Design of a real-time cow behavior monitoring system based on wireless sensor networks and K-Means clustering algorithm

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

El presente artículo es producto de la investigación cuyo código CS20.04, realizado durante 2020. Este trabajo contó con el apoyo del Instituto de Tecnología de la Información (IOIT) de la Academia de Ciencia y Tecnología de Vietnam (VAST). La vigilancia de los animales es un problema importante en el sector agrícola. El objetivo principal es controlar periódicamente la salud de los animales. De este modo, se podría mejorar el bienestar de los animales y la calidad de los productos, lo que redundaría en una mejora de los beneficios. El sistema de reconocimiento del comportamiento de las vacas se consideró la solución adecuada para su vigilancia. Los requisitos para este tipo de sistema son económicos, de alto rendimiento y en tiempo real. El objetivo de la investigación es diseñar un sistema de monitorización de vacas en tiempo real basado en redes de sensores inalámbricas y el algoritmo de agrupación K-means. Se diseñó un nodo sensor inalámbrico para medir los datos de aceleración montados en el collar mediante un acelerómetro. En primer lugar, los datos recogidos se clasificaron en tres clases basadas en la característica VeDBA (vector de aceleración corporal dinámica) mediante el algoritmo K-means. A continuación, se utilizaron los umbrales de VeDBA del paso anterior para clasificar los nuevos datos. Se clasificaron tres comportamientos (alimentación, tumbado y bipedestación) en tiempo real con una precisión de clasificación del 89%. El sistema propuesto podría adaptarse en el monitoreo de la vaca en tiempo real, la clasificación de comportamiento podría implementarse en el microcontrolador. Los resultados confirmaron la fiabilidad del sistema propuesto.

1. INTRODUCCIÓN

La producción ganadera es una fuente esencial dentro de la cadena de suministro de alimentos, y la vigilancia de los animales es un problema importante en la ganadería. El objetivo principal es controlar periódicamente la salud de los animales. En consecuencia, se podría mejorar el bienestar de los animales y la calidad de los productos, lo que redundaría en mayores beneficios [1].

Los métodos tradicionales de supervisión basados en la observación directa no son adecuados para la ganadería intensiva, como en el caso de las grandes explotaciones de vacas. Un sistema de reconocimiento del comportamiento de las vacas se consideró una de las soluciones más prometedoras para su monitorización [4-10]. Los requisitos para este tipo de sistema son que sea económico, de alto rendimiento y que proporcione datos en tiempo real. Un mayor rendimiento significa que el sistema podría detectar y clasificar con precisión los comportamientos de las vacas.