验证一种光电传感器系统，用于检测单独关在笼子中的肉鸡种鸡的产卵时间

《Poultry Science》：Validation of a photoelectric sensor system to detect oviposition timing in individually caged broiler breeder hens

本研究开发并验证了一种基于光电传感器（PES）的非侵入式系统，用于精确检测肉鸡种鸡的产蛋时间。通过在鸡笼蛋托安装PES传感器和反射器，系统以1分钟采样率记录产蛋事件，并与摄像头观察和人工记录对比。结果显示，PES系统在光照时段内检测准确率为94.7%（1339/1414），经改进设计后可达98.7%。系统显著优于传统摄像头方法，数据处理时间缩短至0.2小时，成本约347美元/鸡笼，且具备实时监测优势，为家禽繁殖研究提供了高效工具。

　　这项研究探讨了使用光电传感器系统来监测个体笼养肉种鸡母鸡的产卵时间，旨在提高美国家禽养殖业在动物管理和饲养方面的精准度。随着肉种鸡母鸡的繁殖性能逐渐下降，尤其是在过去十年间，其孵化率和受精率从85%下降至79%，这给家禽产业带来了重大挑战。为了满足全球对肉鸡雏鸡不断增长的需求，研究者们迫切需要一种更高效、更精确的监测方法。传统的监测方法依赖于人工每小时检查笼子，不仅耗时费力，而且缺乏精确性。因此，开发一种非侵入式的自动化监测系统显得尤为重要。

研究团队设计并验证了一种基于光电传感器（PES）的系统，能够检测个体笼养肉种鸡母鸡的产卵时间。系统包括一个单个光电传感器和一个对向反射器，安装在3D打印的分隔板上，用于分隔每个笼子的蛋收集区。这种系统能够在产卵后迅速记录时间，相比传统的摄像头系统，极大地减少了数据采集所需的时间。摄像头系统需要超过100小时的数据处理，而PES系统仅需不到0.2小时。此外，PES系统能够以较高的精度（94.7%）检测产卵事件，并且通过改进笼子设计，有望将精度进一步提高至98.7%。

该研究使用了101只42周龄的Cobb 500肉种鸡母鸡，这些母鸡被安置在环境可控的设施中，进行了为期两周的监测。研究发现，母鸡的产卵时间通常集中在每天上午11点至下午3点之间。然而，随着母鸡年龄的增长，产卵时间变得更为分散，增加了收集时间的不确定性。这可能会影响产卵过程中营养物质的供应，从而对蛋的形成和质量产生影响。因此，精确监测产卵时间对于优化饲养管理、提高蛋的受精率和孵化率具有重要意义。

尽管PES系统在大多数情况下表现良好，但仍然存在一些局限性。例如，系统无法检测到软壳蛋或裂纹蛋，这些蛋未能滚入蛋收集区，因此不会触发传感器。此外，系统无法区分母鸡在一个收集周期内产卵两次的情况，这可能会影响数据的准确性。另一个问题是，为了防止母鸡在黑暗期间因红色光束产生光敏感反应，系统必须在夜间关闭。这些限制意味着在实际应用中需要进一步改进系统设计，以提高其全面性和准确性。

研究还指出，传统的监测方法存在诸多问题。例如，早期研究使用弹簧铰链杠杆和接触开关等机械装置，但这些方法需要每日手动重置和清洁，效率较低。而使用摄像头系统虽然能够提供视觉记录，但其处理时间较长，且需要大量的人工参与。相比之下，PES系统不仅减少了数据处理时间，还降低了人工成本。据估计，每只笼子的PES系统成本约为347美元，而摄像头系统每只笼子的成本为72美元，尽管摄像头系统成本较低，但其处理时间和人工需求远高于PES系统。

研究团队还评估了PES系统的准确性和可靠性。在1414次产卵事件中，PES系统成功检测了1339次（94.7%），而改进笼子设计后，检测准确率可进一步提升至98.7%。这些误差主要源于笼子设计问题，如蛋未能滚入蛋收集区或蛋在滚入后未能完全中断光束。此外，某些非蛋物体（如羽毛）也可能误触发传感器，导致误报。尽管如此，PES系统在整体上仍展现出较高的准确性和可靠性。

研究还比较了PES系统与其他监测方法的性能。例如，Warren和Scott（1936）使用人工每小时检查，取得了100%的检测准确率，但这种方法过于繁琐，难以推广。Buckley等人（1987）使用水银开关和微计算机，取得了98.1%的准确率，但水银开关存在安全隐患。Xu等人（2022）测试了多种光电传感器的高度和位置，以确定鹅蛋的产卵位置，他们的方法在检测精度上达到了87.5%以上。相比之下，PES系统在检测精度上表现良好，同时具备更高的效率和更低的人工成本。

研究还强调了数据存储和处理的重要性。对于两周的研究，PES系统仅需约16兆字节的存储空间，而摄像头系统则需要约4032吉字节。这意味着PES系统在数据存储方面具有显著优势，尤其适用于长期研究，如一年的研究需要106太字节的视频存储，而PES系统只需0.5吉字节。这种存储效率不仅降低了研究成本，也便于数据的管理和分析。

此外，研究还讨论了PES系统在实际应用中的潜力。由于其非侵入性和高精度，PES系统可以用于任何涉及家禽蛋生产的研究，从而提供关于母鸡繁殖能力和成功率的重要信息。这不仅有助于优化饲养管理，还能提高家禽生产效率，满足全球市场对肉鸡雏鸡的需求。

总的来说，这项研究为家禽养殖业提供了一种新的、高效的监测工具。通过光电传感器系统，研究者能够更精确地掌握母鸡的产卵时间，从而优化繁殖管理。尽管系统仍存在一些局限性，但通过改进笼子设计和优化系统设置，这些限制有望得到克服。未来，随着技术的进步和成本的降低，PES系统可能会成为家禽生产中不可或缺的一部分，为提高生产效率和产品质量提供支持。