Integrating multi-modal data fusion approaches for analysis of dairy cattle vocalizations
Notice bibliographique
Résumé
Non-invasive analysis of dairy cattle vocalizations offers a practical route to continuous assessment of stress and timely health interventions in precision livestock systems. We present a multi-modal AI framework that fuses standard acoustic features (e.g., frequency, duration, amplitude) with non-linguistic, transformer-based representations of call structure for behavior classification. The classification analysis represents the core contribution of this work, while the integration of the Whisper model serves as a complementary exploratory tool, highlighting its potential for future motif-based behavioral studies. Using contact calls recorded from a cohort of lactating Romanian Holsteins during a standardized, brief social-isolation paradigm, we developed an ontology distinguishing high-frequency calls (HFCs) associated with arousal from low-frequency calls (LFCs) associated with calmer states. Across cross-validated models, support vector machine and random-forest classifiers reliably separated call types, and fused acoustic + symbolic features consistently outperformed single-modality inputs. Feature-importance analyses highlighted frequency, loudness, and duration as dominant, interpretable predictors, aligning vocal patterns with established markers of arousal. From a clinical perspective, the system is designed to operate passively on barn audio to flag rising stress signatures in real time, enabling targeted checks, husbandry adjustments, and prioritization for veterinary examination. Integrated with existing sensor networks (e.g., milking robots, environmental monitors), these alerts can function as an early-warning layer that complements conventional surveillance for conditions where vocal changes may accompany pain, respiratory compromise, or maladaptive stress. While the present work validates behaviorally anchored discrimination, ongoing efforts will pair vocal alerts with physiological measures (e.g., cortisol, infrared thermography) and multi-site datasets to strengthen disease-specific inference and generalizability. This framework supports scalable, on-farm welfare surveillance and earlier intervention in emerging health and stress events.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».