Artículos de investigación

Diseño de un sistema de monitoreo del comportamiento de vacas en tiempo real basado en redes de sensores inalámbricos y algoritmo de clustering de K-Means

Vol. 17 Núm. 3 (2021)
Publicado: 2021-09-06
Duc Nghia Tran
Thi Thu Nguyen
Duc-Tan Tran

Introducción: El presente artículo es producto de la investigación con código de referencia ĐLTE00.02 / 20-21. Este trabajo fue apoyado por la Academia de Ciencia y Tecnología de Vietnam.

Problema: El seguimiento de los animales es un problema importante en el sector agrícola. El objetivo principal es permitir un seguimiento regular de la salud de los animales; cuya consecuencia podría conducir a mejoras en el bienestar animal y la calidad del producto, con un marcado aumento de los beneficios. El sistema de reconocimiento del comportamiento de las vacas se consideró la solución adecuada para el seguimiento de las vacas. Los requisitos para este tipo de sistema son que sea económico, de alto rendimiento y proporcione datos en tiempo real.

Objetivo: El objetivo de la investigación es diseñar un sistema de monitoreo de vacas en tiempo real basado en redes de sensores inalámbricos y el algoritmo de agrupamiento K-means.

Metodología: Se diseñó un nodo sensor inalámbrico para medir los datos de aceleración montados en el collar usando un acelerómetro. En primer lugar, los datos recopilados se clasificaron en tres clases según la fun-ción VeDBA (Vector of Dynamic Body Acceleration) utilizando el algoritmo K-means. Luego, los umbrales para VeDBA en el paso anterior se utilizaron para clasificar nuevos datos.

Resultados: Se clasificaron tres comportamientos (que incluyen alimentarse, acostarse y pararse) en tiempo real con una precisión de clasificación en la región del 89%.

Conclusión: El sistema propuesto podría adaptarse al monitoreo de vacas en tiempo real; la clasificación de comportamiento podría implementarse en el microcontrolador. Los resultados confirmaron la fiabilidad del sistema propuesto.

Originalidad: La clasificación de comportamiento podría implementarse en el microcontrolador por primera vez en el monitoreo de vacas.

Limitaciones: solo se clasificaron tres comportamientos en el experimento.

Palabras clave: Array, Array, Array, Array, Array

Cómo citar

[1]
D. Nghia Tran, T. T. Nguyen, y D.-T. Tran, «Diseño de un sistema de monitoreo del comportamiento de vacas en tiempo real basado en redes de sensores inalámbricos y algoritmo de clustering de K-Means», ing. Solidar, vol. 17, n.º 3, pp. 1–18, sep. 2021, doi: 10.16925/2357-6014.2021.03.11.

B. Robert, B. J. White, D. G. Renter, R. L. Larson, "Evaluation of three-dimensional accelerometers to monitor and classify behavior patterns in cattle", Comput. Electro. Agric., vol. 67, no. 1-2, pp. 80–84, Mar. 2009.

C. Arcidiacono, S. M. Porto, M. Mancino, G. Cascone, "A threshold-based algorithm for the development of inertial sensor-based systems to perform real-time cow step counting in free-stall barns", Biosyst. Eng., vol. 153, pp. 99–109, Nov. 2016.

C. Arcidiacono, S. M. C. Porto, M. Mancino, G. Cascone, "Development of a threshold-based classifier for real-time recognition of cow feeding and standing behavioral activities from accelerometer data", Comput. Electro. Agric., vol. 134, pp. 124–134, Jan. 2017.

C. W. Maina, "IoT at the Grassroots–Exploring the Use of Sensors for Livestock Monitoring", in Ist-Africa Week, 2017, pp. 1–8.

J. A. V. Diosdado, Z. E. Barker, "Classification of behavior in housed dairy cows using an accelerometer-based activity monitoring system", Anim. Biotelemetry, vol. 3, pp. 1–14, Jun. 2015.

E. S. Nadimi, H. T. Søgaard, "Observer Kalman filter identification and multiple-model adaptive estimation technique for classifying animal behavior using wireless sensor networks", Comput. Electro. Agric., vol. 68, pp. 9–17, Aug. 2009.

K. O'Driscoll, L. Boyle, A. Hanlon, "A brief note on the validation of a system for recording lying behavior in dairy cows", Appl. Anim. Behav. Sci., vol. 111, pp. 195–200, May 2008.

M. S. Shahriar, D. Smith, "Detecting heat events in dairy cows using accelerometers and unsupervised learning", Comput. Electro. Agric., vol. 128, pp. 20–26, Oct. 2016.

J. M. Talavera, L. E. Tobón, J. A. Gómez, M. A. Culman, J. M. Aranda, D. T. Parra, et al., "Review of IoT applications in agro-industrial and environmental fields", Comput. Electro. Agric., vol. 142, pp. 283–297, Nov. 2017.

J. Wang, Z. He, "Development and validation of an ensemble classifier for real-time recognition of cow behavior patterns from accelerometer data and location data", PLoS One, vol. 13, Aug. 2018.

B. D. Robért, B. J. White, D. G. Renter, R. L. Larson, "Determination of lying behavior patterns in healthy beef cattle by use of wireless accelerometers", Am. J. Vet. Res.; vol. 72, pp. 467–473, Apr. 2011.

J. Wang, Z. He, J. Ji, K. Zhao, H. Zhang, "IoT-based measurement system for classifying cow behavior from tri-axial accelerometer", Cienc. Rural, vol. 49, pp. 1–13, Mar. 2019.

C. P. K. Phung, D. T. Tran, V. T. Duong, H. T. Nguyen, D. N. Tran, "The new design of cows' behavior classifier based on acceleration data and proposed feature set", Math. Biosci. Eng., vol. 17, no. 4, pp. 2760-2780, March 2020.

P. Martiskainen, M. Jarvinen, "Cow behavior pattern recognition using a three-dimensional accelerometer and support vector machines", Appl. Anim. Behav. Sci., vol. 119, pp. 32–38, Jun. 2009.

J. A. Vázquez Diosdado, Z. E. Barker, H. R. Hodges et al., "Classification of behavior in housed dairy cows using an accelerometer-based activity monitoring system", Anim. Biotelemetry, vol. 3, no. 15, Jun. 2015.

D. Berckmans, "Automatic on-line monitoring of animals by precision livestock farming", in ISAH, Saint-Malo, France, 2004, pp. 27–30.

L. Atallah, B. Lo, R. King, G. Yang, "Sensor positioning for activity recognition using wearable accelerometers", IEEE Trans. Biomed. Circ. Syst., vol. 5, pp. 320–329, Sep. 2011.

C. P. K. Phung, T. K. Nguyen, D. C. Nguyen, D. N. Tran, D. T. Tran, “Classification of cow’s beha-viors based on 3-DoF accelerations from cow’s movements,” Int. J. Electr. Comput. Eng., vol. 9, pp. 1656–1662, 2019.

Q. T. Hoang, C. P. K. Phung, T. N. Bui, T. P. D. Chu, D. T. Tran, “Cow behavior monitoring using a multidimensional acceleration sensor and multiclass SVM,” Int. J. Mach. Learn. Networked Collab. Eng., vol. 2, pp. 110–118, 2018.

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