蒙賀偉，李景彬，李亞萍，坎 雜，薛令陽，戚江濤

（石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆 石河子 832000）

RFID技術(shù)在畜牧產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用分析

蒙賀偉，李景彬，李亞萍，坎 雜，薛令陽，戚江濤

（石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆 石河子 832000）

實(shí)施精確養(yǎng)殖技術(shù)是未來畜牧業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。對(duì)于精確養(yǎng)殖技術(shù)，如何保證對(duì)動(dòng)物個(gè)體的精確識(shí)別成為實(shí)施精確養(yǎng)殖的關(guān)鍵。本文簡(jiǎn)述了畜牧產(chǎn)業(yè)中RFID技術(shù)的組成及工作原理，敘述了RFID技術(shù)在動(dòng)物生產(chǎn)及奶牛養(yǎng)殖方面的應(yīng)用，提出存在的問題及發(fā)展方向。

奶牛；RFID技術(shù)；精細(xì)飼喂；識(shí)別；現(xiàn)狀

近年來，隨著人民生活水平的不斷提高，畜產(chǎn)品需求增大與現(xiàn)有畜牧養(yǎng)殖水平低下的矛盾不斷加大，因此，亟需開展精確養(yǎng)殖技術(shù)研究，以提升畜牧養(yǎng)殖機(jī)械化、智能化、精細(xì)化水平。

精確飼喂技術(shù)是一項(xiàng)基于動(dòng)物個(gè)體體況，依據(jù)動(dòng)物個(gè)體營(yíng)養(yǎng)需求進(jìn)行精確飼喂的技術(shù)，在技術(shù)實(shí)施過程中，如何保證動(dòng)物個(gè)體的精確識(shí)別是實(shí)施精確飼喂的基礎(chǔ)。目前，針對(duì)畜牧養(yǎng)殖中的動(dòng)物個(gè)體識(shí)別主要采用無線射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification,RFID）。

RFID技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息。目前，RFID技術(shù)已廣泛應(yīng)用于日常生活中的非接觸式就餐卡、車輛防盜系統(tǒng)、道路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、身份識(shí)別系統(tǒng)等，特別是隨著近幾年零售和物流行業(yè)信息化的不斷深入，這些行業(yè)越來越依賴于應(yīng)用信息技術(shù)來控制庫(kù)存、改善供應(yīng)鏈管理、降低成本、提高工作效率，這為RFID技術(shù)的應(yīng)用和快速發(fā)展提供了極大的市場(chǎng)空間。

然而，當(dāng)RFID技術(shù)應(yīng)用于畜牧業(yè)精確養(yǎng)殖技術(shù)裝備時(shí)，由于畜牧養(yǎng)殖圈舍環(huán)境所限，對(duì)該技術(shù)提出了識(shí)別距離適宜、識(shí)別精度高、抗干擾能力強(qiáng)等特殊要求，為此，本文對(duì)現(xiàn)有RFID技術(shù)進(jìn)行了分析整理，分析了國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀，指出了相關(guān)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)，提出參考對(duì)策和建議。

1 RFID組成及工作原理

RFID系統(tǒng)在具體的應(yīng)用過程中，根據(jù)不同的應(yīng)用目的和應(yīng)用環(huán)境，其組成有所不同，但從RFID系統(tǒng)的工作原理來看，系統(tǒng)一般都由信號(hào)發(fā)射機(jī)、信號(hào)接收機(jī)、發(fā)射接收天線幾部分組成[1～3]。

信號(hào)發(fā)射機(jī)在RFID系統(tǒng)中為了不同的應(yīng)用目的，會(huì)以不同的形式存在，典型的形式是標(biāo)簽（TAG）。標(biāo)簽相當(dāng)于條碼技術(shù)中的條碼符號(hào)，用來存儲(chǔ)需要識(shí)別傳輸?shù)男畔?。信?hào)接收機(jī)一般叫做讀卡器，用來與標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；另外，讀卡器還提供相當(dāng)復(fù)雜的信號(hào)狀態(tài)控制、奇偶錯(cuò)誤校驗(yàn)與更正功能等；天線是標(biāo)簽與讀卡器之間傳輸數(shù)據(jù)的發(fā)射、接收裝置。

工作過程中，讀卡器通過攜帶的天線發(fā)射出一定頻率的電磁波，如果其近場(chǎng)區(qū)內(nèi)有RFID標(biāo)簽時(shí)，RFID標(biāo)簽的天線上就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，給整個(gè)電子標(biāo)簽供電。此時(shí)，電子標(biāo)簽激活，并通過天線向讀卡器發(fā)送出自身編碼信息，讀寫器讀取信息并解碼后，通過主機(jī)與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)相連進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。RFID系統(tǒng)工作原理示意圖如圖1。

圖1 RFID系統(tǒng)工作原理

2 RFID在畜牧生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.1 畜產(chǎn)品溯源方面[4]

可追溯性指從供應(yīng)鏈的終端到始端識(shí)別產(chǎn)品或產(chǎn)品成分來源的能力，即通過記錄或標(biāo)志來追溯農(nóng)產(chǎn)品的歷史、位置等信息的能力。在畜類食品供應(yīng)鏈中，使用RFID電子標(biāo)識(shí)，錄入及存儲(chǔ)包括畜類食品的繁殖飼養(yǎng)、屠宰加工、銷售配送全過程的信息數(shù)據(jù)，建立畜類食品追溯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)畜類食品供應(yīng)鏈中安全信息的可回溯，可迅速查找出生產(chǎn)和銷售問題食品的部門，查出與加工不當(dāng)相關(guān)的問題，實(shí)現(xiàn)更快更有針對(duì)性地召回問題產(chǎn)品，降低了其到達(dá)消費(fèi)者手里的風(fēng)險(xiǎn)。通過完善的過程信息，可查出問題食品出現(xiàn)的原因甚至根源，提高畜類食品的質(zhì)量。

2.2 畜牧場(chǎng)信息管理方面

（1）對(duì)整條光鏈路進(jìn)行故障判斷。具體方法為在兩站端連接至繼保裝置處的尾纖頭用光源和光功率計(jì)測(cè)試。一站端的尾纖頭連接光源發(fā)光，另一站端的連接光功率計(jì)測(cè)試。收發(fā)兩條鏈路都要進(jìn)行檢查測(cè)試，檢查鏈路是否暢通，衰耗是否滿足繼保通道的需求。若暢通且衰耗滿足要求，則可認(rèn)定為光鏈路無任何問題，故障并不在通信專業(yè)的運(yùn)維界面內(nèi)，流程轉(zhuǎn)至第（5）步；若不通暢或者衰耗不達(dá)標(biāo)，則需要進(jìn)行具體故障位置定位，流程轉(zhuǎn)至第（2）步。

近年來，我國(guó)不斷在奶牛身份識(shí)別系統(tǒng)和信息化管理系統(tǒng)方面展開研究。如天津市天農(nóng)在引進(jìn)以色列“奶牛養(yǎng)殖管理信息系統(tǒng)”設(shè)備的基礎(chǔ)上，完成了《基于RFID技術(shù)的奶牛養(yǎng)殖管理信息系統(tǒng)的研究》，該項(xiàng)目集成電子、通信、信息、RFID、自動(dòng)控制技術(shù)，開發(fā)了基于RFID技術(shù)的奶牛身份識(shí)別器、計(jì)步器、自動(dòng)分群系統(tǒng)、自動(dòng)稱重系統(tǒng)、牛奶流量/電導(dǎo)儀、管理與分析系統(tǒng)，形成了以擠奶廳為中心的信息采集、奶牛管理系統(tǒng)和奶牛養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)。馬紅[5]等建立了以RFID技術(shù)為基礎(chǔ)的奶牛電子標(biāo)識(shí)管理系統(tǒng)，在牛場(chǎng)實(shí)施后，有效改變口前粗放管理模式，通過精確飼喂提高奶料比，提高牧場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益，保證在該體系下生產(chǎn)的乳肉制品的安全性，實(shí)現(xiàn)廢棄物減量化、資源化和無害化生產(chǎn)，增強(qiáng)畜牧業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，從而大大縮短中國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家畜牧業(yè)的差距。

呂偉國(guó)[6]等設(shè)計(jì)了基于RFID技術(shù)的奶牛自動(dòng)養(yǎng)殖系統(tǒng)，通過在奶牛個(gè)體身上安置電子標(biāo)簽，自動(dòng)跟蹤奶牛的喂養(yǎng)過程、自動(dòng)擠奶過程以及對(duì)奶牛疾病的監(jiān)控，并通過對(duì)奶牛所產(chǎn)牛奶附上標(biāo)簽，進(jìn)一步對(duì)牛奶信息進(jìn)行跟蹤。余云峰[7]等研究了基于RFID的嵌入式精細(xì)化養(yǎng)殖管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)奶牛的個(gè)體識(shí)別、采集并存儲(chǔ)了奶牛的個(gè)體信息，實(shí)現(xiàn)了奶牛養(yǎng)殖的數(shù)字化管理。耿麗微[8]等設(shè)計(jì)了UHF頻段的射頻識(shí)別系統(tǒng)，建立基于RFID技術(shù)的奶牛的身份識(shí)別系統(tǒng)，對(duì)奶牛場(chǎng)的100頭實(shí)驗(yàn)牛進(jìn)行電子芯片的佩戴并實(shí)施了基于奶牛電子標(biāo)識(shí)管理系統(tǒng)的精確喂養(yǎng)系統(tǒng)管理模式。

2.3 牲畜精確養(yǎng)殖技術(shù)裝備方面

牲畜精確養(yǎng)殖技術(shù)是以牲畜個(gè)體為飼喂管理單位，以牲畜個(gè)體生理與生產(chǎn)信息為飼喂依據(jù)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線射頻技術(shù)和現(xiàn)代自動(dòng)化控制技術(shù)，對(duì)動(dòng)物個(gè)體進(jìn)行精確飼喂的技術(shù)。

目前，針對(duì)該技術(shù)的研究主要在奶牛養(yǎng)殖方面，開展此類研究的有Devir[9]設(shè)計(jì)了一種可以將擠奶與飼喂功能集于一體的機(jī)器人；方建軍[10]、蔡曉華等[11]研究了一種利用無線識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)裝置對(duì)奶牛身份識(shí)別的精確飼喂機(jī)器人；河南花花牛實(shí)業(yè)總公司智能設(shè)備公司開發(fā)的奶牛自動(dòng)飼喂設(shè)備，其系統(tǒng)由自動(dòng)飼喂管理平臺(tái)運(yùn)行的管理軟件、奶牛飼喂控制臺(tái)、奶牛身份自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)和自動(dòng)給料系統(tǒng)四部分組成，擴(kuò)展功能增加相應(yīng)模塊。

倪志江等[12]設(shè)計(jì)了一種行走式的奶牛精飼料精確飼喂機(jī)；李繼成等[13]設(shè)計(jì)了一種以計(jì)算機(jī)為信息管理平臺(tái)，單片機(jī)為數(shù)據(jù)處理和控制平臺(tái)，利用無線射頻識(shí)別技術(shù)對(duì)個(gè)體奶牛進(jìn)行識(shí)別的精確飼喂裝備。高振江、蒙賀偉等[14～15]設(shè)計(jì)了雙模自走式奶牛精確飼喂裝備，由雙模行進(jìn)機(jī)構(gòu)、精確投料機(jī)構(gòu)、單片機(jī)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)等組成。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了奶牛養(yǎng)殖的自動(dòng)化、精細(xì)化、智能化。以上研究中的裝備均采用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)奶牛的精確無線識(shí)別，從而為實(shí)施奶牛精確養(yǎng)殖奠定了基礎(chǔ)。

楊存志[16]等研制了FR-200型奶牛智能化精確飼喂機(jī)器人，它沿軌道吊掛，按程序自動(dòng)運(yùn)行、定位、識(shí)別奶牛，為每頭奶牛分別精確配比并混合分送飼料，實(shí)現(xiàn)每天多次有規(guī)律飼喂，并能更改喂飼曲線，記憶和下載投送記錄。該裝備識(shí)別系統(tǒng)中的電子標(biāo)簽采用項(xiàng)圈或耳牌式無源標(biāo)簽，安裝在奶牛身上；射頻識(shí)別閱讀器安裝在螺旋落料口的前端，閱讀器工作頻率在133 kHz，識(shí)別半徑大約在900 mm。

動(dòng)物識(shí)別與跟蹤方面，通過在目標(biāo)動(dòng)物身上安裝特殊的電子標(biāo)簽，并寫入相應(yīng)的身份代碼，當(dāng)目標(biāo)動(dòng)物進(jìn)入RFID閱讀器的識(shí)別范圍，或工作人員用手持式閱讀器靠近動(dòng)物時(shí)，閱讀器會(huì)自動(dòng)將動(dòng)物的數(shù)據(jù)信息識(shí)別出來，并上傳給數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)。目前，主要應(yīng)用在寵物識(shí)別、賽鴿身份識(shí)別等方面應(yīng)用較多。

2.5 牲畜疾病防控方面的應(yīng)用

RFID技術(shù)在牲畜的疾病防控上也有著廣泛的應(yīng)用，類似于人的身份證，每頭牲畜都有自己特有的號(hào)碼，每頭牲畜在按規(guī)定進(jìn)行免疫的同時(shí)免疫檔案就會(huì)同步地記錄每頭牲畜免疫、治療用藥、消毒等相關(guān)信息的登記簿，牲畜飼養(yǎng)戶和當(dāng)?shù)貏?dòng)物防疫組織各執(zhí)一份，這樣就可以在飼養(yǎng)、運(yùn)輸、屠宰等諸多環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)牲畜有關(guān)免疫、治療用藥、檢疫等信息以及責(zé)任人情況的快速準(zhǔn)確查詢。

3 結(jié)語

整體來看，我國(guó)的RFID技術(shù)與國(guó)外相比還有一定的差距，而且由于RFID技術(shù)受到價(jià)格、標(biāo)準(zhǔn)、政策和安全性等方面的制約，存在以下問題：一是生產(chǎn)、流通階段的應(yīng)用成本較高，造成RFID產(chǎn)品價(jià)格過高，推廣難度較大，因此在畜牧業(yè)領(lǐng)域得不到大規(guī)模使用；二是畜牧業(yè)生產(chǎn)中圈舍環(huán)境差異性較大，相關(guān)的RFID標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,對(duì)于RFID的識(shí)別距離、識(shí)別精度等技術(shù)差異性也較大；三是牛舍內(nèi)干擾源問題，由于干擾的存在，導(dǎo)致識(shí)別系統(tǒng)工作可靠性降低，因此，如何提高系統(tǒng)抗干擾能力也是影響其推廣應(yīng)用的重要方面。

目前，人們已利用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)畜禽繁殖、生長(zhǎng)發(fā)育、飼養(yǎng)及動(dòng)物類食品安全生產(chǎn)的現(xiàn)代化管理。未來通過設(shè)計(jì)電子標(biāo)簽，制定和使用操作性強(qiáng)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，制定符合我國(guó)現(xiàn)狀的動(dòng)物電子標(biāo)識(shí)標(biāo)準(zhǔn)，從而生產(chǎn)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的RFID電子標(biāo)識(shí)將成為其發(fā)展方向。

隨著RFID技術(shù)的不斷發(fā)展和我國(guó)畜牧業(yè)信息化水平的不斷提升，RFID無線射頻識(shí)別技術(shù)將以其高效、準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)在畜牧業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用，為我國(guó)畜牧業(yè)現(xiàn)代化起到強(qiáng)有力的推動(dòng)作用。

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李亞萍