奶牛乳头末端评分手机程序的使用效果评价

梁宝金，王建发

（黑龙江八一农垦大学动物科技学院，黑龙江大庆163319）

奶牛乳房炎是由于物理损伤、化学刺激或感染等因素引起的乳房组织炎症，可导致产奶量减少以及牛奶成分的改变，是奶牛养殖过程中最顽固的疾病之一[1-2]。据世界奶牛协会报道，全世界约有2.2 亿头奶牛，其中约有1/3 的奶牛患有各类乳房炎[3]。我国奶牛临床型乳房炎的平均发病率为33.41%，隐性乳房炎的阳性率为46.4%～85.7%[4-5]。

奶牛乳房炎病因复杂，绝大部分乳房炎是由病原菌侵入乳腺组织引起。奶牛乳导管是病原菌侵入乳腺的主要途径[6]，定期进行奶牛乳头末端评分意义重大[7]。但奶牛乳头末端评分工作量过大，劳动强度较高[8]。为降低乳头末端评分时的工作强度，本研究开发了一款奶牛乳头末端评分的手机应用程序，该程序可进行奶牛乳头末端评分及蹄皮炎诊断，另有体况评分及犊牛呼吸系统综合征诊断功能尚处于完善阶段。本研究旨在使用新开发的评分手机程序对奶牛乳头末端进行评分并与肉眼评分所得结果对比，分析手机程序与肉眼评分之间的一致性，评价该手机程序的实用价值。

1 材料与方法

1.1 试验动物

2020 年7 月3 日至9 月20 日，在黑龙江省哈尔滨市某牛场选择饲养管理条件相同，年龄、胎次不同的荷斯坦奶牛进行乳头末端评分。该牧场为转盘式挤奶厅，对奶厅中548 头奶牛2 192 个乳头分别进行肉眼及评分手机应用程序进行乳头末端评分。

1.2 试验方法

1.2.1 肉眼乳头评分方法

3人一组，一人负责奶牛在挤奶台中脱杯时，迅速采用纸巾或乳头清洗杯擦拭奶牛乳头末端，以减少乳头上残留乳汁及泥土等对乳头评分的影响；一人负责评分，评分人员站立于挤奶台中的奶牛身后，待挤奶机脱杯后，用手抵住乳头根部，使乳头孔朝向评分人员面部，观察乳头孔的开放程度及末端茧环的厚度进行评分；一人负责记录评分结果。奶牛乳头末端肉眼评分方法见图1。

1.2.2 手机应用程序评分方法

2 人一组，在奶牛挤奶机脱杯后，一人负责擦拭乳头，另一人负责评分及记录。评分人员手持手机，另一只手持乳头及蹄底图像采集设备，将摄像头对准清洁过的奶牛乳头末端，观察手机屏幕中的乳头末端图像进行评分。奶牛乳头末端程序评分方法见图2。

1.3 奶牛乳头末端茧环厚度评分标准（见表1）

奶牛乳头末端评分标准参考黑龙江省地方标准《泌乳奶牛乳头健康状况评价技术规范》[9]，具体内容见表1。

1.4 数据统计与分析

表1 奶牛乳头末端茧环厚度评分标准Tab.1 Cocoon ring thickness scoring standard for teat end of dairy cows

为减少主观性对评分结果造成的误差，选取两名经验丰富的评估人员分别采用肉眼及手机评分应用程序对同一批奶牛进行乳头末端评分。整理所得的两组数据，分析手机程序及肉眼检测方式之间的一致性，评估该程序的实用价值。

2 结果与分析

2.1 手机程序的模块组成（见图3）

由图3 可知，基于安卓智能手机的奶牛乳头末端评分及蹄皮炎诊断手机应用程序主要由登录模块、评分操作、操作说明、个人中心、关于我们、后台终端组成。目前手机程序的总大小为12.2 MB，正在上架华为应用商店，安卓6.0 版本以上均可使用；软件使用流畅度受手机系统流畅度的影响，安卓版本越高，使用越流畅。本试验所使用手机为小米9，可完美运行该手机程序。

2.2 肉眼及手机程序评分结果（见图4、表2、表3）

本试验由两名经验丰富的评估人员（评估员1 和评估员2 简称E1 和E2）在挤奶机脱杯、奶牛乳头进行清洁后，对奶厅中548头泌乳奶牛进行乳头末端评分。

由图4 可知，两名评估人员分别用肉眼和手机应用程序对2 192个乳头进行乳头末端评分，其中N表示赘乳，共26个。对于E1和E2，两种方法所得分数3分和4分的评估相对一致，而在分数1分和2分的评估并不完全一致，E2评分结果中分数为1分的明显高于E1。

由表2、表3可知，对548头泌乳奶牛（2 166个乳头，不计赘乳）进行手机程序乳头末端评分及肉眼乳头末端评分统计情况。

表2 评分员1两种方法评分情况——整体水平Tab.2 Rater 1 scoring by two methods—Overall level 单位：个

1 2 3 4肉眼E1 1 1 027 17 0 0 2 257 661 2 0 3 2 1 176 6 4 0 0 1 16总计1 286 679 179 22

表3 评分员2两种方法评分情况——整体水平Tab.3 Rater 2 scoring by two methods—Overall level 单位：个

1 2 3 4肉眼E2 1 1 242 8 1 0 2 166 511 3 0 3 0 1 207 5 4 0 0 0 22总计1 408 520 211 27

2.3 两种乳头末端评方法的一致性（见表4、表5）

由表4、表5可知，手机程序与肉眼两种乳头评分方式具有较好的一致性。

表4 两种评分方法的一致性检验Tab.4 Consistency test of two scoring methods

表5 两种评分方法的ICC组内相关系数检验Tab.5 ICC intraclass correlation coefficient test for two scoring methods

3 讨论

若奶牛乳头末端评分结果分数为3或4分的乳头超过20%，或超过10%的乳头评分为4分，说明该牧场的饲养管理出现问题[10]。本试验结果显示，评分员1 两种方法的评分结果3分及4分的总和所占比例均低于10%，评分员2肉眼评分结果3分及4分占比总和所占比例为10.7%，使用手机程序评分3 分及4 分总和占比为11%，说明该牧场在奶牛乳头健康管理方面非常成功。

评价手机程序的实用性，其评分速度也是评价其是否实用的关键。使用手机程序进行每个奶牛乳头末端诊断需要6～10 s，肉眼进行每个乳头末端诊断则需要4～16 s。目前，肉眼评分速度略领先于手机程序，网络延迟、手机的运行内存、评分人员的经验、摄像头的对焦速度以及手机程序开发过程中服务器带宽的大小等问题均可能影响手机程序评分速度[11]，后续可通过手机程序的更新提高其评分速度。

但肉眼乳头评分方法也存在一些问题，如挤奶厅光线较弱时不易进行评分，对于乳头皮肤颜色为黑色的奶牛不易评分；评分人员需不断俯身观察，劳动强度大；此外，奶牛可能会在评分工作进行时排粪排尿，既不安全也不卫生。利用手机程序进行乳头评分时，不仅可以避免上述问题，还可以降低劳动强度；手机程序还具有图像质量高、传输速度快、能够自动记录评分结果并将评分过程中图像信息自动上传至后台终端等优点。但是，手机电量有限导致手机程序无法长时间地进行评分操作，在无网络信号的环境下无法使用手机程序进行评分操作，后续在使用过程中需要不断地改进和完善。

目前，国外牧场已经将人工智能技术广泛应用于牧场管理的各个环节。物联网及人工智能技术将成为智慧奶牛养殖业发展最关键的因素[12-13]。2021 年，Porter 等[14]已经开展了基于人工智能的奶牛乳头末端自动评分的可行性研究。未来，关于物联网及人工智能技术与奶牛乳头末端评分结合的研究需不断加强[15]。

4 结论

本研究设计并开发一款奶牛乳头末端评分手机应用程序，使用该程序进行乳头评分与肉眼评分方式一致性较好。该程序用于奶牛乳头末端评分，具有操作简单便携、劳动强度低、安全性高、适合大范围推广和应用的优点。