2020 Fiscal Year Annual Research Report
Automating pig farming with AI and IoT under horde management
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20H03108
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| Research Institution | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
川末 紀功仁 宮崎大学, 工学部, 教授 (20214645)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | カメラ / 体重推定 / 豚 / 仕分け |
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| Outline of Annual Research Achievements |
餌場に向かう通路にカメラを設置し、通路内で豚の位置を検出するプログラムを作成した。豚の体をコンピュータが認識し、体の一部が測定領域に入った場合と体全体が測定領域に入った場合を区別することが可能になった。作成したプログラムでスダレ昇降式の扉を豚の体全体が測定領域に進入したタイミングで閉じるようにした。また、昇降式の扉は豚の体に当たった際でも体にそって可動する機構とした。この機構により、対象とする豚以外の豚が連続して装置に入ることを阻止することができる。この豚の位置検出については赤外線カメラの画像を用いることで豚房内が暗い場合でも豚の位置を検出できることを可能にした。また、赤外線カメラの利用では、体色の影響が少ないことを確認した。カメラの設置位置については、豚の体に対して上方に設置することで、画像内での豚の自由度は地面に対して平行な動きのみに制限される。このため、２次元的な回転のみ考慮することで画像解析を容易に実現できる。実際には豚が様々な姿勢をとるので、どのような姿勢であっても統一した形状となるように姿勢の正規化処理が必要である。まず、豚の体から背骨のラインを検出し、体が曲がっている場合でも、背骨ラインが直線となるようにデータ処理を行った。姿勢を直線化したのちに背骨に対して垂直方向の幅を検出した。さらに体幅と同時に体長を算出するアルゴズムを開発した。この体長と体幅は体重推定のための重要な特徴量となる。豚を輪切りにした断面形状は円に近いので、体幅から輪切りにした際の断面積を近似的に算出することが可能である。養豚場現場ではインターネットが使用できない場合が多いので、モバイルルータを用いてネットワークを構築した。このネットワークを用いて取得したデータを遠隔にて処理できるようにクラウド上に自動的に保存できるようにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
コロナ感染防止による離県自粛のため、県外に設置した装置の十分なメンテナンスができない状況が続いた。これにより、プログラム開発に若干遅れが生じた。対策としては、遠隔にてコンピュータが制御できるようにネットワークを構築し、研究を再開している。遠隔制御技術はコロナ感染防止のため、大学から遠隔でソフトウェアを開発することが当初の目的であったが、装置の遠隔制御技術は防疫を考慮した養豚場管理に有効で今後の応用が期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
畜産の現場では人手不足の問題があり，工学で培われた自動制御技術により軽労化が期待される。しかしながら，豚は好奇心が強く，動く機械に対して興味を持つので，豚の好奇心による行動によって機械に支障が生じる場合がある。特に機械の動作に対して異なる方向の力が加わった場合の対策が必要である。例えば製作した入口扉では閉じようとする扉に対し，豚が体や鼻で機械の動きを妨げる方向に強い力を加える場合がある。このような場合も機械および豚に影響がないように機械の動作範囲に十分な遊びを持たせる必要がある。また，長期間の使用に耐えれるようにできるだけ可動部分を少なくするように調整する。本プロジェクトでは豚の体重を自動的に測定する方法として，遠隔制御ロードセルを用いた方法とカメラによる体重推定方法の二つの方法を利用している。しかしながら，ロードセルを用いた方法では，粉塵のため頻繁なメンテナンスが必要であり，防疫対策とコロナ禍では十分なメンテナンスができずに正確なデータが取得できるとは限らない。そのため，体重データ取得では機械的なメンテナンスが不要なカメラによるデータ取得を中心に進める。カメラによる体重推定ではキャリブレーションが必要であるが，学内や公的研究機関において実際の豚を手作業で測定することでキャリブレーションを進める。ソーティング装置の体重判別でもカメラを用いることでメンテナンスフリーの状態で体重データの収集が実現できる。
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