Großgruppenhaltung mit optiSORT

Mastschweine

Wie funktioniert optiSORT?

Die Selektionsschleuse optiSORT   ist der Flaschenhals zwischen Liegebereich und Fressbereich, den alle Mastschweine auf dem Weg zum Trog durchqueren müssen. Durch Eingangstore und Auslasstore wird erreicht, dass sich (meistens) nur ein Schwein in der Schleuse aufhält. Die Tiere lernen sehr schnell, dass sie hier drinnen einen Moment verharren müssen, bevor sich ein Auslasstor öffnet und den Zugang zum Fressbereich freigibt. In diesem kurzen Moment werden mit einer oben installierten Kamera Videoaufnahmen gemacht, die in Echtzeit in einem angeschlossen PC verarbeitet und analysiert werden. Dabei wird der Umriss, die Kontur des Tieres durch eine möglichst eng anliegende geometrische Kurve nachgebildet und in mathematische Formeln umgesetzt. Aus den besten ca. 20 ausgewerteten Bildern werden dann Mittelwerte für Länge, Breite und Fläche von Schinken, Bauch und Schulter ermittelt, die für die weiteren Berechnungen benutzt werden. Außerdem ist vor und hinter der Videokamera jeweils ein Laser angebracht, der einen roten Lichtstrahl schräg nach unten mit einem bekannten Winkel abstrahlt. Die roten Lichtpunkte sind auf dem Rücken der Schweine zu erkennen und aus dem Abstand der beiden Lichtpunkte kann mit Hilfe von trigonometrischen Formeln die Höhe des Tieres in der Videobildanalyse im PC errechnet werden.

Bei diesem Verfahren der Videobildanalyse sind einige Voraussetzungen zu beachten, die auch jedem Fotografen aus leidvoller Erfahrung geläufig sind. Die Belichtung muss stimmen. Integrierte Neonröhren oberhalb der Schleuse sorgen deshalb für ausreichende Helligkeit und schattenfreie Ausleuchtung. Unter ungünstigen Umständen, wenn z. B. sehr starkes Sonnenlicht in die Schleuse scheinen kann, kann es zu einer „Überbelichtung“ kommen, so dass auf den Bildern nur wenig zu erkennen ist. Ein geeigneter Standort im Stall sollte aber zu finden sein. Außerdem muss sich das Hauptmotiv, hier das Schwein, gut vom Hintergrund abheben, um den Umriss deutlich erkennen und abgrenzen zu können. Also müssen Seitenwände und Boden der Schleuse deutlich kontrastieren zur Hautfarbe des Schweins. Da die meisten Schweine eine helle Haut haben, sind die Bauteile dunkel gehalten. Dementsprechend schwieriger sind aber dann Schweine mit dunklen Hautpartien oder Verschmutzungen gegen die dunklen Bauteile für die notwendige mathematische Umrissnachbildung abzugrenzen. Aber mit der leistungsfähigen Hardware und Software werden auch diese Spezialfälle in der Regel gut gelöst.

Aus den an Hand der Videobilder ermittelten Werten für Länge, Breite, Fläche und Höhe für das lebende Tier kann die Software mit komplizierten mathematischen und statistischen Formeln Schätzwerte für das Gesamtgewicht des lebenden Tieres und auch für das Gewicht der wertbestimmenden Teilstücke wie Schinken, Lachs, Bauch und Schulter errechnen.

Durch die optische Vermessung und Beurteilung der lebenden Tiere ist es nun möglich, den Verkaufszeitpunkt für schlachtreife Tiere festzulegen. Mit Hilfe der ausgewiesenen Werte der Videobildanalyse kann der Zeitpunkt des optimalen Verkaufsgewichts mit einem guten Verhältnis von Muskelfleisch und Fett in den wichtigen Körperteilen wie Schinken, Bauch und Rücken für jedes Einzeltier festgelegt werden, so dass die geforderten Werte der Auto-FOM Klassifizierung der Schlachthöfe gut eingehalten werden können. Für den Verkauf werden dann alle betroffenen Tiere automatisch in eine Verkaufsbucht selektiert und stehen so ohne weitere Handarbeit für den Transport zum Schlachthof bereit.

Testeinsatz

Um diese Möglichkeiten der Videobildanalyse auf einem Praxisbetrieb zu testen, haben die Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen, das Institut für Tierzuchtwissenschaften der Universität Bonn und die Firma Hölscher + Leuschner auf einem praktischen landwirtschaftlichen Betrieb ein Pilotvorhaben gestartet

Der Betrieb hält in mehreren, unterschiedlich ausgestatteten Abteilen Mastschweine. Die Ferkel einer Dreirassenkreuzung (mütterlich: Niederländische Landrasse x Yorkshire; väterlich: Piétrain (PIC Linie 126)) werden mit ca. 28 kg aufgestallt. Die Buchten sind als Vollspaltenbodenbucht ausgeführt und mit einer Unterdruck - Lüftungsanlage ausgestattet. Das Futter wird mit einer Sensorfütterung in 5 Futterzeiten vorgelegt. In dem Versuchsabteil mit einer Großgruppe (ca. 300 Tiere) wurde eine praxisübliche optiSORT-Anlage zusätzlich mit einer elektronischen Waage und einem Tiererkennungssystem ausgerüstet. Die aufgestallten Mastferkel wurden mit Tiererkennungs-Ohrmarken versehen, so dass es möglich wurde, während der Mastperiode im Stall Wiegedaten und optiSORT-Daten für jedes Einzeltier zu erfassen. Durch die erweiterte Software der optiSORT-Anlage wurden die beiden Datensätze in einer Tabelle zusammengeführt. Die Mastschweine wurden auf einem Schlachthof mit Auto-FOM-Klassifizierung vermarktet, so dass auch die Auto-FOM-Daten an Hand der Ohrmarken ebenfalls tierindividuell zugeordnet werden konnten.

In der Verkaufsphase ist am Computer ein Selektionsgewicht (Lebendgewicht) eingestellt worden, das zwei übliche Praxisanforderungen berücksichtigt: Einerseits sollen gute Ergebnisse für die aktuelle Auto-FOM-Maske erzielt werden, andererseits muss aber auch eine passende Tierzahl für den Transport zusammen kommen.

An diesem Datenmaterial (Wiegedaten und optiSORT-Daten aus dem Stall, Auto-FOM-Daten des Schlachthofs) wurde mit statischen Methoden geprüft, ob die verschiedenen Verfahren der Datengewinnung zu gleichen Ergebnissen kommen. Zur Bewertung der Genauigkeit wurden die statistischen Parameter Korrelation, Bestimmtheitsmaß B, Schätzfehler „RMSE“ ( Root Mean Square Error) und relativer Schätzfehler „CV“ (Variationskoeffizient, VK) verwendet. Der relative Schätzfehler erlaubt den Vergleich von Zielgrößen verschiedener Dimensionen und wird in Prozent angegeben. Diese Maßzahl wird auch benutzt zur Beurteilung der Verteilqualität von Düngerstreuern und Flüssigmistverteilern. Für den Vergleich der Schlachtdaten kann man von einer zufriedenstellenden Schätzgenauigkeit ausgehen, wenn der relative Schätzfehler kleiner ist als 5 %.

Ergebnisse

Die Auswertung zeigt, dass die Höhe der Schweine von großer Bedeutung ist. Sie weist hohe Korrelationswerte auf für das Gesamtgewicht und das Gewicht der einzelnen Teilstücke. Es zeigt sich darüber hinaus, dass die Breite, gemessen im Bereich von Schinken, Bauch und Schulter größere Korrelationskoeffizienten zum Schlachtgewicht und zu den Gewichten der Teilstücke aufweist als die Längenausprägung des Tierkörpers. Die errechneten Flächenwerte für Schinken, Bauch und Schulter sowie die Gesamtfläche weisen häufig ähnlich hohe Korrelationskoeffizienten auf wie die gemessene Breite.

 Wie genau arbeitet die „optische Waage“?

Dafür sind zwei Varianten zu unterscheiden.

a) Im Verlauf der Mast wird das optiSORT-System von etwa 45 kg Lebendgewicht an bis zum Verkauf genutzt. Pro Mastdurchgang kommen so ungefähr 45000 auswertbare Vergleichsmessungen zur konventionellen Waage zusammen. Die statistische Auswertung für unsere beiden Mastdurchgänge zeigt: das Bestimmtheitsmaß liegt bei 0,95, der RMSE bei 4,52 kg, und der Variationskoeffizient bei 5,42 %. Der Einsatz der Videobildanalyse zur Ermittlung eines optischen Gewichts ist demnach mit zufriedenstellender Genauigkeit möglich.

b) Die Messungen am Schlachttag. Vergleicht man die Schlachtdaten nach AutoFOM mit den Daten des optiSORT-Verfahrens (Tabelle), so weisen die Bestimmtheitsmaße überwiegend niedrige Werte auf. Für die Interpretation der niedrigen Bestimmtheitsmaße ist darauf hinzuweisen, dass die Ausgangsdaten nur eine geringe Streuung aufweisen, da durch die verschiedenen Verkaufszeitpunkte ja möglichst gleichartige Mastschweine zum jeweiligen Verkaufstermin aus der Großgruppe herausgefiltert werden. In solchen Fällen ist das Bestimmtheitsmaß weniger gut geeignet.

Die ermittelten Variationskoeffizienten zeigen, dass für viele Kriterien, die für die Schlachtung relevant sind, ausreichend genaue Schätzwerte geliefert werden. Insbesondere das Schlachtgewicht sowie Gewicht und Anteile für Bauch und Schulter werden gut vorausgeschätzt. Für die Gewichte der wertvollen Teilstücke Schinken und Lachs sind mit einem Variationskoeffizienten größer 7 %   noch weitere Verbesserungsmöglichkeiten in die Software einzuarbeiten.

Zusammenfassend kann man feststellen, dass mit der Videobildverarbeitung mit dem optiSORT-System der Firma Hölscher + Leuschner am lebenden Tier Daten gewonnen werden, die eine zufriedenstellende Schätzgenauigkeit für das Lebendgewicht sowie einige Teilstückgewichte und Teilstückanteile liefern. Das Verfahren stellt ein geeignetes Hilfsmittel für die AutoFOM – Vermarktung dar und liefert objektivere und reproduzierbarere Ergebnisse als „das Auge des Mästers“.

Ausblick

Ein solches Videosystem bietet die Möglichkeit, während der Mastperiode in die Fütterungsstrategie einzugreifen. Da mit dem optiSORT-System frühzeitig das Lebendgewicht und die Teilstückgewichte erfasst werden können, können Mastschweine eventuell auch frühzeitig eingeteilt werden in fleischreiche, normale und fleischarme Typen und für die Fütterung entsprechend selektiert werden.

Da die tatsächlichen täglichen Zunahmen der Gruppe ermittelt werden, können auffällige Schwankungen als Hinweis auf Haltungsprobleme oder Erkrankungen berücksichtigt werden. Die tägliche Futtermenge ist präziser planbar, es entstehen geringere Futterreste. Schwere Tiere können in einen anderen Fressbereich geleitet werden und Futter mit anderen Energie- und Eiweißgehalt erhalten als leichte Tiere, so dass eine optimierte Phasenfütterung möglich ist.

Außerdem können mit einem optischen System neben der Auswertung der anfallenden Zahlen (z. B. abweichende Anzahl der Stationsbesuche von Tag zu Tag) auch Auffälligkeiten im Tierverhalten (z.B. pumpende Atmung) oder Tierverletzungen erkannt und diese Tiere durch Farbmarkierungen gekennzeichnet werden. Allerdings ist die notwendige Auswerte - Software derzeit noch nicht so weit.

Autor: Dr. Horst Cielejewski