可追溯智能养猪管理系统的设计研究

邹平

（广东省现代农业装备研究所，广州 510630）

可追溯智能养猪管理系统的设计研究

邹平

（广东省现代农业装备研究所，广州 510630）

针对近年来我国生猪养殖行业出现的“瘦肉精”、“口蹄疫”、“蓝耳病”等肉类食品的安全问题，研究基于RFID自动识别技术的可追溯智能养猪管理系统，实现在养殖同时对每头肉猪的生长信息及其疾病、用药、免疫等健康信息的自动采集，采用B/S(浏览器/服务器)模式结构体系，人们可以通过互联网，应用终端设备如电脑、手机、手持阅读器等随时随地查询生猪疾病、用药、免疫、检疫等状况，即时了解相关生猪食品安全信息，监督生产，放心消费。

可追溯系统 RFID自动识别 智能养猪 生长信息 监督查询

0 引言

改革开放30年来，我国养猪产业得到了健康持续发展，为满足市场需求和农民增收发挥了重要作用。据统计，2012年全国年出栏生猪达6.69亿头，猪肉总产量达近5 000万t，约占全球总产量的一半，成为世界头号猪肉生产大国，同时也是世界猪肉消费第一大国。

在我国居民肉类食品消费结构中，猪肉占总量的64%，是人民群众日常生活不可或缺的重要消费品，其品质安全关系到千家万户的餐桌饮食和身体健康，尤其是近年来一些疾病和传染病很大一部分是由于肉类食品安全引起的，如“疯牛症”、“瘦肉精”、“口蹄疫”、“蓝耳病”、“禽流感”等等食品安全事件时有发生，给人们的身体健康和生命带来了严重危害，极大地影响了人们的消费信心，对整个行业的发展也极为不利。

食品安全涉及老百姓的切身利益，是重大的基本民生问题、经济问题、政治问题。十八届三中全会明确提出“完善统一权威的食品安全监管机构，建立最严格的覆盖全过程的监管制度，建立食品原产地可追溯制度和食品标识制度，保障食品药品安全”。

因此，加强从生猪生产整个过程到生猪进入市场的监管极为关键，在发生疫情或出现质量安全事件时，能对生猪的饲养状况、物流运输、屠宰销售等不同环节可能存在的问题进行有效追踪和溯源，以决定其归属关系以及历史踪迹，通过对生猪从出生到屠宰即时、详细、可靠的数据，可及时采取紧急措施加以解决和信息披露，为人民群众的生命安全提供保障。

2 可追溯智能养猪管理系统概述

欧盟委员会在EC178/2002条例中将食品可追溯性（Food Traceability）解释为在生产、加工及销售的各个环节中，对饲料、食品、食用性动物及有可能成为食品或饲料组成成分的所有物质的追溯或追踪能力。

可追溯智能养猪管理系统，是一种旨在加强猪肉食品安全信息传递、控制食源性疾病危害、保障消费者利益的动物食品安全信息管理体系。它为消费者提供更为充分的知情权和投诉维权支持，消费

者在购买产品和消费之前，就能很容易地获得猪肉食品安全相关信息；它让消费者参与到猪肉食品安全监管中来，形成全民监督的社会风气；它是一个公开透明的猪肉食品安全公共信息平台，面对所有消费者，可增强消费者信心[1]。

可追溯智能养猪管理系统的设计，基于RFID自动识别技术，实现在规模化智能养殖同时对每头生猪的生长信息及其疾病、用药、免疫等健康信息的自动采集，采用B/S（浏览器/服务器）模式结构体系，人们可以通过互联网，应用终端设备如电脑、手机、手持读卡器等随时查询动物疾病、用药、免疫、检疫等状况，即时了解相关生猪食品安全信息，监督生产，放心消费。

3 可追溯智能养猪管理体系现状

20世纪90年代，美国、法国等部分欧洲国家提出旨在加强食品安全信息传递、控制食源性疾病危害和保障消费者利益的信息记录体系——食品可追溯体系（Food Traceability System）。

2002年，受二恶英事件以及随后的疯牛病（BSE）、新变异阮病毒（CJD）病、口蹄疫和典型猪瘟爆发的影响，欧盟委员会出台了（EC）No178/ 2002法规，要求从2006年1月1日起，凡是在欧盟国家销售的食品必须具备可追溯功能，否则不允许上市销售，不具备可追溯性的食品禁止进口。法规突出了食品生产过程中的可追溯管理与食品的可追溯性，强调食品尤其是动物源性食品的身份鉴定标识与健康标识。

美国食品药品管理局也要求在美国国内和外国从事生产、加工、包装或掌握人群或动物消费的食品部门，于2003年12月12日前向该局进行登记，以便进行食品安全跟踪与追溯。

我国则在2000年后开始建立可追溯管理体系，并且把保障食品安全作为追溯体系实施监管的重点。2002年，国家有关部门启动了条码工程，积极推进食品跟踪与追溯工作。虽然目前主要应用于部分蔬菜、牛肉产品等，但它涉及了产品的几乎所有生产信息——从生产蔬菜的土地、水质的取样化验，到购种、用药、灌溉，甚至包括蔬菜的包装、仓储、运输等信息，已经具备了食品可追溯体系的基本雏形[2]。此外，农业部的“动物免疫标识管理办法”、国家质检总局实施的“中国条码推进工程”、《食品召回管理规定》、69种重点产品实施强制性加贴产品质量电子监管码等工作的开展，为进一步完善中国产品质量和食品安全追溯体系的建立奠定了基础[3]。

4 可追溯智能养猪管理系统设计研究

4.1 可追溯智能养猪管理系统原理与设计依据

依据国家标准GB/T 20563—2006《动物射频识别代码结构》，为每头生猪建立“电子身份证”，即RFID电子标签并赋予生猪惟一ID，佩戴在生猪耳朵上。在这个标准中，我们采用与国际接轨的编码方式，既保证了每一个动物编码的惟一性，也保证了编码的普适性。这个惟一的编码不但在中国是惟一的，在全世界也是惟一的，而且也是通用的。

当生猪进入智能采食站自由采食时，系统通过其惟一ID自动识别并为之自动投料、自动采集其体重、采食量等生长信息，并对此数据信息进行记录、分析。另外，养猪场管理人员每天需将其当日疾病、用药、免疫以及检疫部门出具的即将出栏上市的生猪检疫状况等健康信息补入到系统中，系统每天定时将养猪场生猪生产管理信息通过网络自动上传到数据信息管理中心（中央服务器）。

生猪屠宰加工企业、检疫部门、监管部门以及消费者等可以很方便地通过互联网，在相应的权限内，应用具有GPRS无线远程通讯功能的便携终端读写设备（手持设备）或具有无线上网功能的终端（如手机等）进入信息管理中心（中央服务器）即时查询、传送和监督各养猪场生猪生长、疾病、用药、免疫、检疫等相关数据信息，达到对生猪的整个生产过程进行监控、追根溯源的目的。

4.2 可追溯智能养猪管理系统总体技术工艺路线设计

自动输送设备（或人工）将饲料送到采食站→配戴有电子耳标的生猪按序进入采食站→读卡器识别生猪身份（电子耳标）→饲喂开始（自动投料）

→开始采集数据→中间投料控制处理→生猪退出采食站→结束数据采集记录→保存信息形成数据库→开始下一个生猪饲喂等事件……定时自动上传数据至中央服务器→更新数据库资料→提供各种生猪生产等信息查询。

4.3 可追溯智能养猪管理系统总体方案设计

可追溯智能养猪管理系统主要由三部分组成，分别为信息采集（养猪生产企业或养猪专业户）、信息储存（中央服务器）、信息应用（查询监管）,系统结构和组成如图1所示.

图1 可追溯智能养猪管理系统结构和组成

各组织结构设计方案如下：

信息采集。养猪生产企业或养猪专业户为每头生猪建立“电子身份证”，即RFID电子标签并赋予生猪惟一ID，佩戴在生猪耳朵上。当生猪进入智能采食站自由采食时，系统通过其惟一ID自动识别并为之自动投料、自动采集其体重、采食量等生长信息，并对此数据进行记录、分析，结合养猪场管理人员补充其当日疾病、用药、免疫等健康信息，系统每天定时将信息通过网络自动上传到计算机信息管理中心（中央服务器）。

另外，养猪场将检疫部门出具的即将出栏上市的生猪检疫状况信息补入到系统，以便于生猪屠宰加工企业、检疫部门、监管部门以及消费者查询和监督。

信息采集设备主要是智能采食站、便携终端读写设备等，其中关键是生猪身份的自动识别及控制系统。

信息储存。建立统一信息管理中心（中央服务器），集中管理各养猪场数据信息。中央服务器设一固定IP地址，各养猪场通过互联网定时向中央服务器上传相关信息。

信息储存设备主要包括电脑、网络、电源等，核心是软件。

信息应用。公众、屠宰加工企业、监管机构等可以很方便地通过互联网，在相应的权限内查询、传送相关数据信息，监督和管理生产，甚至使用具有GPRS无线远程通讯功能的便携终端读写设备（手持设备）或具有无线上网功能的终端（如手机等）即时查询、传送个体生猪的生长、疾病、免疫、检疫、转移等信息，达到对生猪的整个生产过程进行监控、追根溯源目的。

4.4 生猪身份自动识别设计研究

建立生猪标识是可追溯智能养猪管理体系的关键和前提，而且必须真正做到每一个活体动物都有自己的“身份证”，做到动物编码全国惟一、国际惟一，方法只有一个，就是执行国家标准，获得国家动物代码。本生猪标识是建立在国家标准《动物射频识别代码结构》（GB/T 20563-2006）基础上设计开发的。

生猪个体标识技术可选择RFID方案或二维条码方案。本设计选择RFID方案，而放弃成本较低的二维条码方案是基于以下几个方面考虑[4]：

①操作便捷。RFID数据的读写是通过专用读写设备完成的，采用非接触、远距离方式进行读写操作。

②不受环境影响。特别适合畜牧行业工作环境，由于读取的是芯片内的数据，所以不会受表面污垢、沾水、外壳损坏的影响。

③大容量存储。可以将生猪档案信息和养殖过程中各项记录存储到芯片中，用RFID识读设备，轻轻一扫，即可将信息及时读取。

尽管二维条码成本较低，但信息存储量小且需贴近读取，一旦有泥污遮盖就无法阅读，不适用于较恶劣的养殖环境。

RFID方案或二维条码方案性能对比见表1。

表1 RFID方案或二维条码方案性能对比

RFID无线射频识别（Radio Frequency Identification）技术是一种非接触自动识别技术，利用无线射频信号通过空间偶合（电感或电磁偶合），实现无接触信息传递，并通过所传递的信息达到识别目的。射频识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

为了跟国际接轨，本设计采用符合ISO11784/ ISO11785、频率为134.2KHZ的技术标准。国际标准ISO11784/ISO11785规定了对动物用RFID进行识别的代码结构和技术标准。ISO11784规定动物识别代码总共由64位（8个字节）组成，ISO11785则规定了电子标签数据的传输方法以及阅读器的规范。

4.5 系统信息采集设备设计研究

系统信息采集设备主要包括智能养猪管理软件、电脑、采食站、RFID电子标签、RFID阅读器、稳压电源、通讯及其接口技术等。

4.5.1 养猪场生产等信息数据处理

养猪场每天都有大量生产等信息数据更新、储存，其中包括生猪采食情况、生猪体重变化情况、生猪免疫情况、生猪用药情况、生猪检疫情况等等，这些信息数据均存储于养猪场电脑系统中。养猪场管理员必须进入系统软件界面——“首页/网站全局配置/自动上传网址”中输入本养猪场上传网址——确定，这样本养猪场生产等信息数据将固定于每天24点整自动上传至信息管理中心（中央服务器）。

4.5.2 智能采食站设计

智能采食站为生猪提供饲料、供其自由采食，同时采集该生猪采食量、体重等生长信息。智能采食站主要包括主控制单元、采食护栏、采食料槽、体秤、料秤、投料机构、RFID阅读器等组成。

主控制单元采用单片计算机设计，放弃了可编程控制器。虽然单片计算机开发周期长一些，但它优在性价比高、移植性好、保密性强、易与外围特殊电路如射频识别系统和高精度数模转换器的连接、便于系统的升级换代等。

采食护栏可根据生猪生长周期大小调节宽度，仅限一头生猪进入采食，RFID阅读器读取该生猪电子标签，为其投料，同时称得该生猪体重，结合其采食量等数据上传至系统储存。

4.5.3 通讯及其接口技术的设计

一个养猪场同时使用多台采食站，采食站之间因为同是从动设备故不能通讯，但它们均要分别接收来自上位主控制器的指令和发回数据给主控制器，这是一种主从结构的通讯，所以采用RS232/RS485接口通讯设计。RS232是目前工业电脑标准的通讯接口之一，RS485接口是串行总线标准接口，适合远近距离通讯，能较方便经济地实现多点互联、联网建成分布式网络系统。

4.6 系统信息储存设备设计研究

4.6.1 中央服务器

本服务器为数据库服务器，要求处理能力强，稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性要好，且由于是24 h不间断工作，我们为其设计不间断双电源供电，另向网络运营商申请一个固定IP，保证数据及时性、安全性、完整性等。

4.6.2 软件主程序

管理员将各养猪场自动上传网址、电子耳标号码段（12位数字）分配给各养猪场并注册至服务器。这样各养猪场生产等信息数据将固定于每天24点整自动上传至信息管理中心（中央服务器）

根据普通用户（user）、添加转移记录用户（trace）、管理员（admin）赋予相应权限：普通用户通过互联网应用电脑、手机等终端输入服务器固定IP地址进行查询；养猪场、物流运输或屠宰场根据自己的权限可以添加转移记录；管理员根据自己的权限负责信息数据管理。

4.7 系统信息应用设备设计研究

系统信息应用设备主要包括家用电脑、手机、具有GPRS移动通讯功能的手持式RFID数据阅读器等。

公众、养猪户、屠宰加工企业、监管机构等利用互联网，通过自己的终端设备输入中央服务器固定IP地址，在相应的权限内查询、传送相关数据信息，监督和管理生产，达到对生猪的整个生产过程进行监控、追根溯源、放心消费的目的。

5 结语

1）针对国内部分地区养猪场规模不大，场地又比较分散，但总的产量又相对较大，如何监管、资源如何分配、如何高效等，还需要不断探索、改进和完善。

2）RFID非接触式无线射频识别技术的快速发展为本项目的研发成功奠定了基础，其相对其它识别技术如二维码等优势巨大，但目前国产电子标签成本还是偏高，养猪户或企业是否能够承担这些成本或者政府财政补贴，需要大家共同探讨解决。

3）本项目的实施和推广不仅需要广大养猪户或企业的大力支持和积极参与，也需要制定和完善相关的法制法规，需要相关政府管理部门负责监督管理。

4）屠宰环节需要进一步落实和完善可追溯管理系统。生猪出栏后进入屠宰加工厂，通过RFID读写器获取生猪的来源及养殖信息，根据检疫等信息自动查验并分拣出检疫不合格产品，只有符合屠宰要求的生猪才能进入屠宰加工生产线。

5）本项目没有涉及到终端销售，还有待进一步改进和完善。目前的解决方法设想是：屠宰场在将猪肉分割给猪肉零售经营户时，以随附上该生猪的电子标签号码，零售经营户将该号码注册于电子秤，电子秤完成零售肉品的称重后，自动打印出包含该生猪电子标签号码所传递的追溯码的收银小票。

消费者买到猪肉后，可以根据收银小票上的追溯码信息（标签号、网址等），在电脑终端、公共信息平台网站或手机等通过互联网方式查询认证所购买猪肉的全过程质量安全信息，让人们可以真正吃到放心的、质量可靠的猪肉。

[1]施亮，傅泽田，张领先.基于RFID技术的肉牛养殖质量安全可追溯系统研究[J].计算机应用与软件，2010（1）.

[2]杨俊全，姜海燕.中国的食品安全[J].国外理论动态，2009（2）.

[3]周莉，刘春明.食品可追溯体系研究现状[J].粮食与油脂，2008（7）.

[4]张玉香.农产品质量安全可追溯制度建设理论与实践[M].北京：中国农业科学技术出版社，2008.