近日，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院王冉冉團(tuán)隊與日本巖手大學(xué)盧忻博士在期刊Computers and Electronics in Agriculture發(fā)表了題為“Estrus Detection in Dairy Cows Using Advanced Object Tracking and Behavioral Analysis Technologies”的研究論文。該研究通過機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)和信號分析，成功監(jiān)測跟蹤奶牛，首次提出通過極坐標(biāo)變換和高精度坐標(biāo)點重現(xiàn)，捕捉了奶牛在發(fā)情期間的細(xì)微動作，提高了發(fā)情檢測的準(zhǔn)確性和效率。

奶牛的發(fā)情檢測是奶牛繁殖管理中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)方法主要依賴人工觀察，難以捕捉奶牛在發(fā)情期間的細(xì)微行為變化。本研究通過引入極坐標(biāo)變換和高精度坐標(biāo)點重現(xiàn)技術(shù)，結(jié)合改進(jìn)的YOLOv5s模型和DeepSORT算法，成功實現(xiàn)了對奶牛行為的精確跟蹤和細(xì)微動作的捕捉。研究團(tuán)隊通過將奶牛的運動軌跡從傳統(tǒng)的笛卡爾坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)系，能夠更直觀地分析奶牛在發(fā)情期間的旋轉(zhuǎn)運動和非線性行為，如頻繁的轉(zhuǎn)圈和不安站立。

圖1. 極坐標(biāo)變換下的奶牛運動軌跡

研究團(tuán)隊通過高精度坐標(biāo)點重現(xiàn)技術(shù)，捕捉了奶牛在發(fā)情期間的細(xì)微動作變化。通過傅里葉變換分析，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)發(fā)情期間奶牛的行為頻率分布更加復(fù)雜且多樣化，而非發(fā)情期間則表現(xiàn)出較高的規(guī)律性和重復(fù)性。這一發(fā)現(xiàn)為發(fā)情檢測提供了重要的行為特征依據(jù)。

圖2. 傅里葉變換分析奶牛發(fā)情期間的行為頻率特征

此外，研究團(tuán)隊還通過主成分分析（PCA）對奶牛行為數(shù)據(jù)進(jìn)行了降維處理，成功區(qū)分了發(fā)情和非發(fā)情行為。通過結(jié)合極坐標(biāo)變換和PCA，能夠更精確地識別奶牛在發(fā)情期間的細(xì)微行為變化，如突然的方向改變和短促的移動。

圖3. PCA分析奶牛發(fā)情與非發(fā)情行為的主成分分布

極坐標(biāo)變換和高精度坐標(biāo)點重現(xiàn)技術(shù)的結(jié)合，為奶牛發(fā)情檢測提供了一種全新的多學(xué)科方法，不僅提高了檢測的準(zhǔn)確性，還能夠捕捉奶牛在發(fā)情期間的細(xì)微動作變化。這一發(fā)現(xiàn)不僅加深對奶牛行為模式的理解，也為未來的精準(zhǔn)畜牧業(yè)管理提供了新的技術(shù)路徑。

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波