[论文解读] 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 32

一句话总结

本篇系统综述整合了智能计算与传感技术在家畜、农场动物及野生动物福利中的应用，重点聚焦于基于网络与云的系统，实现实时监测动物健康、行为及环境状况。研究识别出在智慧农业、物联网及灾害应对中整合动物福利的关键机遇，强调开放、可扩展且经济可持续的系统。

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.

研究动机与目标

• 系统性回顾过去十年间应用于家畜、农场动物及野生动物福利的智能计算与传感技术。
• 识别在联网系统下监测动物健康、行为及环境福祉方面的技术缺口与机遇。
• 通过开放、可扩展且互操作的系统，推动动物福利融入智慧农业、智慧城市及物联网生态系统。
• 通过提供数据共享、技术采纳及跨领域协作的基础，支持政策与伦理创新。
• 倡导以动物为中心的智能系统设计，包括应急响应机制及畜禽来源的消费者透明度。

提出的方法

• 开展系统性文献回顾，聚焦过去十年间发表的智能计算与传感技术，与物联网、云计算及无线网络的兴起相契合。
• 按应用领域对技术进行分类：家养动物（宠物）、农场动物（室内/室外养殖）、野生动物（非侵入式监测）及动物园环境。
• 基于传感模式（如GPS、加速度计、生物特征）、通信协议（无线、蜂窝、LPWAN）及数据处理方式（边缘计算与云分析）分析系统。
• 评估系统架构与云平台的集成能力，强调开放应用程序编程接口（API）与数据互操作性。
• 回顾动物-计算机交互（ACI）框架及可穿戴系统，用于实时行为与生理状态监测。
• 评估利用现有传感器与网络技术，将动物福利监测整合至智慧城市与智慧交通基础设施的可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 智能计算与传感技术目前如何应用于监测和改善家畜、农场动物及野生动物的福利？
• RQ2 动物福利监测系统中常用的科技组件与系统架构有哪些？其可扩展性与互操作性如何？
• RQ3 智能系统如何与现有智慧城市、智慧农业及智慧交通基础设施整合，以提升动物福利？
• RQ4 在实现动物监测技术跨物种与跨行业复用方面，面临的主要挑战与机遇是什么？
• RQ5 智能技术如何支持动物应急响应与灾后恢复？它们在早期预警系统中可发挥何种作用？

主要发现

• 基于云连接、可穿戴设备及无线传感器网络的智能计算与传感技术，正日益用于实时监测动物健康、行为及环境状况。
• 通过共享数据平台与物联网框架，有望以极低额外成本将动物福利监测集成至现有智慧城市与智慧农业基础设施中。
• 尽管技术已趋成熟，但广泛采用仍受制于意识不足、数据孤岛以及系统设计与传感器网络在跨物种间的复用性有限。
• 可穿戴与基于GPS的系统在宠物与家畜追踪方面已具实效，且可扩展用于监测对法规（如美国《二十八小时法》）的合规性。
• 利用远程传感器与环境数据对野生动物实施非侵入式监测，有助于预防人与野生动物冲突，并支持保护工作。
• 智能系统可实现动物痛苦的早期检测，包括疾病的潜伏期征兆或灾难相关应激反应，为干预提供可操作的洞察。