基于RFID室內定位的圈養羊視頻監控回朔系統

王永祥

摘 要：隨著食品安全業務的快速發展，人們對肉類食品生產可視化回溯的要求也越來越高。受時間、精度以及復雜環境等條件的限制，比較完善的精確定位跟蹤回溯技術目前還無法很好地利用。本文介紹了一種基于有源RFID室內定位的圈養羊視頻監控系統。以RFID技術為核心，利用讀寫器對標簽進行定位，采用成熟的定位算法與改進技巧，滿足了對圈養羊定位視頻監控的技術要求和可視化回溯監管的業務需求。

關鍵詞：RFID 室內；定位；食品回溯；視頻；監控

近年來，我國逐步將RFID射頻識別技術運用于現代化畜牧業生產。現代的畜牧管理系統逐步由過去的粗放型養殖過渡到進行動物的精細型養殖，同時建立定位追蹤管理來監測動物養殖的過程。目前有很多的國家和地區對食品安全生產采用基于RFID的技術進行管理，獲得了非常好的效果。隨著RFID技術的大量使用，我國部分高技術畜牧企業提出了可視化肉食監控回溯的需求，要求動態可視追蹤圈養羊的生長全過程直至進入屠宰程序。為此我們提出了基于RFID室內定位的圈養羊視頻監控回溯系統。

一、RFID 羊肉制品回溯追蹤系統

基于RFID的食品追蹤技術可以應用于畜牧業生產養殖的全過程，包括合理飼養、衛生防疫、食品加工、市場流通等多個環節，采用標準化技術規范和質量監督監管方式，能有效建立“從養殖到食用”的食品應用供應鏈回溯追蹤體系。下圖為基于RFID 的羊肉追蹤系統的主要構成：

肉類食品監管平臺，從各牲畜生產環節獲取流通數據，通過食品供應鏈涉及的關聯企業和業務部門的數據接入共享，從而實現養殖源頭到零售環節的點對點監控。養殖環節，利用RFID 技術以及輔助手段進行全程飼養跟蹤，從而能夠和后臺的養殖生產管理系統集成，并且系統和行業上級主管部門的衛生檢疫平臺對接。交通運輸環節，使用基于RFID 技術的系統在交通運輸節點上安裝道口監控系統，從而能夠實行對全程運輸過程的監控，并提供衛生檢疫檢驗和運輸消毒等所需要的活動。屠宰廠環節，使用基于RFID 技術的系統對羊的健康狀況進行確認，信息上傳后端管理系。食品加工環節，使用基于RFID 技術的系統，與條碼技術配合實現羊和羊肉間數據關聯。市場流通環節，通過使用RFID 技術的系統提高物流的效率，通過使用條碼技術了解源頭的信息。

二、使用RFID技術實現室內定位的視頻監控系統

基于RFID 的羊肉回溯系統在進入運輸和屠宰流程后的工作流程，技術已較為成熟。國內目前使用的系統大多從屠宰作業開始，至零售結束，系統工作過程與普通基于RFID的物流企業沒有太大差異，而飼養環節基本靠視頻監控。以某客戶需求求為例，其下屬畜牧公司每棟羊圈占地60平米，養羊25只，其中羊舍和戶外活動場地各占30平米。用戶要求每天必須為每只羊采集飲食和戶外活動視頻各10分鐘，并與羊身上佩戴的RFID標識對應，作為羊肉回溯視頻資料。我們提出了基于RFID室內定位的視頻監控方式以滿足客戶采集視頻的需要。

射頻識別是利用射頻信號，通過交變磁場或電磁場耦合方式進行非接觸式雙向通信交換數據從而實現信息的傳遞，同時所傳遞的信息能夠進行識別和定位。目前的RFID定位技術不能直接從讀寫器讀取當前標簽的精確距離，而是利用所接收到的信號強度值，用信號傳輸損耗模型估計標簽和讀寫器的距離，再用三邊定位法得到待定位物體的位置，或是根據讀到的參考標簽的坐標，利用信號估計方法來計算出被測物體的位置。

當羊群出入羊舍時，RFID讀寫器按照羊身上佩戴的RFID標簽編號獲取該標簽位置信息，參照固定標簽數據推算出較為精確的位置，控制攝像機依次跟蹤拍攝。視頻服務器將采集到的視頻數據歸類整理為相應文件提交審核，經抽查審核后的數據納入飼養監控檔案。

三、主要算法及改進

LANDMARC（LocAtioN iDentification based on dynamic

Active Rfid Calibration）系統是基于有源RFID技術的動態定位識別系統，它引入了參考標簽的概念，利用處于固定位置的參考標簽作為參考點來進行定位。因為讀寫器能夠讀到的相近位置標簽信號強度（RSSI，Received Signal Strength Indicator）也是相近的，因此LANDMARC系統能夠通過比較讀寫器接收到的待定位標簽與參考標簽信號強度值的不同來找出距離最近的幾個參考標簽，根據參考標簽的坐標位置并結合它們的權重計算出待定位標簽的位置。

在算法的選擇上，LANDMARC系統使用“最近鄰居”算法， LANDMARC系統的定位精度受讀寫器個數、參考標簽的布局及密度、最近鄰居個數的選取、室內環境等因素影響。

在實際應用中，為減少標簽使用數量，提高跟蹤精度，降低信號干擾，我們借鑒VIRE 方法，將所有參考標簽跟據羊群的主要活動路線規則的放置，將標簽間區域分割成縱橫各10個網格， 然后將每一個小網格再分成16個相同的網格單元，每個網格單元可以作為1個虛擬參考標簽，因為參考標簽的坐標已知，相應參考標簽的坐標可以通過計算得到。在實際環境中，我們采用拉格朗日插值多項式在離散數據的基礎上補插連續函數，使得這條連續曲線通過全部給定的離散數據點。通過有限個點處的取值狀況，估算出函數在其他點處的近似值，以獲取參考標簽的RSSI 值，從而更準確接近現實中的相應位置。我們可以認為每一個位置網格對應著一個虛擬參考標簽，如果讀寫器讀到的RSSI與讀到的待定位單只羊RFID標簽的RSSI 值差的絕對值在某個閾值之內，那么可以對這些區域標記進行定位。讀寫器數量越多，其交叉定位精度越高，誤判率也越小。

小結：對于畜牧加工生產企業，基于RFID技術的室內定位視頻監控溯源管理系統能夠實時監測肉類食品加工生產的全流程，能夠自動的、實時的、準確的收集主要生產流程工序和衛生檢驗檢疫等關鍵節點環節的相關數據，對HACCP質量監管的要求也能較高滿足。除此之外，政府有關管理部門通過該系統也能夠實時有效地監控產品在生產過程中的質量安全，及時發現問題產品的生產源頭及市場流向，從而對肉食品加工企業的生產過程進行規范管理，有效保證肉食品在市場流通中的質量和食用安全。

參考文獻：

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[2] 韓美林，劉有耀， RFID定位技術和常見算法比較，《產業與科技論壇》 2014年01期