RU2004964C1 - Способ идентификации животных и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Description

ставл ющим последовательный 24-битный цифровой код, индивидуальный дл  каждого животного и задаваемый дл  него перед имплантацией ответчика. Сигнал на частоте fi обеспечивает кратковременную подачу питани  на ответчики животных. Совпадение кода в данном ответчике с кодом, посту- пившем на частоте fa, обусловливает кратковременную подачу питани  на осцилл тор ответчика, который генерирует сигнал ответа на частоте Ь, поступающего на запросчик.

Недостатком этого способа и устройства  вл етс  критическа  зависимость от частоты.

Работа на высоких частотах (200 МГц) позволила бы использовать небольшие антенны , но ввиду сильного поглощени  слоем кожи электромагнитного излучени  снижаетс  дальность действи .

На низких частотах - поглощение в слое кожи значительно меньше, но снижаетс  эффективность антенны и дл  компенсации требуетс  использовать источники питани  большой емкости, а это приводит к значительному усложнению как самого ответчика, так и его имплантации.

Кроме того, облучение в высокочастотном диапазоне вредно дл  здоровь  оператора и животных. Имплантаци  ответчика сама по себе  вл етс  нежелательной и создает дискомфорт животным, привод щий к снижению их продуктивности.

Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности идентификации животных за счет разработки способа и основанного на нем устройства, обеспечивающих идентификацию больших стад на рабочих рассто ни х между приемно-пере- дзющим блоком и животными, повышение продуктивности за счет отсутстви  дискомфорта у животных из-за снижени  веса и габаритов узла, размещенного на них и отсутстви  на животных узлов с электропитанием , что приводит к снижению травматизма у животных за счет исключени  контакта животных с устройством.

Указанна  цель достигаетс  тем, что при предлагаемом способе сформированный в направлении наиболее веро тных местоположений животных поток излучени  (видимой или инфракрасной области спектра ) отражаетс  в обратном направлении от расположенного на животных блока меток, состо щих из набора светоотражателей с фильтрами на различные спектральные диапазоны и различное пропускание, которые  вл ютс  отличительными признаками животных . Преобразованное излучение, пройд  через фильтры тех же спектральных

диапазонов, на приемники оптического излучени , после соответствующей обработки , выраженное в коде, сопоставл етс  с кодами животных, поступающими из блока

пам ти. Совпадение кодов свидетельствует об идентификации животного, о чем передаетс  информаци  на управл ющий механизм работающего агрегата (например, кормораздатчика или устройства открыти 

0 тех или иных проходов на ферме).

Цель достигаетс  за счет того, что в устройстве дл  размещени  на животном имеетс  блок меток, выполненный в виде плоского утолщенного основани  с набором

5 светоотражателей (например, трипельп- ризм), число которых равно числу приемников в приемопередающем блоке, с установленными на их входы фильтрами различных спектральных диапазонов. В

0 каждом спектральном диапазоне фильтры на светоотражател х могут различатьс  по пропусканию. Кроме того, устройство снабжено источником оптического излучени , системой формировани  узконаправленно5 го в одной плоскости луча, приемниками с фильтрами, выдел ющими излучение тех же спектральных диапазонов, что и в блоке меток , соединенных с многоканальным блоком обработки, который соединен с блоком па0 м ти и согласующим блоком, соединенным с управл ющим механизмом работающего агрегата. Устройство снабжено блоком питани , соединенным со всеми блоками, кроме блока меток и системы формировани 

5 узконаправленного луча.

Применение предлагаемого способа и устройства дает возможность обеспечить рабочие дальности действи  и осуществить идентификацию стад любого поголовь  без

0 непосредственного контакта с животным и при одновременном отсутствии дискомфорта . Это достигаетс  за счет использовани  блока меток, состо щих из набора светоотражателей , в основани х которых установ5 лены фильтры, позвол ющие реализовать необходимое число сочетаний различных спектральных диапазонов и пропускани ;

снизить травматизм животных при идентификации на рабочих рассто ни х.

0 Это достигаетс  за счет того, что блок меток, размещенный на животном, не требует электропитани , имеет небольшую массу и габариты и отсутствует контакт животного с устройством приема отраженного сигнала;

5повысить продуктивность животных за

счет исключени  их дискомфорта ввиду того , что конструктивное решение блока меток , размещенных на животном, выполнено облегченным, не мешает ему опускать голову и передвигатьс , а также.отсутствует блок

электропитани , наличие которого на животном приводит к неудобству передвижени  и лишает животного автономии.

Анализиру  новые существенные признаки по критерию существенные отличи  можно сделать вывод о том, что примен   предлагаемый способ и устройство добиваемс  достижени  экономического эффекта и осуществл ем решение актуальной проблемы - идентификации стад большого поголовь .

Таким образом, предлагаемое устройство  вл етс  новым, имеет существенные отличи , неочевидно, имеет положительный эффект и промышленную применимость.

Кроме того, предлагаемое техническое решение не известно как в нашей стране, так и за рубежом.

При предлагаемом способе сформированный в направлении наиболее веро тных местоположений животных поток излучени  (видимой или инфракрасной области спектра) отражаетс  от животного в обратном направлении в узком телесном углу оптического сигнала, содержащего информацию о данном животном, заключающуюс  в определенном соотношении величин сигналов различных спектральных диапазонов, компенсации погрешностей , возникающих из-за поворота животного в пространстве, за счет определени  отношений сигналов в индицирующих каналах к сигналу в эталонном канале, индексации полученных относительных значений и сопоставлении установленных кодов с кодами , заранее присвоенными животным, по совпадению которых идентифицируют животное .

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства: на фиг. 2 представлен блок меток с набором светоотражателей и фильтров; на фиг. 3 дана схема приемно- передающего устройства и отражател  идентификатора.

Предлагаемое устройство содержит источник оптического излучени  (лампу подсветки ) 1, систему 2 формировани  узконаправленного в одной плоскости луча, блок меток 3, который представл ет собой плоское утолщенное основание, в которое вмонтированы светоотражатели (например, трипельпризмы) с фильтрами. Устройство снабжено приемниками оптического излучени  с фильтрами индицирующих и эталон- ного каналов 4 и 5, соединенными с многоканальным блоком обработки б, который соединен с блоком пам ти 7 и согласующим блоком 8. Кроме того, устройство снабжено блоком электропитани  9, соединенным со всеми перечисленными блоками.

за исключением системы формировани  узконаправленного в одной плоскости луча 2 и блока меток 3, включающего фильтры 10. При выборе лампы подсветки 1 следует

учитывать, что одна должна обладать достаточной шириной рабочего диапазона спектра .

Согласно имеющимс  данным, на одной ферме в зависимости от назначени  может

0 быть от сотен до нескольких тыс ч голов крупного рогатого скота (КРС).

Дл  того, чтобы идентифицировать примерно 2000 особей ширина спектра должна быть такой, чтобы можно было выделить

5 семь различных спектральных участков.

Диаметр лампы должен быть как можно меньше. Лампа должна обладать высокой надежностью и стабильностью, работать в услови х животноводческих помещений,

0 выдерживать тр ску.

Устройство предполагаетс  использовать в первую очередь в передвижных кормораздатчиках на тракторах. Поэтому в качестве источника электропитани  целесо5 образно использовать посто нный ток 12 В. Приведенным требовани м удовлетвор ют, например, некоторые автомобильные лампы накаливани  на напр жение 12В.

Система 2 формировани  узконаправ0 ленного в одной плоскости луча устанавливаетс  перед лампой подсветки 1. Учитыва  некоторую инерционность срабатывани  управл ющих и исполнительных механизмов кормораздатчика, система 2 служит дл 

5 направлени  светового потока несколько вперед, облуча  при этом расположенный на животных блок меток 3.

Врем  выдачи одной дозы составл ет 5 с. Зна  взаимное расположение стойла и

0 кормораздатчика с предложенным устройством , а также скорость его движени  просто определить рабочее положение луча.

При решении задачи беспропускного отражени  от каждого из расположенных на

5 животном блока меток 3 и запрета на одновременное отражение от нескольких из них, исход  из нормы технологического проектировани  фермы, например, примем ширину боксов дл  кормов 1,0...1,2 м, а рабочую

0 высоту, в пределах которой следует обеспечить облучение, 1,7.„2,0,

Морда животного может находитьс  практически в любом месте сечени  пр моугольника с указанными размерами. Изве5 стно также, что на фермах часто одну поилку устанавливают на два соседних бокса.

Дл  того, чтобы исключить возможность при кормораздаче одновременной подвески соседних животных, облучающий пучок в горизонтальном направлении должен

быть достаточно узок и в то же врем  дл  того, чтобы исключить пропуск, он должен быть широк в вертикальном направлении, т.е. в блоке 2 следует использовать цилиндрическую линзу. Цилиндрическую линзу целесообразно использовать и в случае работы идентификаторов при автоматическом загоне скота на ферму.

Система 2 формировани  узконаправленного в одной плоскости луча предназначена дл  направлени  потока излучени  на блок меток 3.

Блок меток 3 дл  размещени  на животном представл ет собой набор светоотра- жателей с уменьшенными на их входы фильтрами различных спектральных диапазонов и различных значений пропускани , по которым производитс  идентификаци .

Конструктивно блок меток 3 представл ет собой плоское утолщенное основание, в которое вмонтированы светоотражатели (например, трипельпризмы) с установленными на их входах фильтрами различных спектральных диапазонов и значений пропускани  (см. фиг. 2). Толщина основани  определ етс  высотой трипельпризм. Дл  креплени  блока меток он снабжен л мками .

Блок меток 3 служит дл  преобразовани  излучени  согласно характерных дл  данного животного значений пропускани  фильтров, а также дл  передачи преобразованного излучени  на приемники излучени  с фильтрами индицирующих и эталонного каналов 4 и 5.

В качестве приемников оптического излучени  4 и 5 можно использовать германиевый фотодиод, имеющий высокую чувствительность в спектральной области 0,4...1,9 мкм, небольшие габариты, что существенно при конструировании приемно-пе- редающего узла, включающего блоки 1, 2, 4.5.

Радиус сечени  пучка после прохождени  блока меток 3 в плоскости нахождени  приемника излучени  с фильтрами 4, 5 определ етс  примерно соотношением у.4 До ,

где Да - угол, определ емый отклонением взаимного положени  граней светоотража- тел  от перпендикул рности, рад;

I - рассто ние между блоком меток 3 и плоскостью расположени  приемников.

В качестве примера прин то, что свето- отражатель составлен из отдельных отражающих поверхностей (зеркал). Возможно использование светоотражателей в виде призм, тогда правую часть приведенного

соотношени  следует умножить нэп- показатель преломлени  вещества, из которого выполнена призма.

Оценим возможное значение у . Прак- 5 тически светоотражатель может быть изготовлен с углом Да.2° 3,5 рад.

При использовании предложенного устройства в системах раздачи корма можно исходить из того, что инерционность сраба0 тывани  исполнительных механизмов кормораздатчика пор дка 5 с, скорость его движени  0,3 м/с. Дл  того, чтобы требуемый данному животному корм был выдан в пределах его кормушки I 150 см. Тогда у%

5 21 см, что позвол ет разместить приемники излучени  с фильтрами индицирующих и эталонного каналов 4 и 5 в тойЧке плоскости, что и лампу подсветки 1.

Блок 4 представл ет собой приемники

0 излучени  с фильтрами индицирующих каналов , блок 5 - приемник излучени  с фильтром эталонного канала. На всех отражател х, соответствующих этому каналу , используютс  одинаковые фильтры.

5 Эталонный канал 5 введен дл  того, чтобы компенсировать некоторую погрешность , возникшую из-за изменени  положени  блока меток 3 в пространстве относительно приемно-передающего узла.

0 Поэтому в качестве первой операции в многоканальном блоке обработки б производитс  деление сигналов, полученных по индицирующим каналам приемников 4, к сигналу, полученному по эталонному каналу

5 приемника 5. В многоканальном блоке обработки 6 определ етс  не только относительна  величина сигналов, но производитс  обработка и анализ этих сигналов . В результате этого определ етс  из0 меренный код животного, представл ющий собой последовательность цифровых значений с выхода m индицирующих каналов.

Выходной сигнал i-ro индицирующего канала А( ДА |)Вых после эталонировани  мо5 жет быть записан в виде следующего соотношени :

А(ДА|)6

- Ризл Ктф KQT Кф

(Риэл Кот Кф)э где Ризл мощность оптического излучени  в спектральном диапазоне ДА i;

КТф - коэффициент пропускани  фильтра , установленного на трипельпризме блока меток 3 в спектральном диапазоне ДА к Кот суммарный коэффициент отражени  от поверхности трипельпризмы в ДА, спектральном диапазоне;

Кф - коэффициент пропускани  фильтра, установленного на приемнике 4, в ДА i спектральном диапазоне.

В знаменателе те же обозначени  относ тс  к спектральному диапазону работы приемника 5 эталонного канала. В приведенной формуле известны все значени , вход щие в правую часть, кроме КТф в чис- лителе.

Многоканальный блок обработки 6 выполн ет функцию вычислени  КТф из числител  формулы по известным коэффициентам и измеренной величине А(ДАОвых. Многоканальный блок обработки б может быть, например, выполнен в виде микропроцессора с аналого-цифровым преобразователем (АЦП). В пам ти микропроцессора блока 6 записаны известные до измерений коэффициенты из приведенной формулы.

В результате вычислений (операции извлечени  квадратного корн ) на выходе микропроцессора блока 6 получаем значени  коэффициента пропускани  фильтром, уста- новленным- на трипельпризме блока меток 3, излучени  1-го спектрального диапазона КТф. Вычислени  провод т дл  всех спектральных диапазонов и в результате получаем число значений КТф, равное числу индицирующих каналов приемников 4.

Далее микропроцессор блока 6 осуществл ет операцию индексации полученных значений Ктф (ДАО по значени м порогов У(ДА записанных в пам ти микропроцессора блока 6. Пороги V( ДА 0 выбираютс  в соответствии с теми значени ми КТф (ДАО, которые используютс  в конструкции данного устройства.

Например, в данном диапазоне i ис- пользуютс  три типа фильтров - с пропусканием 0,8 (фильтр А), 0,4 (фильтр Б), 0,2 (фильтр В). Тогда пороги устанавливаем, например , так VnopA 0,6, VnopB 0,3, VnopB 0,1.

Дл  каждого канала определ ютс  свои пороги. Выделенным диапазоном величин присваиваютс  индексы - пор дковые числа . Полученна  в результате совокупность образует кодовую посылку, котора  сопо- ставл етс  с поступившими на другой вход микропроцессора блока 6 из цифровой пам ти (блок пам ти 7) кодами. При совпадении кодовых посылок, что свидетельствует об идентификации животного, код животно- го поступает в согласующий блок.

Оценим минимально необходимое количество различных спектральных каналов. Предположим, что в каждом спектральном канале можно реализовать, по крайней ме- ре, три фильтра, имеющих различное пропускание - фильтры с максимальным, со средним и с незначительным пропусканием , отличающийс  друг от друга по пропусканию в 2...3 раза.

Дл  того, чтобы произвести идентификацию в требуемом объеме, например, идентифицировать N особей, число спектральных каналов М должно удовлетвор ть неравенству М т + 1, где Зт N.

Например, при необходимости идентификации 2000 особей М 8, а дл  идентификации 400 особей М 7.

Электропитание всех особей идентификации (источника излучени  1. приемников излучени  с фильтрами индицируемых и эталонного каналов 4. 5, многоканального блока обработки 6, блока пам ти 7, согласующего блока 8) производитс  от блока электропитани  9.

Следует отметить, что все блоки, вход щие в устройство, кроме блока меток, известны и не  вл ютс  оригинальными.

Идентификатор животных предполагаетс  использовать при автоматической раздаче животным кормов и при их проходе на автоматизированную ферму дл  загона на запланированные места.

Устройство работает следующим образом .

Излучение источника излучени  (лампы подсветки) 1 после прохождени  системы 2 формировани  узконаправленного в одной плоскости луча (цилиндрической линзы) имеет в поперечном сечении вид узкого пр моугольника, в рассматриваемом случае расположенного вертикально. За счет движени  кормораздатчика поочередно освещаютс  стойла и, если в них наход тс  животные с закрепленным на лбу блоком меток 3, часть падающего потока будет отражена в направлении приемников излучени  с фильтрами индицирующих и эталонного каналов 4, 5 идентификатора.

Аналогично при использовании идентификатора дл  загона животных на запланированные места фермы система формировани  узконаправленного в одной плоскости луча 2 обеспечивает освещение плоскости входных ворот и при проходе через нее животных, имеющих блоки меток 3. часть упавшего потока будет отражатьс  в обратном направлении.

На приемниках излучени  с фильтрации индицирующих и эталонного каналов 4, 5 установлены различные фильтры, выдел ющие те же спектральные интервалы, что и фильтры, использованные в блоке маток 3. Преобразованные приемниками 4, 5 сигналы по автономным каналам поступают в многоканальный блок обработки 6. Полученные в нем характеристики в виде кодовых посылок сопоставл ютс  с кодовыми посылками, поступающими в этот же блок из блока пам ти 7.

В случае совпадени  кодовых посылок, что свидетельствует об идентификации животного , информаци  передаетс  в согласующий блок.

- Предложенное устройство обеспечива- ет идентификацию на рабочих рассто ни х любого поголовь . При этом блок меток дл  размещени  на животных не требует элект-- ропитани , имеет небольшую массу и габариты , не создающие дл  животных дискомфорта.

В основу расчета экономического эффекта положена эффективность, получаема  за счет роста продуктивности животных вследствие сбалансированности их рациоФормула изобретени 

1. Способ идентификации животных, включающий размещение на каждом животном блока меток, формирование направленного потока излучени  в зоне нахождени  животного, регистрацию ответного потока излучени  от блока меток и определение индивидуального кода каждого животного, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности способа, формирование направленного потока излучени  осуществл ют в оптическом диапазоне , выдел ют в падающем потоке m индицируемых и эталонный разночастот- ные составл ющие потоки, задают дл  каждого спектрального диапазона величину коэффициента пропускани  фильтра на входе блока меток, регистрируют амплитуду отраженного оптического сигнала в каждом индицируемом и эталонном частотных диапазонах, определ ют величину отношени  амплитуды отраженного оптического сигнала каждого индицируемого диапазона к сигналу эталонного диапазона, вычис- л ютзначениемкоэффициента

пропускани  фильтра на входе блока меток в каждом спектральном диапазоне, а определение индивидуального кода каждого животного осуществл ют по совпадению последнего с заданным значением этого параметра.

на и точного нормировани  кормов согласно зоотехническим требовани м. Нормирование концентратов с погрешностью ±5% и корнеплодов с погрешностью ±15% позво- л ет повысить продуктивность животных на 5...8%.

Использование предлагаемого устройства идентификации животных дает существенный экономический эффект из-за повышени  и продуктивности вследствие индивидуального дозировани  кормов. Причем эффективность тем больше, чем выше средн   продуктивность животных и чем

больше на ферме поголовье.

(56) Патент Австралии N° 558130, КЛ.Н04В7/15, 1987.

2, Устройство дл  идентификации животных , содержащее блок меток дл  размещени  на животном и подключенные к источнику питани  излучатель, блоки при- ема и обработки информации и согласующий блок, имеющий выход дл  соединени  с управл ющим входом исполнительного механизма, при этом выход блока обработки информации подключен к входу согласующего блока, отличающеес  тем, что, с целью повышени  эффективности устройства , оно снабжено блоком пам ти, подключенным к источнику питани , а блок меток выполнен в виде размещенных на плоском основании m светоотражателей, на входе которых установлены фильтры различных спектральных диапазонов и величин коэффициентов пропускани , при этом в качестве излучател  применен источник оптического излучени , снабженныйсистемойформировани  узконаправленного в соответствующей плоскости луча, а блок приема информа- ции включает m индицирующих и эталонный информационные каналы, каждый из которых содержит снабженный фильтром приемник оптического излучени , соединенный с соответствующим информацион- ным входом блока обработки информации, выполненного многоканальным, при этом задающий вход последнего соединен с выходом блока пам ти.

Фиг. 2

Фиг.З