vestiagИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия аграрных наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Agrarian Series1817-72041817-7239The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1817-7204-2024-62-2-156-167vestiag-752Research ArticleМЕХАНІЗАЦЫЯ І ЭНЕРГЕТЫКАMECHANIZATION AND POWER ENGINEERINGЭкспериментальные исследования дистанционного устройства биометрической идентификации предмаститного состояния вымени коров дойного стадаExperimental studies of a remote device for biometric identification of the pre-mastitis state of the udder of dairy cowshttps://orcid.org/0000-0002-5491-9229БакачН. Г.BakachN. G.

Бакач Николай Георгиевич – кандидат технических наук, доцент, заместитель генерального директора по научной работе

ул. Кнорина, 1, 220049, Минск

Nikolay G. Bakach – Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Deputy General Director for Research

1, Knorin Str., Minsk, 220049

bakachng@yandex.ruЖиличЕ. Л.ZhilichE. L.

Жилич Евгений Леонидович – заведующий лабораторией механизации процессов производства молока и говядины

ул. Кнорина, 1, 220049, Минск

Evgeny L. Zhilich – Head of the Laboratory of Mechanization of Milk and Beef Production Processes

1, Knorin Str., Minsk, 220049

zhilich1987@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4107-3121РогальскаяЮ. Н.RogalskayaYu. N.

Рогальская Юлия Николаевна – научный сотрудник лаборатории механизации процессов производства молока и говядины

ул. Кнорина, 1, 220049, Минск

Yulia N. Rogalskaya – Research Associate of the Laboratory of Mechanization of Milk and Beef Production Processes

1, Knorin Str., Minsk, 220049

rogalskaya.juliya@yandex.ruНаучно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по механизации сельского хозяйстваScientific and Practical Center of the National Academy of Sciences of Belarus for Agriculture Mechanization202427042024622156167Copyright © Бакач Н.Г., Жилич Е.Л., Рогальская Ю.Н., 20242024Бакач Н.Г., Жилич Е.Л., Рогальская Ю.Н.Bakach N.G., Zhilich E.L., Rogalskaya Y.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestiagr.belnauka.by/jour/article/view/752

Представлен анализ развития молочного скотоводства в Республике Беларусь. Отмечена проблематика снижения молочной продуктивности и срока хозяйственного использования коров дойного стада вследствие заболевания маститом. Отмечена важность своевременного обнаружения больных животных, а также лечения на ранних стадиях воспалительного процесса вымени. Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований макетного образца устройства биометрической идентификации предмаститного состояния вымени коров дойного стада. В ходе экспериментальных исследований выявлено значительное влияние температуры окружающей среды на тепловизионную картину, на основе которой определены значения коэффициента излучения для коров. Произведена финальная корректировка ранее установленных диапазонов температурных интервалов при определении той или иной формы мастита, а именно: в пределах 32,0−36,3 ℃ – диапазон нормальных температур, 36,4−37,7 ℃ – «Субклинический мастит», 37,8−39,0 ℃ – «Клинический мастит». Определены наиболее значимые факторы и параметр оптимизации. За параметр оптимизации выбран процент полезной площади исследуемого объекта. На основе обработки экспериментальных данных получена математическая модель, описываемая уравнением регрессии в виде полинома второй степени. Получены рациональные параметры устройства биометрической идентификации предмаститного состояния вымени коров дойного стада, а именно: угол наклона тепловизионного модуля αо – 2,7о, фокусное расстояния до объекта l – 794 мм, высота установки тепловизионного модуля h – 495 мм. Также на основе проведенных исследований определены приоритетные направления и возможности для развития отечественного агропромышленного комплекса посредством создания интегрированных систем контроля физиологического состояния животных в рамках развития цифровых автоматизированных технологий «умной» фермы.

Analysis of development of dairy cattle breeding in the Republic of Belarus is presented. The problems of reducing milk productivity and the period of economic use of dairy cows as a result of mastitis disease are noted. The importance of timely detection of sick animals, as well as treatment of the inflammatory process of the udder in the early stages is noted. The results of theoretical and experimental studies of a mock-up sample of a biometric identification device for the pre-mastitis state of udder of dairy cows are presented. In the course of experimental studies, a significant influence of ambient temperature on the thermal imaging picture was revealed, based on which the values of the radiation coefficient for cows were determined. The final adjustment of the previously established temperature ranges was made when determining one or another form of mastitis, namely, within 32.0−36.3 ℃ – the range of normal temperatures, 36.4−37.7 ℃ – “Subclinical mastitis”, 37.8−39.0 ℃ – “Clinical mastitis”. The most significant factors and optimization parameter have been determined. The percentage of the useful area of the studied object is selected as the optimization parameter. Based on the processing of experimental data, a mathematical model is obtained, described by a regression equation in the form of a polynomial of the second degree. The rational parameters of the device for biometric identification of the pre-mastitis state of the udder of dairy cows were obtained, namely: the angle of inclination of the thermal imaging module αо – 2,7o, the focal length to the object l – 794 mm, installation height of the thermal imaging module h – 495 mm. Also, based on the conducted research, priority areas and opportunities for development of the domestic agro-industrial complex through creation of integrated systems for monitoring the physiological state of animals within the framework of development of digital automated technologies of a “smart” farm have been identified.

тепловизионная диагностикамаститмолочная продуктивностьмолочная железатепловизионный модульидентификацияфактор варьированияинтервал варьированияоптимизацияоткликthermal imaging diagnosticsmastitismilk productivitymammary glandthermal imaging moduleidentificationvariation factorvariation intervaloptimizationresponseРабота выполнялась при поддержке фонда фундаментальных исследований в рамках ГПНИ «Сельскохозяйственные технологии и продовольственная безопасность» на 2021–2025 годы, подпрограмма «Механизация агропроцессов и “точное” сельское хозяйство»The work was carried out with the support of the Fundamental Research Fund within the framework of the State Public Research Institute “Agricultural Technologies and Food Security” for 2021–2025, subprogram “Mechanization of Agricultural Processes and Precision Agriculture”ReferencesКазакевич, П. П. Технологическая концепция «умной» молочной фермы / П. П. Казакевич, В. Н. Тимошенко, А. А. Музыка. – Жодино: Науч.-практ. центр Нац. акад. наук Беларуси по животноводству, 2021. – 244 с.Kazakevich P. P., Timoshenko V. N., Muzyka A. A. Technological concept of a “smart” dairy farm. Zhodino, Scientific and Practical Center of the National Academy of Sciences of Belarus for Animal Husbandry, 2021. 244 p. (in Russian).Суровцев, В. Н. Освоение цифровых технологий как основа стратегии развития молочного скотоводства / В. Н. Суровцев // АПК: экономика, упр. – 2018. – № 9. – С. 108–117.Surovtsev V. Development of digital technologies is as a basis of the strategy of dairy cattle breeding development. APK: ekonomika, upravlenie = AIC: Economics, Management, 2018, no. 9, pp. 108–117 (in Russian).VIII Международная научно-практическая конференция «Инновационные технологии в АПК, как фактор развития науки в современных условиях», посвященной 100-летию со дня рождения Циринского Нёни Абрамовича, доцента, кандидата технических наук, заведующего кафедрой начертательной геометрии Омского СХИ (с 1962 по 1989 гг.), 22 ноября 2022 г. / Ом. гос. аграр. ун-т [и др.]. – Омск: Ом. гос. аграр. ун-т, 2022. – 833 с.VIII International scientific-practical conference “Innovative technologies in agro-industrial complex as a factor of science development in modern conditions” dedicated to the 100th anniversary of Tsirinsky Nyonya Abramovich, associate professor, candidate of technical sciences, head of the department of descriptive geometry of the Omsk Agricultural Institute (from 1962 to 1989), November 22, 2022. Omsk, Omsk State Agrarian University, 2022. 833 p. (in Russian).Жилич, Е. Л. Экспериментальные исследования устройства биометрической идентификации заболеваний вымени дойного стада / Е. Л. Жилич, Ю. Н. Рогальская, В. В. Никончук // Техника и технологии в животноводстве. – 2023. – № 2 (50). – С. 11–16. https://doi.org/10.22314/27132064-2023-2-11Zhilich E. L., Rogalskaya Yu. N., Nikonchuk V. V. The experimental studies of udder diseases biometric identification device in milking herd. Tekhnika i tekhnologii v zhivotnovodstve = Machinery and Technologies in Livestock, 2023, no. 2 (50), pp. 11–16 (in Russian). https://doi.org/10.22314/27132064-2023-2-11Лучко, И. Т. Воспаление молочной железы у коров (этиология, патогенез, диагностика, лечение и профилактика) / И. Т. Лучко. – Гродно: ГГАУ, 2019. – 183 с.Luchko I. T. Inflammation of the mammary gland in cows (etiology, pathogenesis, diagnosis, treatment and prevention). Grodno, Grodno State Agrarian University, 2019. 183 p. (in Russian).Юрочка, С. С. Разработка методов определения биометрических и температурных параметров вымени лактирующих животных на основе оптических технологий: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.20.01 / С. С. Юрочка. – М., 2022. – 24 с.Yurochka S. S. Development of methods for determination of biometric and temperature parameters of udder of lactating animals on the basis of optical technologies. Moscow, 2022. 24 p. (in Russian).Артемова, Е. И. Цифровизация как инструмент инновационного развития молочного скотоводства / Е. И. Артемова, Н. М. Шпак // Вестн. Акад. знаний. – 2019. – № 31 (2). – С. 15–19.Artemova E. I., Shpak N. M. Digitalization as a tool for innovative development of dairy cattle breeding. Vestnik Akademii znanii [Bulletin of the Academy of Knowledge], 2019, no. 31 (2), pp. 15–19 (in Russian).Цифровизация в селекции как инструмент прогнозирования продуктивности в молочном скотоводстве / Т. В. Лепехина [и др.] // Зоотехния. – 2023. – № 12. – С. 10–13. – https://doi.org/10.25708/ZT.2023.59.33.004Lepekhina T. V., Yurochka S. S., Khakimov A. R., Pavkin D. Yu., Vasiliev A. A. Digitalization in breeding as a tool for predicting productivity in dairy cattle breeding. Zootekhniya, 2023, no. 12, pp. 10–13 (in Russian). https://doi.org/10.25708/ZT.2023.59.33.004Жилич, Е. Л. Применение метода термографии для идентификации заболевания молочной железы коров / Е. Л. Жилич, Ю. Н. Рогальская, Д. Н. Колоско // Техника и технологии в животноводстве. – 2022. – № 2 (46) – С. 108– 112. https://doi.org/10.51794/27132064-2022-2-108Zhilich E. L., Rogalskaya Yu. N., Kolosko D. N. Application of the thermography method for cows mammary glands’ disease to identify. Tekhnika i tekhnologii v zhivotnovodstve = Machinery and Technologies in Livestock, 2022, no. 2 (46), pp. 108–112 (in Russian). https://doi.org/10.51794/27132064-2022-2-108Байдан, Д. В. Использование тепловизионного оборудования в животноводстве / Д. В. Байдан // Вопр. устойчивого развития о-ва. – 2020. – № 4–2. – С. 613–614. https://doi.org/10.34755/IROK.2020.58.97.253Baidan D. V. Use of thermal imaging equipment in animal husbandry. Voprosy ustoichivogo razvitiya obshchestva [Issues of Sustainable Development of Society], 2020, no. 4–2, pp. 613–614 (in Russian). https://doi.org/10.34755/IROK.2020.58.97.253Veterinary applications of infrared thermography / S. I. Rekant [et al.] // Am. J. Vet. Res. – 2016. – Vol. 77, № 1. – P. 98–107. https://doi.org/10.2460/ajvr.77.1.98Rekant S. I., Lyons M. A., Pacheco J. M., Arzt J., Rodriguez L. L. Veterinary applications of infrared thermography. American Journal of Veterinary Research, 2016, vol. 77, no. 1, pp. 98–107. https://doi.org/10.2460/ajvr.77.1.98Non-invasive cattle body temperature measurement using infrared thermography and auxiliary sensors / F. K. Wang [et al.] // Sensors. – 2021. – Vol. 21, № 7. – Art. 2425. https://doi.org/10.3390/s21072425Wang F. K., Shih J. Y., Juan P. H., Su Y. C., Wang Y. C. Non-invasive cattle body temperature measurement using infrared thermography and auxiliary sensors. Sensors, 2021, vol. 21, no. 7, art. 2425. https://doi.org/10.3390/s21072425Infrared thermography for measuring elevated body temperature: clinical accuracy, calibration, and evaluation / Q. Wang [et al.] // Sensors. – 2021. – Vol. 22, № 1. – Art. 215. https://doi.org/10.3390/s22010215Wang Q., Zhou Y., Ghassemi P., McBride D., Casamento J. P., Pfefer T. J. Infrared thermography for measuring elevated body temperature: clinical accuracy, calibration, and evaluation. Sensors, 2021, vol. 22, no. 1, art. 215. https://doi.org/10.3390/s22010215Chiu, Y. J. Integrated infrared thermography and accelerometer-based behavior logger as a hoof lesion identification tool in dairy cows with various foot diseases under subtropical climates / Y. J. Chiu, J. T. Hsu // J. Anim. Sci. – 2022. – Vol. 100, № 10. – Skac271. https://doi.org/10.1093/jas/skac271Chiu Y. J., Hsu J. T. Integrated infrared thermography and accelerometer-based behavior logger as a hoof lesion identification tool in dairy cows with various foot diseases under subtropical climates. Journal of Animal Science, 2022, vol. 100, no. 10, skac271. https://doi.org/10.1093/jas/skac271Любимов, В. Е. Технико-технологические особенности решения проблемы лечения маститов коров в условиях современной молочно-товарной фермы / В. Е. Любимов, Д. В. Романов, Н. Н. Кучин // Вестн. НГИЭИ. – 2020. – № 9 (112). – С. 17–30. https://doi.org/10.24411/2227-9407-2020-10081Lyubimov V. E., Romanov D. V., Kuchin N. N. Technical and technological engineering solutions in new autonomous electromechanical device for treatment mastitis of cows at industrial milking farm. Vestnik NGIEI = Bulletin NGIEI, 2020, no. 9 (112), pp. 17–30 (in Russian). https://doi.org/10.24411/2227-9407-2020-10081Любимов, В. Е. Физиологическая оценка состояния сосков молочной железы коров при воздействии ЭМП УВЧ в процессе машинного доения / В. Е. Любимов // Техника и технологии в животноводстве. – 2021. – № 4 (44). – С. 27–32. https://doi.org/10.51794/27132064-2021-4-27Lyubimov V. E. Physiological assessment of the cows milk gland condition nipples at machine milking process’s EMP UWCH exposed. Tekhnika i tekhnologii v zhivotnovodstve = Machinery and Technologies in Livestock, 2021, no. 4 (44), pp. 27–32 (in Russian). https://doi.org/10.51794/27132064-2021-4-27Липчинская, А. К. Роль патологии сосков молочной железы в развитии маститов у коров при машинном доении: автореф. дис. ... канд. ветеринар. наук: 06.02.06 / А. К. Липчинская; Урал. гос. с.-х. акад. – М., 2010. – 21 с.Lipchinskaya A. K. The role of mammary gland nipple pathology in the development of mastitis in cows during machine milking. Moscow, 2010. 21 p. (in Russian).Определение методом инфракрасной термографии заболеваний вымени коров маститом и их влияния на продуктивность / В. В. Кирсанов [и др.] // Агроинженерия. – 2022. – Т. 24, № 4. – С. 4–9. https://doi.org/10.26897/2687-1149-2022-4-4-9Kirsanov V. V., Pavkin D. Yu., Dovlatov I. M., Yurochka S. S., Khakimov A. R. Using infrared thermography to determine udder mastitis and its influence on cow productivity. Agroinzheneriya = Agricultural Engineering, 2022, vol. 24, no. 4, pp. 4–9 (in Russian). https://doi.org/10.26897/2687-1149-2022-4-4-9Комаров, В. Ю. Ветеринарно-санитарное и зоогигиеническое обоснование изыскания и применения новых средств и способов диагностики, терапии и профилактики мастита у коров: дис. … канд. ветеринар. наук: 06.02.05 / В. Ю. Комаров. – Орел, 2016. – 157 л.Komarov V. Yu. Veterinary, sanitary and zoohygienic substantiation of research and application of new means and methods of diagnostics, therapy and prevention of mastitis in cows. Orel, 2016. 157 p. (in Russian).Дятлов, Н. В. Разработка пробиотического средства для обработки сосков вымени у коров: дис. ... канд. ветеринар. наук: 06.02.03 / Н. В. Дятлов. – Краснодар, 2021. – 136 л.Dyatlov N. V. Development of a probiotic agent for treating udder teats in cows. Krasnodar, 2021. 136 p. (in Russian).Налимов, В. В. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов / В. В. Налимов, Н. А. Чернова. – М.: Наука, 1965. – 340 с.Nalimov V. V., Chernova N. A. Statistical methods for planning extreme experiments. Moscow, Nauka Publ., 1965. 340 p. (in Russian).Хайлис, Г. А. Исследования сельскохозяйственной техники и обработка опытных данных / Г. А. Хайлис, М. М. Ковалев. – М.: Колос, 1994. – 169 с.Khailis G. A., Kovalev M. M. Research of agricultural machinery and processing of experimental data. Moscow, Kolos Publ., 1994. 169 p. (in Russian).Спиридонов, А. А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов / А. А. Спиридонов. – М.: Машиностроение, 1981. – 184 с.Spiridonov A. A. Planning an experiment in the study of technological processes. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1981. 184 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.