RFID技術在畜牧產業中的應用分析

蒙賀偉，李景彬，李亞萍，坎 雜，薛令陽，戚江濤

（石河子大學機械電氣工程學院，新疆 石河子 832000）

RFID技術在畜牧產業中的應用分析

蒙賀偉，李景彬，李亞萍，坎 雜，薛令陽，戚江濤

（石河子大學機械電氣工程學院，新疆 石河子 832000）

實施精確養殖技術是未來畜牧業發展的必然趨勢。對于精確養殖技術，如何保證對動物個體的精確識別成為實施精確養殖的關鍵。本文簡述了畜牧產業中RFID技術的組成及工作原理，敘述了RFID技術在動物生產及奶牛養殖方面的應用，提出存在的問題及發展方向。

奶牛；RFID技術；精細飼喂；識別；現狀

近年來，隨著人民生活水平的不斷提高，畜產品需求增大與現有畜牧養殖水平低下的矛盾不斷加大，因此，亟需開展精確養殖技術研究，以提升畜牧養殖機械化、智能化、精細化水平。

精確飼喂技術是一項基于動物個體體況，依據動物個體營養需求進行精確飼喂的技術，在技術實施過程中，如何保證動物個體的精確識別是實施精確飼喂的基礎。目前，針對畜牧養殖中的動物個體識別主要采用無線射頻識別技術（Radio Frequency Identification,RFID）。

RFID技術是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據信息。目前，RFID技術已廣泛應用于日常生活中的非接觸式就餐卡、車輛防盜系統、道路自動收費系統、門禁系統、身份識別系統等，特別是隨著近幾年零售和物流行業信息化的不斷深入，這些行業越來越依賴于應用信息技術來控制庫存、改善供應鏈管理、降低成本、提高工作效率，這為RFID技術的應用和快速發展提供了極大的市場空間。

然而，當RFID技術應用于畜牧業精確養殖技術裝備時，由于畜牧養殖圈舍環境所限，對該技術提出了識別距離適宜、識別精度高、抗干擾能力強等特殊要求，為此，本文對現有RFID技術進行了分析整理，分析了國內外相關技術的研究現狀，指出了相關技術優缺點，提出參考對策和建議。

1 RFID組成及工作原理

RFID系統在具體的應用過程中，根據不同的應用目的和應用環境，其組成有所不同，但從RFID系統的工作原理來看，系統一般都由信號發射機、信號接收機、發射接收天線幾部分組成[1～3]。

信號發射機在RFID系統中為了不同的應用目的，會以不同的形式存在，典型的形式是標簽（TAG）。標簽相當于條碼技術中的條碼符號，用來存儲需要識別傳輸的信息。信號接收機一般叫做讀卡器，用來與標簽進行數據傳輸；另外，讀卡器還提供相當復雜的信號狀態控制、奇偶錯誤校驗與更正功能等；天線是標簽與讀卡器之間傳輸數據的發射、接收裝置。

工作過程中，讀卡器通過攜帶的天線發射出一定頻率的電磁波，如果其近場區內有RFID標簽時，RFID標簽的天線上就會產生感應電流，給整個電子標簽供電。此時，電子標簽激活，并通過天線向讀卡器發送出自身編碼信息，讀寫器讀取信息并解碼后，通過主機與數據庫系統相連進行數據處理。RFID系統工作原理示意圖如圖1。

圖1 RFID系統工作原理

2 RFID在畜牧生產領域中的應用

2.1 畜產品溯源方面[4]

可追溯性指從供應鏈的終端到始端識別產品或產品成分來源的能力，即通過記錄或標志來追溯農產品的歷史、位置等信息的能力。在畜類食品供應鏈中，使用RFID電子標識，錄入及存儲包括畜類食品的繁殖飼養、屠宰加工、銷售配送全過程的信息數據，建立畜類食品追溯系統，實現畜類食品供應鏈中安全信息的可回溯，可迅速查找出生產和銷售問題食品的部門，查出與加工不當相關的問題，實現更快更有針對性地召回問題產品，降低了其到達消費者手里的風險。通過完善的過程信息，可查出問題食品出現的原因甚至根源，提高畜類食品的質量。

2.2 畜牧場信息管理方面

（1）對整條光鏈路進行故障判斷。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測試。一站端的尾纖頭連接光源發光，另一站端的連接光功率計測試。收發兩條鏈路都要進行檢查測試，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，則可認定為光鏈路無任何問題，故障并不在通信專業的運維界面內，流程轉至第（5）步；若不通暢或者衰耗不達標，則需要進行具體故障位置定位，流程轉至第（2）步。

近年來，我國不斷在奶牛身份識別系統和信息化管理系統方面展開研究。如天津市天農在引進以色列“奶牛養殖管理信息系統”設備的基礎上，完成了《基于RFID技術的奶牛養殖管理信息系統的研究》，該項目集成電子、通信、信息、RFID、自動控制技術，開發了基于RFID技術的奶牛身份識別器、計步器、自動分群系統、自動稱重系統、牛奶流量/電導儀、管理與分析系統，形成了以擠奶廳為中心的信息采集、奶牛管理系統和奶牛養殖監控系統。馬紅[5]等建立了以RFID技術為基礎的奶牛電子標識管理系統，在牛場實施后，有效改變口前粗放管理模式，通過精確飼喂提高奶料比，提高牧場經濟效益，保證在該體系下生產的乳肉制品的安全性，實現廢棄物減量化、資源化和無害化生產，增強畜牧業的競爭力，從而大大縮短中國與發達國家畜牧業的差距。

呂偉國[6]等設計了基于RFID技術的奶牛自動養殖系統，通過在奶牛個體身上安置電子標簽，自動跟蹤奶牛的喂養過程、自動擠奶過程以及對奶牛疾病的監控，并通過對奶牛所產牛奶附上標簽，進一步對牛奶信息進行跟蹤。余云峰[7]等研究了基于RFID的嵌入式精細化養殖管理系統，實現了對奶牛的個體識別、采集并存儲了奶牛的個體信息，實現了奶牛養殖的數字化管理。耿麗微[8]等設計了UHF頻段的射頻識別系統，建立基于RFID技術的奶牛的身份識別系統，對奶牛場的100頭實驗牛進行電子芯片的佩戴并實施了基于奶牛電子標識管理系統的精確喂養系統管理模式。

2.3 牲畜精確養殖技術裝備方面

牲畜精確養殖技術是以牲畜個體為飼喂管理單位，以牲畜個體生理與生產信息為飼喂依據，應用計算機技術、無線射頻技術和現代自動化控制技術，對動物個體進行精確飼喂的技術。

目前，針對該技術的研究主要在奶牛養殖方面，開展此類研究的有Devir[9]設計了一種可以將擠奶與飼喂功能集于一體的機器人；方建軍[10]、蔡曉華等[11]研究了一種利用無線識別系統實現裝置對奶牛身份識別的精確飼喂機器人；河南花花牛實業總公司智能設備公司開發的奶牛自動飼喂設備，其系統由自動飼喂管理平臺運行的管理軟件、奶牛飼喂控制臺、奶牛身份自動識別系統和自動給料系統四部分組成，擴展功能增加相應模塊。

倪志江等[12]設計了一種行走式的奶牛精飼料精確飼喂機；李繼成等[13]設計了一種以計算機為信息管理平臺，單片機為數據處理和控制平臺，利用無線射頻識別技術對個體奶牛進行識別的精確飼喂裝備。高振江、蒙賀偉等[14～15]設計了雙模自走式奶牛精確飼喂裝備，由雙模行進機構、精確投料機構、單片機自動識別系統和信息管理系統等組成。該系統實現了奶牛養殖的自動化、精細化、智能化。以上研究中的裝備均采用RFID技術實現奶牛的精確無線識別，從而為實施奶牛精確養殖奠定了基礎。

楊存志[16]等研制了FR-200型奶牛智能化精確飼喂機器人，它沿軌道吊掛，按程序自動運行、定位、識別奶牛，為每頭奶牛分別精確配比并混合分送飼料，實現每天多次有規律飼喂，并能更改喂飼曲線，記憶和下載投送記錄。該裝備識別系統中的電子標簽采用項圈或耳牌式無源標簽，安裝在奶牛身上；射頻識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，識別半徑大約在900 mm。

動物識別與跟蹤方面，通過在目標動物身上安裝特殊的電子標簽，并寫入相應的身份代碼，當目標動物進入RFID閱讀器的識別范圍，或工作人員用手持式閱讀器靠近動物時，閱讀器會自動將動物的數據信息識別出來，并上傳給數據管理信息系統。目前，主要應用在寵物識別、賽鴿身份識別等方面應用較多。

2.5 牲畜疾病防控方面的應用

RFID技術在牲畜的疾病防控上也有著廣泛的應用，類似于人的身份證，每頭牲畜都有自己特有的號碼，每頭牲畜在按規定進行免疫的同時免疫檔案就會同步地記錄每頭牲畜免疫、治療用藥、消毒等相關信息的登記簿，牲畜飼養戶和當地動物防疫組織各執一份，這樣就可以在飼養、運輸、屠宰等諸多環節實現對牲畜有關免疫、治療用藥、檢疫等信息以及責任人情況的快速準確查詢。

3 結語

整體來看，我國的RFID技術與國外相比還有一定的差距，而且由于RFID技術受到價格、標準、政策和安全性等方面的制約，存在以下問題：一是生產、流通階段的應用成本較高，造成RFID產品價格過高，推廣難度較大，因此在畜牧業領域得不到大規模使用；二是畜牧業生產中圈舍環境差異性較大，相關的RFID標準不統一,對于RFID的識別距離、識別精度等技術差異性也較大；三是牛舍內干擾源問題，由于干擾的存在，導致識別系統工作可靠性降低，因此，如何提高系統抗干擾能力也是影響其推廣應用的重要方面。

目前，人們已利用RFID技術實現了對畜禽繁殖、生長發育、飼養及動物類食品安全生產的現代化管理。未來通過設計電子標簽，制定和使用操作性強的應用標準，制定符合我國現狀的動物電子標識標準，從而生產質優價廉的RFID電子標識將成為其發展方向。

隨著RFID技術的不斷發展和我國畜牧業信息化水平的不斷提升，RFID無線射頻識別技術將以其高效、準確的優勢在畜牧業領域發揮更加重要的作用，為我國畜牧業現代化起到強有力的推動作用。

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10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2015.03.012

S817.3

：A

1007-7782（2015）03-0026-03

2015-05-25

石河子大學科學技術研究發展計劃科技成果轉化引導資金專項（kjcgzh2013-01）；新疆生產建設兵團科技資金計劃項目（2012CB017）

李亞萍