FI116507B

FI116507B - Järjestelmä eläinten valvomiseksi

Info

Publication number: FI116507B
Application number: FI20020382A
Authority: FI
Inventors: Jarkko Vuori; Arvo Laitinen; Tarmo Lankinen; Tiina Varho-Lankinen; Hannu Saloniemi; Jarkko Tuomi
Original assignee: Aniwell Oy
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2005-12-15
Also published as: ATE385689T1; US20050081797A1; EP1482781A1; FI20020382A7; US7059275B2; AU2003205809A1; DE60319067D1; WO2003071868A1; FI20020382A0; EP1482781B1

Description

1 116507

JÄRJESTELMÄ ELÄINTEN VALVOMISEKSI

Tekniikan ala

Keksintö liittyy yleisesti eläinten valvontaan. Tarkemmin sanottuna, 5 keksinnön kohteena on eläinkohtaiseen identifiointiin perustuva menetelmä ja järjestelmä eläinjoukon ja sen ympäristön valvomiseksi. Valvontatietoja voidaan myös käyttää hyväksi takaisinkytkentäohjausten antamiseksi esim. kunkin eläimen tilan tai olosuhteiden säätämiseksi. Järjestelmään kuuluu eläimiin sovitetut, lähetinvastaanottimella varustetut tunnistus- ja mittauselimet eläi-10 mien tunnistamiseksi ja eläinkohtaisten mittausten tekemiseksi, ainakin yksi paikallisen tason tietojärjestelmä, joka on sovitettu olemaan langattomasi! yhteydessä tiettyyn tämän paikallisen tason eläinjoukkoon sovitettuihin tunnistus- ja mittauselimiin eläinkohtaisten mittaustulosten tallettamiseksi tietojärjestelmään, sekä ainakin yksi ylemmän tason tietojärjestelmä, joka on so-15 vitettu olemaan tietoliikenneverkon kautta yhteydessä haluttuun paikallisen tason tietojärjestelmään eläinkohtaisten tietojen vastaanottamiseksi.

Keksinnön tausta

Tuottavuustekijät ja kasvavat laatuvaatimukset edellyttävät kehitty-20 vää kotieläintaloutta. Perinteisesti vaatimuksiin on vastattu mm. kotieläinyksi-köiden koon kasvattamisella ja tuotantoympäristöä tehostamalla. Myös jalos-tustyön merkitys ja rehuopilliset asiat on opittu hyödyntämään aiempaa pa-remmin. Samoin hoitotyötä ja -tekniikkaa on kehitetty voimakkaasti erityisesti • » ,*···. ihmistyön hinnan noustessa ja tyypillisten yrityskokojen kasvaessa viime

* I

25 vuosisadalla.

* · · : Yrityskokojen kasvusta johtuen perinteinen hoitajan ja kotieläimen ··* yksilöllinen vuorovaikutus ei ole enää mahdollista samoin kuin ennen. Kasvu on tuonut uhkia myös eläinten terveydentilalle. Esimerkiksi rehujen laatu :.! : ja/tai tuotantoympäristöjen tarttuvat taudit ovat nousseet aikamme kiusauk- :,,.: 30 siksi jopa kansainvälisellä tasolla.

Ylituotanto-ongelmien hallitsemiseksi on tärkeätä saada reaaliai- 4.··\ kaista tietoa maataloustuotteiden, esim. maidon tuotannosta. Tuotantoa olisi • · ‘:' kyettävä jopa ennustamaan, jotta tuotannon globaalin tason muutokset olisivat v.: hallittavissa. Tämä on mahdollista vain jos mahdollisimman monesta tuotanto- 35 yksiköstä kerätään kaikki tuotannon määrään vaikuttavat tekijät.

Kasvavat kuluttajavaatimukset ovat heijastuneet myös kotieläintä- 2 116507 louteen. Vain alkuperältään tunnettu, terve elintarvike kelpaa teollistuneen elintarviketeollisuuden raaka-aineeksi. Samoin esimerkiksi terveyselintarvikkeet edellyttävät myös alkutuotannolta entistä paremmin hallittuja raaka-aineita, joiden alkuperä arvoketjun osana pystytään luotettavasti selvittä-5 mään.

Kotieläintalouden reunaehtoihin kuuluu nykyisin myös monenlaisia tuotantorakenteita tukevia hinnoittelu- ja tukimekanismeja. Maataloustuotteet ja kotieläintalouden perustuotanto nähdään kansallisena omavaraisuusteki-jänä, mutta samanaikaisesti maailmanmarkkinoilla tuotteiden hintataso on 10 niiden aitoa tuotantokustannusta alhaisempi. Kansalliset tukipäätökset ja tuotantokustannukset mahdollistavat toimintaympäristöjä, joihin liittyy myös spekulatiivisia hyötyjä.

Mm. edellä kuvattujen uhkien eliminoimiseksi on kehitetty eläinten tunnistinjärjestelmiä, joiden perusteella voidaan mm. selvittää eläinten alku-15 perää tai terveydentilaa. Esim. US-patenttihakemuksessa US2001/0016681 on kuvattu järjestelmä, jolla voidaan pitää yllä eläinkohtaisia terveystietoja ja saadaan tieto esim. kullekin eläimelle annetusta lääkityksestä. Järjestelmässä eläimen tunnistus perustuu korvamerkissä olevaan koodiin, esim. viivakoodiin, joka luetaan käsikäyttöisellä skannerilla. Toisaalta esim. US-paten-20 tista 5,818,354 tunnetaan telemetrinen järjestelmä, jonka avulla voidaan val-voa suuremmasta eläinjoukosta yksilöllisesti kunkin eläimen fyysistä kuntoa, jota indikoidaan sydämen lyöntitiheydellä ja elimistön lämpötilalla. Tätä var- v. ten kullakin eläimellä on antureilla ja lähettimellä varustettu kaulapanta, joka * lähettää antureiden mittaustiedot kannettavalle vastaanotinlaitteelle.

Γ*. 25 Kansainvälisestä hakemusjulkaisusta W099/45761 on tunnettu järjestelmä, jossa paikallisdataa voidaan lähettää alueellisiin tai kansallisiin ’···* tietokantoihin tallennettavaksi ja myöhempää analysointia varten. Tietoja hyödyntäviä osapuolia ovat esimerkiksi tuottaja, varastomies, kasvattamo, • · : pakkaaja, eläinlääkäri, ravintotieteilijä tai pankkiiri. Perusperiaatteena on yk- • · * :...·· 30 sittäiseen eläimeen liittyvän datan keraaminen ja käsitteleminen siten, että . !·. yksittäisen eläimen tietoja voidaan seurata_koko tuotantoketjun ajalta. Kerät- .·’··, ty data toimii näin laadun takeena.

• # ‘I* Tämän järjestelmän haittana on, että koska tietojen keraaminen v.: perustuu tietoihin, joita annetaan alemmalta tasolta ylemmälle tasolle, sen on

• I

:.··· 35 joko uskottava annettuihin tietoihin tai mentävä paikan päälle tarkistamaan tietojen oikeellisuus. Tietokantaan tallennetut tiedot eivät vielä todista esi- 3 116507 merkiksi sitä, onko korvamerkki eläimen korvassa, onko samaan eläimeen kiinnitetty useita korvamerkkejä tai onko eläintä edes olemassa

Tunnettujen ratkaisujen haittapuolena on mm. se, että ne ovat paikallisia järjestelmiä, jotka tarjoavat valvonta- tms. tietoa ainoastaan paikallisesti 5 esim. yhden kasvattajan ympäristössä ja tietyssä valitussa tarkoituksessa. Kotieläin- ja karjatalouden harjoittamiseen liittyy kuitenkin erilaisia sidosryhmiä, joilla on erilaiset intressit valvoa halutun suuruista eläinjoukkoa ja suorittaa erilaisia toimenpiteitä valvonnan tuloksena. Näitä sidosryhmiä ovat kasvattajien ja viljelijöiden lisäksi esim. viranomaiset ja erilaiset asiantuntijat. Jos tällaiset si-10 dosryhmät haluavat kohdistaa toimenpiteensä yksittäisen kasvattajan eläimiin tai jopa tiettyyn eläimeen, on heidän nykyisin siirryttävä fyysisesti kyseisen kasvattajan karjatilalle.

Esillä olevan keksinnön päämääränä onkin saada aikaan uuden tyyppinen valvontajärjestelmä, jonka avulla päästään eroon em. epäkohdasta 15 ja jonka avulla voidaan oleellisesti tehostaa kotieläintalouden harjoittamista edellä viitattujen vaatimusten saavuttamiseksi.

Keksinnön lyhyt yhteenveto

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan kotieläintalouden käyt-20 töön uudentyyppinen valvontajärjestelmä, joka mahdollistaa sen, että erilaiset intressiryhmät voivat jopa samanaikaisesti valvoa haluamansa kokoista eläin-:';': joukkoa omien päämääriensä saavuttamiseksi. Lisäksi valvonta voidaan järjes- tää siten, että valvottavat ja valvojat eivät tiedä toisistaan mitään. Keksinnön [·.·. mukaista perusjärjestelmää voidaan siis käyttää useisiin eri sovelluksiin, jopa Γ '. 25 samanaikaisesti. Suurimman hyödyn järjestelmä tarjoaa karjatalouden piirissä ammattimaisesti toimiville osapuolille, joskin järjestelmä sopii myös yksittäisten *··** kotieläinten tilan seurantaan.

Keksinnön päämäärät saavutetaan ratkaisuilla, jotka on kuvattu it-: senäisissä patenttivaatimuksissa. Niiden mukaisesti paikallisen tason tietojär- 30 jestelmässä on paikannettavissa oleva päätelaite. Lisäksi järjestelmään kuu-. !*. luu ainakin yksi sovellusohjelma, joka on sovitettu käyttämään minkä tahan- sa ylemmän tason tietojärjestelmään kerättyä tietoa syötteenään eläimiä koskevan informaation tuottamiseksi ja lähettämiseksi ainakin yhteen toiseen v.: ylemmän tason tietojärjestelmään, joka on varustettu elimillä, jotka on sovi- 35 tettu osoittamaan paikannettavissa olevan päätelaitteen sijainti. Järjestelmään kuuluu vielä autentikointielimet, jotka on järjestetty paikallisen tason 116507 4 tietojärjestelmään tunnistus- ja mittauselimien autentikoimiseksi. Siten toinen, informaation vastaanottanut, ylemmän tason tietojärjestelmä kykenee autentikoimaan tunnistus- ja mittauselimet ja tämän jälkeen tunnistamaan kuhunkin tunnistus- ja mittauselimiin kytketyn eläimen, ja ohjaamaan infor-5 maation perusteella tunnistettuihin eläimiin ja/tai eläinten ympäristöön kohdistuvia toimenpiteitä.

Itsenäisessä patenttivaatimuksessa 10 on kuvattu menetelmävai-heet itsenäisen patenttivaatimuksen 1 mukaisessa järjestelmässä.

Keksinnön muita edullisia toteutustapoja kuvataan epäitsenäisissä 10 patenttivaatimuksissa.

Kuvioluettelo

Seuraavassa keksintöä ja sen edullisia toteutustapoja kuvataan tarkemmin viitaten esimerkinomaisesti kuvioihin 1-6, joissa 15 kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen järjestelmän yleistä arkkitehtuuria, kuvio 2 esittää erästä esimerkkiä piko- ja paikallistasoilla olevista järjestelmistä, kuvio 3 havainnollistaa globaalitason toimintaa korkeamman tason säätöpii- 20 rinä, V·; kuvio 4 havainnollistaa järjestelmän toimintaa sovellettuna lääkeaineiden : Y: vaikutusten seurantaan, ·*·’; kuvio 5 havainnollistaa järjestelmän toimintaa sovellettuna kiiman tarkkai- » i luun ja hallintaan, ja , · ”: 25 kuvio 6 havainnollistaa järjestelmän soveltamista viranomaisvalvontaan.

• ·

• * I

• k

» I

Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen järjestelmän perusperiaatetta.

1 · k *' · : Järjestelmä muodostuu kolmesta eri teknologiatasosta, jotka ovat käytännössä 30 myös järjestelmän hierarkiatasoja, niitä yhdistävästä verkkoteknologiasta ja järjestelmän sisältämästä tietämyksestä, joka on talletettu kahdella ylimmällä .···, tasolla oleviin tietokantoihin. Kuviossa esitetyn järjestelmän kolmea eri hierar- kiatasoa kutsutaan tässä yhteydessä globaali-, paikallis- ja pikotasoiksi.

’•Y Alin taso eli pikotaso muodostuu siitä teknologiasta, joka kiinnite- * k Y·· 35 tään eläimiin. Pikotason laite kiinnitetään pysyvästi esim. eläimen korvaan sen syntymän jälkeen ja se toimii tunnetun kaltaisena eläimen tunnistimena. Se 5 116507 siis korvaa nykyisen korvamerkin, joka esim. Suomessa saadaan Maatalouden laskentakeskus Oy:ltä. Pikotason laitteeseen, jota on kuviossa merkitty viite-merkillä 100 kuuluvat tyypillisesti ainakin seuraavat komponentit: - RF-lähetin/vastaanotinkomponentti (ohjelmoitavan) radioverkon 5 muodostamiseksi paikallistasolla olevan päätelaitteen kanssa. Tämä komponentti voi olla myöskin pelkkä RF-lähetin.

- Antennijärjestelmä, joka voi tyypillisessä sovellutuksessa olla osa eläimeen kiinnitettyä laitetta.

- Energiansyöttöelimet, jotka sisältävät tyypillisesti esim. lithium- 10 akun.

- Mikrokontrolleri, joka koordinoi radioliikennettä piko- ja paikallistason välillä ja kerää mittausparametrien arvoja eläimeen liitetyistä antureista. Mikrokontrolleri huolehtii myös tarvittaessa laitteeseen talletettujen tietojen suojaamisesta. Eläimen tunnistamiseksi pikotason laitteeseen liittyy myös 15 yksilöintitunniste (ID-tunniste), joko osana mikrokontrolleria tai ulkoisena komponenttina.

- Mikrokontrolleriin kytketty anturiosio, joka voi koostua yhdestä tai useammasta anturista esim. eläimen lämpötilan, purennan, lihasaktiviteet-tien, liikkumisen tai aineenvaihduntatilan arvioimiseksi. Anturiosio voi olla 20 myös ns. implantti eläimessä, jolloin anturiosion tiedot voidaan esim. lu- kea/kirjoittaa pikotason laitekokonaisuuden avulla ns. saattomuistitekniikan :V: avulla. Anturiosio voi sisältää myös lääkeannosteluun pystyviä osia, joilla • · :v. eläimiä voidaan hoitaa tietoliikenneyhteyden kautta yksilöllisesti. Anturiosi- ,···. oon voidaan myös lisätä ilmaisimia, jotka valvovat, ettei pikotason laitetta 25 irroiteta eläimestä.

Kuten jäljempänä kuvataan, pikotason laitteet voivat myös hyö-’··' dyntää tekniikkaa, jolla ne ovat paikallistettavissa karjatilan alueella tai tarvit taessa laajemmaltikin. Esim. anturiosiossa voi olla paikannus, joka voi perus-: tua esim. GPS-, Glonass- tai Galileo-järjestelmiin. Paikannus voi myös pe- 30 rustua paikallisella tasolla toimivaan radiosignaalin kulkuaikamittaukseen . kiinteisiin päätelaitteisiin. Pikotason laite voidaan tarvittaessa toteuttaa niin, • * · .···. että sen ohjelmisto on ladattavissa radioverkon kautta.

*!' Keskimmäinen taso eli paikallistaso muodostuu käytännössä yh- v.: destä tai useammasta paikallisesta tietojärjestelmästä 115, joista kukin on tyy- 35 pillisesti yksittäisen kasvattajan tai viljelijän tilalla ja joka voidaan räätälöidä esim. normaalista yleiskäyttöisestä tietokoneesta. Paikalliseen tietojärjestel- 6 116507 mään kuuluu ainakin pikotason laitteeseen yhteydessä oleva päätelaite 105, joka on tyypillisesti varustettu myös tietokannalla 110, johon päätelaite kerää paikallisen tason mittaus- ja valvontatietoja ja joka sisältää muita paikallisen tason tietojärjestelmän tarvitsemia tietoja. Paikallisen tietojärjestelmän avulla 5 kerätään, arvioidaan ja esitetään eläinten terveydentilaa, tuotannon ympäristötietoja ja muita tilatietoja. Päätelaite kerää tiedot pikotasolta ja paikallistasolla mahdollisesti olevilta muilta laitteilta 106, kuten tuotannon ympäristötietoja mit-taavilta antureilta (esim. kosteus, valaistus, jne.). Päätelaite on myös sovitettu olemaan verkon 120, esim. Internetin, kautta yhteydessä seuraavalle tasolle eli 10 globaalitasolle.

Paikallistason päätelaitteessa on tyypillisesti seuraavat komponentit: - Keskusyksikkö/kontrolleri, joka voi olla yleiskäyttöisen tietokoneen osa ja joka koordinoi muiden toimiensa ohella radioliikennettä.

15 - Langaton lyhyen kantaman RF-lähetin/vastaanotinkomponentti, joka on liitäntäelektroniikan avulla kytketty keskusyksikköön. Linkki voi toimia esim. ISM-taajuusalueilla (433 tai 867 MHz).

- Liitäntärajapinta globaalitasolle eli tietoliikenneverkkoon. Tämä rajapinta käsittää tyypillisesti TCP/IP-pinon, mutta liitäntä voidaan toteuttaa myös 20 tunnettuja yhteystekniikoita käyttäen. Fyysisesti yhteys voi olla langallinen (esim. ISDN, ASDL) tai langaton (esim. GPRS, UMTS, WLAN, Bluetooth).

: ‘: : - Näyttölaite ja näppäimistö sekä ohjelmisto- ja datamuistit.

• · :v. Paikallistason päätelaitteeseen voi liittyä myös pieni videokamera, .···. jolla lähetetään tarvittaessa esim. mittaustietoja täydentäviä olosuhde- ja/tai 25 eläinkuvia verkon välityksellä globaalitasolle. Päätelaitteen ohjelmisto voidaan !.. ’ haluttaessa ladata tietoliikenneyhteyden kautta.

’···’ Ylin eli globaalitaso muodostuu tietoliikenneverkkoon 120 kytkey tyvästä tietokoneesta/-koneista ja palvelinohjelmistoista, joiden tietokantoi-i hin kerätään, järjestellään ja edelleen jalostetaan paikallistason välittämä tie- 30 to. Paikallistason tieto koostuu eläimistä yksilöllisesti kerätyistä tiedoista, tuo-tantoympäristötiedoista ja viljelijän tai muun kolmannen tahon eläintä koske-. · · ·, vista tiedoista, suunnitelmista tai toimista.

"* Kerättyjen ja ylläpidettyjen eläinkohtaisten ja tilakohtaisten tietojen v.: ja muiden asiantuntijatahojen tietämyksen pohjalta globaalitasolla lasketaan ‘•.‘•j 35 ja ennustetaan uusia eläinten hoitoon liittyviä suosituksia, hoitotoimenpiteitä sekä management-päätöksiä. Syntyvä tietämys toimii pohjana joko välittö- 7 116507 mille takaisinkytkentätoimenpiteille tai kotieläintalouden laajemmalle kehittämiselle, sillä se mahdollistaa mm. laajaan havaintoaineistoon perustuvan tutkimuksen, jolloin voidaan havaita sellaisiakin heikkoja yhteyksiä, joita ei muuten havaittaisi. Takaisinkytkentätoimenpiteitä ei myöskään tarvitse välttämättä 5 laukaista globaalitasolta, vaan sinne synnytetty tieto voi olla paikallisten tietojärjestelmien käytettävissä niin, että ne käyvät säännöllisin väliajoin tarkistamassa omat tietonsa globaalitasolta. Paikallinen tietojärjestelmä voi esim. kahdesti vuorokaudessa aina ennen lypsytöiden aloittamista käydä tarkastamassa maitonäytetiedot laboratorion palvelimelta. Tällä tavoin voidaan välittö-10 mästi saada tieto esim. tietyllä lehmällä olevasta piilevästä utaretulehduksesta.

Globaalitasolla olevia osapuolia ovat mm. viranomaiset, erilaiset karjatalouteen liittyvät yritykset, tutkimuslaitokset ja yliopistot sekä eläinlääkärit. Järjestelmän avulla viranomaiset voivat suorittaa mm. valvontaa, etätarkastuk-sia ja tilastointia keräämällä paikallistason tietoja palvelimen 130 kautta ja tal-15 lettamalla valvonta-, tarkastus- ja tilastotietoja tietokantaansa 135.

Järjestelmä mahdollistaa myös eläinten terveydentilan yksilöllisen seurannan ja etäterveydenhoitopalvelujen rakentamisen kerättävien historiatietojen ja kehittyvän diagnosoinnin avulla. Eläinlääkärit voivat kerätä palvelimensa 140 avulla paikallistason tietoja sekä jalostaa niistä em. dataa omaan tieto-20 kantaansa 145.

Tutkimuslaitokset ja yliopistot voivat hyödyntää paikallistasolla han-: V: kittuja tietoja keräämällä palvelimen 150 avulla haluttua paikallistason tietoa ja ·*·*. tallettamalla jalostettua tietoa tietokantaansa (155).

.···. Yksityiset yritykset voivat lisäksi käyttää järjestelmää hyväksi liitty- 25 mällä oman palvelimensa 160 avulla verkkoon ja keräämällä haluamaansa • · · tietoa paikallisista tai globaaleista tietojärjestelmistä omaan tietokantaansa 165. Esim. yksityiset eläinlääkärit voivat määrätä tietylle eläimelle yksilöllisen lääkinnän ja tarvittaessa jopa annostella lääkkeen etäohjatusti verkon kautta ··: i eläimeen, johon on istutettu lääkeampulli tms. annostelulaite.

*»» 30 Kuten edellä esitetystä ilmenee, keksinnön mukaista järjestelmä- » arkkitehtuuria voidaan käyttää monenlaisiin sovelluksiin ja palveluihin. Ylem- .*··. män tason tietojärjestelmään kerättyä tietoa syötteenään käyttävät sovellus- • · '·’ ohjelmat voivat siten vaihdella monin tavoin. Perusteet entistä tehokkaammil- le sovelluksille ja paremmille palveluille syntyvät ensinnäkin siitä, että eläimen » » :. ‘ · - 35 tiedot ovat piko- ja paikallistasojen kautta saatavissa koko sen elinajan, toisek si siitä, että globaalitason palvelimissa ja tietokannoissa ylläpidetään algoritme- 8 116507 ja ja tietämysmalleja, joita suhteutetaan näihin tietoihin sekä muuhun mahdollisesti kerättyyn aineistoon, sekä kolmanneksi siitä, että järjestelmän avulla suuretkin havaintoaineistot ovat mahdollisia, jolloin globaalitason tietämyksen avulla voidaan havaita heikkojakin yhteyksiä, jotka eivät välttämättä tule esille 5 pienemmässä havaintoaineistossa (paikallisilla tasoilla). Syntyvän tietämyksen perusteella kukin osapuoli voi suorittaa haluttuja toimenpiteitä, jotka voivat olla välittömiä, eläimiin kohdistuvia toimenpiteitä tai laaja-alaisempia karjatalouden kehittämiseen liittyviä toimenpiteitä.

Kuviossa 2 on esitetty esimerkkinä kaksi erityyppistä pikotason lai- 10 tetta sekä niihin liittyvä paikallistason tietojärjestelmä. Eläimeen kiinnitettävä pikotason valvontalaite voi olla eläimeen nähden ulkoinen laite 100a tai eläimen kudoksen sisään asetettava sisäinen laite 100b. Pikotason laite käsittää mikrokontrollerin (222 tai 232), johon on kytketty anturiosioon (225 tai 235) kuuluvat anturit. Ulkoisen laitteen tapauksessa voidaan mitata esim. eläimen 15 lämpötilaa lämpötila-anturilla tai liikettä erilaisilla liikeantureilla, esim. kiihtyvyysantureilla. Myös eläimen sijainti voidaan mitata edellä esitetyin menetelmin. Näitä mittauksia voidaan tarkentaa esimerkiksi integroimalla kiihtyvyysanturilta saadulla informaatiolla.

Sisäisen laitteen tapauksessa voidaan puolestaan käyttää esim.

20 EKG-mittausta eläimen sydämen syketiheyden monitoroimiseen tai EMG- mittausta (Electromyography) esim. eläimen lihasjännityksen ja väsymistilas- :Y: ta valvomiseksi. Erityisesti sisäisessä pikolaitteessa voidaan käyttää myös optisia antureita, esim. happisaturaation mittaamiseksi.

.···. Anturiosiot on kytketty mikrokontrolleriin, joka kerää mittaustiedot • · 25 antureilta ja ohjaa lähetinvastaanottimen (223 tai 233) toimintaa. Sisäisen valvontalaitteen tapauksessa lähetinvastaanotin toimii hyvin pienellä teholla, ’···* käytännössä n. 1 mW:n teholla. Erityisesti ulkoiseen laitteeseen voi olla liitet ty hälytinlaite 224, joka antaa esim. optisen tai audiohälytyksen, kun mikro-i kontrolleri havaitsee yhden tai useamman valvontatuloksen, joka ylittää häly- • · · 30 tyskynnyksen. Hälytys voidaan tosin toteuttaa myös sähköisesti paikallista- t . solle ja mahdollisesti siitä vielä globaalitasolle annettavana hälytyksenä eri- ,···, laisia tunnettuja tietoliikennepalveluja, esim. matkaviestinverkon tekstiviesti- » · palveluja hyväksi käyttäen. Sisäisessä laitteessa voi lisäksi olla vaikkapa \v eläimen lääkintään liittyvä annosteluyksikkö 236. Jokaiseen valvontalaittee-

» I

'·,·: 35 seen liittyy yksilöllinen tunniste kyseisen eläimen tunnistamiseksi.

Pikotason valvontalaite on kytketty lyhyen kantaman lähetinvas- 9 116507 taanottimella 223 tai 233 paikallistason tietojärjestelmään 115. Paikallisessa tietojärjestelmässä on mittaus-/valvontatiedot vastaanottava lähetinvastaan-otin 210 kytketty sovellusohjelmalla varustetulle tietokoneelle 200. Pikotason valvontalaitteilta kerätyt ja sovellusohjelmalla mahdollisesti käsitellyt tiedot 5 talletetaan paikallisiin tietokantoihin 110, josta ne ovat globaalitason käyttäjien käytettävissä. Kuten edellä mainittiin, päätelaitteessa voi olla myös ympäristötietoja mittaavia antureita 250.

Paikallinen tietojärjestelmä ja kukin pikotason laite on edullisesti varustettu autentikointielimillä (211, 226), joiden avulla paikallinen tietojärjes-10 telmä tai globaalitason tietojärjestelmä voi autentikoida paikalliselle tasolle kuuluvat pikotason valvontalaitteet.

On myös mahdollista, että pikotason valvontalaitteet kommunikoivat suoraan keskenään ja ne voivat muodostaa pikoverkon esim. Bluetooth-tekniikkaa käyttäen. Tällöin kasvattajalla voi olla esim. koko karjatilan kattava 15 lähiverkko, jossa on useita liityntäpisteitä pikotason laitteille. Pikotason laite voi myös toimia ympäristöolosuhteita, kuten valaistusta tai lämpötilaa valvovana elimenä, joko pelkästään tässä tarkoituksessa tai yhdistettynä eläimen valvontaan, kuten kuviossa 2 on esitetty (lohko 227).

Kuten edellä todettiin, järjestelmällä aikaansaatavien palvelujen 20 tehokkuuden kannalta oleellisia ovat globaalitason palvelimissa ja tietokan-noissa ylläpidettävät algoritmit ja tietämysmallit, joille paikallistasoilta hankitta-

* I

vat tiedot toimivat syötteinä. Globaalitasolla voidaan esim. toteuttaa korkeam-man tason säätö, jolloin globaalitasolla analysoidaan paikallistasoilla havaitut * · syy-seuraussuhteet ja ohjataan tämän analysoidun tiedon perusteella paikallis-;**.* 25 tasoja. Kuviossa 3 on esitetty tätä periaatetta. Kullakin paikallistasolla luodaan / tietojärjestelmään esim. relaatiotietokanta 31, joka käsittää tietyt paikallistasol- : la tehdyt toimenpiteet ja niitä vastaavat tulokset, jotka on mitattu pikotason lait teilla. Nämä tulokset siirretään globaalitasolla olevaan korkeamman tason jär- • · ·.· | jestelmään 190, jossa suoritetaan havaituille toimenpide/tulospareille haluttu 30 analyysi. Analyysitulosten perusteella ohjataan paikallistasoja (nuolet A, B ja C). Tällöin globaalitason tietojärjestelmä muuttaa (päätelaitteen 105 kautta) • » · ::: paikallisen tason käyttämiä toimenpiteitä niin, että kullakin tasolla saavutetaan • · sille talletetuista toimenpiteistä mahdollisimman suuri hyöty. Globaalitasolla :V: voidaan käyttää erilaisia tunnettuja menetelmiä kerätyn tiedon käsittelyssä.

35 Näitä ovat ainakin sääntöpohjaiset asiantuntijajärjestelmät, sumeat järjestel- mät, neurosumeat järjestelmät, neurolaskentaan perustuvat järjestelmät ja ti- I · 10 1 1 6507 lastolliset järjestelmät. Globaalitason tietojärjestelmät voivat myös tuottaa tietoa toisilleen ja useampi tietojärjestelmä voi globaalitasolla muodostaa hajautetun järjestelmän.

Globaalitasolla voidaan siis suuresta määrästä paikallisella tasolla 5 kerätystä tiedosta löytää tilastollisia riippuvuuksia joita pelkästään yhtä paikallista tasoa tarkastelemalla ei löytyisi. Seuraavassa tarkastellaan itseoppi-valla järjestelmällä toteutettua lääkeaineiden vaikutusten seurantajärjestelmää. Eräs tapa tämän toteuttamiseen on käyttää itseorganisoituvaa karttaa (SOM, Self-Organizing Map). Kuviossa 4 on esitetty järjestelmän eri osien 10 välistä toimintaa. Paikallistietokannoista kerätään eläimien lääkintä-ja valvontatiedot sekä ympäristötiedot palvelimelle 400, joka on kytketty globaalin tietokantaan 410, josta saadaan itseoppivalle järjestelmälle 420 lääkeaine-matriisi ja mittausvektorit. Eläimille annetut lääkeaineet kuvataan lääkeaine-matriisin x komponenteissa. Lääkeainematriisi on eläinkohtainen. Matriisin 15 ensimmäinen rivi tai sen osa kuvaa yksittäistä lääkettä tai lääkkeen vaikuttavaa ainesosaa. Osan arvo on kyseisen lääkkeen tai ainesosan annosteltu määrä. Matriisin toiseen riviin päivitetään aika kuinka kauan sitten lääke on annettu. Lääkeainematriisi kykenee kuvaamaan myös samanaikaisesti annettuja lääkkeitä. Ympäristövektorissa m on vektorin komponenteissa kuvat-20 tuna ympäristöolosuhteita (esim. lämpötila, kosteus, valoisuus), joissa eläin oleskelee. Samaa eläintä vastaavassa alkutilavektorissa y on komponenteit-.·.·. tain esitettyinä eläimestä saadut havainnot (esim. lämpötila, liikkuvuus, sy- dämen syke) silloin kun lääkkeiden annostus aloitettiin. Lisäksi on olemassa • t nykytilavektori, jossa on eläimestä saadut tuoreimmat havainnot. Pyrkimyk- • · I". 25 senä on suuresta havaintoaineistosta löytää säännönmukainen riippuvuus z=f(x,y,m) eli käytettyjen lääkeaineiden ja niiden aiheuttamien seurausten ’···' välinen riippuvuus. Tähän voidaan käyttää esimerkiksi itseorganisoituvaa karttaa. Silloin lääkeainematriisi muutetaan riveittäin vektoriksi sekä ympä- I · j ristövektori, alkutilavektori ja nykytilavektori yhdistetään uudeksi vektoriksi 30 x’=(x,y,m,z) ja tämä yhdistelmävektori syötetään itseoppivaan karttaan. Tyy- , ]·. pillinen kartan koko on n. 1000 alkiota. Vektorien vertailuun, niiden välisten • · » !!! etäisyyden laskentaan käytetään sopivaa metriikkaa, esimerkiksi komponent- *·:·* tien erojen neliöiden summaa. Kun havaintoja saadaan riittävästi, kartan joi- I » v,; hinkin pisteisiin alkaa kerääntyä useampia havaintoja. Kartta voidaan järjes- 35 tää osittain kaksiulotteiseksi, jolloin lääkeaineet ja niiden aiheuttamat seuraukset näkyvät myös visuaalisesti. Sopivaa lääkettä tai lääkeyhdistelmää 11 1 1 6507 havaittuun eläimen tilaan voidaan hakea itseoppivasta kartasta seuraavasti. Muodostetaan vektori x’ jossa täytetään vain ympäristövektori m sekä alkuti-lavektori y. Katsotaan mikä kartan alkio on tätä vektoria lähinnä (annetun metriikan mielessä) ja tästä vektorista katsotaan lääkeainevektorin x sisältö.

5 Hakua voidaan lisäksi rajoittaa esimerkiksi hakemalla lääkeaineita, joiden vaikutus on ollut nopein.

Lisätavoitteena voi olla myös löytää käänteisfunktio x=f1(y,z), jonka avulla voidaan eläimen senhetkisestä tilasta suoraan päätellä tarvittava lääkehoito. Yksi toteutustapa tähän on esimerkiksi vastavirtaverkot (counter-10 propagation network), joita kuvataan esim. artikkelissa Hecht-Nielsen, R., ’’Counterpropagation networks”, Proc. of the Int. Conf. on Neural Networks, IEEE Press, June 1987, s. 19-32. Tämäntyyppisen verkon etuna on erittäin nopea oppiminen annetusta havaintomateriaalista. Opetusvaiheessa verkkoon syötetään vektorimuotoon muutettu matriisi x sekä matriisit y, m ja z. 15 Verkko kerää adaptiiviseen taulukkoonsa edustavan joukon syötetyistä vektoreista. Jos annetut vektorit eivät poikkea riittävästi taulukossa jo olevista vektoreista, uutta vektoria ei taulukkoon luoda vaan päivitetään sopivalla päi-vitysfunktiolla taulukosta lähinnä löytyvää vektoria. Luokitusvaiheessa verkko antaa syötettä x lähinnä vastaavat vektorit y ja z. Antamalla siis kuvauksen 20 annetuista lääkkeistä verkko hakee todennäköisimmän eläimen tilan kehityk-sen. Verkko kykenee etsimään myös käänteisfunktion, eli antamalla verkolle vektorit y, m ja z, saadaan vastaukseksi lääkeainematriisi x.

Lääkehoitoa voidaan tehostaa tarkemmalla analyysillä lääkkeiden L..’# vaikutuksesta. Tarkempi analyysi edellyttää suurta globaalia tietokantaa • · !**. 25 lääkkeiden vaikutuksesta. Eri lääkeaineita, joiden vaikutukset ovat melko • « « samansuuruisia voidaan suurella tietokannalla verrata tarkemmin. Esimer- * · ’···* kiksi geneettisillä algoritmeilla voidaan tehdä hallittuja variaatioita lääkehoi toihin ja havaita pienet muutokset vaikutuksissa. Näin voidaan lääkehoitoa

• I

: optimoida, löytämällä mahdollisimman tehokkaasti toimivia lääkeaineita.

30 Jos ympäristö- ja ruokintatietoja on havainnoitu tarkasti ja koko . eläimen elinkaaren lävitse, voidaan em. tyyppinen neuraalilaskennalla toteu- » » *

Li tettu tilastollinen tarkastelu tehdä myös pihvikarjan laadun suhteen. Näin *;·’ saadaan lisää tietoa siitä, kuinka erilaiset hoitotavat vaikuttavat tuotteen lo- pulliseen laatuun.

35 Seuraavassa kuvataan keksinnön mukaisen järjestelmän toimintaa sovellettuna eläinten kiiman tarkkailuun ja siemennykseen. Kuviossa 5 on jär- 12 1 1 6507 jestelmän eri osien välisiä toimintoja havainnollistettu alleviivatuilla numeroilla. Eläinten kiiman tarkkailemiseksi pikotason valvontalaitteella mitataan tyypillisesti eläimen lämpötilaa ja liikettä. Nämä valvontatiedot vastaanotetaan paikallistason tietojärjestelmään (vaihe 1). Kun paikallistason tietojärjestelmä havait-5 see mittaustietojen perusteella, että hälytysraja(t) on ylitetty, se antaa hälytyksen kiiman alkamisesta (vaihe 2). Tämän jälkeen päätelaitteessa muodostetaan globaalille tietojärjestelmälle lähetettävä tilauspyyntö (vaihe 3). Pyyntö lähetetään (vaihe 4) verkossa olevalle palvelimelle 500, joka tekee tilastollisen ennusteen erilaisten siementen sopivuudesta kyseiseen tilanteeseen (vaihe 5). 10 Palvelinohjelmisto käyttää syötteinään pyynnössä tullutta dataa ja mahdollisesti myös sen omassa tietokannassa kyseisestä eläimestä olevaa dataa. Jos ennusteen tekemisen kannalta oleellisia eläimen tietoja ylläpidetään jatkuvasti globaalitason palvelimella, ei pyynnössä tarvitse välttämättä lähettää kuin eläimen tunniste. Tyypillisesti pyynnössä lähetetään kuitenkin eläimen tiedot ja 15 kasvattajan strategiavalinta/-valinnat.

Globaalitasolle on kertynyt paljon tietoa siemenen soveltuvuudesta eri rotujen karjayksilöihin eri olosuhteissa, joten näiden ja pyynnössä tulleiden tietojen sekä palvelimelle mahdollisesti talletettujen tietojen perusteella saadaan tehtyä tilastollinen ennuste erilaisten jalostuseläinten sopivuudes-20 ta tilanteeseen. Ennuste voidaan joko lähettää takaisin paikallistasolle (vaihe 6), jolloin kasvattaja voi itse päättää jatkotoimenpiteistä tai palvelin voi auto-maattisesti lähettää keinosiementäjän palvelimelle 510 ennusteen mukaisen * * · tilauspyynnön. Jälkimmäisessä tapauksessa voidaan kasvattajalle lähettää • · (vaihe 7) tilausilmoitus keinosiementäjälle lähetetystä tilauksesta. Viime mai-25 nittu ilmoitus voidaan lähettää eri tavoin, esim. tekstiviestinä.

* * »

Paikallistason tietojärjestelmän saadessa ennusteen tai tilausil-moituksen se voi alkaa säätää hoitotilan olosuhteita, kuten lämpötilaa sopivammaksi. Kasvattaja voi lisäksi tunnistaa kyseisen eläimen päätelaitteen : avulla jo ennen näkyvää häirintää karjassa.

30 Kuviossa 6 on havainnollistettu keksinnön mukaisen järjestelmän t toimintaa viranomaisvalvonnassa. Paikallistason päätelaite voi olla varustettu • > · ;;; radioverkkomoduulilla 600, joka voi olla toteutettu esim. GSM-tekniikalla, ja t · jonka numero on salainen. Paikallistason päätelaitteessa on myös paikan-nusmoduuli 601, joka huolehtii siitä, että sitä ei päästä liikuttamaan missään 35 tilanteessa ja jonka yhteys päätelaitteeseen 200 on valvottu. Paikannusmo- duulin paikannus voidaan tehdä sinetöidyllä kiinnityksellä haluttuun paikkaan, I · 13 1 1 6507 tai sitten paikannusjärjestelmään. Paikannustoiminne voi myös olla rakennettu radioverkkomoduulin 600 yhteyteen. Viranomainen voi tehdä paikallistason tarkistuksen lähettämällä (vaihe 1) palvelimeltaan ko. radioverkon kautta kyselyn paikannusmoduulille 601. Paikannusmoduuli palauttaa palvelimelle 5 (vaihe 2) tiedon siitä, onko sen paikka muuttunut. Tämän jälkeen viranomainen voi olla varma, että päätelaite on tilalla ja pikotason laitteet ovat tietyn lyhyen kantaman päässä siitä. Viranomainen voi vielä autentikoida jokaisen pikotason laitteen erikseen lähettämällä (vaihe 3) näitä koskevan autentikoin-tipyynnön paikallistason päätelaitteelle. Pikotason laitteiden autentikointi voi-10 daan suorittaa paikallistason päätelaitteelta tai suoraan verkossa olevalta viranomaispalvelimelta. Autentikoinnissa voidaan käyttää tunnettuja autenti-kointiprotokollia, esim. yksisuuntaisen funktion, kuten S/KEY, käyttöön tai haaste-vaste-parin käyttöön perustuvia protokollia.

Edellä kuvatulla menettelyllä voidaan kuitenkin todentaa ainoas-15 taan pikotason laitteet. Jotta voitaisiin todentaa, että kutakin laitetta vastaa myös eläin, täytyy pikotason laitteelta lähtevään autentikointivastaukseen sisällyttää myös tieto siitä, onko laite ollut jatkuvasti eläimessä kiinni. Tämä voidaan tehdä hyödyntämällä sellaista antureilta kerättyä tietoa, joka osoittaa, että jokainen laite on kiinni eri eläimessä. Tällainen tieto voi olla pelkäs-20 tään esim. lämpötila: lämpötilojen täytyy noudattaa tietyt kriteerit täyttävää jakaumaa.

,v! Paikallistason päätelaitteen paikannukseen voidaan yhdistää * » » myös aikaisemmin selostettu lyhyen kantaman paikannus: jokainen pikota- * · son laite voidaan paikantaa erikseen, jotta voidaan varmistua siitä, että ‘l**.’ 25 useampi kuin yksi pikotason laite ei ole kiinni samassa eläimessä. Näin ollen * * · '· ' · eläimet voidaan paikallistaa esim. koko karjatilan kattavan lähiverkon alueel- la jatkuvasti.

Kuten edellä esitettiin, keksinnön mukaista järjestelmää voidaan it:’j käyttää paikallistasolla myös muiden kuin eläinkohtaisten mittausten ja val- 30 vontojen suorittamiseen, esim. paikallistason olosuhteiden, kuten valaistuk-

< * I

i \ sen tai lämpötilan mittaukseen/valvontaan.

;;; ’ Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten # · mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan :Y: sitä voidaan muunnella oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnölli- 35 sen ajatuksen puitteissa.

» »

Claims

14 1 1 6507

1. Järjestelmä eläimien valvomiseksi, joka järjestelmä käsittää - eläimiin sovitetut tunnistus- ja mittauselimet (100) eläimien tunnistamiseksi ja eläinkohtaisten mittausten tekemiseksi, jolloin kunkin eläimen 5 tunnistus- ja mittauselimet on varustettu lähetinvastaanottimella, - ainakin yhden paikallisen tason tietojärjestelmän (115), joka on sovitettu olemaan langattomasi! yhteydessä tiettyyn tämän paikallisen tason eläinjoukkoon sovitettuihin tunnistus- ja mittauselimiin eläinkohtaisten mittaustulosten tallettamiseksi tietojärjestelmään, 10. ainakin yhden ylemmän tason tietojärjestelmän (130, 135), joka on sovitettu olemaan tietoliikenneverkon kautta yhteydessä haluttuun paikallisen tason tietojärjestelmään eläinkohtaisten tietojen vastaanottamiseksi, tunnettu siitä, että järjestelmä käsittää lisäksi - ainakin yhdessä paikallisen tason tietojärjestelmässä paikannet-15 tavissa olevan päätelaitteen (200), - ainakin yhden sovellusohjelman, joka on sovitettu käyttämään minkä tahansa ylemmän tason tietojärjestelmään kerättyä tietoa syötteenään eläimiä koskevan informaation tuottamiseksi ja lähettämiseksi ainakin yhteen toiseen ylemmän tason tietojärjestelmään, joka on varustettu elimillä, jotka 20 on sovitettu osoittamaan paikannettavissa olevan päätelaitteen sijainti, ;*·,· - autentikointielimet (211, 226), jotka on järjestetty paikallisen ta- . *. . son tietojärjestelmään tunnistus- ja mittauselimien autentikoimiseksi, . jolloin mainittu toinen, informaation vastaanottanut, ylemmän ta- son tietojärjestelmä kykenee autentikoimaan tunnistus- ja mittauselimet ja 25 tämän jälkeen tunnistamaan kuhunkin tunnistus- ja mittauselimiin kytketyn eläimen, ja ohjaamaan informaation perusteella tunnistettuihin eläimiin ja/tai ‘ · · ·' eläinten ympäristöön kohdistuvia toimenpiteitä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu επί V tä, että se käsittää useita paikallisen tason tietojärjestelmiä, joista jokainen : 30 on sovitettu keräämään mittaustuloksia tietystä, kyseiseen tietojärjestelmään : ]*, liittyvästä eläinjoukosta.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen järjestelmä, tunnettu sii- ; tä, että paikannettavissa olevaan päätelaitteeseen kytkeytyy radioverkkomo- I · • ’ · duuli (600), jolloin pyyntö/vastaus lähetetään radioverkon kautta. :/ : 35 4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen järjestelmä, tunnettu sii tä, että eri eläinten tunnistus- ja mittauselimet on sovitettu olemaan langat- 116507 15 tomasti yhteydessä toisiinsa,

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että paikallisen tason tietojärjestelmä käsittää langattoman lähiverkon, jossa tunnistus-ja mittauselimet (100) ovat verkon solmuja.

6. Patenttivaatimuksen 2 mukainen järjestelmä, tunnettu sii tä, että tunnistus- ja mittauselimet on sovitettu eläimen ulkopuolelle.

7. Patenttivaatimuksen 2 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että tunnistus-ja mittauselimet on sovitettu eläimen kudoksen sisään.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen järjestelmä, tunnettu επί 0 tä, että tunnistus- ja mittauselimet sisältävät lisäksi annosteluelimet (236) halutun aineen annostelemiseksi eläimeen.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että ylemmän tason tietojärjestelmä on toiminnallisesti kytketty itseoppi-vaan järjestelmään (420).

10. Menetelmä eläimien valvomiseksi, jossa menetelmässä - tunnistetaan eläimiä, - suoritetaan eläimien tilaa koskevia mittauksia, - talletetaan eläinkohtaisia mittaustuloksia paikalliseen tietojärjestelmään (115), 20. kerätään eläinkohtaisia tietoja halutuista paikallisen tason tieto- järjestelmistä ainakin yhteen ylemmän tason tietojärjestelmään (130, 135), V; joka on sovitettu olemaan tietoliikenneverkon kautta yhteydessä haluttuihin , , paikallisen tason tietojärjestelmiin, tunnettu siitä, että 25. paikannetaan paikallisen tason tietojärjestelmän paikannettavis- ,: sa olevan päätelaitteen sijainti, ' * - tuotetaan eläimiä koskevaa informaatiota ainakin yhden sovel lusohjelman avulla, joka on sovitettu käyttämään ylemmän tason tietojärjes-i \ ‘ telmään kerättyä tietoa syötteenään eläimiä koskevan informaation tuottami- 30 seksi ja lähettämiseksi ainakin yhteen toiseen ylemmän tason tietojärjestel-mään, joka on varustettu elimillä, jotka on sovitettu osoittamaan kyseisen ‘ -. ’ paikannettavissa olevan päätelaitteen sijainti, ’! ’ - autentikoidaan paikalliseen tietojärjestelmään järjestetyillä auten- • ‘ · tikointielimillä kuhunkin tunnistus- ja mittauselimiin kytketty eläin, 35 jolloin mainitusta toisesta, informaation vastaanottaneesta, tieto järjestelmästä käsin ie 1 16507 - tunnistetaan kuhunkin tunnistus- ja mittauselimiin kytketty eläin, ja - ohjataan informaation perusteella tunnistettuihin eläimiin ja/tai eläinten ympäristöön kohdistuvia toimenpiteitä.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paikallisesta tietojärjestelmästä haetaan ylemmän tason tietojärjestelmään tuotettua informaatiota takaisin paikalliseen tietojärjestelmään.

12. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että informaatiota tuotetaan samaan ylemmän tason tietojärjestelmään, 10 jossa kerättyä tietoa käytetään syötteenä. I * 17 1 1 6507