Ein System zur automatischen Erfassung der Klauengesundheit von Milchkühen kann durch möglichst frühzeitige präventive und kurative Eingriffe sowohl das Tierwohl steigern als auch ökonomische Verluste minimieren. Ziel war die Entwicklung eines automatischen Systems, dass mittels 3D Sensordaten die Rückenkrümmung einer Kuh erfassen kann und einen entsprechenden Locomotion Score ausgibt. In dieser Studie wurden von August bis Dezember 2016 auf einem Milchviehbetrieb mit Boxenlaufstallhaltung 200 Kühe der Rasse Deutsche Holstein automatisch von einem System nach Verlassen des Melkstandes erfasst. Das System bestand aus zwei RFID-Antennen zur Tiererkennung, einem 3D Sensor zur Lahmheitsbeurteilung und zwei 2D Kameras zur visuellen Bonitur und Validierung. Anhand der 2D Videos wurde nach der Methode von SPRECHER et al. (1997) für 1489 Datensätze ein Locomotion Scores vergeben. Im 2,5D-Tiefenbild wurden zunächst die Hüfthöcker als höchste, äußerste Punkte im Bild identifiziert. Ausgehend von einer Verbindungslinie zwischen den Hüfthöckern, wurde die Wirbelsäule als Polylinie der höchsten Punkte in Richtung Bildanfang ermittelt. Im 3D-Raum wurde dann an die gefundene Rückenlinie ein Kreis approximiert, dessen Radius umgekehrt proportional zur Krümmung des Kuhrückens ist. Der Vergleich der visuell vergebenen und der automatisch gemessenen Scores ergab für das Modell mit fünf Stufen eine Übereinstimmung von 59 % und für das Modell mit drei Stufen 65 %. Die Korrelation nach Spearman (rs = 0,73) zeigte einen deutlichen Zusammenhang zwischen den berechneten und den visuellen Scores. Mit einer Genauigkeit von 82 % wurden 96 % der lahmen Kühe auch als lahm erkannt. Die größte Übereinstimmung wurde für den Locomotion Score 2 erreicht (80 %). In dieser Arbeit wurde ein automatisches System entwickelt, welches durch die Berechnung der Krümmung der Rückenlinie insbesondere beginnende Lahmheiten sehr gut erkennen kann. / A system for automatic detection of lameness in dairy cows can increase animal welfare as well as minimize economic losses through early preventative and curative treatments. The aim of this study was to develop an automatic system that uses 3D sensor data to detect the spine curve of a cow and generate a corresponding locomotion score. In the present study 200 German Holstein cows housed in a free stall barn were recorded via an automatic system after leaving the milking parlour from August to December 2016 on a dairy farm. The system consisted of two RFID-antennas, a 3D depth camera for automatic lameness detection and two standard 2D cameras for visual classification and validation. An amount of 1,489 2D sets of data were locomotion scored according to the method of SPRECHER et al. (1997). Locomotion Score 1 was used to score a healthy cow and Locomotion Score 2 – 5 for lameness with increasing severity. In the analysis five levels (score 1 – 5) as well as three levels (score 1, 2, and ≥ 3) were compared. In the 2.5D depth image the hip joints were identified as the highest, outermost points in the image. Starting from a connection line between the hip joints, the spine was determined as a polyline of the highest points in anterior direction. On the 3D surface, a circle was approximated to the detected back line whose radius is inversely proportional to the curvature of the cow´s back. A comparison of the visually assigned and automatically detected scores showed a 59 % match of the five-level model and 65 % for the three-level model. The Spearman correlation (rs = 0.73) showed a clear correlation between the calculated and the visual scores. With an accuracy of 82 %, 96 % of lame cows were identified as lame. The highest agreement was reached for locomotion Score 2 (80 %). In the present study an automatic system was developed, which can recognize in particular beginning lameness by calculating the curvature of the back.

In dieser Arbeit wurden Untersuchungen zur Ontogenese des Fressverhaltens von Milchkühen durchgeführt und zwei mitentwickelte Sensorsysteme zur Überwachung des tierindividuellen Fress- und Wiederkauverhaltens wissenschaftlich bewertet. Das Fressverhalten erstlaktierender Kühen unterschied sich deutlich von dem älterer Kühe. Besonders große Unterschiede fanden sich hier in der Fressgeschwindigkeit, die bei älteren Kühen deutlich größer war. Auch die Fresszeit unterschied sich deutlich zwischen Jung- und Altkühen, allerdings nicht im gleichen Maß wie die Fressgeschwindigkeit. Zur Überwachung des Fress-und Wiederkauverhaltens wurden zwei verschiedene sensorbasierte Systeme eingesetzt. Das RFID-basiertes System erwies sich bei der Erfassung des Fressverhaltens als ungeeignet aufgrund des großen infrastrukturellen Aufwands und der unzureichenden Erfassung der Tiere am Fressgitter. Dennoch konnten vergleichbare Ergebnisse mit der Literatur bei der Charakterisierung des Fressverhaltens erzielt werden. Auch konnten Unterschiede im Fressverhalten zwischen gesunden und auffälligen Kühen festgestellt werden. Das elektromyographiebasierte Sensorsystem erwies sich als gut geeignet, um das tierindividuelle Wiederkauverhalten zu erfassen und zu analysieren. Anhand der Detailanalyse der Signale konnte ein Wiederkaukriterium, ähnlich dem Mahlzeitenkriterium, ermittelt werden. Des Weiteren zeigten sich die Vorteile im Abgleich mit den RFID-basierten Wiegetrögen. Letztere weisen in den Fresszeiten Ungenauigkeiten auf, da sie die tatsächliche Maulaktivität nicht erfassen können. Trotzdem sind sie wichtig, da die quantitative Erfassung der Futteraufnahme mit anderen Systemen derzeit nicht möglich ist und die gezeigten Zusammenhänge zwischen Fress- und Wiederkauverhalten zu stark variieren, um allgemeingültige Aussagen zur Menge des aufgenommenen Futters zu treffen. An dieser Stelle müssen weitere Forschungsvorhaben ansetzen. / In this work the ontogenesis of feeding behavior of dairy cows was investigated and two co-developed sensor systems for monitoring feeding and ruminating scientifically evaluated. It appears that the feeding behavior of first-lactation cows significantly differs from that of older cows. Particularly noticeable differences were found for the feeding speed, which was much higher for older cows. The feeding times of young and old cows differed as well, but to a lesser extent. In order to monitor feeding and ruminating two different sensor-based systems wer used. It turned out that the RFID-based system is a rather unfit choice due to its extensive infrastructure requirements and the insufficient registration of the animals at the feed fence. However, measured results are comparable to those found in previous studies of typical feeding behavior. In addition, differences in the behavioral patterns of healthy cows and of ailing cows were noted. The electromyography-based sensor system appears to be quite suitable for documenting and evaluating animal-specific rumination patterns. Based on the detailed analysis of the signals, it was possible to determine a rumination variable, similar to the meals variable. This approach is also advantageous compared to the RFID-based weighing troughs in that the latter suffer from inaccuracies in the feeding times due to their inability to measure actual mouth activity. Nevertheless, these RFID-based systems play an important role as they currently provide the only option for quantitative measurements of feed intake. Furthermore, the noted correlations between feeding and rumination patterns vary too much to allow absolute statements on the amount of feed intake. Additional studies will have to explore these issues further.

Im Laborversuch konnte der positive Einfluss einer thermobarischen Vorbehandlung auf die Hydrolysier- und Vergärbarkeit von Rinderfestmist und Rindergülle nachgewiesen werden. Die Laborergebnisse wurden innerhalb eines theoretischen Modells in den Praxismaßstab übertragen, um den Einfluss auf Treibhausgasemissionen, Energiebilanz und Ökonomie zu bewerten. Die Vorbehandlungstemperaturen im Labor lagen zwischen 140 und 220°C in Schritten von 20 K und einer Vorbehandlungszeit von jeweils 5 Minuten. Die höchste Methanmehr¬ausbeute von 58 % konnte bei einer Temperatur von 180°C ermittelt werden. Das Auftreten von Inhibitoren und nicht vergärbaren Bestandteilen führte bei einer Aufbereitungstemperatur von 220°C zu Methanausbeuten, die geringer waren als die des unaufbereiteten Einsatzstoffes. In einer erweiterten Analyse konnte ein funktioneller Zusammenhang zwischen der Methanausbeute nach 30 Tagen und der Methanbildungsrate und -ausbeute während der Beschleunigungsphase gezeigt werden. Mittels einer Regressionsanalyse der so ermittelten Werte wurde nachgewiesen, dass die optimale Aufbereitungstemperatur 164°C ist und die minimale größer als 115°C zu sein hat. Treibhausgasemissionen und Energiebilanz wurden im Rahmen einer Ökobilanz nach ISO 14044 (2006) ermittelt, sowie eine Kosten-Nutzen-Analyse durchgeführt. Dazu wurde eine Anlage zur thermobarischen Vorbehandlung entwickelt und innerhalb eines Modells in eine Biogasanlage integriert. Weiterhin wurde in diesem Modell Maissilage durch Rinderfestmist und / oder Rindergülle als Einsatzstoff ersetzt. Rinderfestmist, ein Einsatzstoff mit hohem organischen Trockenmassegehalt, der ohne Vorbehandlung nicht einsetzbar wäre, erreichte eine energetische Amortisationszeit von 9 Monaten, eine Vermeidung in Höhe der während der Herstellung emittierten Treibhausgase innerhalb von 3 Monaten und eine ökonomische Amortisationszeit von 3 Jahren 3 Monaten, wohingegen Rindergülle keine positiven Effekte zeigte. / Hydrolysis and digestibility of cattle waste as feedstock for anaerobic digestion were improved by thermobarical treatment in lab-scale experiments. The effects of this improvement on greenhouse gas emissions, energy balance and economic benefit was assessed in a full-scale model application. Thermobarical treatment temperatures in lab-scale experiments were 140 to 220°C in 20 K steps for a 5-minute duration. Methane yields could be increased by up to 58 % at a treatment temperature of 180°C. At 220°C, the abundance of inhibitors and other non-digestible substances led to lower methane yields than those obtained from untreated material. In an extended analysis, it could be demonstrated that there is a functional correlation between the methane yields after 30 days and the formation rate and methane yield in the acceleration phase. It could be proved in a regression of these correlation values that the optimum treatment temperature is 164°C and that the minimum treatment temperature should be above 115°C. The theoretical application of a full-scale model was used for assessing energy balance and greenhouse gas emissions following an LCA approach according to ISO 14044 (2006) as well as economy. A model device for thermobarical treatment has been suggested for and theoretically integrated in a biogas plant. The assessment considered the replacement of maize silage as feedstock with liquid and / or solid cattle waste. The integration of thermobarical pretreatment is beneficial for raw material with high organic dry matter content that needs pretreatment to be suitable for anaerobic digestion: Solid cattle waste revealed very short payback times, e.g. 9 months for energy, 3 months for greenhouse gases, and 3 years 3 months for economic amortization, whereas, in contrast, liquid cattle waste did not perform positive replacement effects in this analysis.

Die Arbeit liefert eine umfassende Beschreibung der Managementmethoden von Milcherzeugerbetrieben unter dem Fokus Herdenfruchtbarkeit. Die Studie analysiert Einflüsse des Managements auf Reproduktions- und Milchleistung und verfolgt hierzu einen bio-sozialen Forschungsansatz. Die Daten wurden 2007 in Interviews mit Herdenmanagern und Stallrundgängen anhand von Fragebögen in 84 v.a. Brandenburger Milcherzeugerbetrieben erhoben. Die Fragen betrafen u.a. Haltungsumwelt, Stressvermeidung, Herden-, Reproduktions- und Personalmanagement. Die Leistungsdaten der Herden entstammen der Milchleistungsprüfung 2007. Die Datenanalyse umfasste qualitative und quantitative Methoden. Abhängige Variablen waren Zwischenkalbezeit (ZKZ) und 305-Tage-Milchleistung (ML). Im Mittel betrug die Herdengröße 306,3 Kühe (+/-238,3), die ZKZ 413,2d (+/-18,73) und die ML 8555kg (+/-1132,9). Die ZKZ sank tendenziell mit steigender ML (r=-0,188, p=0,10). Die ML stieg mit der Herdengröße (r=0,29, p=0,01). Die Laufgänge (LG) waren in 71,25% der Betriebe nass und rutschig. Hier war die ZKZ tendenziell länger (+16,6d, p=,055) als bei trockenen, rutschfesten LG. Die Liegeflächen (LF) waren in 29,9% der Betriebe trocken und elastisch. Hier war die ML höher (+1110kg, p=0,011) als bei nassen, harten LF. Eine eindeutige Zuordnung der Verantwortung für die Brunstkontrolle wirkte tendenziell positiv auf die ZKZ (-6,3d, p=0,129). Akademisch ausgebildete Herdenmanagerinnen erzielten eine höhere ML als gleichqualifizierte Männer (+752,9kg, p=0,005) bei gleicher ZKZ und damit eine günstigere Relation von Reproduktions- und Milchleistung. Motivierung durch materielle und soziale Anreize bzw. Verantwortungsübertragung und gute Kommunikation war mit einer höheren ML verbunden als Motivierung durch Leistungslohn (+ ca. 1000kg, p=0,009). Die Studie belegt die Notwendigkeit verbesserter Haltungsbedingungen und bietet eine Grundlage für vertiefende Studien zum Personalmanagement in Milchviehbetrieben. / This study provides a comprehensive characterization of current management methods of dairy farms, focusing on herd fertility. Relations of management factors to fertility and milk performance are analyzed following a bio-social approach. In 2007 a questionnaire survey including face-to-face interviews and direct observations was conducted in 84 East German dairy farms, mostly located in Brandenburg. Questions referred to housing, stress prevention, and management of herds, reproduction and personnel. Herd performance data stem from milk performance testing in 2007. Data analysis combined qualitative and quantitative methods. Calving interval (CI) and 305-day-milk yield (MY) were used as dependent variables. Mean values of herd size, CI and MY were, respectively, 306.3 cows (+/-238.3), 413.2d (+/-18.73d) and 8555kg (+/-1132.9). CI tended to decrease with increasing MY (r=-0.188, p=0.10). MY increased with rising herd size (r=0.29, p=0.01). Floors were wet and slippery in 71.25% of farms. In these farms CI tended to be longer (+16.6d, p=0.055) compared to farms with dry and non-slippery floors. Lying areas were in 29.9% of the farms dry and flexible. Here MY was higher (+1110kg, p=0.011) than in farms with wet and hard lying areas. A clear assignment of responsibility for heat detection showed a trend of decreasing CI (-6.3d, p=0.129). Female herd managers with academic qualification achieved a higher MY than likewise qualified men (+752.9kg, p=0.005), with no difference in CI. Thus, herds managed by highly qualified women showed a better MY:CI ratio. Employee motivation by material and social incentives or by allocating responsibility to workers and pursuing good communication was related to higher MY than motivation by performance pay alone (+1000kg, p=0.009); CI remained unaffected. Performance pay had no positive effect on targeted parameters. Results underscore the need for improved housing and recommend further study into personnel management in dairy farms.