宠物健康智能监测发展现状

◆作者：何泫臻 范志聪 李孜 黄海涛 陈晓敏 陈粮秀 邓百川 张玲娜

◆单位：华南农业大学动物科学学院

随着人们生活水平的提高，越来越多的家庭开始饲养宠物，宠物市场经济也随之快速增长。与此同时，宠物在家庭中的分量也越来越重，大部分人会把宠物当作家庭成员之一，也有意向使用智能设备来保障宠物的生活质量和健康。据《2022 年中国宠物消费报告》显示，2022 年中国城镇宠物（犬猫）消费市场规模为2706 亿元，较2021 年增长8.7%；与2021 年相比，宠物智能用品渗透率增加3.5 个百分点达到56.4%，呈现逐年上升趋势，智能饮水机、智能摄像头与智能投喂器的渗透率最高，其他品类例如智能猫砂盆、智能定位设备和智能健康监测设备等渗透率均有上升。产品的功能实用和性能稳定对消费决策的影响领先于其他因素，相较于2021 年，耐用性和性价比对消费决策的影响力有所上升（中国宠物行业白皮书,2022）。而根据宠物主数据画像显示，2022 年城镇宠物（犬猫）主达到7043 万人，较2021 年增长2.9%。但彼时的美国宠物市场规模已达到1236 亿美元，超过我国宠物市场规模的三倍，可见在未来我国宠物行业仍存在巨大的发展空间与潜力（王兵,2023）。宠主消费观念也在向着品质化、科学化发展。因此，在宠物健康领域，为了更好的照顾宠物，利用现代信息技术手段实现对宠物健康全面、精准、实时的监测和管理已成为当下一大热点。智能监测的发展也将成为一种创新型的宠物饲养方式，为宠物行业提供更加科学、规范的饲养标准和管理方式，推动宠物行业向着更加健康、规范的方向发展。

本文将介绍宠物健康智能监测产品的原理、设备、监测指标和应用场景，探讨宠物健康智能监测对于宠物主人和宠物健康的意义，并对未来的发展趋势进行展望。

1 宠物健康智能监测产品现状

目前，宠物健康智能监测已成为一个较为热门的研究领域，国内外均有研究成果。例如美国瑞通宠物安全公司就推出了一系列智能设备，包括训练系统、吠叫控制、健康与安全监控系列等产品等，可以监测宠物的运动、进食和心理状态等方面的数据，并通过云端分析为主人提供相关的健康建议；此外荷兰的皇家飞利浦以及日本的索尼公司都有关于宠物的穿戴监测设备与宠物行为远程监控技术的研发。而在中国，也存在许多致力于高端宠物智能监测硬件设备的设计研发的公司，产品包含智能喂食器、智能宠物护理等。然而，总体来说国内智能监测领域仍发展较缓慢，在应用方面较为分散，市场上仍有较大发展空间。

1.1 宠物健康智能监测相关产品

宠物健康智能监测产品可按照监测指标分为三大类，即饮食及泌尿系统监测产品、运动及行为追踪类产品和生理指标监测产品。这些产品可切实解决宠主的一部分需求，但现如今依然存在一定的弊端：

1.1.1 饮食及泌尿系统监测产品

饮食类智能产品一般分为，自动投喂器、自动饮水机和零食投喂器三类，一般多应用于家庭养宠和大型繁育场。自动投喂器常见品牌有霍曼（Real）、PetSafe、小佩（solo）、小米、多尼斯、鸟语花香等。常见自动投喂器品牌基础功能对比见表1。

表1 常见自动投喂器品牌基础功能对比

自动饮水机常用品牌有PetSafe 饮水器、Whycat 饮水机、霍曼饮水机、多尼斯饮水机等，常见自动饮水机品牌基础功能对比见表2。智能零食投喂器较少，如Furbo，可对宠物进行抓拍，双向对话，远程控制投喂。

表2 常见自动饮水机品牌基础功能对比

泌尿系统检测产品现只有针对宠物猫的智能猫砂盆，多应用于家庭养宠。常见品牌有Pet-Safe、小佩全自动猫厕所、Catlink、鸟语花香等，常见智能猫砂盆品牌基础功能对比见表3。

表3 常见智能猫砂盆品牌基础功能对比

此类型智能产品均存在无法分辨个体的问题，多宠家庭无法准确记录每个个体的饮食量、饮水量和如厕次数，无法辨别个体健康问题并对宠主进行预警。

1.1.2 运动及行为追踪类产品

运动及行为追踪类产品主要应用于监控宠物行为、活动量和实时定位。市面常见的有项圈式运动穿戴产品，多应用于家庭养宠，例如PetPace、PETBLE、Whistle、Actijoy、Invoxia、Vetrax和FitBark 可以收集宠物行为姿态监测宠物的特定行为如跑步、行走、抓取、跳跃，并实现实时位置跟踪。此类产品易于宠主对宠物实时监测，但会存在宠物不适，撕扯，抓挠设备等现象。

监控摄像类产品，可应用于多种场景如家庭养宠、宠物店、繁育场、宠物运输及动物医院等，常见监控摄像类产品品牌有小米云台、EBO 机器人和Eufy监控摄像头等。以上产品都可以进行实时监控，但对于多宠家庭和多宠的场景无法分辨个体和实时截取异常行为对宠主进行预警。常见监控摄像类产品品牌基础功能对比见表4。

表4 监控摄像类产品品牌基础功能对比

1.1.3 生理指标监测产品

生理指标监测产品主要应用于家庭养宠和宠物医院，作为宠物日常健康监测、体检筛查、精准诊断、远程监护、术前麻醉评估、手术监护及术后监测等。现有相关产品种类和品牌繁多，如Elansen 动物穿戴式心脏监测系统，监测心率，为宠物提供早期筛查和诊断；PetPace 智能穿戴项圈，收集动物的体温、呼吸、脉搏和心率；Dinbeat 将心电图诊断的过程数字化，实现术前报告或诊断功能；Actijoy 监测宠物活动量及睡眠模式，生成全天候健康监控报告；Invoxia，具有心脏健康扫描功能，监测狗的心脏健康和活动量。宠物健康智能监测产品现状汇总见表5。

表5 宠物健康智能监测产品现状汇总表

2 宠物健康智能监测研究现状

宠物健康智能监测是指利用现代信息技术手段，对宠物的生理和行为等方面进行全面、精准、实时监测和诊断的一种新型管理方式。目前，它的研究技术手段包括传感器技术、数据处理技术、移动应用程序技术、云计算技术等，通过嵌入到合适设备中，如智能项圈、饮水器、摄像机，对宠物的身体状况、运动量、睡眠质量、饮食习惯等多个方面进行实时监测和数据采集，经分析和处理后，提取出对宠物健康有用的信息，并输出相应的预警或建议，这项技术可以帮助主人更好地了解宠物的运动情况、饮食习惯、睡眠质量、心理状态等，提高护理和喂养水平，保障宠物的身心健康。

2.1 宠物健康监测中的关键指标

宠物健康智能监测可通过监测宠物生理指标，将各项生理指标综合起来评估宠物的健康状态，除生理的相关指标外，宠物的泌尿健康、饮食以及行为方式都与其健康息息相关。宠物健康监测不只是针对未患病宠物进行日常监测，同时要更加注重患病宠物以及易患病宠物。根据世界动物卫生组织（World Organization for Animal Health, OIE）发布的宠物健康状况标准，可将宠物分为三类，未患病宠物，指没有明显疾病症状的宠物，包括未感染任何病原体、未出现任何临床症状的宠物以及痊愈后没有任何不适的宠物；患病宠物，指患有某种疾病的宠物，包括已被正式诊断出患有某种疾病、出现了明显症状的宠物、正在接受治疗的宠物、或者已经治愈但仍有遗留问题的宠物；以及易患病宠物，指某些种类的宠物，由于其遗传基因、生理特征、环境适应性等方面的原因，容易患上某种或某些疾病，这类宠物需要特别关注，加强预防措施，定期体检等。

首先是未患病宠物，该类宠物健康状况一般较好，按时接种疫苗，定期去宠物医院体检，一些宠物慢性疾病发现较为及时，并能有效应对。而一些外仿或急性疾病，如中毒、骨折或摔伤等，宠物健康智能监测产品对此类预防作用较少，更多依赖实时监控产品及时发现宠物动态及表观状况。故对于此类养宠用户的宠物健康监测主要集中于日常基本的实时行为监控、排便量、饮食量、运动跟踪和体温。

针对患病宠物的健康监测，重点在于其营养状况及日常生理参数指标的监测。其监测的关键健康指标主要集中在血氧、心率、呼吸频率、体温及运动量。呼吸频率增加常见于发热性疾病、心脏疾病、贫血、呼吸器官疾病及剧烈疼痛性疾病等。呼吸频率降低临床上比较少见，可见于某些脑病、尿毒症等。呼吸次数显著减少并伴有呼吸形式与节律的改变，常提示预后不良（常志伟,2012）。监测动物的血压和心率对于生理学和药理学研究非常重要。特别是在药理学、毒理学和生理学实验中，小动物给药后心率和存活时间的变化是重要的研究指标（王智敏等，2012；张晓霞等，2009；Xinbiao 等，2012；韩冬等,2010）。

针对易患病宠物的健康监测，其主要在于对慢性病的持续监测以及基本生理健康监测。随着宠物年龄增大，患慢性病概率也会增加，例如恶性肿瘤、心脏病、高血压、糖尿病以及关节炎等（顾欣等, 2022），这都与宠物年龄因素相关。根据现有研究结果来看健康监测可以一定程度上提高宠物疾病的预防概率。综上所述对于易患病宠物健康监测的关键指标为呼吸频率、血氧、心率、血压、血糖及日常生理指标检测。

2.2 宠物健康智能监测中的前沿技术

对于不同养宠家庭、养育场所和医疗场所来说，宠主对宠物监测的需求也不同，所需要的产品和产品技术也不一致。宠主选择所需的技术产品来达到监测宠物健康状态和日常活动的目的，但目前仍然存在部分问题。

2.2.1 饮食及泌尿系统监测产品的前沿技术

针对宠物的进食量、饮水量、排便次数和排便量，可以通过目前宠物智能用品市场主流的“老三件”——宠物智能喂食器、宠物智能饮水机以及宠物智能猫砂盆进行监测。宠物智能喂食器通过内置的计量器和物理传感器，可以自动测量食物的重量和宠物的进食量并记录（张燕,2022），为宠物健康监测提供一定数据。除此之外，主人也可以通过智能手机应用程序定制宠物的进食时间和食谱，满足不同的宠物需求（胡名睿等,2021）。智能饮水机是利用传感器来监测宠物的饮水量（张嫔英等,2022），并及时添加水源，有些设备还具有过滤器和杀菌功效，可以为宠物提供更加清洁、卫生的饮水环境。智能猫砂盆则利用称重传感器、物体识别技术、人工智能技术、无线通讯技术等检测宠物如厕的时间、次数和便便的情况，帮助主人及时发现宠物的健康问题（刘倩茹,2020），此外，智能猫砂盆还可以自动清理和更换猫砂，有的产品更采用了紫外线杀菌来保持猫砂盆内卫生，减少了主人日常保洁的工作量（曹小兵,2020）。长远来看，宠物健康智能监测设备技术应朝着对宠物生理和行为等方面进行全面、精准、实时的分析和诊断，让主人更加准确地了解宠物的状况，及时发现问题并保证宠物健康的方向发展，在解放宠主双手的同时做到对宠物的健康监测。

2.2.2 运动及行为追踪类产品的前沿技术

运动及行为追踪类产品一般分为追踪动物脸部表征产品和穿戴式运动跟踪产品。动物脸部表征产品原理基于人脸检测方法，此类产品利用类Haar 特征和AdaBoost 分类器，将底层特征跟踪与检测算法相结合，通过在特定的跟踪模型中结合这两种方法，实现了对动物脸部表征相干的检测/跟踪（Burghardt 等2006）。在宠物识别方面，有研究者提出利用生物识别技术来记录监测狗的信息，通过识别狗的面部特征，包括皮肤纹理信息等，达到对宠物的无创监测，并读取出宠物自身和主人的信息，以此监测宠物健康和避免走失情况，同时，该系统还能实现对地区宠物总体数量的统计和追踪（Kumar 等，2018）。

穿戴式运动产品技术原理有使用感官技术，运用三轴加速度计来捕捉宠物行为信息，与人的智能腕带类似，通过SmartTag可捕获宠物日常活动的信息，根据数据为保持宠物健康提出合理建议，同时可连接多个智能设备，同步其数据并将其发送到云端，创造了“大数据”，然后将对这些大数据的分析返回到应用程序，以帮助宠物主人了解宠物的健康状况。穿戴式项圈运动产品技术原理一般是通过机器学习架构，可将设备所记录的不同加速度的数据转换成动物的特有行为，如抓挠和进食；还有通过收集狗日常活动的信息量，识别不同级别的活动（例如跑步、行走、抓取、跳跃）和放松程度来测量活动分钟数，所有这些数据都收集在产品应用程序中，经数据分析与整合后得出活动、睡眠模式和任何异常行为的数据分析报告，根据宠物行为信息的收集与分析，整合产出宠物全天候健康监控和行为报告，将健康状况与类似宠物的健康状况进行比较，监测活动能力、焦虑和皮肤状况，并实现实时位置跟踪（Neethirajan 等，2017;Colpoys J等，2021）。大多宠主在能够实时得到宠物的位置信息的同时，更希望能够实时监测宠物的状态，在宠物出现异常行为后得到及时的预警，而不是要宠主耗费大量时间去回看监控录像，或自己分析一段时间内宠物的行为报告。宠物异常行为的出现通常是迅速且无法预料的，若运动及行为类监测产品无及时预警的功能，则有可能导致宠物不能及时就医甚至危害生命。

2.2.3 生理指标监测产品的前沿技术

心率监测器（可穿戴心脏监测设备），一般通过心电图（电）或光电容积脉搏波（光学）方法连续监测心率。心率和心跳间歇的变异性，称为心率变异性（HRV），使用新型可穿戴TNO Holst Centre 三合一贴片从动物连续收集心率和HRV，该贴片可同时测量心率，呼吸频率和活动水平（Niel 等，2020）。

产品Dinbeat 是由一个数据处理枢纽（HUB）、接收测量数据的接收器（UNO）以及由光学传感器组成的温度测量仪构成。为获取动物的实时生理信息，Dinbeat 可将心电图诊断的过程数字化，并借助Dinbeat UNO 以及Dinbeat PRO 公司的平台，实现术前报告或诊断功能。

正心科技前沿技术应用于Elansen 动物穿戴式心脏监测系统，其使用BLE 低功耗蓝牙技术与智能医疗设备进行数据传输，通过结合穿戴式长时程心法，电、物联网和人工智能技术可以进行长时间连续监测和快速诊断，从而提高心脏疾病的诊断准确率，并进行心脏病全周期管理。相关智能宠物项圈，依托于项圈上的综合传感器，收集动物的体温、呼吸、脉搏和心率变异性以及行为姿态等生理与行为指标，结合数字化信息平台，对收集指标进行整合分析，以实现对宠物健康指标的智能监控。智能狗项圈采用专利技术，结合了最先进的硬件、传感器融合和专有的人工智能算法，用以扫描狗的生命体征。通过每天和长期监测宠物狗的心脏和呼吸频率，以预防性护理和监测患病犬，密切关注他们的活动、活力和健康水平，以及步行、跑步、进食、休息、吠叫等日常习惯。活动监测可以全面了解宠物狗的日常活动，确保它们的活力和身体活动水平。

Kumar 等（2015）建立的一个基于Zigbee 的动物健康检测系统，这个系统被多运用在穿戴式动物监测产品中，其主要基于IEEE802.15.4和IEEE1451.2 标准的传感器模块，采用ZigBee 等通讯技术实现数据传输，图形用户界面是在Lab-VIEW 9.0 中按照IEEE1451.1 标准实现的，可以在图形用户界面PC 上实时监测生理和行为参数。林玉珍（2018）等提出一种监测宠物的心率与呼吸频率的穿戴设备，用于分析出宠物的身体状况与心情，该类智能设备可自动定时测量，及时发现异常情况并在App 上预警，提醒宠主及时带宠物去医院进行详细检查，大大预防了宠物心脏病发的情况，帮助主人及时掌握宠物异常状况。还有美国医学系研究人员，结合Actigraph Link 和PetPace实现对狗的运动行为进行实时监测和记录，收集健康指标包括心跳、心跳间隔变化、呼吸和位置数据，对宠物的行为进行实时记录和分析，识别不同活动情况，推断出其健康状况（Ortmeyer等，2018）。宠物健康智能监测相关产品架构如图1。

图1 宠物健康智能监测产品架构

2.2.4 其他物种健康智能监测参考范例

一些用于其他物种的健康监测产品或许可以为宠物健康智能监测产品技术的创新提供，如Glennon（2016）等制作了一种检测汗液成分的生物传感器，通过检测汗液成分及其比例是否正常，从而达到健康管理的目的，其技术原理是运用电子和电池组件以及流体电极水平排列，平台设计为使用魔术贴带牢固地固定在皮肤上，汗液通过采样孔进入设备，并通过固态钠选择性电极和参比电极，进入包含高容量吸附材料的存储区域，液体运动完全由毛细管作用驱动，通过设备的流速可以通过连接电极和样品存储区域的流体通道宽度的变化来介导，汗液吸收率和存储容量的变化使得使用时间可以根据用户的需要而变化。这种设备可以轻松拆卸，以取代电极和高容量吸附材料。储存汗液可用于后续测量在使用期间收获的汗液总量和钠的平均浓度。电极产生的信号被传递到具有高输入阻抗的定制设计的电子板，以准确捕获电压，实时数据使用内置的蓝牙电路无线传输到远程基站。

耳标传感器，常用于牛和羊，通过监测外部温度、头部倾斜、运动和发声以达到评估动物的健康状况和疾病症状，及时识别表明健康状况不佳的微妙特征。其技术原理为使用一组传感器（焊接在定制的印刷电路板（PCB）上）连接到动物的耳标上，以记录外部温度、头部倾斜、运动和发声等参数。其支持蓝牙的专用集成电路（ASIC）芯片焊接在电子传感器板上，用于将原始数据无线传输到位于笔内或附近的计算设备（Pandey 等，2021）。

可穿戴动物监视器，由i-FarmTec 开发的监控平台主要显示心率和体温，作为压力水平的指标，湿度检测器可以添加到此平台中，湿度可能会影响动物的行为和新陈代谢。该设备由一个项圈配备惯性传感器，通过蓝牙通信，安卓应用程序和监控设备集中遥测记录，项圈传感器包括一个 Inven Sense ICM-2948 IMU，可感应3 轴陀螺仪，3 轴加速度计和3 轴指南针，其Nordic Semiconductor NRF52 包括一个温度计。使用的学习固件执行20 Hz 传感器采样，并通过蓝牙低功耗（BLE）通知将监控信息流式传输到BLE 中央Android 应用程序。它包含一组正在评估的传感器，即加速度计、陀螺仪、磁力计和温度计。此外，它还包括一个近场通信（NFC）传感器，用作电源开关，并允许触发NFC点对点（P2P）过程，其中包括BLE 外设（项圈）和BLE 中心（Android 应用程序）之间的蓝牙配对。因此，在移动设备和动物上的设备之间建立连接之后，可以使用该应用程序记录有关动物行为的视频并从传感器接收同步数据，视频和感官数据将实时存储在移动设备内部存储的单独文件中（Fonseca 等,2023）。

宠物健康智能监测产品的技术原理是通过各种智能算法、传感器等技术手段对宠物的行为习惯以及生理指标等数据进行收集分析，以实现宠主对宠物健康状况的监测和疾病、突发伤害等预警。宠主更加注重健康检测技术能够及时掌握宠物的健康状况和行为变化等信息，能够自动及时截取异常片段并对宠主发送异常报告进行预警，特别是多宠家庭的宠主，其更加注重产品能够及时且明确的分辨出不同宠物个体的饮食运动情况，能够及时截取异常个体情况进行分辨并对宠主进行预警，减少宠主反复查看数据自行分辨某个体异常情况的时间。

因此，现阶段宠物健康智能监测技术与客户需求之前存在一定差异，技术研究和产品设计要充分考虑客户实际需求。

3 展望

宠物医疗行业的蓬勃发展同步带动了宠物监测产品的发展，与传感器相结合的可穿戴智能设备通过实时记录宠物健康状况的各项生理指数，实现对宠物身体健康的早监测、早诊断、早治疗功能。某种意义上而言，智能监测设备为宠物提供了一种“交流沟通”的渠道，让宠物主更加了解宠物的身体与心理状况。当前智能监测设备已广泛应用于人类的医疗保健领域，但针对宠物的可穿戴监测设备的使用率远不及人类（RAMOKAPANE 等，2019）。目前宠物健康智能监测产品和技术发展仍存在一些问题，例如产品与相关技术研究不匹配，产品推出先于技术研究，产品与宠主实际需求不匹配，国产宠物监测设备普及度低，宠物监测设备存在隐私泄露风险、宠主对宠物监测设备准确性的怀疑等。

尽管如此，宠物智能监测产品正在处于快速发展时期，预计未来几年内仍继续保持高速增长的态势。伴随着宠物行业规模的与日俱增，饲养宠物的家庭基数将呈现显著上升的趋势，在物联网、大数据以及人工智能技术的成熟发展的基础上，智能监测设备将得到不断优化与升级，宠物智能监测产品市场也将迎来新的发展潮流。

参考文献：（略）