＣＸに沿ってＬだけ離れ、且つＬＣＸに直交する方向にＤだけ離れた位置にある活動状態センサモジュール２０が検出する電界強度Ｅは、Ｅ＝｛Ｇ×Ｐ［ｋ／（Ｒ×Ｌ）］／Ｄ｝^１／２である。ここで、上記式中、Ｇは使用するＬＣＸにより定まる放射利得（受信感度）、Ｐはアクセスポイントの送信出力、ｋはＬＣＸの材質や構造等により定まる定数、ＲはＬＣＸの高周波純抵抗である。上記式より、各ＬＣＸについてＧ、ｋ及びＲの値を予め経験的に求めておき、測定される電界強度Ｅの値と各ＬＣＸの各アクセスポイントの送信出力Ｐの値から、活動状態センサモジュール２０の位置を一意に特定することができる。例えば、管理端末３０の位置判断部３０９は、それぞれのＬＣＸに流す各アクセスポイントの送信出力（各アクセスポイントの識別子の情報が含まれる）を徐々に上げていき、それぞれの送信出力がある値の時に活動状態センサモジュール２０でそれぞれのＬＣＸからの電界強度（Ｅ１、Ｅ２）を識別して検出し、その情報が活動状態センサモジュール２０（又は牛）の識別子とともに管理端末３０に送られる。位置判断部３０９は、活動状態センサモジュール２０から受信した各アクセスポイントに関する検出した電界強度の情報及び活動状態センサモジュール２０の識別子の情報を基に、該活動状態センサモジュール２０の位置を判断する。位置判断部３０９は、各活動状態センサモジュール２０の位置の情報を所定の周期（例えば１秒ごと）で取得し、各活動状態センサモジュール２０の識別子や測定日時と関連付けて記憶部３１２のデータベース３１３及び／又はクラウド上のデータベース６０に記憶させておく。

管理端末３０は、所定の時間間隔ごとに（又は管理端末３０の要求時に）、各牛に取り付けられた活動状態センサモジュール２０及び管理区域１０に設けられた各種センサ１１〜１６から各種情報を取得し、記憶部３１２で一次的に記憶し、その情報を基に各種判断部３０１〜３１０で牛の活動状態や管理区域１０の環境状態等を判断し、その結果を記憶部３１２のデータベース３１３及び／又はクラウド上のデータベース６０に追加する。

複数の種類の牛の活動状態に関するデータベース３１３及び／又はクラウド上のデータベース６０を構築することで（ビッグデータ化）、牛の発情及び疾病等の前触れとなる牛の活動状態を解析し、牛の発情及び疾病、搾乳量への影響等に対する精度良い予測等を可能にする。

図４は、このような一連の流れを示す管理端末３０によるフローチャートである。図４のスタートからエンドまでの流れは、所定の時間間隔で繰り返され、データベース３１３及び／又はクラウド上のデータベース６０が構築される。

図４に示すように、まずステップＳ４０１で、管理端末３０は、所定の時間間隔ごとに（又は管理端末３０の要求時に）、各牛に装着された活動状態センサモジュール２０から各種情報を取得し、記憶部３１２にて一時的に記憶する。

ステップＳ４０２で、管理端末３０は、Ｓ４０１で取得した情報を、採食判断部３０１、飲水判断部３０２、歩行判断部３０３、横臥判断部３０４、走行判断部３０５、静止判断部３０６、発情判断部３０７、及び反芻判断部３０８において処理し、牛の行動が、採食、飲水、歩行、横臥、走行、静止、発情、及び反芻の８種類のうちどの活動状態に当てはまるかを判断する。

ステップＳ４０３で、管理端末３０は、Ｓ４０２で判断した牛の活動状態に関する情報を、その牛の識別子及び／又は活動状態センサモジュール２０の識別子並びに活動状態を測定した日時の情報に関連付けて、記憶部３１２のデータベース３１３及び／又はクラウド上のデータベース６０に追加する。

ステップＳ４０４で、管理端末３０は、所定の時間間隔ごとに（又は管理端末３０の要求時に）、管理区域１０に設けられた各種センサ１２〜１６から各種情報を取得し、記憶部３１２にて一時的に記憶する。

ステップＳ４０５で、管理端末３０は、Ｓ４０４で取得した情報を、環境状態判断部３０９にて処理し、管理区域１０の環境状態（気温、湿度、風向きや強さ、電力使用量、及び水使用量）を判断する。

ステップＳ４０６で、管理端末３０は、Ｓ４０５で判断した環境状態に関する情報を、日時情報と関連付けて記憶部３１２のデータベース３１３及び／又はクラウド上のデータベース６０に追加する。

ステップＳ４０７で、管理端末３０は、所定の間隔で又はユーザ端末５０、５１からの要求に応じて、ユーザ端末５０、５１にデータベース３１３及び／又はクラウド上のデータベース６０から抽出した情報を送信し、ユーザ端末５０、５１の画面上に所定のインターフェースにのっとり各種情報を表示する。該所定のインターフェースについては後述する。

なお、ステップＳ４０１〜Ｓ４０７の順番はこの順に限定されるものではなく、適宜変更されてもよい。

ここで、管理端末３０の表示部３１４により提供される、ユーザ端末５０、５１の画面上に表示されるユーザインターフェースの一例について、図５及び６を用いて説明する。

図５に示すユーザインターフェース５００は、牛ごとの活動量等を表示する画面であり、牛の個体データ（識別子、牛番号、性別、毛色、受胎状態、名前、出生日、購入日、売却日等）を表示する画面へアクセスするためのボタン５０１、牛の搾乳量（一日毎の量、ひと月の総量等）を表示する画面へアクセスするためのボタン５０２、牛の一日の活動状態の種類及び活動量（活動時間、静止や横臥の場合はその状態にある時間）の内訳をグラフ表示する欄５０３、昨日の活動種類ごとの総量を表示する欄５０４、選択した牛のひと月のある活動種類に対する活動量の変化をグラフ表示する欄５０５、並びに、選択した牛の発情に関する活動量の指標やその信頼度を表示する欄５０６などが含まれる。

また、図６に示すユーザインターフェース６００は、管理区域１０ごとのストレス指数、気温、及び湿度を表示する欄６０１〜６０３、各管理区域のストレス指数のひと月の推移をグラフ表示する欄６０４、各管理区域の気温のひと月の推移をグラフ表示する欄６０５、各管理区域の湿度のひと月の推移をグラフ表示する欄６０６、並びに、各管理区域の電力使用量及び水使用量の総量を表示する欄６０７などが含まれる。

なお、ストレス指数は、温湿指数（Temperature-Humidity Index（ＴＨＩ））であり、例えば次の式から求められる。
ＴＨＩ＝０．８Ｔ＋０．０１Ｈ（Ｔ−１４．３）＋４６．３Ｔ
ここで、Ｔは温度（℃）、Ｈは湿度（％）を表す。牛の場合はＴＨＩが７２以下で快適、７３〜８０でやや暑い、８０〜９０で暑い、９０〜９８で厳しい暑さ、そして９８以上で危険とされている。ＴＨＩが７３を超えると牛はストレスを感じ、乳量及び乳質の低下が起こり、１〜２割の乳量低下が生じることがある。そのため、ユーザは、ユーザインターフェース６００を通じて各管理区域のストレス指数を一覧することができ、各管理区域の環境状態の改善が可能となる。

（その他）
本発明の一実施形態に係る活動状態管理システムの管理端末は、機能部として解析部を有し、該解析部が、牛の発情活動を自動的にチェックすることにより繁殖遅延の問題を低減することができる。また、データベースを解析し、静止状態や横臥状態の時間が増加している牛は乳房炎などの疾病を患っている可能性があり、そのような牛を早期に発見し、早期に治療を行うことが可能となる。

また、本発明の他の実施形態は、牛に装着された３軸加速度センサ及び気圧センサの測定値を基に、上記採食判断部３０１、飲水判断部３０２、歩行判断部３０３、横臥判断部３０４、走行判断部３０５、静止判断部３０６、発情判断部３０７、及び反芻判断部３０８からなる群から選ばれる少なくとも２つの判断部としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラムに関する。該コンピュータプログラムは、上記活動状態センサモジュール２０又は管理端末３０にインストールされていてもよい。

また、本発明の他の実施形態は、上述した管理端末３０の各種機能部を実現するサーバーをクラウド上に設け、該サーバーが牛の各種活動状態の判断を行うようにしてもよい。

上記発明の詳細な説明で説明される寸法、材料、形状、構成要素の相対的な位置等は任意であり、本発明が適用される装置やシステム等の構造又は様々な条件に応じて変更される。また、本発明は、具体的に記載された上記実施形態に限定されるものではない。

１ 活動状態管理システム
１０ 管理区域
１０Ａ 管理区域内の所定のエリア
２０ 活動状態センサモジュール
２１ ３軸加速度センサ
２２ 気圧センサ
２３ 温度センサ
２４ 制御部
２５ 記憶部
２６ 通信部
２７ タイマ
３０ 管理端末
３０１ 採食判断部
３０２ 飲水判断部
３０３ 歩行判断部
３０４ 横臥判断部
３０５ 走行判断部
３０６ 静止判断部
３０７ 発情判断部
３０８ 反芻判断部
３０９ 位置判断部
３１０ 環境状態判断部
３１１ 通信部
３１２ 記憶部
３１３ データベース
３１４ 表示部
４０ ネットワーク
５０ ユーザ端末
５１ ユーザ端末
６０ クラウド上のデータベース

Claims (6)

1. 管理区域内の牛に装着される活動状態センサモジュールであって、３軸加速度センサを備えた前記活動状態センサモジュールと、
   牛の複数の活動状態に応じてそれぞれ異なる測定パターンを示す前記３軸加速度センサの測定値を基に、牛の複数の活動状態を判断する活動状態判断部と
   を有する牛の活動状態管理システムであって、
   前記管理区域に設けられた位置情報センサからの情報を基に、牛の位置を判断する位置判断部をさらに有し、
   前記活動状態判断部は、
   （i）前記位置判断部により牛が前記管理区域の餌場に居ると判断され、且つ前記３軸加速度センサの測定値が牛の採食時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が採食活動を行っていると判断する採食判断部、
   （ii）前記位置判断部により牛が前記管理区域の飲水場に居ると判断され、且つ前記３軸加速度センサの測定値が牛の飲水時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が飲水活動を行っていると判断する飲水判断部、
   （iii）前記３軸加速度センサの測定値が牛の歩行時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が歩行活動を行っていると判断する歩行判断部、
   （iv）前記３軸加速度センサの測定値が牛の横臥時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が横臥状態にあると判断する横臥判断部、
   （v）前記３軸加速度センサの測定値が牛の走行時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が走行活動を行っていると判断する走行判断部、
   （vi）前記３軸加速度センサの測定値が牛の静止時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が静止状態にあると判断する静止判断部、
   （vii）前記３軸加速度センサの測定値を基に、牛の単位時間当たりの歩行量及び走行量が、連続した複数期間の間所定の閾値以上である場合に、その牛が発情活動を行っていると判断する発情判断部であって、牛の発情周期に合わせて作動する前記発情判断部、及び
   （viii）前記３軸加速度センサの測定値が牛の反芻時に特有の測定パターンを示している時に、対象となる牛が反芻活動を行っていると判断する反芻判断部
   を含み、
   前記活動状態判断部及び前記位置判断部を備えた管理端末をさらに有し、
   前記判断された牛の活動状態は、牛の識別子及び／又は活動状態センサモジュールの識別子並びに測定日時の情報と関連付けて、前記管理端末のデータベース及び／又はクラウド上のデータベースに追加され、
   前記管理端末は、前記管理端末のデータベース及び／又はクラウド上のデータベースから抽出した情報をユーザ端末に送信し、
   前記ユーザ端末は、前記管理端末から受信した情報に基づき、牛ごとに、一日の採食活動、飲水活動、歩行活動、横臥状態、走行活動、静止状態、及び反芻活動それぞれの活動量を表示する、前記活動状態管理システム。
2. 前記ユーザ端末は、前記管理端末から受信した情報に基づき、牛ごとに、採食活動、飲水活動、歩行活動、横臥状態、走行活動、静止状態、及び反芻活動それぞれの活動量を一日の時系列にそって表示し、
   前記ユーザ端末は、前記管理端末から受信した情報に基づき、牛ごとに、採食活動、飲水活動、歩行活動、横臥状態、走行活動、静止状態、及び反芻活動のうちの少なくとも１つの活動量の日ごとの推移をさらに表示する、請求項１に記載の活動状態管理システム。
3. 前記ユーザ端末は、牛の発情に関する活動量の指標をさらに表示する、請求項２に記載の活動状態管理システム。
4. 前記管理端末は、前記管理区域に設けられた温度センサ、湿度センサ、電力センサ、及び水量センサのうちの少なくとも１つから取得した情報に基づき、前記管理区域の環境状態を判断する環境状態判断部を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の活動状態管理システム。
5. 前記活動状態センサモジュールは、気圧センサを含み、
   前記気圧センサは、その高さ位置における気圧を測定し、前記気圧に対応する高さ位置の情報を生成し、
   前記活動状態判断部は、前記３軸加速度センサの測定値及び前記高さ位置の情報を基に、牛の複数の活動状態を判断する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の活動状態管理システム。
6. 管理区域に設けられた位置情報センサからの情報を基に、牛の位置を判断する位置判断部として管理端末を機能させ、さらに、
   （i）前記位置判断部により牛が前記管理区域の餌場に居ると判断され、且つ前記管理区域内の牛に装着される活動状態センサモジュールに含まれる３軸加速度センサの測定値が牛の採食時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が採食活動を行っていると判断する採食判断部、
   （ii）前記位置判断部により牛が前記管理区域の飲水場に居ると判断され、且つ前記３軸加速度センサの測定値が牛の飲水時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が飲水活動を行っていると判断する飲水判断部、
   （iii）前記３軸加速度センサの測定値が牛の歩行時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が歩行活動を行っていると判断する歩行判断部、
   （iv）前記３軸加速度センサの測定値が牛の横臥時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が横臥状態にあると判断する横臥判断部、
   （v）前記３軸加速度センサの測定値が牛の走行時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が走行活動を行っていると判断する走行判断部、
   （vi）前記３軸加速度センサの測定値が牛の静止時に特有の測定パターンを示している時に、その牛が静止状態にあると判断する静止判断部、
   （vii）前記３軸加速度センサの測定値を基に、牛の単位時間当たりの歩行量及び走行量が、連続した複数期間の間所定の閾値以上である場合に、その牛が発情活動を行っていると判断する発情判断部であって、牛の発情周期に合わせて作動する前記発情判断部、及び
   （viii）前記３軸加速度センサの測定値が牛の反芻時に特有の測定パターンを示している時に、対象となる牛が反芻活動を行っていると判断する反芻判断部
   として前記管理端末を機能させるためのコンピュータプログラムであって、さらに、
   前記判断された牛の活動状態と、牛の識別子及び／又は活動状態センサモジュールの識別子並びに測定日時の情報とを関連付けて、前記管理端末のデータベース及び／又はクラウド上のデータベースに追加するように前記管理端末を機能させ、
   前記管理端末のデータベース及び／又はクラウド上のデータベースから抽出した情報をユーザ端末に送信するように前記管理端末を機能させ、
   前記管理端末から受信した情報に基づき、牛ごとに、一日の採食活動、飲水活動、歩行活動、横臥状態、走行活動、静止状態、及び反芻活動それぞれの活動量を表示するように前記ユーザ端末を機能させる、前記コンピュータプログラム。