Monitoring foraging behavior in grazing ruminants in a semi-natural grassland

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K08062
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: 八代田 真人 岐阜大学, 応用生物科学部, 教授 (30324289)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 放牧 / 精密畜産

Outline of Annual Research Achievements

多様な植物で構成される半自然草地において，放牧家畜がいつ，なにを，どれだけ摂取したかを経時的にモニタリングする方法を開発することは，放牧管理を精密に行う上で重要である。放牧家畜の採食行動をモニタリングするためには，放牧家畜が舌，上顎の歯床および下顎の切歯で植物を捕捉し，草地から引きちぎる行動であるバイトと呼ばれる細かな顎運動とそれに伴う頭部の動きを定量する必要がある。本研究では，放牧下において異なる形態をもつ植物を摂取したときの顎および頭部の動きを，動物に装着可能な小型の9軸センサを用いて記録し，センサの記録から形態の異なる植物の摂取が識別可能かを明らかにすることを目的とした。
4種の植物種（叢生型：イタリアンライグラス，匍匐型：シロクローバー，直立型：ナタネ，分枝型：ヘアリーベッチ）を放牧地（9×9 m）内に格子状に栽培した。9軸センサとウェアラブルカメラを頭部に装着したヤギを，植物種ごとに合計で6頭ずつ30分間放牧した。センサとウェアラブルカメラによる記録と同時に，直接観察により採食およびそれ以外の行動の時刻を記録した。
直接行動観察とウェアラブルカメラの記録をもとに，採食時間帯のセンサの記録（波形）を抽出した。センサの加速度と角速度の特徴量を比較検証した結果，植物の形態によって採食時の頭部および顎運動の加速度および角速度には違いがあることが示唆された。一方で実際の放牧下では，採食時間帯においても採食行動による頭部の動き以外の行動に伴うノイズが大きく，これらの判別と除去が課題であることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

現在までに，実際の放牧条件下において形態の異なる4種の植物種に対するヤギの採食行動を9軸センサとウェアラブルカメラにより記録した。このセンサ波形の解析から，植物の形態によって採食時の頭部および顎運動の加速度および角速度には違いがあることが示唆された。一方で実際の放牧下では，採食行動に伴う頭部の動き以外の行動に伴うノイズが大きく，それらの判別と除去が課題となった。現在，より精度よく採食行動ならびに植物の形態の違いに起因する加速度・角速度の判別をするためのアルゴリズムについて開発・検証中である。このため，当初の予定に比べ進捗状況に若干の遅れがある。

Strategy for Future Research Activity

2020年度においては，直接行動観察による採食行動のデータとセンサによる採食行動記録のマッチングを再度行った上で，まず採食行動とそれ以外の行動を判別するアルゴリズムを検証する。次に，比較的形態の差が明確である植物種から，採食行動に伴う動物の頭部あるいは顎の動きを判別する方法を検証する。データ数が不十分である場合には，同様の放牧条件下で採食行動を記録し，判別に用いる。以上から，採食した植物の形態が識別可能か，さらにはそれにより採食行動の経時モニタリングが可能かどうかを検証する。

Causes of Carryover

前年度の研究においては，9軸センサで取得した波形データに基づいて動物の採食行動の判別を試みたが，アルゴリズムの開発が進まず，十分な研究成果が出せなかった。このため，予定していた学会発表や論文執筆などが進まず，使用額に差が生じた。次年度においては，まずアルゴリズムの開発において，より詳しい知識を持つ専門家への分析の依頼による謝金などに利用するとともに，学会における成果発表のための旅費として使用する予定である。