Ergebnisse: Detailanalyse der Sensorsignale

Im folgenden Abschnitt werden die EMG-Signalmuster für die Verhaltensweisen Wiederkauen und Fressen dargestellt und charaktersisiert.

Wiederkauen

Folgende Abbildung 24 bis Abbildung 25 zeigen beispielhaft typische EMG-Signalmuster beim Wiederkauen. Dieses ist charakterisiert durch wiederholt auftretende Wiederkauzyklen diskreter Dauer, die das Heraufwürgen eine Bolus, das Wiederkauen des Bolus und das Herabschlucken des Bolus und dem erneuten Heraufwürgen eines weiteren Bolus beinhalten. Dabei zeigt sich eine deutliche Regelmäßigkeit in der Dauer der einzelnen Zyklen und der dazwischenliegenden Pausen, die aber auch innerhalb eines Tieres und zwischen den Tieren variieren kann. Die Wiederkaumuster zeigen sich bei allen Tieren gleichermaßen. Die Darstellung der Wiederkaumuster erfolgt als Screenshot des Analyseprogramms TurboLab. Abbildung 24 zeigt einen einzelnen Zyklus mit der davor-und danach folgenden Pause. Abbildung 25 zeigt einen Ausschnitt aus einer Wiederkauperiode.

Abbildung 24: Ein Wiederkauzyklus mit der Pause zu Beginn (Heraufwürgen eines Bolus) und der Pause zum Ende (Abschlucken des Bolus)

Abbildung 25: Ausschnitt aus einer Wiederkauperiode mit mehreren Wiederkauzyklen

Wie die Abbildungen zeigen, weisen die Dauern der Wiederkauzyklen, sowie die dazwischenliegenden Pausen zum Heraufwürgen und Abschlucken diskrete Zeiteinheiten auf. Diese zeigen eine gewisse Varianz innerhalb eines Tieres als auch zwischen verschiedenen Tieren. Innerhalb eines Wiederkauzyklus erkennt man einzelne Singalausschläge (Peaks), die die Muskelaktivität wiedergeben. Abbildung 26 zeigt ein Wiederkaumuster mit wechselnden Signalintensitäten beim Wiederkauen.

Abbildung 26: Ausschnitt aus einer Wiederkauperiode mit wechselndem Muster (Intensität und Dauer)

Es zeigt sich deutlich, dass die Intensität des OEMG-Signals dabei stark variieren kann, was auf verschiedene Einflüsse zurückzuführen ist, wie z.B. Anpressdruck der Elektroden auf der Haut, Veränderung der Leitfähigkeit durch Verschmutzung/Schweißbildung unter den Elektroden, Veränderung der Messposition durch Verrutschen des Halfters oder Veränderung der Kauintensität des Tieres.

Detailanalyse des Fressverhaltens

Das Fressmuster ist charakterisiert durch eine wesentlich größere Unregelmäßigkeit als das Wiederkaumuster. Pausen sind hier durch Fressplatzwechsel zu verzeichnen, die aber keiner Regelmäßigkeit folgen. Veränderungen in Signalintensität und –muster treten hier durch typische Verhaltensweisen wie das Wühlen, Sortieren und Schieben des Futters auf. Im Vergleich zu den Daten der Wiegetröge sind hier oft längere Fresszeiten zu erkennen, da die Kühe auch wenn sie den Trog bereits verlassen haben noch weiterkauen. Die Betrachtung des Fressverhaltens und die Beschreibung der zugehörigen Signalmuster unter Berücksichtigung der Wiegetrogdaten und der Verhaltensprotokolle ermöglichen im Sinne verschiedener Verhaltensweisen eine weitaus bessere Differenzierung als die reine Tiererfassung am Fressgitter. Gleichzeitig stellt diese Variabilität der Verhaltensweisen die größte Herausforderung für die Entwicklung von Algorithmen zur automatischen Analyse dar. Die Darstellung der Fressmuster erfolgt jeweils als Screenshot des Analyseprogramms TurboLab. Dabei ähneln sich die Muster bei allen betrachteten Kühen. Folgende Abbildung 27 und Abbildung 28 zeigen beispielhaft typische OEMG-Signalmuster beim Fressen, abgeglichen mit den Wiegetrogdaten.

Abbildung 27: Ausschnitt aus einer Fresssequenz über ca. 30 min

Diese Muster lassen sich weiter differenzieren in verschiedene Verhaltensweisen beim Fressen. Wie beim Wiederkauen sind in der Auflösung einzelne Kauaktivitäten erkennbar, allerdings ohne ein gleichmäßiges Muster in Signalintensität und zeitlichem Abstand (Abbildung 28).

Abbildung 28: Ausschnitt aus einer Fresssequenz (Abbildung 27), Zeitfenster ca. 3 min

Die in Abbildung 28 zu erkennenden Veränderungen in Signalintensität und Zeitabständen sind typisch für das Fressmuster und treten bei allen Kühen auf. Direkte Beobachtung der Kühe beim Fressen zeigen unterschiedliche Kauintensitäten und

Maulaktivitäten, die sich auch im Signal zeigen. Dabei weisen direkte Kauaktivitäten beim Kauen eines Bissens größere Signalintensitäten auf als die anderen für das Fressen typische Verhaltensweisen. Die Untersuchung des Einflusses der Verhaltensweisen Wühlen, Schieben und Sortieren im Hinblick auf das Signalmuster ist Ziel weiterer Forschungsarbeiten, reduzieren sie doch die reine Fresszeit mit Futteraufnahme und beeinflussen damit die Schätzung der tatsächlichen Futteraufnahme.

Abbildung 29 zeigt eine Mahlzeit einer Kuh, ermittelt über die Tiererkennung am Wiegetrog. Diese Mahlzeit setzte sich in Summe aus neun einzelnen Besuchen an verschiedenen Trögen zusammen mit Pausen zwischen den einzelnen Besuchen von 11 s bis zu 4 min.

Abbildung 29: OEMG-Signalmuster einer Mahlzeit

Auf ersten Blick lassen sich keine Pausen bei Platzwechsel oder Rückzug aus dem Trog im OEMG-Signal erkennen. Daher wurde für die folgende Abbildung 30 ein Ausschnitt der Mahlzeit gewählt, die laut Erfassung am Wiegetrog eine Pause von 4 min (02:04:37-02:08:37) beinhaltet. Sollte in diesem Zeitraum keine Kauaktivität stattfinden, sollte in diesem Zeitraum auch keine Aktivität im OEMG-Signal erkennbar sein.

Abbildung 30: OEMG-Signalmuster beim Trogwechsel über 4 min Dauer

Die Abbildung 30 zeigt deutliche Maulaktivitäten trotz der laut Tiererkennung am Wiegetrog verzeichneten Fresspause. Das heißt, dass in diesem Zeitraum weiterhin Kauaktivität stattfand zum Kauen des aufgenommenen Bissens. Die reine Fresszeit wird daher anhand der Wiegetrogdaten in diesem Fall unterschätzt.

Dies ist allerdings nicht die einzige Ungenauigkeit, die bei der Erfassung der Fresszeit über RFID-basierte Systeme auftritt. So konnten während der Fresszeiten am Wiegetrog auch andere Verhaltensweisen wie das Wiederkauen oder einfach Nichtstun über die Erfassung der Maulaktivität erkannt werden. Abbildung 31 zeigt eine „Futteraufnahme“

über den Wiegetrog ermittelt. Innerhalb der Fresszeit von 01:35:30 h wurden 1,43 kg Trockenmasse aufgenommen, was einer Fressgeschwindigkeit von 14,73 g TM min^-1 entspricht.

Abbildung 31: OEMG-Signal beim Fressen, Fresszeit ermittelt über den Wiegetrog

Die Abbildung 31 zeigt deutlich, dass während der erfassten Zeit im Wiegetrog die Kuh nach einer Fressphase mit dem Wiederkauen um 03:08:20 Uhr beginnt. In der Vergrößerung bestätigt sich dieses Verhalten (Abbildung 32). Nach einer Pause von ca.

9 min beginnt die Kuh nach der Futteraufnahme mit dem Wiederkauen. Die reine Fresszeit reduziert sich damit auf 00:32:58 min, was einer Fressgeschwindigkeit von 43,37 g TM min^-1 entspricht.

Abbildung 32: Vergrößerung der Abbildung 31, Fresszeit ermittelt über den Wiegetrog

Laut Erfassung am Wiegetrog hat die Kuh den Trog um 04:10:52 Uhr verlassen. Dies scheint sich nicht auf das Wiederkauen auszuwirken, wie Abbildung 33 zeigt. Trotzdem die Kuh den Wiegetrog verlassen hat, findet weiterhin unbeeinflusst das Wiederkauen (im Stehen oder Gehen) statt. Die Maulaktivität ist also unabhängig vom Aktivitätsverhalten der Kuh. Ähnliches zeigte sich bereits bei der Futteraufnahme. So ist in Abbildung 33 zu sehen, dass die Wiederkauaktivität unbeeinträchtigt vom Fressplatzwechsel ist.

Abbildung 33: Wiederkauaktivität beim Verlassen des Wiegetrogs, Zeit ermittelt über den Wiegetrog

Nach der Detailanalyse der EMG-Signalmuster des Fress- und Wiederkauverhaltens folgt die Darstellung der untersuchten Beziehungen zwischen Fress- und Wiederkauverhalten.