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基于SNSS-YOLO v7的肉牛行为识别方法

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农业机械学报 2023年第10期54卷 266-274,347页

作者：段青玲赵芷青蒋涛桂小飞张宇航中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 农业农村部智慧养殖技术重点实验室北京100083 北京福通互联科技集团有限公司北京101300

肉牛活动过程中所表现出的行为是肉牛健康状况的综合体现,实现肉牛行为的快速准确识别,对肉牛疾病防控、自身发育评估和发情监测等具有重要作用。基于机器视觉的行为识别技术因其无损、快速的特点,已应用在畜禽养殖行为识别中,但现有的... 详细信息

肉牛活动过程中所表现出的行为是肉牛健康状况的综合体现,实现肉牛行为的快速准确识别,对肉牛疾病防控、自身发育评估和发情监测等具有重要作用。基于机器视觉的行为识别技术因其无损、快速的特点,已应用在畜禽养殖行为识别中,但现有的基于机器视觉的肉牛行为识别方法通常针对单只牛或单独某个行为开展研究,且存在计算量大等问题。针对上述问题,本文提出了一种基于SNSS-YOLO v7(Slim-Neck&Separated and enhancement attention module&Simplified spatial pyramid pooling-fast-YOLO v7)的肉牛行为识别方法。首先在复杂环境下采集肉牛的爬跨、躺卧、探究、站立、运动、舔砥和互斗7种常见行为图像,构建肉牛行为数据集;其次在YOLO v7颈部采用Slim-Neck结构,以减小模型计算量与参数量;然后在头部引入分离和增强注意力模块(Separated and enhancement attention module,SEAM)增强Neck层输出后的检测效果;最后使用SimSPPF(Simplified spatial pyramid pooling-fast)模块替换原YOLO v7的SPPCSPC(Spatial pyramid pooling cross stage partial conv)模块,在增大感受野的同时进一步减少参数量。在自建数据集上测试,本文提出的肉牛行为识别方法的平均精度均值(mAP_(@0.5))为95.2%,模型内存占用量为39 MB,参数量为1.926×10^(7)。与YOLO v7、YOLO v6m、YOLO v5m、YOLOX-S、TPH-YOLO v5、Faster R-CNN相比,模型内存占用量分别减小47.9%、45.4%、7.6%、43.1%、57.8%和92.5%,平均精度均值(mAP_(@0.5))分别提高1.4、2.2、3.1、13.7、1.9、4.5个百分点,试验结果表明,本文方法能够实现肉牛行为的准确识别,可以部署在计算资源有限的设备上,为实现畜禽养殖智能化提供支持。

关键词：肉牛行为识别深度学习 YOLO v7 多目标识别

基于改进YOLO v3的肉牛多目标骨架提取方法

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农业机械学报 2022年第3期53卷 285-293页

作者：张宏鸣李永恒周利香汪润李书琴王红艳西北农林科技大学信息工程学院陕西杨凌712100 宁夏智慧农业产业技术协同创新中心银川750004 西部电子商务股份有限公司银川750004

针对肉牛行为识别过程中,多目标骨架提取精度随目标数量增多而大幅降低的问题,提出了一种改进YOLO v3算法(Not classify RFB-YOLO v3,NC-YOLO v3),在主干网络后引入RFB(Receptive field block)扩大模型感受野,剔除分类模块提高检测效率... 详细信息

针对肉牛行为识别过程中,多目标骨架提取精度随目标数量增多而大幅降低的问题,提出了一种改进YOLO v3算法(Not classify RFB-YOLO v3,NC-YOLO v3),在主干网络后引入RFB(Receptive field block)扩大模型感受野,剔除分类模块提高检测效率,结合8SH(8Stacked Hourglass)算法实现实际养殖环境下的肉牛多目标检测与骨架提取。实验为肉牛骨架设置16个关键节点形成肉牛骨架点位信息,通过对图像多尺度和多方向训练提高检测精度。针对多目标骨架提取模型检测的关键点信息进行统计分析,提出一种对肉牛站立和卧倒行为识别的方法。实验结果表明:在目标检测方面,NC-YOLO v3模型的召回率可达99.00%,精度可达97.80%,平均精度可达97.18%。与原模型相比,平均精度提高4.13个百分点,去除的网络参数量为13.81 MB;在单牛骨架提取方面,采用8层堆叠的Hourglass网络检测关键点位置,平均精度均值可达90.75%;在多牛骨架提取方面,NC-YOLO v3构建的模型相对于YOLO v3构建的模型,平均精度均值提高4.11个百分点,达到66.05%。

关键词：肉牛多目标骨架提取目标检测关键点检测 RFB YOLO v3

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冬季肉牛加热饮水围栏育肥模式适用性分析

农业工程学报 2022年第3期38卷 182-188页

作者：贺腾飞刘天旭龙沈飞张校军刘芮兵凌小凡刘继军陈昭辉中国农业大学动物营养学国家重点实验室北京100193 中国农业大学动物科技学院北京100193

为研究冬季中国西北地区肉牛加热饮水条件下围栏育肥模式的适用性,该研究实测了加热水围栏育肥(平均饮水温度:(20.58±0.91)℃)和常温水舍内育肥(平均饮水温度:(7.20±1.70)℃)2种模式下的相关环境指标,并计算环境温湿指数(Temperature ... 详细信息

为研究冬季中国西北地区肉牛加热饮水条件下围栏育肥模式的适用性,该研究实测了加热水围栏育肥(平均饮水温度:(20.58±0.91)℃)和常温水舍内育肥(平均饮水温度:(7.20±1.70)℃)2种模式下的相关环境指标,并计算环境温湿指数(Temperature Humidity Index,THI)、风冷指数(Wind Chill Index,WCI)、综合气候指数(Comprehensive Climate Index,CCI)和冷应激指数(Cold Stress Index,CSI),探究两种育肥模式对肉牛生长性能的影响。结果表明:与常温水舍内育肥相比,加热水围栏育肥的环境温度、湿度和有害气体浓度均显著降低(P肉牛的平均日增质量为(1.40±0.39)kg/d,显著高于常温水舍内育肥组的(1.14±0.47)kg/d(P肉牛的日采食质量与日增质量比为8.83±3.63,显著低于常温水舍内育肥组的12.11±6.34(P肉牛生长性能,并节约建筑成本。

关键词：温度环境调控肉牛围栏育肥舍内育肥饮水温度生长性能

基于ECA-YOLO v5s网络的重度遮挡肉牛目标识别方法

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农业机械学报 2023年第3期54卷 274-281页

作者：宋怀波李嵘王云飞焦义涛华志新西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室陕西杨凌712100

肉牛目标检测和数量统计是精细化、自动化、智能化肉牛养殖要解决的关键问题,受肉牛个体颜色及纹理相近和遮挡等因素的影响,现有肉牛目标检测方法实用性较差。本研究基于YOLO v5s网络与通道信息注意力模块(ECABasicBlock),提出了一种融... 详细信息

肉牛目标检测和数量统计是精细化、自动化、智能化肉牛养殖要解决的关键问题,受肉牛个体颜色及纹理相近和遮挡等因素的影响,现有肉牛目标检测方法实用性较差。本研究基于YOLO v5s网络与通道信息注意力模块(ECABasicBlock),提出了一种融合通道信息的改进YOLO v5s网络(ECA-YOLO v5s),在YOLO v5s模型的骨干特征提取网络部分添加了3层通道信息注意力模块。ECA-YOLO v5s网络实现了重度遮挡环境下多目标肉牛的准确识别。对养殖场监控视频分帧得到的肉牛图像采用了一种基于结构相似性的冗余图像剔除方法以保证数据集质量。数据集制作完成后经过300次迭代训练,得到模型的精确率为89.8%,召回率为76.9%,全类平均精度均值为85.3%,检测速度为76.9 f/s,模型内存占用量为24 MB。与YOLO v5s模型相比,ECA-YOLO v5s的精确率、召回率和平均精度均值分别比YOLO v5s高1.0、0.8、2.2个百分点。为了验证不同注意力机制应用于YOLO v5s的性能差异,本研究对比了CBAM(Convolutional block attention module)、CA(Coordinate attention)、SE(Squeeze and excitation)和ECA(Efficient channel attention)4种注意力机制,试验结果表明,ECA注意力机制的平均精度均值分别比CBAM、CA、SE高0.5、0.6、0.2个百分点。并且分析讨论了不同遮挡情况以及光照情况的检测结果,结果表明,ECA-YOLO v5s网络可以准确、快速地检测不同遮挡以及光照情况的肉牛目标。模型具有较高的鲁棒性,且模型较小,便于模型的迁移应用,可为肉牛目标检测及质押监管等研究提供必要的技术支撑。

关键词：肉牛目标检测 ECABasicBlock YOLO v5s 重度遮挡环境

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电刺激对肉牛行为和生理指标的影响

农业工程学报 2022年第13期38卷 221-227页

作者：余礼根刘庭君祝军任志雨丁露雨孟蕊杜天天薛青飞袁占文李奇峰国家农业信息化工程技术研究中心北京100097 天津农学院计算机与信息工程学院天津300384 内蒙古斯原牧业有限公司鄂尔多斯017400

为研究电刺激对肉牛行为和生理指标的影响,确定约束肉牛放牧边界的作用电压。以内蒙古鄂尔多斯“草原红”肉牛为研究对象,佩戴电击项圈遥控释电作用于肉牛脖颈下部进行电刺激,分别设计466、1723、2050、2865、4204 V等5个梯度电压,利用... 详细信息

为研究电刺激对肉牛行为和生理指标的影响,确定约束肉牛放牧边界的作用电压。以内蒙古鄂尔多斯“草原红”肉牛为研究对象,佩戴电击项圈遥控释电作用于肉牛脖颈下部进行电刺激,分别设计466、1723、2050、2865、4204 V等5个梯度电压,利用无线脑电监测系统对肉牛在不同电刺激前后的体温、心率和脑电波进行监测分析;在试验舍内设计虚拟围栏饲养肉牛,运用摄像系统记录试验过程中肉牛活动行为,基于动物行为观察分析软件对肉牛典型行为(转身、停止、停下慢慢转回去、立即停止向后移动、跳跃)进行统计。结果表明,不同电刺激下,肉牛受到电击前后的体温变化不显著(P>0.05);肉牛受到2865和4204 V电刺激时,心率变化具有显著性差异(P肉牛触发虚拟边界的次数是93次,出现转身、停止、停下慢慢转回去、立即停止向后移动行为分别占被统计行为总数的33.33%、12.02%、9.29%、31.69%,可有效阻止肉牛继续迈出边界。根据肉牛行为和生理指标的变化,作用电压适宜值在2865 V左右,研究结果为进一步精准确定约束肉牛放牧边界的作用电压适宜范围提供科学依据。

关键词：电压饲养肉牛电刺激体态行为脑电

肉牛大理石花纹等级相关lncRNA筛选与特征分析

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华北农学报 2023年第S01期38卷 371-380页

作者：曾灵张岩峰李承隆丁燕玲周小南明文轩苏总华曲畅徐俊杰史远刚康晓龙宁夏大学动物科技学院宁夏银川750021

牛肉大理石花纹特征是由多基因调控的重要肉质性状,是衡量高档牛肉品质的条件之一。LncRNA是一种重要的非编码RNA,在调节脂肪沉积的相关生物学过程中发挥重要作用。为了解lncRNA在肉牛不同大理石花纹表型中的潜在生物学作用,采集高(A5)... 详细信息

牛肉大理石花纹特征是由多基因调控的重要肉质性状,是衡量高档牛肉品质的条件之一。LncRNA是一种重要的非编码RNA,在调节脂肪沉积的相关生物学过程中发挥重要作用。为了解lncRNA在肉牛不同大理石花纹表型中的潜在生物学作用,采集高(A5)、低(A1)2种极端等级大理石花纹的杂交和牛背最长肌组织,利用高通量测序方法检测与肉质大理石花纹相关的差异lncRNA,预测差异lncRNA反式作用靶基因,并对其进行功能富集分析。结果表明,在2个等级大理石花纹牛肉组织中共筛选出45个显著差异lncRNA,其中在高等级大理石花纹组织中分别有21,24个显著上调及下调的lncRNA,包括MSTRG.9509.3、ENSBTAT00000077612、ENSBTAT00000072841等与脂肪沉积相关的lncRNA。对反式作用靶基因的功能富集分析表明,预测靶基因显著富集到脂多糖结合、脂肪分解等脂肪沉积相关的生物学过程。差异lncRNA可能通过反式作用靶向脂肪沉积相关基因(FABP4、PLIN1、LIPE等)参与调节肉牛大理石花纹表型特征。检测到的牛肉大理石花纹相关差异lncRNA、预测靶基因及其富集通路将为拓展对非编码RNA生物学功能的认识及其与牛肉大理石花纹特征的关系奠定基础,也为农业家畜的优质性状解析与新品种培育提供参考。

关键词：肉牛大理石花纹长链非编码RNA 肌内脂肪肉品质

肉牛剩余采食量相关下丘脑差异lncRNA筛选及特征分析

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华北农学报 2023年第4期38卷 213-224页

作者：苏总华周小南王晓薇杨朝云丁燕玲张岩峰李承隆曾灵明文轩史远刚康晓龙宁夏大学动物科技学院宁夏银川750021

剩余采食量(RFI)是用于评价家畜饲料利用效率的重要指标之一,其受消化代谢、肠道免疫、运动及下丘脑采食中枢等多种因素调控。lncRNA是一类参与众多生物学过程的非编码RNA分子,在疾病等表型研究中得到广泛研究,但有关下丘脑lncRNA表达... 详细信息

剩余采食量(RFI)是用于评价家畜饲料利用效率的重要指标之一,其受消化代谢、肠道免疫、运动及下丘脑采食中枢等多种因素调控。lncRNA是一类参与众多生物学过程的非编码RNA分子,在疾病等表型研究中得到广泛研究,但有关下丘脑lncRNA表达特征及其与牛采食量调控存在何种联系仍不明确。旨在筛选下丘脑中与RFI相关的lncRNA,探究lncRNA与饲料利用率之间的调控关系。选择极端高、低RFI安格斯牛为材料,采集下丘脑组织样本,经总RNA提取、文库构建及高通量测序后开展RFI相关差异表达lncRNA筛选及调控通路分析。共鉴定出105个差异表达lncRNA,其中46个lncRNA在LRFI组下调,59个上调,这些差异lncRNA预测靶基因主要富集于线粒体相关的氧化磷酸化及生热作用等通路;同时上述通路中相关基因(ATP酶、呼吸链复合物)主要与差异表达lncRNA(LNC_006637、LNC_007569、LNC_012079、LNC_005449)相关;蛋白互作网络分析构建的网络中的一些基因(NDUFA4、SDHD、UQCRH)也已被报道为与家畜饲料效率相关。以上结果表明,牛剩余采食量相关的下丘脑组织可能主要通过生热作用及氧化磷酸化信号通路对机体线粒体功能及能量利用进行调节,但这需要更多的细胞试验进行验证。

关键词：肉牛剩余采食量 lncRNA 下丘脑生物信息学

饲粮中添加烟酸对热应激肉牛屠宰性能、肉品质及脂肪代谢的影响

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动物营养学报 2023年第2期35卷 941-952页

作者：龙凡邹必成王丽华瞿明仁陈传斌张弦梅文亮杨建军许兰娇江西农业大学动物科学技术学院江西省动物营养重点实验室营养饲料开发工程研究中心南昌330045 江西省医疗器械检测中心南昌330029 高安裕丰农牧业有限公司宜春330800

本试验旨在研究饲粮中添加烟酸对热应激肉牛屠宰性能、肉品质及脂肪代谢的影响。选取36头月龄和体重相近的锦江黄牛,随机分为3个组,每组4个重复,每个重复3头牛。适温组(TN组)和热应激组(HS组)饲喂基础饲粮,热应激+烟酸组(HN组)在基础饲... 详细信息

本试验旨在研究饲粮中添加烟酸对热应激肉牛屠宰性能、肉品质及脂肪代谢的影响。选取36头月龄和体重相近的锦江黄牛,随机分为3个组,每组4个重复,每个重复3头牛。适温组(TN组)和热应激组(HS组)饲喂基础饲粮,热应激+烟酸组(HN组)在基础饲粮中添加800 mg/kg烟酸。TN组采用降温系统,保证试验牛处于适温条件下;而HS组和HN组均饲养于夏季高温高湿环境。试验预试期10 d,正试期60 d。结果表明:1)HS和HN组牛舍的平均温湿指数大于79,属于中度热应激。2)与TN组相比,HS组肉牛第30、60天的血清甲状腺素(T4)含量显著降低(P肉牛第30、60天的血清COR含量显著降低(P肉牛屠宰率显著降低(P肉牛的各项屠宰性能指标均无显著差异(P>0.05)。4)与TN组相比,HS组肉牛背最长肌pH45 min、pH24 h显著降低(P肉牛背最长肌pH45 min、pH24 h显著提高(P肉牛背最长肌粗蛋白质(CP)含量显著降低(P肉牛背最长CP含量有升高的趋势(P=0.057)。6)与TN相比,HS组肉牛第30天的血清甘油三酯(TG)含量有提高的趋势(P=0.060);与HS组相比,HN组肉牛第60天的血清TG含量显著降低(P肉牛背最长肌脂肪酸合成酶(FAS)活性显著降低(P肉牛背最长肌乙酰辅酶A羧化酶(ACC)活性有提高的趋势(P=0.082),背最长肌FAS活性显著提高(P肉牛血清激素含量,降低屠宰性能和肉品质,促进脂肪分解。在饲粮中添加烟酸可以增强肉牛的抗热应激效果,降低肌肉的失水率和剪切力,提高肌肉pH,改善肉品质,并且能够调控肉牛脂肪代谢,促进脂肪沉积。

关键词：烟酸热应激肉牛屠宰性能肉品质脂肪代谢

饲粮中添加烟酸对热应激肉牛血清生化、免疫和抗氧化指标的影响

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动物营养学报 2023年第3期35卷 1684-1695页

作者：龙凡邹必成王丽华瞿明仁陈传斌杨建军许兰娇江西农业大学动物科学技术学院江西省动物营养重点实验室营养饲料开发工程研究中心南昌330045 江西省医疗器械检测中心南昌330029 高安裕丰农牧有限公司宜春330800

本试验旨在研究饲粮中添加烟酸对热应激肉牛血清生化、免疫和抗氧化指标的影响。选取月龄和体重相近的健康锦江黄牛36头,随机分为3组,每组4个重复,每个重复3头牛。适温组(TN组)和热应激组(HS组)饲喂基础饲粮,热应激+烟酸组(HN组)在基础... 详细信息

本试验旨在研究饲粮中添加烟酸对热应激肉牛血清生化、免疫和抗氧化指标的影响。选取月龄和体重相近的健康锦江黄牛36头,随机分为3组,每组4个重复,每个重复3头牛。适温组(TN组)和热应激组(HS组)饲喂基础饲粮,热应激+烟酸组(HN组)在基础饲粮中添加800 mg/kg烟酸。TN组采用降温系统,保证试验牛处于适温条件下,而HS组和HN组饲养于夏季高温高湿环境。预试期10 d,正试期60 d。结果表明:1)与TN组相比,HS组第30、60天的血清碱性磷酸酶(ALP)活性显著下降(P肉牛血清生化指标,降低机体免疫功能和抗氧化功能;饲粮中添加烟酸可以改善血清酶活性,提高机体免疫功能和抗氧化功能,有效缓解肉牛热应激。

关键词：烟酸热应激肉牛血清生化指标免疫功能抗氧化功能