[論文レビュー] Smart Computing and Sensing Technologies for Animal Welfare: A Systematic Review

Admela Jukan, Xavi Masip‐Bruin+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 1, 2016

Human-Animal Interaction Studies参考文献 72被引用数 32

ひとこと要約

本システマティックレビューでは、家畜、農場、野生動物を対象に、スマートコンピューティングおよびセンシング技術を用いた動物福祉の分野において、リアルタイムでの健康状態、行動、環境条件の監視を可能にするネットワーク化・クラウドベースのシステムを統合的に検討する。本研究では、オープンでスケーラブルで経済的に持続可能なシステムを通じて、スマート農業、IoT、災害対応分野への動物福祉の統合に向けた主な機会を同定する。

ABSTRACT

Animals play a profoundly important and intricate role in our lives today. Dogs have been human companions for thousands of years, but they now work closely with us to assist the disabled, and in combat and search and rescue situations. Farm animals are a critical part of the global food supply chain, and there is increasing consumer interest in organically fed and humanely raised livestock, and how it impacts our health and environmental footprint. Wild animals are threatened with extinction by human induced factors, and shrinking and compromised habitat. This review sets the goal to systematically survey the existing literature in smart computing and sensing technologies for domestic, farm and wild animal welfare. We use the notion of \emph{animal welfare} in broad terms, to review the technologies for assessing whether animals are healthy, free of pain and suffering, and also positively stimulated in their environment. Also the notion of \emph{smart computing and sensing} is used in broad terms, to refer to computing and sensing systems that are not isolated but interconnected with communication networks, and capable of remote data collection, processing, exchange and analysis. We review smart technologies for domestic animals, indoor and outdoor animal farming, as well as animals in the wild and zoos. The findings of this review are expected to motivate future research and contribute to data, information and communication management as well as policy for animal welfare.

研究の動機と目的

• 過去10年間で発表されたスマートコンピューティングおよびセンシング技術を用いた家畜、農場、野生動物の動物福祉分野における応用をシステマティックにレビューすること。
• 接続されたシステムを用いた動物の健康状態、行動、環境的快適性の監視における技術的ギャップと機会を同定すること。
• オープンでスケーラブルかつ相互運用可能なシステムを通じて、動物福祉をスマート農業、スマートシティ、IoTエコシステムに統合することを促進すること。
• データ共有、技術の採用、多分野連携の基盤を提供することで、政策立案および倫理的イノベーションを支援すること。
• 緊急時対応および消費者が畜産物の供給源を透明に理解できる仕組みを含む、動物中心のデザインを推進すること。

提案手法

• IoT、クラウドコンピューティング、無線ネットワークの台頭に伴い、過去10年間で発表されたスマートコンピューティングおよびセンシング技術に焦点を当てたシステマティックレビューを実施した。
• 応用分野ごとに技術を分類した：家畜（ペット）、農場動物（屋内・屋外農業）、野生動物（非侵襲的モニタリング）、動物園環境。
• センシングモダリティ（例：GPS、加速度計、バイオメトリクス）、通信プロトコル（無線、セルラー、LPWAN）、データ処理（エッジおよびクラウドベースの分析）に基づいてシステムを分析した。
• クラウドプラットフォームとの統合を重視し、オープンなアプリケーションプログラミングインターフェース（API）およびデータ相互運用性を評価した。
• リアルタイムでの行動および生理的モニタリングを目的とした動物コンピュータインタラクション（ACI）フレームワークおよびウェアラブルシステムをレビューした。
• 既存のセンサーやネットワーク技術を活用して、スマートシティおよびスマート輸送インfraストラクチャへの動物福祉統合の可能性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スマートコンピューティングおよびセンシング技術は、家畜、農場、野生動物の文脈において、現在どのように動物福祉の監視と向上に応用されているか？
• RQ2 動物福祉監視システムに用いられる一般的な技術的構成要素およびシステムアーキテクチャは何か。それらはスケーラブルで相互運用可能であるか？
• RQ3 スマートシステムは、既存のスマートシティ、スマート農業、スマート輸送インfraストラクチャにどのように統合され、動物福祉を向上させうるか？
• RQ4 動物モニタリング技術の多系統的・多分野的再利用を可能にする上で、主な課題と機会は何か？
• RQ5 スマート技術は、動物の緊急時対応および災害回復をどのように支援できるか。また、早期警戒システムにおいて果たす役割は何か？

主な発見

• 特にクラウド接続型ウェアラブル機器および無線センサーネットワークに基づくスマートコンピューティングおよびセンシング技術は、リアルタイムで動物の健康状態、行動、環境条件を監視するためにますます広く用いられている。
• 共有データプラットフォームやIoTフレームワークを活用することで、スマートシティおよびスマート農業インfraストラクチャへの動物福祉モニタリングの統合は、追加コストを最小限に抑えつつ実現可能である。
• 技術的成熟は確認されているが、広範な採用は、認知度の不足、データのスライス化、およびシステム設計やセンサーネットワークの多系統的再利用性の低さによって妨げられている。
• ウェアラブルおよびGPSベースのシステムは、ペットや家畜の追跡にすでに効果的であり、米国28時間法などの規制遵守状況の監視にも拡張可能である。
• リモートセンサーや環境データを用いた野生動物の非侵襲的モニタリングは、人間と野生動物の衝突を防ぎ、保護活動を支援する可能性を有する。
• スマートシステムは、疾患の前症状や災害に起因するストレスの兆候を早期に検知でき、介入に役立つ具体的なインサイトを提供する。