奶牛呼吸頻率自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展

李奇峰 ，丁露雨*，李 潔，馬為紅，肖伯祥，余禮根，高榮華，鄭文剛，張石銳

（1.北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心，北京 100097；2.國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心，北京 100097；3.農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100097；4.天津市農(nóng)業(yè)農(nóng)村委員會(huì)信息中心，天津 300061；5.北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心，北京 100097）

全球范圍內(nèi)，畜禽生產(chǎn)正在向以動(dòng)物為中心的精細(xì)畜牧業(yè)方向轉(zhuǎn)型，通過(guò)獲取畜禽的生命信息研究其生理、健康、福利狀況，可對(duì)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境、飼喂、繁育和防疫等進(jìn)行精準(zhǔn)管理與決策支持[1]。呼吸頻率作為畜禽重要的生命體征參數(shù)，常作為健康、熱環(huán)境舒適度和福利的重要參考指標(biāo)[2-4]。呼吸頻率是評(píng)判奶牛熱應(yīng)激狀態(tài)最直接、有效的生理指標(biāo)，出現(xiàn)熱應(yīng)激時(shí)，奶牛的呼吸頻率普遍在40 次/min 以上，并隨著熱應(yīng)激程度的增加而升高[5-8]。奶牛汗腺不發(fā)達(dá)，呼吸道蒸發(fā)散熱是奶牛體熱調(diào)節(jié)中的主要散熱途徑之一，呼吸頻率也是奶牛呼吸道散熱模型中的重要參數(shù)，是研究奶牛與環(huán)境傳熱傳質(zhì)過(guò)程與模型的基礎(chǔ)[9-10]。因此，連續(xù)、準(zhǔn)確的呼吸頻率監(jiān)測(cè)對(duì)了解奶牛的健康狀況，建立奶牛與環(huán)境的互作機(jī)制、表達(dá)模型與報(bào)警機(jī)制、實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)環(huán)境調(diào)控等都有重要意義。

傳統(tǒng)的奶牛呼吸頻率測(cè)定以人工觀察為主，利用秒表連續(xù)3 min 記錄側(cè)腹起伏次數(shù)[11-12]。這種方式對(duì)觀察人員要求高，人力成本高、效率低，不能進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，難以滿足現(xiàn)代畜牧業(yè)數(shù)字化和智能化的需求[2,13]。連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)可以增加測(cè)量頻率，提供一致性和魯棒性更好的數(shù)據(jù)為動(dòng)物的生理反應(yīng)做動(dòng)態(tài)評(píng)估，同時(shí)減少數(shù)據(jù)收集所需的勞動(dòng)強(qiáng)度和人力成本[14]。隨著傳感技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，人們開(kāi)始嘗試呼吸頻率的無(wú)損、自動(dòng)檢測(cè)。目前奶牛呼吸頻率的自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)大致可分為接觸式和非接觸式兩大類(lèi)，其中接觸式檢測(cè)方法利用可穿戴設(shè)備中的壓敏、氣敏或熱敏元件等，通過(guò)測(cè)定胸腹部運(yùn)動(dòng)、呼吸聲、呼吸氣流、呼出的二氧化碳等來(lái)檢測(cè)呼吸頻率；而非接觸式檢測(cè)方法則主要通過(guò)機(jī)器視覺(jué)或光學(xué)測(cè)距技術(shù)監(jiān)測(cè)側(cè)腹起伏狀況來(lái)獲得呼吸頻率[4,15-18]。

隨著智慧養(yǎng)殖理念的提出和信息技術(shù)的發(fā)展，可穿戴設(shè)備和生物傳感器在動(dòng)物生產(chǎn)和健康管理中的應(yīng)用越來(lái)越多，在全球范圍內(nèi)正在形成一個(gè)新興的市場(chǎng)[19]。本文從動(dòng)物呼吸頻率接觸式測(cè)定方法和非接觸式測(cè)定方法兩方面介紹了國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的發(fā)展情況和應(yīng)用前景，為國(guó)內(nèi)開(kāi)展奶牛智慧養(yǎng)殖研究提供參考。

1 接觸式測(cè)定方法

與人類(lèi)的呼吸頻率檢測(cè)設(shè)備相比，由于使用場(chǎng)景、成本和動(dòng)物的不配合性與破壞性等條件限制，用于動(dòng)物尤其是大型動(dòng)物的呼吸頻率自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備種類(lèi)比較有限，主要包括基于胸腹伸縮運(yùn)動(dòng)的呼吸監(jiān)測(cè)馬甲/胸帶和基于呼吸氣流變化的監(jiān)測(cè)設(shè)備等。

奶牛呼吸所引起的側(cè)腹伸縮運(yùn)動(dòng)或呼吸氣流變化的信號(hào)很小，且伴有各種噪音，通常需要進(jìn)行濾波或信號(hào)放大等預(yù)處理后才能進(jìn)行分析，計(jì)算相應(yīng)的呼吸頻率[4,20]（圖1）。接觸式檢測(cè)方法雖然對(duì)動(dòng)物的行為有一定干擾，但可以進(jìn)行連續(xù)在線監(jiān)測(cè)，且動(dòng)物適應(yīng)后可減少設(shè)備佩戴對(duì)動(dòng)物的影響；其難點(diǎn)在于穿戴設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和傳感器信號(hào)的算法解析，同時(shí)，傳感器的使用壽命、抗破壞性等還需進(jìn)一步提高[4,16]。

圖1 接觸式監(jiān)測(cè)設(shè)備自動(dòng)獲取呼吸頻率的基本流程

1.1 可穿戴馬甲/ 胸帶 可穿戴的馬甲或胸帶（圖1）是出現(xiàn)最早、應(yīng)用相對(duì)較多的奶牛呼吸頻率自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，通過(guò)檢測(cè)吸氣、呼氣時(shí)胸廓形變所引起的壓力變化或胸腹圍周長(zhǎng)變化測(cè)定呼吸頻率。1997 年，BIOPAC 系統(tǒng)公司推出了一套自動(dòng)檢測(cè)人呼吸頻率的傳感設(shè)備，該設(shè)備將一個(gè)薄膜力敏傳感器集成到了硅膠應(yīng)變裝置中，通過(guò)呼吸時(shí)胸圍或腹圍的變化來(lái)改變硅膠應(yīng)變裝置的拉力，并利用力敏傳感器記錄拉力變化，進(jìn)行信號(hào)放大和調(diào)理后進(jìn)而獲得呼吸頻率。在此基礎(chǔ)上，Eigenberg等[20]研制了適用于牛的呼吸頻率自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，主要包含拉力傳感器、保持張力并能連接傳感器雙側(cè)拉力環(huán)的胸帶、數(shù)據(jù)采集器和分析程序幾部分。初代的呼吸頻率檢測(cè)胸帶采用的是TFX-11 微處理器，在采樣頻率為1 次/min、間隔15 min 自動(dòng)記錄1 次的條件下，內(nèi)存只夠連續(xù)采集4 d[14]。

試驗(yàn)條件下，呼吸頻率檢測(cè)胸帶測(cè)試結(jié)果與人工計(jì)數(shù)的誤差在10 次/min（RPM）以?xún)?nèi)，目前主要是在科研中應(yīng)用，研究評(píng)價(jià)環(huán)境熱應(yīng)激程度以及降溫技術(shù)的效果。例如，Eigenberg 等[21]用該設(shè)備獲取了育肥牛的呼吸頻率，建立呼吸頻率與干球溫度、濕度、風(fēng)速和太陽(yáng)輻射等環(huán)境參數(shù)的相關(guān)關(guān)系，并評(píng)價(jià)了遮陽(yáng)對(duì)緩解熱應(yīng)激的作用程度。但是糞尿污染和動(dòng)物對(duì)胸帶的啃咬、拖拽都會(huì)嚴(yán)重干擾信號(hào)的讀取，甚至造成監(jiān)測(cè)設(shè)備的損壞[4,14,20]。此外，該設(shè)備測(cè)得的數(shù)據(jù)只能存儲(chǔ)在內(nèi)置的數(shù)據(jù)采集儀中，不能進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)和智能預(yù)警，且存儲(chǔ)時(shí)間有限。隨著芯片技術(shù)和無(wú)線通訊的發(fā)展，可以進(jìn)一步擴(kuò)展微處理器的存儲(chǔ)能力和計(jì)算能力，同時(shí)解決在線監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?wèn)題。但需要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和傳感器原理上進(jìn)行改進(jìn)才能解決糞尿污染和動(dòng)物破壞性所造成的信號(hào)干擾，這就限制了可穿戴的馬甲或胸帶在實(shí)際生產(chǎn)中的大面積推廣應(yīng)用。

圖2 奶牛呼吸頻率穿戴式監(jiān)測(cè)設(shè)備(改編自Eigenberg 等[14]和Milan 等[4])

1.2 基于呼吸氣流的監(jiān)測(cè)方法 呼出的空氣溫度更高、濕度更大、CO2含量更高，且氣流的呼出會(huì)產(chǎn)生正壓[22-24]，這些差異為呼吸頻率的自動(dòng)監(jiān)測(cè)提供了契機(jī)。因此，基于氣流的呼吸頻率監(jiān)測(cè)方法又可以分為4 種，即基于溫度、濕度、氣體濃度和壓力的呼吸頻率監(jiān)測(cè)方法。這一類(lèi)的監(jiān)測(cè)方法一般需要借助呼吸面罩，或者需要固定在頭套上的設(shè)備從鼻孔處采集呼吸氣流的對(duì)應(yīng)參數(shù)信號(hào)。

Milan 等[4]開(kāi)發(fā)的呼吸頻率監(jiān)測(cè)裝置利用牛鼻孔處放置的熱敏傳感器分析呼入、呼出氣流的溫度變化來(lái)檢測(cè)呼吸頻率。檢測(cè)裝置負(fù)載到牛頭套頂端的脖子處，溫度傳感器及連接線通過(guò)金屬包被的保護(hù)殼引至鼻腔。研究中采用PT100/PPG101A1 的電阻型溫度傳感器，將其彎成“J”字型并包被金屬外殼，以增加傳感器的硬度和貼合度，避免奶?；顒?dòng)時(shí)傳感器從鼻孔中掉出。溫度信號(hào)采樣頻率為100 Hz，經(jīng)過(guò)1 kHz 的低通濾波和611 倍放大后轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)和后處理。利用傅里葉變換去除低于溫度信號(hào)譜中0.17 Hz 和高于1.67 Hz 的部分后，根據(jù)信號(hào)的振蕩次數(shù)就可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)的呼吸頻率。雖然統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，Milan 開(kāi)發(fā)的自動(dòng)檢測(cè)裝置與人工計(jì)數(shù)獲得的呼吸頻率差異不顯著；但是從2 種方法檢測(cè)的平均值和回歸關(guān)系看，自動(dòng)檢測(cè)的結(jié)果比人工計(jì)數(shù)的結(jié)果略低（圖3），平均系統(tǒng)誤差約為5%[4]，且并未分析環(huán)境溫度對(duì)鼻腔溫度的潛在影響。研究中，試驗(yàn)期間的環(huán)境溫度處于奶牛體熱調(diào)節(jié)的熱中性區(qū)，呼吸頻率相對(duì)較低（＜30 RPM）。當(dāng)溫度升高、奶牛處于熱應(yīng)激時(shí)，環(huán)境溫度對(duì)鼻腔內(nèi)溫度的影響以及呼吸頻率檢測(cè)誤差的影響等還需進(jìn)行深入分析，進(jìn)一步優(yōu)化相應(yīng)的算法，提高檢測(cè)設(shè)備的準(zhǔn)確率。

圖3 人工計(jì)數(shù)與基于呼吸氣流溫度差的呼吸頻率自動(dòng)檢測(cè)結(jié)果比較[4]

Strutzke 等[24]根據(jù)吸入、呼出氣體的壓力差開(kāi)發(fā)了奶牛呼吸頻率自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備。該設(shè)備利用一個(gè)柔性硅膠管將鼻腔內(nèi)的壓力傳送至壓差傳感器，并通過(guò)微控制器接收傳感器的信號(hào)，經(jīng)調(diào)理轉(zhuǎn)換后輸出測(cè)得的呼吸頻率。該方法所得的呼氣、吸氣壓力波清晰易分辨（圖4），與人工計(jì)數(shù)的結(jié)果相關(guān)系數(shù)較高，準(zhǔn)確率在92%～99%。測(cè)試時(shí)奶牛的活動(dòng)狀態(tài)會(huì)影響自動(dòng)檢測(cè)與人工計(jì)數(shù)方式所得結(jié)果的一致性，奶牛站立時(shí)測(cè)試結(jié)果的一致性最高，躺臥時(shí)次之。

圖4 奶牛呼吸時(shí)呼吸氣流產(chǎn)生的壓差波形圖[18]

基于呼吸氣流的水汽含量差和CO2濃度差監(jiān)測(cè)呼吸頻率的方法在人醫(yī)臨床應(yīng)用上研究較多，與人工計(jì)數(shù)的誤差可達(dá)1 RPM[19]，但較少用于動(dòng)物呼吸頻率檢測(cè)的研究。為了準(zhǔn)確檢測(cè)氣體濃度，水汽含量差或CO2濃度差的方法通常需要在口鼻處戴面罩，這就限制了該方法在動(dòng)物呼吸頻率檢測(cè)中的推廣應(yīng)用。而且同等條件下，溫度和壓力傳感器的成本通常比氣體濃度傳感器的成本低，因此，基于呼吸氣流壓力差或溫度差的方法在奶牛呼吸頻率檢測(cè)方面更具有可操作性和應(yīng)用前景。

2 非接觸式檢測(cè)方法

非接觸式檢測(cè)方法主要是根據(jù)呼吸時(shí)胸腹部的運(yùn)動(dòng)變化，通過(guò)測(cè)距或者圖像分析的方法來(lái)檢測(cè)呼吸頻率[13,16-17]，更大程度上依賴(lài)于軟件算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行提取、分析。相比較而言，現(xiàn)行條件下非接觸式檢測(cè)方法只能在特定場(chǎng)景（如擠奶時(shí)）進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，難以針對(duì)單頭動(dòng)物進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。其優(yōu)點(diǎn)在于單個(gè)設(shè)備可以檢測(cè)多頭奶牛的呼吸頻率且不需要對(duì)動(dòng)物本身裝配任何元件。

2.1 基于激光測(cè)距的檢測(cè)方法 2007 年，Pastell 等[16]開(kāi)發(fā)了一套基于激光測(cè)距的非接觸式奶牛呼吸頻率檢測(cè)設(shè)備，該設(shè)備主要包括激光測(cè)距儀（L-Gage LT3，Banner，USA）、小型閃存數(shù)據(jù)采集卡（NI CF-6004）和PDA（Dell Axim 50）。激光測(cè)距儀的測(cè)點(diǎn)定位于奶牛側(cè)腹外側(cè)區(qū)域，測(cè)定頻率為25 Hz，通過(guò)奶牛呼吸時(shí)檢測(cè)到的側(cè)腹距離變化來(lái)推算呼吸頻率（圖5）。研究表明，奶牛在熱中性區(qū)時(shí)，呼吸頻率一般在0.3～0.7Hz（18～42 RPM），雖然激光測(cè)距儀的測(cè)點(diǎn)每次定位到牛體的位點(diǎn)不同，但側(cè)腹運(yùn)動(dòng)引起的形變面積較大，測(cè)點(diǎn)定位仍具有較好的代表性和普適性[26]。在檢測(cè)頻率為100 Hz時(shí)，該方法測(cè)定呼吸頻率的誤差為0.1Hz 即6 RPM。

圖5 基于激光測(cè)距的方法檢測(cè)呼吸頻率[16]

激光測(cè)距儀測(cè)得的原始信號(hào)需要經(jīng)過(guò)三步處理后才能提取出對(duì)應(yīng)的呼吸頻率：①所檢測(cè)的原始信號(hào)中含有牛舍熒光燈等引起的背景噪聲、奶?；顒?dòng)所引起的異常波峰等干擾信號(hào)，需要采用特定的算法進(jìn)行去除；②采用0.1 Hz 和3 Hz 帶通的二階巴特沃斯帶通濾波器進(jìn)行過(guò)濾；③采用1 024 個(gè)執(zhí)行點(diǎn)數(shù)的快速傅里葉變換算法（FFT）估計(jì)功率譜、提取呼吸頻率數(shù)據(jù)。增加FFT 算法的執(zhí)行點(diǎn)數(shù)可以增加時(shí)間窗（Time Window）進(jìn)而提高分辨率，但同時(shí)也會(huì)降低系統(tǒng)度量時(shí)間變化的能力。

該方法目前只能用于處于保定狀態(tài)的牛，且受干擾因素較多。例如，黑色毛發(fā)對(duì)激光有吸收，不能用于側(cè)腹為黑色毛色的奶牛；信號(hào)傳輸線過(guò)長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生噪音干擾，需要進(jìn)行濾波去噪等[26]。

2.2 基于圖像分析的檢測(cè)方法 基于圖像分析的檢測(cè)方法可以分為可見(jiàn)光圖像分析和熱紅外圖像分析2 種，也有學(xué)者在探索深度圖像分析的方式?？梢?jiàn)光圖像分析依據(jù)呼吸時(shí)側(cè)腹的周期性起伏變化，利用呼吸運(yùn)動(dòng)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)速度與腹部起伏規(guī)律的相關(guān)性，通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)篩選出呼吸運(yùn)動(dòng)點(diǎn)，提取呼吸過(guò)程特征值，進(jìn)而計(jì)算呼吸頻率[13]。熱紅外圖像分析方法通過(guò)呼吸時(shí)鼻尖下皮膚溫度的變化，分析熱成像（圖6）后對(duì)應(yīng)區(qū)域的像素灰度值變化規(guī)律，進(jìn)而計(jì)算呼吸頻率[15,27-28]。熱成像分析方法的難點(diǎn)在于自動(dòng)對(duì)面部進(jìn)行識(shí)別和實(shí)時(shí)追蹤，并對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行圖像分割。與人工計(jì)數(shù)相比，熱紅外圖像分析獲得的呼吸頻率平均誤差為0.83 RPM[15]。

圖6 奶牛吸入(A)和呼出(B)氣流時(shí)的熱紅外圖像[15]

光流法是圖像分析中對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和目標(biāo)跟蹤的常用方法，通過(guò)給圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)賦予一個(gè)速度矢量，形成了一個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)。根據(jù)各個(gè)像素點(diǎn)的速度矢量特征，可以對(duì)圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。應(yīng)用較為普遍的光流場(chǎng)計(jì)算方法主要包括Horn-Schunck 經(jīng)典光流場(chǎng)計(jì)算方法（H-S 法）和Lucas-Kanade 計(jì)算方法（L-K 法）[29]。H-S法結(jié)合梯度約束和全局平滑條件約束，在足夠的迭代次數(shù)時(shí)，該方法能獲得精確的光流，但計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)。L-K法采用區(qū)域性最小平方法進(jìn)行局部約束，將光流場(chǎng)計(jì)算轉(zhuǎn)換成線性系統(tǒng)的求解[30]。如果這個(gè)線性系統(tǒng)是良性的（圖像空間梯度達(dá)到設(shè)定的閾值且在小鄰域內(nèi)梯度方向變化豐富），利用局部?jī)?yōu)化方法就可以得到唯一且可靠的光流值；若是空間梯度接近于零或梯度方向在小鄰域內(nèi)幾乎不發(fā)生變化，則局部?jī)?yōu)化的方法就不再適用[31]。

趙凱旋等[13]利用光流法計(jì)算了視頻幀圖各像素點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，通過(guò)循環(huán)Ostu 處理對(duì)像素點(diǎn)進(jìn)行篩選得到呼吸運(yùn)動(dòng)點(diǎn)，動(dòng)態(tài)計(jì)算速度方向曲線的周期進(jìn)而獲得了牛的呼吸頻率。研究中，光流場(chǎng)計(jì)算采用了H-S的約束算法，迭代次數(shù)300 次，最終誤差為0.01。根據(jù)其對(duì)72 頭奶牛進(jìn)行的360 min 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，與人工計(jì)數(shù)相比，該方法獲得的呼吸頻率準(zhǔn)確率為95.68%。

還有一種方法是通過(guò)圖像分析脊腹線的曲率變化來(lái)檢測(cè)呼吸頻率。當(dāng)動(dòng)物正常站立時(shí)，其身體輪廓可以找到一個(gè)形心，動(dòng)物因探究行為等引起的頭、蹄部位稍稍挪動(dòng)只會(huì)引起形心在某一水平面的輕微晃動(dòng)。因此，可以基于形心確定動(dòng)物的脊腹輪廓，并根據(jù)脊腹輪廓線與形心的距離計(jì)算脊腹線曲率，通過(guò)曲率波動(dòng)檢測(cè)呼吸頻率[32]。目前該方法主要應(yīng)用在豬的呼吸頻率監(jiān)測(cè)研究方面。當(dāng)樣本量約為70 頭時(shí)，呼吸頻率自動(dòng)識(shí)別率為94.3%，自動(dòng)識(shí)別與人工計(jì)數(shù)的平均相對(duì)誤差為2.28%[32-33]。奶牛呼吸時(shí)腹部水平方向的位移比垂直方向明顯，該方法的應(yīng)用效果與改進(jìn)方法還需要進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

圖像分析的方法受動(dòng)物身體展示角度影響，目前的研究基本都是針對(duì)具有完整側(cè)視的單頭動(dòng)物。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于動(dòng)物相互間的遮擋或是展示角度的問(wèn)題，很難自動(dòng)捕捉到試驗(yàn)條件的標(biāo)準(zhǔn)圖像或視頻。圖像分析的方法在生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用還有一段距離。

3 展 望

隨著物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，穿戴設(shè)備迅速發(fā)展，其市場(chǎng)規(guī)模也從2014 年的22 億元激增到了2016年的231 億，有望成為未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的控制中心[34]。目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有數(shù)家創(chuàng)業(yè)公司在研發(fā)針對(duì)農(nóng)場(chǎng)的可穿戴設(shè)備，例如，蘇格蘭的Silent Herdsman 公司開(kāi)發(fā)了一種內(nèi)置有重力感應(yīng)器的項(xiàng)圈，能夠讓農(nóng)戶(hù)從電腦或智能手機(jī)上追蹤奶牛的活動(dòng)，獲取其健康信息。

目前，國(guó)內(nèi)奶?？纱┐髟O(shè)備大部分用于奶牛的活動(dòng)量和體溫監(jiān)測(cè)，以此判斷奶牛健康和發(fā)情情況，很少涉及奶牛心率、呼吸頻率等多項(xiàng)生理參數(shù)的監(jiān)測(cè)。在政策層面上，國(guó)家大力發(fā)展數(shù)字畜牧業(yè)，為智能監(jiān)測(cè)方法和設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用提供了良好的契機(jī)；在應(yīng)用層面上，奶牛飼養(yǎng)周期長(zhǎng)、個(gè)體經(jīng)濟(jì)價(jià)值相對(duì)較高，具有動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)健康與生產(chǎn)狀況的需求。因此，研發(fā)集呼吸頻率、體溫、活動(dòng)量、采食量等多參數(shù)為一體的穿戴式智能檢測(cè)設(shè)備，具有較好的商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用前景，在奶牛行業(yè)有廣闊的發(fā)展空間。

接觸式的呼吸頻率檢測(cè)方法基于傳感器測(cè)量，更容易實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的集成監(jiān)測(cè)，同時(shí)獲得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也更好，但是需要將設(shè)備的成本壓縮到商業(yè)應(yīng)用的可接受范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)普及應(yīng)用。由于還有一些技術(shù)瓶頸沒(méi)有突破，廣大科研工作者需要共同努力，使得呼吸頻率的檢測(cè)朝著智能化和低成本化的可穿戴式設(shè)備發(fā)展。這些問(wèn)題包括畜牧生產(chǎn)環(huán)境下材料的耐用性與抗破壞性、傳感器的抗干擾能力、電池續(xù)航時(shí)間、無(wú)線傳輸功耗與數(shù)據(jù)丟包問(wèn)題、設(shè)備小型化等[34]。

穿戴式的呼吸頻率監(jiān)測(cè)設(shè)備未來(lái)將實(shí)現(xiàn)24 h 不間斷地收集奶牛個(gè)體的生理信息、健康狀況、生產(chǎn)性能等，并對(duì)采集信息進(jìn)行更深層的數(shù)據(jù)挖掘，通過(guò)手機(jī)、電腦等移動(dòng)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)警，為奶牛行為分析、生產(chǎn)能力評(píng)估與疾病預(yù)警提供有力支持，將奶牛養(yǎng)殖推向數(shù)字化、智能化管理的發(fā)展方向，整體提升我國(guó)奶牛的養(yǎng)殖水平。