《Biosystems Engineering》：Potential for automatic oestrus detection in grazing cattle through the integration of Global Navigation Satellite System tracking and Bluetooth proximity logging
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本研究针对放牧系统中牛群发情检测困难的问题，通过整合全球导航卫星系统(GNSS)追踪和蓝牙低功耗(BLE)邻近记录技术，开发了一种自动检测方法。研究发现，发情当日母牛与公牛间的交互次数增加三倍，信号强度最小值降低，轨迹长度和持续时间显著延长。该技术为提升放牧牛群繁殖效率提供了低成本、可持续的PLF解决方案。
在广袤的草场上，如何准确掌握牛群的繁殖状态一直是困扰牧场主的难题。传统依靠人工观察的发情检测方法在放牧系统中几乎无法实施——牛群活动范围广阔，发情行为多发生在清晨或傍晚，且个体表现差异显著。西班牙的统计数据显示，每头繁殖母牛年均仅产0.68头犊牛，12%的母牛终身未产犊，这种低繁殖效率直接影响了牧场的经济效益。
正是在这样的背景下，科尔多瓦大学的研究团队开展了一项创新研究，将卫星定位技术与物联网通信技术相结合，为放牧牛群发情检测提供了全新解决方案。这项发表于《Biosystems Engineering》的研究，首次系统验证了GNSS（全球导航卫星系统）与BLE（蓝牙低功耗）技术联用在牛群繁殖管理中的潜力。
研究团队在西班牙典型的德埃萨（dehesa）牧场系统中，为53头青年母牛佩戴BLE耳标，3头公牛配备GNSS项圈。这些设备以30分钟为间隔记录公牛位置信息并扫描周围50米内的蓝牙信号，持续监测10周。通过分析超过9500个定位点和相应的邻近记录，研究人员构建了包括交互频次、信号强度、时间间隔和空间轨迹等四大类共26项发情指示指标。
关键技术方法包括：1）使用集成SigFox通信模块的GNSS项圈进行时空定位；2）通过BLE耳标实现个体识别与邻近检测；3）应用轨迹分析包（trajr）量化公牛追逐行为；4）采用线性混合效应模型进行统计学分析。
3.1 数据描述
研究期间共观察到38次发情事件，76.3%集中在与公牛混群后的前21天。设备数据捕获效果良好，项圈消息中68%包含至少一个耳标信号，平均每个消息记录2.72个耳标，表明系统能有效监测牛群交互。
3.2 邻近记录数量相关指标
发情当日的母牛-公牛交互次数从平时的9次/天激增至30次/天，增长超过三倍。包含发情母牛耳标ID的项圈消息比例也从5%上升至20%以上，表明公牛对发情个体的关注度显著提升。
3.3 信号强度相关指标
虽然平均信号强度指标未呈现显著差异，但每日最小接收信号强度指标（RSSI）在发情日明显降低（从3.5-4降至2.5），反映出公牛与发情母牛的最近接触距离缩短。
3.4 连续记录时间间隔指标
当整合三头公牛数据时，连续交互记录的平均时间间隔从2.5小时缩短至1小时以内，表明发情期间公牛会更持续地追随特定母牛。但由于30分钟的时间分辨率限制，单个公牛数据未显示显著差异。
3.5 邻近记录空间维度指标
发情日公牛追踪轨迹的长度从不足1000米增加至2500米以上，持续时间也呈现延长趋势。轨迹的直线度指标在发情日达到最低值，表明公牛追逐路径更加曲折。探索半径（活动范围）在发情日也有扩大趋势，但与水源距离未显示规律性变化。
这项研究的重要意义在于，它首次证明了低时间分辨率（30分钟）的GNSS+BLE传感系统仍能有效捕捉发情相关行为变化。与需要高频采样的超高频（UHF）系统相比，这种方案更省电、成本更低，更适合大面积放牧场景的长期监测。
研究还揭示了技术应用的广阔前景：持续监测发情周期不仅能优化人工授精时机，更能早期识别未孕个体。如果系统能确定受孕事件，还可预测分娩日期，实现更精细的分群管理。对公牛繁殖效能的监测也有助于及时发现种畜问题。
当然，研究也指出了一些限制。30分钟的时间分辨率可能无法捕捉短暂的交配行为，牧场地形和牛群规模等因素也会影响指标效果。未来研究需要探索更高时间分辨率下的性能表现，并建立适应不同牧场条件的预测模型。
这项研究为精准畜牧业（PLF）在放牧系统中的应用开辟了新途径。随着微电子成本持续降低和农村地区网络覆盖改善，这种融合空间定位与邻近感知的技术方案，有望成为提升放牧牛群繁殖效率的关键工具，最终帮助牧场主在广袤的自然环境中实现更精细、更高效的经营管理。
