JP7677633B2 - State estimation system, state estimation method, feed amount determination system, feed amount determination method, trained model generation device, and trained model generation method - Google Patents
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Description
本発明は、状態推定システム、状態推定方法、給餌量決定システム、給餌量決定方法、学習済モデル生成装置、及び学習済モデル生成方法に関する。 The present invention relates to a state estimation system, a state estimation method, a feeding amount determination system, a feeding amount determination method, a trained model generation device, and a trained model generation method.
酪農家の高齢化や後継者不足により、日本の酪農家戸数および飼養頭数は減少傾向にある。一方、一戸当たりの飼養頭数は増加しており、酪農経営体の大規模化が進行し、一頭当たりの乳量も増加している。今後も安定した生乳生産量を維持するために、新規就農者の参入が望まれている。 Due to the aging of dairy farmers and a lack of successors, the number of dairy farms and the number of cows kept in Japan is on the decline. On the other hand, the number of cows kept per farm is increasing, dairy farms are becoming larger in scale, and the amount of milk produced per cow is also increasing. In order to maintain a stable amount of raw milk production in the future, it is hoped that new farmers will enter the industry.
乳牛飼養管理上、重要な点の一つである飼料設計については、日本飼養標準及びNRC(National Research Council)飼養標準により飼料給与量の水準が示されている。しかしながら、放牧飼養管理では、牛に牧草を自由採食させることから、食草量を把握することは難しく、適切な補助飼料給与量の設計が困難である。また、経済的な観点から、過剰な飼料の給与は避けたいが、飼料給与量が適切でなければ牛の栄養不足や乳生産性の低下を招く危険性がある。 Feed design is one of the important aspects of dairy cow feeding management, and the Japanese Feeding Standards and the NRC (National Research Council) Feeding Standards stipulate the amount of feed to be given. However, in pasture feeding management, cows are allowed to freely graze on pasture grass, making it difficult to grasp the amount of grass eaten and designing an appropriate amount of supplementary feed to be given. Furthermore, from an economic perspective, it is desirable to avoid giving excessive feed, but if the amount of feed given is not appropriate, there is a risk of the cows becoming malnourished and losing milk productivity.
経験豊富な酪農家であれば、牛の腹部の張りや体の色つや等で判断できる可能性があるが、知識や経験の少ない新規就農者には管理が難しい場合がある。そのため、酪農家の経験に頼ることなくウシの栄養状態を把握し、飼養管理する技術の開発が求められている。 Experienced dairy farmers may be able to judge the condition of cows by their abdominal turgor and the color and luster of their bodies, but this can be difficult for new farmers with little knowledge or experience. For this reason, there is a demand for the development of technology to grasp the nutritional status of cows and manage their upbringing without relying on the experience of dairy farmers.
特許文献1~4には、ウシの歩行量又は顎の動きに基づいて、ウシの採食行動及び採食量を把握し、飼養管理に利用する技術が記載されている。また、ウシの行動をリアルタイムで監視する技術として、特許文献5には、ウシの移動軌跡データから、ウシの分娩、管理区域外への移動等を検知する技術が記載されている。
ウシの栄養状態は、ウシの採食行動や採食量だけでなく、牧草地の広さ、牧草の種類、牧草の成分含量等の飼育環境の影響も受ける。特許文献1~4に記載の技術のように、ウシの採食行動及び採食量に基づく飼養管理では、ウシの栄養状態を正確に把握することが困難であり、適切な飼養管理ができない場合がある。また、特許文献5に記載された技術は、ウシの行動をリアルタイムで監視することでウシの分娩や管理区域外への移動等を検知する技術であり、ウシの栄養状態を推定する技術ではない。
The nutritional status of cattle is influenced not only by the feeding behavior and amount of feed intake of cattle, but also by the rearing environment, such as the size of the pasture, the type of grass, and the component content of the grass. With rearing management based on the feeding behavior and amount of feed intake of cattle, as in the techniques described in
すなわち、本発明の一態様は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、家畜の栄養状態又は健康状態等の家畜の状態を推定する技術を提供することにある。 In other words, one aspect of the present invention was made in consideration of the above problems, and its purpose is to provide a technology for estimating the condition of livestock, such as their nutritional state or health state.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る状態推定システムは、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データと、当該家畜の状態を表す状態データとを教師データとして機械学習を行うことによって生成された学習済モデルを用いて、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データを入力として、当該家畜の状態を推定する推定部を備えている。 To solve the above problem, a state estimation system according to one aspect of the present invention includes an estimation unit that uses position trajectory data representing the position trajectory of livestock as input to estimate the state of the livestock, using a trained model generated by performing machine learning using position trajectory data representing the position trajectory of the livestock and state data representing the state of the livestock as training data.
本発明の一態様に係る状態推定方法は、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データと、当該家畜の状態を表す状態データとを教師データとして機械学習を行うことによって生成された学習済モデルを用いて、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データを入力として、当該家畜の状態を推定する推定ステップを含む。 A state estimation method according to one aspect of the present invention includes an estimation step of estimating the state of livestock by using position trajectory data representing the position trajectory of livestock as input, using a trained model generated by performing machine learning using position trajectory data representing the position trajectory of livestock and state data representing the state of the livestock as training data.
本発明の一態様に係る給餌量決定システムは、上記状態推定システムによって推定された前記家畜の状態を参照して、前記家畜への給餌量を決定する給餌量決定部を備えている。 The feed amount determination system according to one aspect of the present invention includes a feed amount determination unit that determines the amount of feed to be given to the livestock by referring to the state of the livestock estimated by the state estimation system.
本発明の一態様に係る給餌量決定方法は、上記状態推定方法によって推定された前記家畜の状態を参照して、前記家畜への給餌量を決定する給餌量決定ステップを含む。 The feed amount determination method according to one aspect of the present invention includes a feed amount determination step for determining the amount of feed to be fed to the livestock by referring to the state of the livestock estimated by the above-mentioned state estimation method.
本発明の一態様に係る学習済モデル生成装置は、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データと、当該家畜の状態を表す状態データとを教師データとして機械学習を行うことによって、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データを入力として、当該家畜の状態を推定する学習済モデルを生成するモデル生成部を備えている。 A trained model generation device according to one aspect of the present invention includes a model generation unit that performs machine learning using position trajectory data representing the position trajectory of livestock and status data representing the status of the livestock as training data, and generates a trained model that estimates the status of the livestock using position trajectory data representing the position trajectory of the livestock as input.
本発明の一態様に係る学習済モデル生成方法は、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データと、当該家畜の状態を表す状態データとを教師データとして機械学習を行うことによって、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データを入力として、当該家畜の状態を推定する学習済モデルを生成するモデル生成ステップを含む。 A trained model generation method according to one aspect of the present invention includes a model generation step of performing machine learning using position trajectory data representing the position trajectory of livestock and status data representing the status of the livestock as training data to generate a trained model that estimates the status of the livestock using the position trajectory data representing the position trajectory of the livestock as input.
本発明の各態様に係る状態推定システム、給餌量決定システム、及び学習済モデル生成装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合、コンピュータをこれらのシステム及び装置が備える各部(ソフトウェア要素)として動作させることにより状態推定システム、給餌量決定システム、及び学習済モデル生成装置をコンピュータにて実現させる状態推定システム、給餌量決定システム、及び学習済モデル生成装置の制御プログラム、並びにそれを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体も、本発明の範疇に入る。 The state estimation system, feeding amount determination system, and trained model generation device according to each aspect of the present invention may be realized by a computer. In this case, the control programs for the state estimation system, feeding amount determination system, and trained model generation device, which realize the state estimation system, feeding amount determination system, and trained model generation device on a computer by causing a computer to operate as each part (software element) of these systems and devices, as well as computer-readable storage media on which they are stored, also fall within the scope of the present invention.
本発明の一態様によれば、家畜の栄養状態又は健康状態等の家畜の状態を推定することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to estimate the condition of livestock, such as their nutritional state or health state.
本発明者らは、家畜の位置軌跡と、当該家畜の状態との間に相関関係が存在すること、及び当該相関関係を機械学習させた学習済モデルを用いることによって、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データから、当該家畜の状態を推定することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The inventors discovered that there is a correlation between the position trajectories of livestock and the condition of the livestock, and that by using a trained model that has learned this correlation through machine learning, it is possible to estimate the condition of the livestock from position trajectory data that represents the position trajectories of the livestock, leading to the completion of the present invention.
本発明の一態様に係る状態推定システムが推定することができる家畜の状態の例には、栄養状態、健康状態及び発情状態、並びにこれらの組み合わせが含まれるが、それらに限定されない。なお、本発明の一態様に係る状態推定システムが、家畜の状態として家畜の栄養状態を推定する場合、当該状態推定システムは栄養状態推定システムと呼ぶことができる。例示として、状態推定システムが栄養状態推定システムである、本発明の一態様について、以下に説明する。 Examples of the state of livestock that can be estimated by a state estimation system according to one embodiment of the present invention include, but are not limited to, nutritional state, health state, and estrus state, as well as combinations of these. When the state estimation system according to one embodiment of the present invention estimates the nutritional state of livestock as the state of livestock, the state estimation system can be called a nutritional state estimation system. As an example, an embodiment of the present invention in which the state estimation system is a nutritional state estimation system will be described below.
本発明の一態様に係る栄養状態推定システムは、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データと、当該家畜の栄養状態を表す栄養状態データとを教師データとして機械学習を行うことによって生成された学習済モデルを用いて、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データを入力として、当該家畜の栄養状態を推定する推定部を備えている。 The nutritional state estimation system according to one aspect of the present invention includes an estimation unit that uses position trajectory data representing the position trajectory of livestock as input to estimate the nutritional state of the livestock, using a trained model generated by performing machine learning using position trajectory data representing the position trajectory of the livestock and nutritional state data representing the nutritional state of the livestock as training data.
栄養状態推定システムにおいて栄養状態を推定する対象は、ウシ、ブタ、ウマ、ヤギ、ヒツジ等の家畜である。乳牛及び肉牛を含むウシは、産業用途における飼育規模が大きいことから、栄養状態推定システムにより栄養状態を推定する対象として特に適している。家畜の飼育形態は特に限定されず、屋内飼育又は屋外飼育のいずれの飼育形態であってもよい。 The subjects for which the nutritional state is estimated in the nutritional state estimation system are livestock such as cows, pigs, horses, goats, and sheep. Cattle, including dairy cows and beef cattle, are particularly suitable for estimating the nutritional state of animals using the nutritional state estimation system, as they are raised on a large scale for industrial purposes. There are no particular limitations on the type of livestock rearing, and they may be reared either indoors or outdoors.
〔栄養状態推定システム100〕
図1は、本発明の一態様に係る栄養状態推定システム100の要部構成を示すブロック図である。栄養状態推定システム100は、栄養状態推定装置20を備えている。栄養状態推定システム100は、さらに、ユーザ端末10、データ生成装置30、及び学習済モデル生成装置40を備えている。
[Nutritional State Estimation System 100]
1 is a block diagram showing a configuration of a main part of a nutritional
ユーザ端末10、栄養状態推定装置20及びデータ生成装置30は、通信手段を介して互いに通信可能に接続されて実装され得るか、又は一体的に実装され得る。通信手段は、有線LAN及び無線LAN等のLAN(Local Area Network)であってもよいし、WAN(Wide Area Network)であってもよい。
The
(ユーザ端末10)
ユーザ端末10は、ユーザから、栄養状態推定装置20、データ生成装置30、及び学習済モデル生成装置40のうちの少なくとも1つへの入力信号を媒介する。また、ユーザ端末10は、栄養状態推定装置20、データ生成装置30、及び学習済モデル生成装置40のうちの少なくとも1つからユーザへの出力信号を媒介する。
(User terminal 10)
The
ユーザ端末10は、入力信号を媒介する操作部(図示せず)及び出力信号を媒介する表示部(図示せず)のうち少なくとも1つを備える。操作部は、例えば、キーボード、マウス、及びタッチパネル等の操作装置の形態にて実装され得る。表示部は、例えば、ディスプレイ等の表示装置、又はプリンタ等の印刷装置の形態にて実装され得る。操作部及び表示部は、スマートフォン、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置の形態にて、一体的に実装されてもよい。
The
(栄養状態推定装置20)
栄養状態推定装置20は、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データから、当該家畜の栄養状態を推定する。栄養状態推定装置20は、制御部21及び記憶部22を備えている。栄養状態推定装置20は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置の形態にて実装され得る。
(Nutritional state estimation device 20)
The nutritional
制御部21は、栄養状態推定装置20の各部を統括して制御するものであり、一例として、プロセッサ及びメモリにより実現される。この例において、プロセッサはストレージ(不図示)にアクセスし、ストレージに格納されているプログラム(不図示)をメモリにロードし、当該プログラムに含まれる一連の命令を実行する。これにより、制御部21の各部が構成される。当該各部として、制御部21は、取得部23及び推定部24を備えている。
The
取得部23は、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データを取得する。取得部23は、例えば、制御部21に接続された無線又は有線の通信インターフェースの形態にて、実装され得る。取得部23は、ユーザ端末10、記憶部22、データ生成装置30のうち少なくとも1つから、入力データを取得する。取得部23は、取得した入力データを推定部24へと送信する。取得部23が実行する処理は、制御部21が備えるプロセッサによって、制御される。
The
推定部24は、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データと、当該家畜の栄養状態を表す栄養状態データとを教師データとして機械学習を行うことによって生成された学習済モデルを用いて、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データを入力として、当該家畜の栄養状態を推定する。推定部24は、例えば、制御部21が備えるメモリ上に実装され得る。一例として、推定部24は、学習済モデル生成装置40が生成した学習済モデルを用いて、家畜の位置軌跡データを入力として、家畜の栄養状態を推定する。推定部24は、推定した家畜の栄養状態を表す栄養状態データを、ユーザ端末10及び記憶部22のうち少なくとも1つへと送信する。推定部24が実行する処理は、制御部21が備えるプロセッサによって、制御される。
The
記憶部22は、栄養状態推定装置20における処理のために必要なデータを記憶する。記憶部22は例えば、HDD(Hard Disk Drive)及びROM(Read
Only Memory)等の不揮発性メモリの形態にて、実装され得る。記憶部22が実行する処理は、制御部21が備えるプロセッサによって、制御される。記憶部22は、栄養状態推定装置20における処理を実現するためのプログラムのデータを記憶する。加えて、記憶部22は、栄養状態推定システム100内の他の構成要素から受信したデータを記憶する。記憶部22は、学習済モデル生成装置40が生成した学習済モデルを記憶する。
The
The
(データ生成装置30)
データ生成装置30は、位置軌跡データを生成する。データ生成装置30は、制御部31を備えている。データ生成装置30は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置の形態にて実装され得る。
(Data Generating Device 30)
The
制御部31は、データ生成装置30の各部を統括して制御するものであり、一例として、プロセッサ及びメモリにより実現される。この例において、プロセッサはストレージ(不図示)にアクセスし、ストレージに格納されているプログラム(不図示)をメモリにロードし、当該プログラムに含まれる一連の命令を実行する。これにより、制御部31の各部が構成される。当該各部として、制御部31は、取得部32及びデータ生成部33を備えている。
The
取得部32は、家畜の位置情報を取得する。取得部32は、例えば、制御部31に接続された無線又は有線の通信インターフェースの形態にて、実装され得る。取得部32は、一例として、測定装置(図示せず)により測定された家畜の位置情報を取得する。取得部32が実行する処理は、制御部31が備えるプロセッサによって、制御される。
The
測定装置としては、例えば:GNSS(Global Navigation Satellite System)、及びWLAN(Wireless Local Area Network)等の測位システムの発信装置及び受信装置の組み合わせ;カメラ及びビデオカメラなどの撮像装置;加速度センサ;等が挙げられる。測位システムの発信装置及び受信装置の組み合わせにおいては、典型的には、発信装置は家畜に取り付けられ、受信装置は情報処理装置と通信可能に接続される。撮像装置の形態においては、典型的には、撮像装置は家畜を撮像可能に設置される。加速度センサの形態においては、典型的には、加速度センサは家畜に取り付けられる。なお、測定装置は、対象となる家畜の種類、及びその飼育形態に応じて、適宜に選択することができる。測定装置は、非侵襲的な測定が可能であるため、撮像装置であることが好ましい場合がある。 Examples of measuring devices include: combinations of transmitters and receivers of positioning systems such as GNSS (Global Navigation Satellite System) and WLAN (Wireless Local Area Network); imaging devices such as cameras and video cameras; acceleration sensors; and the like. In combinations of transmitters and receivers of positioning systems, the transmitters are typically attached to livestock, and the receivers are communicably connected to an information processing device. In the form of imaging devices, the imaging devices are typically installed so as to be able to image the livestock. In the form of acceleration sensors, the acceleration sensors are typically attached to the livestock. The measuring device can be appropriately selected depending on the type of livestock and the way it is kept. It may be preferable for the measuring device to be an imaging device, since it is capable of non-invasive measurement.
データ生成部33は、取得部32が取得した、所定期間継続して取得された家畜の位置情報を参照して、位置軌跡データを生成する。データ生成部33は、例えば、メモリ等の記憶媒体と、当該記憶媒体によって記憶されたプログラムを実行するプロセッサとの組み合わせの形態にて、実装され得る。データ生成部33は、生成した位置軌跡データを栄養状態推定装置20又は学習済モデル生成装置40へと送信する。
The
データ生成部33は、従来公知の方法を用いて、家畜の位置情報の所定期間内の経時変化を参照して位置軌跡データを生成する。一例として、データ生成部33は、撮像装置(図示せず)を用いて撮像された家畜の動画像に対して、家畜の体の特徴点を検出することができる物体検出アルゴリズム及び骨格検出アルゴリズムのうち少なくとも1つを適用することによって、二次元平面上に家畜の位置軌跡が投影された画像データ、すなわち位置軌跡データを生成してもよい。物体検出アルゴリズムとしては例えば、Yolo(You
Only Look Once)、Faster R-CNN(Convolutional Neural Network)、SSD(Single Shot Multibox Detector)、及びDETR(DEtection TRansformer)等が挙げられる。骨格検出アルゴリズムとしては例えば、DeepLabCut、OpenPose、DeepPose、及びDeeperCUT等が挙げられる。
The
Examples of the skeleton detection algorithm include DeepLabCut, OpenPose, DeepPose, and DeeperCUT.
<位置軌跡データ>
位置軌跡データは、所定期間継続して取得された家畜の位置情報を含む家畜の位置軌跡を表すデータである。位置軌跡データは、家畜の個体毎に生成される。本明細書中で使用される場合、用語「家畜の位置軌跡」は、所定期間内に家畜の体の特徴点が通過した経路を意味する。家畜の体の特徴点としては、例えば、骨、関節、部位、及び部位の先端等の家畜の体の一部;家畜の体の重心;家畜の体に取り付けられた標識;これらの組み合わせ;等が挙げられる。家畜の体に取り付けられた標識としては、例えば、測位システムにおいて使用可能な発信装置、及び加速度センサ等が挙げられる。家畜の体の特徴点は、1つであってもよいし、複数の特徴点の組み合わせであってもよい。ユーザは、所望する情報に応じて、これらの特徴点を適宜に選択することができる。また、位置情報が取得される所定期間は特に限定されないが、3時間、6時間、10時間、12時間、24時間、36時間、48時間等であり得る。
<Position trajectory data>
The position trajectory data is data representing the position trajectory of the livestock, including the position information of the livestock continuously acquired for a predetermined period. The position trajectory data is generated for each individual livestock. As used herein, the term "position trajectory of the livestock" means a path through which the feature points of the livestock's body have passed within a predetermined period. Examples of the feature points of the livestock's body include parts of the livestock's body, such as bones, joints, parts, and tips of parts; the center of gravity of the livestock's body; signs attached to the livestock's body; combinations of these; and the like. Examples of the signs attached to the livestock's body include a transmitter that can be used in a positioning system and an acceleration sensor. The feature points of the livestock's body may be one or a combination of multiple feature points. The user can appropriately select these feature points according to the desired information. In addition, the predetermined period for which the position information is acquired is not particularly limited, but may be 3 hours, 6 hours, 10 hours, 12 hours, 24 hours, 36 hours, 48 hours, and the like.
位置軌跡データは、当業者が、当該位置軌跡データを従来公知の方法を用いて参照することによって、家畜の位置軌跡を一意的に復元することができるデータであればよく、特に制限はない。位置軌跡データとしては、例えば:家畜の位置軌跡を表す画像データ;特徴点の位置と時間との対応関係を表す数値データ;特徴点の移動方向及び移動量を説明するテキストデータ;これらの組み合わせ;等が挙げられる。これらのデータの中でも、家畜の位置軌跡を表す画像データは、データの取得、加工、及び管理が容易であることから、好ましい。 There are no particular limitations on the position trajectory data, so long as it allows a person skilled in the art to uniquely restore the position trajectory of livestock by referring to the position trajectory data using a conventionally known method. Examples of position trajectory data include: image data representing the position trajectory of livestock; numerical data representing the correspondence between the position of a feature point and time; text data explaining the direction and amount of movement of a feature point; and combinations of these. Among these data, image data representing the position trajectory of livestock is preferred because the data is easy to acquire, process, and manage.
ここで、データ生成部33が生成する位置軌跡データの例について、図2を参照して説明する。図2は、本発明の一態様に係る栄養状態推定システムにおいて生成される位置軌跡データの一例を説明する図である。図2において、RD1は、家畜であるウシが牧草地にて放し飼いされている様子と、当該ウシの体の特徴点が所定の期間の間に通過した経路を示す黒線とを重ねて示す模式図である。図2に示すように、データ生成部33は、ウシの体の特徴点が所定の期間の間に通過した経路を表す画像データである位置軌跡データTD1を生成する。
Here, an example of position trajectory data generated by the
家畜の位置軌跡を表す画像データは、従来公知の画像処理技術を利用して生成する事ができる。家畜の位置軌跡を二次元平面上に投影した二次元画像データであってもよいし、家畜の位置軌跡を三次元空間上に転写した三次元画像データであってもよい。また、画像データは、モノクロ画像データであってもよいし、カラー画像データであってもよい。位置軌跡データは、本発明の効果が損なわれない範囲において、変換及び圧縮等の補正に供されたデータであってもよい。 Image data representing the position trajectories of livestock can be generated using conventionally known image processing technology. It may be two-dimensional image data in which the position trajectories of livestock are projected onto a two-dimensional plane, or it may be three-dimensional image data in which the position trajectories of livestock are transferred onto a three-dimensional space. The image data may be monochrome image data or color image data. The position trajectory data may be data that has been subjected to corrections such as conversion and compression, as long as the effect of the present invention is not impaired.
(学習済モデル生成装置40)
学習済モデル生成装置40は、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データを入力として、当該家畜の栄養状態を推定する学習済モデルを生成する。学習済モデル生成装置40は、制御部41を備えている。学習済モデル生成装置40は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置の形態にて実装され得る。
(Trained model generation device 40)
The trained
制御部41は、学習済モデル生成装置40の各部を統括して制御するものであり、一例として、プロセッサ及びメモリにより実現される。この例において、プロセッサはストレージ(不図示)にアクセスし、ストレージに格納されているプログラム(不図示)をメモリにロードし、当該プログラムに含まれる一連の命令を実行する。これにより、制御部41の各部が構成される。当該各部として、制御部41は、取得部42及びモデル生成部43を備えている。
The
取得部42は、教師データを取得する。取得部42は、データ生成装置30が生成した位置軌跡データを取得し、当該位置軌跡データに対応付けられた家畜の栄養状態を表す栄養状態データと関連付けて教師データを生成する。取得部42は、生成した教師データをモデル生成部43へと送信する。
The
<栄養状態データ>
栄養状態データは、家畜の栄養状態を表すデータである。本明細書中で使用される場合、用語「家畜の栄養状態」は、家畜が摂取した栄養素の種類及び量のうち少なくとも1つに関する情報を意味する。栄養素の種類としては、例えば:タンパク質、炭水化物、脂質、繊維、ビタミン、及びミネラル等の物質;これらの物質から算出可能なパラメータ;等が挙げられる。パラメータとしては例えば、カロリー、及び可消化養分総量(TDN:Total Digestible Nutrients)等などが挙げられる。
<Nutritional Status Data>
Nutritional status data is data that represents the nutritional status of livestock. As used herein, the term "nutritional status of livestock" refers to information regarding at least one of the types and amounts of nutrients ingested by livestock. Types of nutrients include, for example, substances such as proteins, carbohydrates, lipids, fibers, vitamins, and minerals; parameters that can be calculated from these substances; and the like. Parameters include, for example, calories, total digestible nutrients (TDN), and the like.
栄養状態データは、家畜の栄養状態の充足率を表すデータであってもよい。家畜の栄養状態の充足率は、一例として、下記式(1)によって算出されるTDN充足率であり得る:
TDN充足率=TDN供給量/TDN必要量・・・(1)
式(1)中、TDN供給量は、家畜が摂取した飼料の量と、単位量の当該飼料中に含まれるTDNとの積を表す。TDN必要量は、一例として、家畜の体重及び出産回数に応じて設定される当該家畜が通常の生産活動を行うために必要なTDNを表す。
The nutritional state data may be data representing a nutritional sufficiency rate of the livestock. As an example, the nutritional sufficiency rate of the livestock may be a TDN sufficiency rate calculated by the following formula (1):
TDN sufficiency rate = TDN supply / TDN requirement (1)
In formula (1), the TDN supply amount is the product of the amount of feed consumed by the livestock and the TDN contained in the unit amount of the feed. The TDN requirement amount is, for example, the TDN required for the livestock to carry out normal production activities, which is set according to the weight and birth frequency of the livestock.
栄養状態データとしては、例えば、家畜の栄養状態を表す数値データ(充足率、栄養素量等)、栄養状態のクラスデータ(high、low等)等が挙げられる。栄養状態データは、家畜の個体毎に生成され得る。 Examples of nutritional status data include numerical data (sufficiency rate, nutrient amount, etc.) that indicate the nutritional status of livestock, and nutritional status class data (high, low, etc.). Nutritional status data can be generated for each individual livestock.
<教師データ>
ここで、取得部42が生成する教師データについて、図3を参照して説明する。図3は、本発明の一態様に係る学習済モデル生成装置において用いる教師データの一例を説明する図である。図3において、教師データLD1は、番号データ、位置軌跡データ、及び栄養状態データを含む教師データである。番号データは、位置軌跡データと栄養状態データとを対応づけるラベルデータである。番号データの番号は、典型的には家畜の一個体に対応する。図3において、位置軌跡データは、家畜の位置軌跡を表す画像データである。当該画像データは、黒色の線と白色の余白から構成される。黒色の線は、二次元平面上に投影された家畜の位置軌跡を表す。白色の余白は、二次元平面上に投影された、家畜の体の特徴点が通過しなかった領域を表す。図3において、栄養状態データは、TDN充足率に応じて決定されるクラスデータである。一例として、TDN充足率が100%以上である家畜の栄養状態は「high」クラスに、TDN充足率が100%未満である家畜の栄養状態は「low」クラスに分類する。
<Teacher data>
Here, the teacher data generated by the
本実施形態において用いられる学習済モデルは、図3において例示される教師データLD1を用いて構築された学習済モデルに限定されない。教師データは、例えば:体重、性別、年齢、及び出産回数等の家畜に関するデータ;放牧地面積、牧草の種類、天候、及び飼育形態等の飼育環境に関するデータ;等を含んでもよい。 The trained model used in this embodiment is not limited to the trained model constructed using the training data LD1 exemplified in FIG. 3. The training data may include, for example: data on livestock such as weight, sex, age, and birth frequency; data on the rearing environment such as pasture area, type of pasture, weather, and rearing style; etc.
モデル生成部43は、取得部42が取得した教師データを用いて、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データを入力として、当該家畜の栄養状態を出力する学習済モデルを生成する。学習済モデルは、位置軌跡データと栄養状態データとの相関関係を機械学習させた学習済モデルである。モデル生成部43は、例えば、制御部41が備えるメモリ上に実装され得る。モデル生成部43が実行する処理は、制御部41が備えるプロセッサによって、制御される。モデル生成部43は、生成した学習済モデルを栄養状態推定装置20へと送信する。
The
学習済モデルは、従来公知の機械学習手法によって構築することができる。機械学習手法としては例えば:畳み込みニューラルネットワーク、及び再起型ニューラルネットワーク等のニューラルネットワーク;決定木、及びランダムフォレスト等の木;サポートベクトルマシン等の回帰;確率的勾配降下法;等が挙げられる。学習済モデルは、既存の学習済モデルを適用した転移学習手法により構築してもよい。一例として、学習済モデルは、家畜の栄養状態が「high」クラスのデータを学習して構築した学習済モデルを、家畜の栄養状態が「low」クラスのデータの学習に適用して構築する。すなわち、学習済モデルは、サンプル数の多いクラスのデータを用いて構築したモデルを、サンプル数の少ないクラスの学習に適用して転移学習手法により構築してもよい。 The trained model can be constructed by a conventionally known machine learning method. Examples of machine learning methods include neural networks such as convolutional neural networks and recurrent neural networks; trees such as decision trees and random forests; regression such as support vector machines; stochastic gradient descent; and the like. The trained model may be constructed by a transfer learning method that applies an existing trained model. As an example, the trained model is constructed by applying a trained model constructed by learning data of a "high" class of livestock nutritional status to learning data of a "low" class of livestock nutritional status. In other words, the trained model may be constructed by applying a model constructed using data of a class with a large number of samples to learning a class with a small number of samples, using a transfer learning method.
(栄養状態推定処理の流れ)
栄養状態推定システム100の栄養状態推定装置20が実行する栄養状態推定処理の流れ(栄養状態推定方法)について、図4を参照して説明する。図4は、本発明の一態様に係る栄養状態推定システム100における栄養状態推定処理の流れを示すフロー図である。
(Nutrition status estimation process flow)
The flow of the nutritional state estimation process (nutritional state estimation method) executed by the nutritional
まず、ステップS11において、取得部23は、データ生成装置30が生成した位置軌跡データを取得する。取得部23は、取得した位置軌跡データを推定部24へと送信する。次に、推定部24は、学習済モデル生成装置40が生成した学習済モデルを取得する。そして、推定部24は、位置軌跡データを学習済モデルに入力し、栄養状態データを取得する(ステップS12、推定ステップ)。
First, in step S11, the
ここで、学習済モデルに入力する入力データは、本発明の効果が損なわれない範囲において、位置軌跡データ以外の、他のデータを含んでもよい。他のデータとしては、例えば:体重、性別、年齢、及び出産回数等の家畜に関するデータ;放牧地面積、牧草の種類、天候、及び飼育形態等の飼育環境に関するデータ;等が挙げられる。 Here, the input data to be input to the trained model may include other data besides the position trajectory data, as long as the effect of the present invention is not impaired. Examples of other data include data on livestock, such as weight, sex, age, and number of births; data on the rearing environment, such as pasture area, type of pasture, weather, and rearing style; etc.
推定部24は、出力された栄養状態データを推定結果として、ユーザ端末10に出力し(ステップS13)、栄養状態推定処理が終了する。なお、推定部24は、栄養状態データが、充足率のような数値データである場合、当該数値データから、家畜の栄養状態が高い(high)又は低い(low)を判定し、その判定結果をユーザ端末10に出力してもよい。
The
(学習済モデル生成処理の流れ)
学習済モデル生成装置40が実行する学習済モデル生成処理の流れ(学習済モデル生成方法)について、図5を参照して説明する。図5は、本発明の一態様に係る学習済モデル生成装置における学習処理の流れを示すフロー図である。
(Flow of trained model generation process)
The flow of a trained model generation process (trained model generation method) executed by the trained
まず、ステップS21において、取得部42は、位置軌跡データとこれに対応する栄養状態データとを含む教師データLD1を取得する。取得部42は、取得した教師データLD1をモデル生成部43へと送信する。次に、モデル生成部43は、取得した教師データLD1を用いて、位置軌跡データを入力として、栄養状態データを出力する学習済モデルを生成する(ステップS22、モデル生成ステップ)。
First, in step S21, the
モデル生成部43は、生成した学習済モデルを栄養状態推定装置20へと送信し(ステップS22)、学習済モデル生成処理が終了する。
The
以上のように、本発明の一態様に係る栄養状態推定システムによれば、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データを入力として、当該家畜の栄養状態を推定する学習済モデルを用いて、家畜の栄養状態を推定することができる。本発明の一態様に係る栄養状態推定システムによれば、家畜の採食行動及び採食量、家畜の飼育環境等を考慮しなくても、家畜の移動軌跡を取得するのみで、精度よく家畜の栄養状態を推定することができる。本発明の一態様に係る栄養状態推定システムによれば、家畜の栄養状態の推定に、ユーザの知識や経験は必要ないため、知識や経験の少ない新規就農者による飼養管理にも好適に利用され得る。 As described above, according to the nutritional state estimation system of one aspect of the present invention, the nutritional state of livestock can be estimated using a trained model that estimates the nutritional state of livestock by inputting position trajectory data representing the position trajectory of the livestock. According to the nutritional state estimation system of one aspect of the present invention, the nutritional state of livestock can be accurately estimated simply by acquiring the movement trajectory of the livestock, without taking into account the feeding behavior and feeding amount of the livestock, the rearing environment of the livestock, etc. According to the nutritional state estimation system of one aspect of the present invention, since the knowledge or experience of the user is not required to estimate the nutritional state of livestock, it can also be suitably used for breeding management by new farmers with little knowledge or experience.
また、ある農場や家畜群に対して生成した学習済モデルを、他の農場や家畜群の栄養状態の推定に使用することが可能であり、一般化した学習済モデルを提供することもできる。さらに、栄養状態推定システムが利用する位置軌跡データとして、所定期間内の家畜の位置軌跡を一画像として表した画像データを用いることができるので、データの取得、加工及び管理が容易である。 In addition, a trained model generated for one farm or livestock group can be used to estimate the nutritional status of other farms or livestock groups, and a generalized trained model can be provided. Furthermore, image data that represents the position trajectory of livestock within a specified period as a single image can be used as the position trajectory data used by the nutritional status estimation system, making it easy to acquire, process, and manage the data.
〔給餌量決定システム〕
本発明の一態様に係る給餌量決定システムは、上述した本発明の一態様に係る栄養状態推定システム100によって推定された家畜の栄養状態を参照して、家畜への給餌量を決定する給餌量決定部を備えている。
[Feeding amount determination system]
The feed amount determination system according to one embodiment of the present invention includes a feed amount determination unit that determines the amount of feed to be fed to livestock by referring to the nutritional state of the livestock estimated by the nutritional
図6は、本発明の一態様に係る給餌量決定システム200の要部構成を示すブロック図である。図6に示すように、給餌量決定システム200は、図1の栄養状態推定システム100と共に、給餌量決定装置50を備えている。ユーザ端末10、栄養状態推定装置20、データ生成装置30、及び学習済モデル生成装置40と、給餌量決定装置50とは、通信手段を介して互いに通信可能に接続されて実装され得るか、又は一体的に実装され得る。
Figure 6 is a block diagram showing the main components of a feeding
(給餌量決定装置50)
給餌量決定装置50は、推定された家畜の栄養状態を参照して、家畜への給餌量を決定する。給餌量決定装置50は、制御部51を備えている。給餌量決定装置50は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置の形態にて、実装され得る。
(Feeding amount determination device 50)
The feed
制御部51は、給餌量決定装置50の各部を統括して制御するものであり、一例として、プロセッサ及びメモリにより実現される。この例において、プロセッサはストレージ(不図示)にアクセスし、ストレージに格納されているプログラム(不図示)をメモリにロードし、当該プログラムに含まれる一連の命令を実行する。これにより、制御部51の各部が構成される。当該各部として、制御部51は、取得部52及び給餌量決定部53を備えている。
The
取得部52は、栄養状態推定装置20により推定された家畜の栄養状態のデータを取得する。取得部52は、例えば、無線又は有線の通信インターフェースの形態にて、実装され得る。取得部52が実行する処理は、制御部51が備えるプロセッサによって、制御される。取得部52は、取得した栄養状態のデータを給餌量決定部53へと送信する。
The
給餌量決定部53は、推定された家畜の栄養状態を参照して、家畜への給餌量を決定する。給餌量決定部53は、例えば、制御部51が備えるメモリ上に実装され得る。給餌量決定部53が実行する処理は、制御部51が備えるプロセッサによって、制御される。
The feed
給餌量決定部53が、推定された家畜の栄養状態のデータを参照して、家畜への給餌量を決定する方法は、従来公知の方法であってよく、ユーザが適宜に選択可能である。当該方法として、例えば、推定された栄養状態と所定の基準とを用いた負のフィードバックを適用する方法等が挙げられる。
The method by which the feed
給餌量決定部53は、決定した給餌量のデータを、給餌量決定装置50が備える記憶部(図示せず)及びユーザ端末10のうち少なくとも1つへと送信する。
The feeding
以上のように、本発明の一態様に係る給餌量決定システムは、推定された家畜の栄養状態を参照して、家畜への給餌量を決定する。これによって、本発明の一態様に係る給餌量決定システムは、家畜の栄養状態に応じて、当該家畜の給餌量の決定を含む飼育管理を適切に行うことができる。その結果、家畜に由来する製品の品質向上、及び給餌コストの低減が見込まれる。 As described above, the feed amount determination system according to one embodiment of the present invention determines the amount of feed to be given to livestock by referring to the estimated nutritional state of the livestock. This allows the feed amount determination system according to one embodiment of the present invention to appropriately manage the livestock's livestock rearing, including determining the amount of feed to be given, according to the livestock's nutritional state. As a result, it is expected that the quality of products derived from livestock will improve and feeding costs will be reduced.
本発明の一態様に係る給餌量決定方法は、本発明の一態様に係る栄養状態推定方法によって推定された前記家畜の栄養状態を参照して、前記家畜への給餌量を決定する給餌量決定ステップを含む。すなわち、本発明の一態様に係る給餌量決定方法を実行するシステムの一例は、給餌量決定システム200である。したがって、本発明の一態様に係る給餌量決定方法の詳細については、上述した本発明の一態様に係る給餌量決定システムの説明に準じる。
The feed amount determination method according to one aspect of the present invention includes a feed amount determination step of determining the amount of feed to be fed to the livestock by referring to the nutritional state of the livestock estimated by the nutritional state estimation method according to one aspect of the present invention. That is, an example of a system that executes the feed amount determination method according to one aspect of the present invention is the feed
〔ソフトウェアによる実現例〕
栄養状態推定装置20、データ生成装置30、学習済モデル生成装置40、及び給餌量決定装置50の制御ブロック(特に制御部21、制御部31、制御部41、及び制御部51)は、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。
[Software implementation example]
The control blocks (particularly the
後者の場合、栄養状態推定装置20、データ生成装置30、学習済モデル生成装置40、及び給餌量決定装置50は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば1つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばCPU(Central Processing Unit)を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ROM(Read Only Memory)等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するRAM(Random Access Memory)などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体(通信ネットワークや放送波等)を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
In the latter case, the nutritional
〔変形例〕
栄養状態推定装置システムを、栄養状態推定装置と学習済モデル生成装置とを一体として含む栄養状態推定装置として実現してもよい。さらに、栄養状態推定装置システムを、栄養状態推定装置、データ生成装置、及び学習済モデル生成装置を一体として含む栄養状態推定装置として実現してもよい。
[Modifications]
The nutritional state estimation device system may be realized as a nutritional state estimation device including the nutritional state estimation device and the trained model generation device as an integrated device. Furthermore, the nutritional state estimation device system may be realized as a nutritional state estimation device including the nutritional state estimation device, the data generation device, and the trained model generation device as an integrated device.
本発明は、上述した態様に限定されない。例えば、本発明の一態様は、上述した栄養状態推定システムにおいて、教師データとして、家畜の栄養状態を表す栄養状態データを用いる代わりに、家畜の健康状態を表す健康状態データを用いることで、家畜の健康状態を推定する、健康状態推定システムであってもよい。さらに、例えば、本発明の一態様は、上述した栄養状態推定システムにおいて、教師データとして、家畜の栄養状態を表す栄養状態データを用いる代わりに、家畜の発情状態を表す発情状態データを用いることで、家畜の発情状態を推定する、発情状態推定システムであってもよい。これらの態様は、家畜の状態と、当該家畜の位置軌跡との間に相関関係が存在することに起因する。すなわち、本発明の一態様に係る状態推定システムは、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データと、当該家畜の状態を表す状態データとを教師データとして機械学習を行うことによって生成された学習済モデルを用いて、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データを入力として、当該家畜の状態を推定する推定部を備えている。状態推定システムが推定する家畜の状態は、家畜の栄養状態、又は家畜の健康状態であることが好ましい。 The present invention is not limited to the above-mentioned aspects. For example, one aspect of the present invention may be a health state estimation system that estimates the health state of livestock by using health state data representing the health state of livestock instead of using nutritional state data representing the nutritional state of livestock as teacher data in the above-mentioned nutritional state estimation system. Furthermore, for example, one aspect of the present invention may be an estrus state estimation system that estimates the estrus state of livestock by using estrus state data representing the estrus state of livestock instead of using nutritional state data representing the nutritional state of livestock as teacher data in the above-mentioned nutritional state estimation system. These aspects are due to the existence of a correlation between the state of livestock and the position trajectory of the livestock. That is, the state estimation system according to one aspect of the present invention includes an estimation unit that estimates the state of the livestock by using the position trajectory data representing the position trajectory of the livestock as an input, using a trained model generated by performing machine learning using the position trajectory data representing the position trajectory of the livestock and the state data representing the state of the livestock as teacher data. It is preferable that the state of the livestock estimated by the state estimation system is the nutritional state of the livestock or the health state of the livestock.
本発明の一態様に係る状態推定システムが健康状態推定システムである場合、当該健康状態推定システムは、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データと、当該家畜の健康状態を表す健康状態データとを教師データとして機械学習を行うことによって生成された学習済モデルを用いて、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データを入力として、当該家畜の栄養状態を推定する推定部を備えている。健康状態データとしては、例えば、家畜の治療履歴を表すデータ、家畜の血液成分を表すデータ、及び家畜から得られる生乳に含まれる一般成分を表すデータ等が挙げられる。治療履歴としては、乳房炎、乳熱、食欲不振、ケトーシス、及び蹄病等の疾患の治療履歴が挙げられる。 When the state estimation system according to one aspect of the present invention is a health state estimation system, the health state estimation system includes an estimation unit that estimates the nutritional state of the livestock by inputting position trajectory data representing the position trajectory of the livestock, using a trained model generated by performing machine learning using position trajectory data representing the position trajectory of the livestock and health state data representing the health state of the livestock as training data. Examples of the health state data include data representing the medical history of the livestock, data representing the blood components of the livestock, and data representing general components contained in raw milk obtained from the livestock. Examples of the medical history include medical history for diseases such as mastitis, milk fever, loss of appetite, ketosis, and hoof disease.
本発明の一態様に係る状態推定システムが発情状態推定システムである場合、当該発情状態推定システムは、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データと、当該家畜の発情状態を表す発情状態データとを教師データとして機械学習を行うことによって生成された学習済モデルを用いて、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データを入力として、当該家畜の発情状態を推定する推定部を備えている。発情状態データとしては、例えば、家畜の血中および乳中の性ホルモン濃度、ならびに、歩数計および加速度計などの各種センサによって収集される家畜の活動量およびスタンディング行動等が挙げられる。 When the state estimation system according to one aspect of the present invention is an estrus state estimation system, the estrus state estimation system includes an estimation unit that estimates the estrus state of the livestock by inputting position trajectory data representing the position trajectory of the livestock, using a trained model generated by performing machine learning using position trajectory data representing the position trajectory of the livestock and estrus state data representing the estrus state of the livestock as training data. Examples of estrus state data include sex hormone concentrations in the blood and milk of the livestock, as well as the amount of activity and standing behavior of the livestock collected by various sensors such as a pedometer and an accelerometer.
本発明は、上述した各実施形態に限定されず、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the claims. Embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
本発明の一実施例について以下に説明する。 One embodiment of the present invention is described below.
〔実施例1〕
本実施例において、ウシの位置軌跡データと、当該ウシの栄養状態データとの相関関係を機械学習させた学習済モデルを生成した。当該学習済モデルに対して位置軌跡データを入力することで出力される出力データを用いて、推定を行い、推定データの精度を評価した。
Example 1
In this example, a trained model was generated by machine learning the correlation between the position trajectory data of a cow and the nutritional state data of the cow. The trained model was input with the position trajectory data, and output data was used to perform estimation, and the accuracy of the estimated data was evaluated.
〔教師データの生成〕
4頭のウシ(乳牛)を第1群、4頭のウシ(乳牛)を第2群として、ランダムに割り当てた。第1群のウシそれぞれに対して、TDN充足率が110%となる量の飼料を与えた。第2群のウシそれぞれに対して、TDN充足率が80%~90%となる量の飼料を与えた。飼料を与えた後、各群のウシそれぞれにGNSSの発信装置を取り付け、牧草地(寸法:90m×250m)にて1日、放牧した。各ウシに取り付けられた発信装置からのデータを参照して、各ウシの位置軌跡データをモノクロの画像データの形式で生成した。
栄養状態データとして、第1群のウシの位置軌跡データは「high」、第2群のウシの位置軌跡データは「low」としてラベル付けを行った。これによって、教師データを生成した。なお、TDN充足率は、下記式(1)によって算出した:
TDN充足率=TDN供給量/TDN必要量・・・(1)
式(1)中、TDN供給量は、家畜が摂取した飼料の量と、単位量の当該飼料中に含まれるTDNとの積を表す。TDN必要量は、家畜の体重及び出産回数に応じて設定される当該家畜が通常の代謝を行うために必要なTDNを表す。
[Generation of training data]
Four cows (dairy cows) were randomly assigned to the first group and four cows (dairy cows) to the second group. Each cow in the first group was given an amount of feed that gave a TDN sufficiency of 110%. Each cow in the second group was given an amount of feed that gave a TDN sufficiency of 80% to 90%. After feeding, a GNSS transmitter was attached to each cow in each group, and the cows were grazed in a pasture (dimensions: 90 m x 250 m) for one day. The position trajectory data of each cow was generated in the form of monochrome image data by referring to the data from the transmitter attached to each cow.
As nutritional state data, the position trajectory data of the first group of cattle was labeled as "high" and the position trajectory data of the second group of cattle was labeled as "low." In this way, training data was generated. The TDN sufficiency rate was calculated by the following formula (1):
TDN sufficiency rate = TDN supply / TDN requirement (1)
In formula (1), the TDN supply amount is the product of the amount of feed consumed by the livestock and the TDN contained in the unit amount of the feed, and the TDN requirement amount is the TDN required for the livestock to carry out normal metabolism, which is set according to the body weight and birth frequency of the livestock.
〔学習済モデルの生成〕
機械学習においては、オープンソフトウェアライブラリである「TensorFlow」(「TensorFlow」はGoogle社の登録商標)を用いた。転移学習の1つである「retrain.py」を用いて、本実施例の学習済モデル「label_image.py」を生成した。
[Generating a trained model]
In the machine learning, an open software library "TensorFlow"("TensorFlow" is a registered trademark of Google, Inc.) was used. The trained model "label_image.py" of this embodiment was generated using "retrain.py", which is one of the transfer learning methods.
〔入力データの生成、推定データの取得〕
教師データに含まれる位置軌跡データをランダムに選択することによって、入力データを生成した。学習済モデル「label_image.py」に対して、入力データを入力し、「high」又は「low」ラベルそれぞれに分類される尤度の数値データを出力データとして得た。「high」及び「low」ラベルのうち、尤度が高い方のラベルを推定データとして取得した。入力データの生成から、推定データの取得までの操作をそれぞれ独立して5回行った。
[Generating input data and obtaining estimation data]
Input data was generated by randomly selecting position trajectory data included in the training data. Input data was input to the trained model "label_image.py" to obtain numerical data of the likelihood classified into the "high" or "low" label as output data. The label with the higher likelihood of the "high" or "low" label was obtained as estimated data. The operations from generating input data to obtaining estimated data were performed five times independently.
〔データセットの生成〕
〔教師データの生成〕から〔入力データの生成、推定データの取得〕までの操作をそれぞれ独立して2回行い、2つのデータセット(2019年、及び2020年)を生成した。また、各データセットの教師データを統合したデータを教師データとして、〔教師データの生成〕から〔入力データの生成、推定データの取得〕までの操作を行い、1つのデータセット(2019年+2020年)を生成した。
[Dataset generation]
The operations from [generation of training data] to [generation of input data, acquisition of estimated data] were performed twice independently to generate two datasets (2019 and 2020). In addition, the data obtained by integrating the training data of each dataset was used as training data, and the operations from [generation of training data] to [generation of input data, acquisition of estimated data] were performed to generate one dataset (2019 + 2020).
〔評価〕
推定データのラベルと、入力データの位置軌跡データに対応する栄養状態データのラベルとが同じである確率を正解率(学習)として定義した。また、入力データとして、教師データに含まれる位置軌跡データとは異なるデータ(検証データ)を用いた場合の正解率を正解率(検証)として定義した。各データセットについて、正解率(学習)、及び正解率(検証)の評価結果を表1に示す。正解率(学習)及び正解率(検証)それぞれは、高い値であるほど、栄養状態推定システムによる推定の精度が高いことを示す。
〔evaluation〕
The accuracy rate (learning) was defined as the probability that the label of the estimated data is the same as the label of the nutritional state data corresponding to the position trajectory data of the input data. The accuracy rate (verification) was defined as the accuracy rate when data (verification data) different from the position trajectory data included in the training data was used as the input data. The evaluation results of the accuracy rate (learning) and accuracy rate (verification) for each dataset are shown in Table 1. The higher the accuracy rate (learning) and accuracy rate (verification), the higher the accuracy of the estimation by the nutritional state estimation system.
表1に示す結果から、機械学習によって構築された学習済モデルに対して、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データを含む入力データを入力して得られる、家畜の栄養状態に関する出力データを用いて、家畜の栄養状態を推定する推定部を備える、栄養状態推定システムは、家畜の栄養状態を容易に推定することができることが分かった。 From the results shown in Table 1, it was found that a nutritional state estimation system having an estimation unit that estimates the nutritional state of livestock using output data related to the nutritional state of livestock obtained by inputting input data including position trajectory data representing the position trajectories of livestock into a trained model constructed by machine learning can easily estimate the nutritional state of livestock.
〔実施例2〕
本実施例において、ウシの位置軌跡データと、当該ウシの健康状態データとの相関関係を機械学習させた学習済モデルを生成した。当該学習済モデルに対して位置軌跡データを入力することで出力される出力データを用いて、推定を行い、推定データの精度を評価した。
Example 2
In this example, a trained model was generated by machine learning the correlation between the position trajectory data of cattle and the health condition data of the cattle. The trained model was input with the position trajectory data, and output data was used to perform estimation, and the accuracy of the estimated data was evaluated.
〔教師データの生成〕
放牧飼育されているウシ(乳牛)5頭それぞれの1か月間の乳房炎、食欲不振及びケトーシスの治療履歴を参照して、治療履歴が少ない健常な時期のウシ5頭を第1群、及び、治療履歴が多い発病している時期のウシ5頭を第2群に、時期ごとに分類した。各ウシに取り付けられた発信装置からのデータを参照して、各ウシの位置軌跡データをモノクロの画像データの形式で生成した。健康状態データとして、第1群のウシの位置軌跡データは「good」、第2群のウシの位置軌跡データは「bad」としてラベル付けを行った。これによって、教師データを生成した。
[Generation of training data]
Five free-range cows (dairy cows) were classified by period, with five cows in a healthy period with few treatment histories and five cows in a diseased period with many treatment histories, classified into the first group and the second group, with five cows in a diseased period with many treatment histories, by referring to the data from the transmitter attached to each cow. The position trajectory data of the first group of cows was labeled as "good" and the position trajectory data of the second group of cows as "bad" as health condition data. This generated training data.
〔学習済モデルの生成、入力データの生成、推定データの取得、データセットの生成〕
学習済モデルの生成、入力データの生成及び推定データの取得は、実施例1と同様に行った。データセットの生成は、1回のみ行った。
[Generating trained models, generating input data, obtaining estimation data, generating datasets]
The generation of the trained model, the generation of the input data, and the acquisition of the estimation data were performed in the same manner as in Example 1. The generation of the dataset was performed only once.
〔評価〕
データセットについて、正解率(学習)、及び正解率(検証)の評価結果を表2に示す。正解率(学習)及び正解率(検証)それぞれは、高い値であるほど、健康状態推定システムによる推定の精度が高いことを示す。
〔evaluation〕
The evaluation results of the accuracy rate (learning) and accuracy rate (verification) for the dataset are shown in Table 2. The higher the accuracy rate (learning) and accuracy rate (verification), the higher the accuracy of the estimation by the health condition estimation system.
表2に示す結果から、機械学習によって構築された学習済モデルに対して、家畜の位置軌跡を表す位置軌跡データを含む入力データを入力して得られる、家畜の健康状態に関する出力データを用いて、家畜の健康状態を推定する推定部を備える、健康状態推定システムは、家畜の健康状態を容易に推定することができることが分かった。 From the results shown in Table 2, it was found that a health condition estimation system having an estimation unit that estimates the health condition of livestock using output data related to the health condition of livestock obtained by inputting input data including position trajectory data representing the position trajectories of livestock into a trained model constructed by machine learning can easily estimate the health condition of livestock.
本発明は、畜産分野に利用することができる。 This invention can be used in the livestock industry.
20 栄養状態推定装置
24 推定部
30 データ生成装置
33 データ生成部
40 学習済モデル生成装置
43 モデル生成部
50 給餌量決定装置
53 給餌量決定部
100 栄養状態推定システム
200 給餌量決定システム
20 Nutritional
Claims (8)
前記家畜の状態は、家畜の栄養状態、又は家畜の健康状態であり、
前記位置軌跡データは、家畜の位置軌跡を表す画像データを含む、
状態推定システム。 an estimation unit that estimates a state of a livestock by using, as input, position trajectory data representing the position trajectory of the livestock and status data representing the status of the livestock, using a trained model generated by performing machine learning using training data including position trajectory data representing the position trajectory of the livestock and status data representing the status of the livestock ;
The condition of the livestock is the nutritional state of the livestock or the health state of the livestock;
The position trajectory data includes image data representing the position trajectory of livestock.
State estimation system.
前記家畜の状態は、家畜の栄養状態、又は家畜の健康状態であり、
前記位置軌跡データは、家畜の位置軌跡を表す画像データを含む、
状態推定方法。 The method includes an estimation step of estimating a state of a livestock by using a trained model generated by performing machine learning using position trajectory data representing the position trajectory of the livestock and status data representing the status of the livestock as training data, and using the position trajectory data representing the position trajectory of the livestock as input;
The condition of the livestock is the nutritional state of the livestock or the health state of the livestock;
The position trajectory data includes image data representing the position trajectory of livestock.
State estimation methods.
前記家畜の状態は、家畜の栄養状態、又は家畜の健康状態であり、
前記位置軌跡データは、家畜の位置軌跡を表す画像データを含む、
学習済モデル生成装置。 a model generation unit that performs machine learning using position trajectory data representing the position trajectory of livestock and status data representing the status of the livestock as training data to generate a trained model that estimates the status of the livestock using the position trajectory data representing the position trajectory of the livestock as input ;
The condition of the livestock is the nutritional state of the livestock or the health state of the livestock;
The position trajectory data includes image data representing the position trajectory of livestock.
Trained model generator.
前記家畜の状態は、家畜の栄養状態、又は家畜の健康状態であり、
前記位置軌跡データは、家畜の位置軌跡を表す画像データを含む、
学習済モデル生成方法。 a model generation step of performing machine learning using position trajectory data representing the position trajectory of livestock and status data representing the status of the livestock as training data to generate a trained model for estimating the status of the livestock using the position trajectory data representing the position trajectory of the livestock as input;
The condition of the livestock is the nutritional state of the livestock or the health state of the livestock;
The position trajectory data includes image data representing the position trajectory of livestock.
How to generate a trained model.
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