Sensorbasierte Analyse und Modellierung ausgewählter Verhaltensparameter von Mutterkühen

Abstract

Ziel dieser Arbeit war die Analyse und Modellierung ausgewählter Verhaltensparameter von Mutterkühen im geburts- und brunstnahen Zeitraum durch sensorgestützte Systeme. Als Parameter standen die Bewegungsaktivität, die Flächennutzung und die Wasseraufnahme im Mittelpunkt der Betrachtungen. Dazu wurden bei 20 Abkalbungsereignissen und 10 Brunstereignissen die Bewegungsaktivität und die Flächennutzung in der Zeitspanne von 5 Tagen vor dem Ereignis bis 3 Tage nach dem Ereignis erfasst. Für die Ermittlung der Bewegungsaktivität mit den Variablen Schrittaktivität, Brustbeinlage und Seitenlage konnten Pedometer genutzt werden. Die Flächennutzung wurde mit dem Fernglas Leica Geovid 7*42 BDA und einem GPS-Gerät (GPSHAND Version 2.2) erfasst. Die Messungen zum Parameter Wasseraufnahme fanden für die Zeit 14 Tage vor bis 14 Tage nach dem Ereignis Abkalbung oder Brunst statt. Ein weiteres Ziel war die Bewertung der Parameter in Bezug auf ihre Aussagequalität und Effizienz bei der Erkennung von Abkalbungen und Brunstereignissen. Hier stand besonders die Einzeltieranalyse im Vordergrund. Dafür wurden aus der Zeitreihenstatistik die Lowessfunktion und die Fourieranalyse gewählt. Sowohl im geburts- als auch im brunstnahen Zeitraum erreichte der Parameter Bewegungsaktivität die beste Aussagequalität und Effizienz bezogen auf die Erkennung eines Ereignisses. Die durchschnittliche Schrittaktivität und Brustbeinlage zeigten signifikante Veränderungen im Zusammenhang mit einer Geburt oder Brunst. Die Seitenlage war nur im Zusammenhang mit Schwergeburten auffällig. Mit den entwickelten Bewertungsmodellen wurden im geburtsnahen Zeitraum zwischen 75% und 90% Sensitivität und eine Fehlerrate von 14,3-37,0% erreicht. Mit 40-70% Sensitivität und einer Fehlerrate von 10-50% war die Erkennung der Brunstereignisse geringer und weniger effizient. Die Analyse der Flächennutzung zeigte, dass Mutterkühe in den Stunden nach der Abkalbung die genutzte Fläche einschränken. Diese Verhaltensänderung war teilweise signifikant. Eine Veränderung des Flächennutzungsverhaltens im brunstnahen Zeitraum konnte nicht nachgewiesen werden. Aufgrund der geringen Datendichte wurde auf die Zeitreihenanalyse verzichtet. Innerhalb des Parameters Wasseraufnahme ermöglichten die Ergebnisse aus den Mittelwertberechnungen einen Nachweis von Veränderungen im Wasseraufnahmeverhalten in den Zeiträumen einer Abkalbung bzw. Brunst. Die Anwendung der Lowessfuntion und Fourieranalyse zeigte jedoch, dass die Erkennung von Ereignissen, auf das Einzeltier bezogen, fast nicht möglich ist. Die Hauptursache dafür liegt in der vorhandenen Unregelmäßigkeit von Tränkebesuchen und den starken Schwankungen in der täglichen Wasseraufnahme.The investigations aimed at analysing and modelling of selected behavioural parameter in suckler cows during the calving and oestrus period via sensor based systems. The analysis were focused on the parameter movement activity, pasture using and water intake. The parameter “movement activity” and “pasture using” were measured throughout 20 parturitions and 10 cows on heat in the period from 5 days ante partum (5ap) to 3 days post partum (3pp). Pedometer were used to investigate the “movement activity” with the variables “pacing activity” as well as the time spent in “upright position” and “sideways position”. The pasture using was recorded with the binoculars Leica Geovid 7*42 BDA and a GPS receiver (GPSHAND Version 2.2). Measurements of the parameter “water intake” took place in the period 14 days before until 14 days after the occurrence of calving and oestrus. Another aim was to evaluate these parameter regarding their force of expression and efficiency for detection of parturition and oestrus. The focus was on the analysis of each animal individually. Therefore, two different approaches to time series analytics were used: Lowess-function and Fourier-analysis. During the period of calving as well as during the period of oestrus the parameter “movement activity” reached the best results in the force of expression and efficiency relating to the detection of an occurrence. The average of pacing activity and time in upright resting positions showed significant alterations in connection with a parturition or oestrus. The time in sideways positions was only conspicuous relating to difficult calving. The sensitivity of the developed models for characterising animal reactions ranged from 75 - 90% with an error rate of 24,3 - 37,0% during the calving period. With a sensitivity of 40-70% and an error rate of 10-50% the detection of oestrus was lower and less efficient. The analysis of the parameter „pasture using“ showed, that the used area of pasture were reduced by suckler cows in hours after calving directly. To some extend this behavioural change was significant. There was no significant change of the parameter “pasture using” during the period of oestrus. Due to the low density of data, the time series analysis was not realized. Within the parameter „water intake“ the results of mean-value calculation could be used for the verification of behavioural changes in water intake during the periods of calving and oestrus. Indeed the application of Lowess-function and Fourier-analysis showed, that a detection of occurrences relating to each animal individually is nearly impossible. The main reason is the present irregularity in frequenting the drinking bowl and the high fluctuation in the daily water intake