RFID技术在畜牧产业中的应用分析

蒙贺伟，李景彬，李亚萍，坎 杂，薛令阳，戚江涛

（石河子大学机械电气工程学院，新疆 石河子 832000）

RFID技术在畜牧产业中的应用分析

蒙贺伟，李景彬，李亚萍，坎 杂，薛令阳，戚江涛

（石河子大学机械电气工程学院，新疆 石河子 832000）

实施精确养殖技术是未来畜牧业发展的必然趋势。对于精确养殖技术，如何保证对动物个体的精确识别成为实施精确养殖的关键。本文简述了畜牧产业中RFID技术的组成及工作原理，叙述了RFID技术在动物生产及奶牛养殖方面的应用，提出存在的问题及发展方向。

奶牛；RFID技术；精细饲喂；识别；现状

近年来，随着人民生活水平的不断提高，畜产品需求增大与现有畜牧养殖水平低下的矛盾不断加大，因此，亟需开展精确养殖技术研究，以提升畜牧养殖机械化、智能化、精细化水平。

精确饲喂技术是一项基于动物个体体况，依据动物个体营养需求进行精确饲喂的技术，在技术实施过程中，如何保证动物个体的精确识别是实施精确饲喂的基础。目前，针对畜牧养殖中的动物个体识别主要采用无线射频识别技术（Radio Frequency Identification,RFID）。

RFID技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据信息。目前，RFID技术已广泛应用于日常生活中的非接触式就餐卡、车辆防盗系统、道路自动收费系统、门禁系统、身份识别系统等，特别是随着近几年零售和物流行业信息化的不断深入，这些行业越来越依赖于应用信息技术来控制库存、改善供应链管理、降低成本、提高工作效率，这为RFID技术的应用和快速发展提供了极大的市场空间。

然而，当RFID技术应用于畜牧业精确养殖技术装备时，由于畜牧养殖圈舍环境所限，对该技术提出了识别距离适宜、识别精度高、抗干扰能力强等特殊要求，为此，本文对现有RFID技术进行了分析整理，分析了国内外相关技术的研究现状，指出了相关技术优缺点，提出参考对策和建议。

1 RFID组成及工作原理

RFID系统在具体的应用过程中，根据不同的应用目的和应用环境，其组成有所不同，但从RFID系统的工作原理来看，系统一般都由信号发射机、信号接收机、发射接收天线几部分组成[1～3]。

信号发射机在RFID系统中为了不同的应用目的，会以不同的形式存在，典型的形式是标签（TAG）。标签相当于条码技术中的条码符号，用来存储需要识别传输的信息。信号接收机一般叫做读卡器，用来与标签进行数据传输；另外，读卡器还提供相当复杂的信号状态控制、奇偶错误校验与更正功能等；天线是标签与读卡器之间传输数据的发射、接收装置。

工作过程中，读卡器通过携带的天线发射出一定频率的电磁波，如果其近场区内有RFID标签时，RFID标签的天线上就会产生感应电流，给整个电子标签供电。此时，电子标签激活，并通过天线向读卡器发送出自身编码信息，读写器读取信息并解码后，通过主机与数据库系统相连进行数据处理。RFID系统工作原理示意图如图1。

图1 RFID系统工作原理

2 RFID在畜牧生产领域中的应用

2.1 畜产品溯源方面[4]

可追溯性指从供应链的终端到始端识别产品或产品成分来源的能力，即通过记录或标志来追溯农产品的历史、位置等信息的能力。在畜类食品供应链中，使用RFID电子标识，录入及存储包括畜类食品的繁殖饲养、屠宰加工、销售配送全过程的信息数据，建立畜类食品追溯系统，实现畜类食品供应链中安全信息的可回溯，可迅速查找出生产和销售问题食品的部门，查出与加工不当相关的问题，实现更快更有针对性地召回问题产品，降低了其到达消费者手里的风险。通过完善的过程信息，可查出问题食品出现的原因甚至根源，提高畜类食品的质量。

2.2 畜牧场信息管理方面

（1）对整条光链路进行故障判断。具体方法为在两站端连接至继保装置处的尾纤头用光源和光功率计测试。一站端的尾纤头连接光源发光，另一站端的连接光功率计测试。收发两条链路都要进行检查测试，检查链路是否畅通，衰耗是否满足继保通道的需求。若畅通且衰耗满足要求，则可认定为光链路无任何问题，故障并不在通信专业的运维界面内，流程转至第（5）步；若不通畅或者衰耗不达标，则需要进行具体故障位置定位，流程转至第（2）步。

近年来，我国不断在奶牛身份识别系统和信息化管理系统方面展开研究。如天津市天农在引进以色列“奶牛养殖管理信息系统”设备的基础上，完成了《基于RFID技术的奶牛养殖管理信息系统的研究》，该项目集成电子、通信、信息、RFID、自动控制技术，开发了基于RFID技术的奶牛身份识别器、计步器、自动分群系统、自动称重系统、牛奶流量/电导仪、管理与分析系统，形成了以挤奶厅为中心的信息采集、奶牛管理系统和奶牛养殖监控系统。马红[5]等建立了以RFID技术为基础的奶牛电子标识管理系统，在牛场实施后，有效改变口前粗放管理模式，通过精确饲喂提高奶料比，提高牧场经济效益，保证在该体系下生产的乳肉制品的安全性，实现废弃物减量化、资源化和无害化生产，增强畜牧业的竞争力，从而大大缩短中国与发达国家畜牧业的差距。

吕伟国[6]等设计了基于RFID技术的奶牛自动养殖系统，通过在奶牛个体身上安置电子标签，自动跟踪奶牛的喂养过程、自动挤奶过程以及对奶牛疾病的监控，并通过对奶牛所产牛奶附上标签，进一步对牛奶信息进行跟踪。余云峰[7]等研究了基于RFID的嵌入式精细化养殖管理系统，实现了对奶牛的个体识别、采集并存储了奶牛的个体信息，实现了奶牛养殖的数字化管理。耿丽微[8]等设计了UHF频段的射频识别系统，建立基于RFID技术的奶牛的身份识别系统，对奶牛场的100头实验牛进行电子芯片的佩戴并实施了基于奶牛电子标识管理系统的精确喂养系统管理模式。

2.3 牲畜精确养殖技术装备方面

牲畜精确养殖技术是以牲畜个体为饲喂管理单位，以牲畜个体生理与生产信息为饲喂依据，应用计算机技术、无线射频技术和现代自动化控制技术，对动物个体进行精确饲喂的技术。

目前，针对该技术的研究主要在奶牛养殖方面，开展此类研究的有Devir[9]设计了一种可以将挤奶与饲喂功能集于一体的机器人；方建军[10]、蔡晓华等[11]研究了一种利用无线识别系统实现装置对奶牛身份识别的精确饲喂机器人；河南花花牛实业总公司智能设备公司开发的奶牛自动饲喂设备，其系统由自动饲喂管理平台运行的管理软件、奶牛饲喂控制台、奶牛身份自动识别系统和自动给料系统四部分组成，扩展功能增加相应模块。

倪志江等[12]设计了一种行走式的奶牛精饲料精确饲喂机；李继成等[13]设计了一种以计算机为信息管理平台，单片机为数据处理和控制平台，利用无线射频识别技术对个体奶牛进行识别的精确饲喂装备。高振江、蒙贺伟等[14～15]设计了双模自走式奶牛精确饲喂装备，由双模行进机构、精确投料机构、单片机自动识别系统和信息管理系统等组成。该系统实现了奶牛养殖的自动化、精细化、智能化。以上研究中的装备均采用RFID技术实现奶牛的精确无线识别，从而为实施奶牛精确养殖奠定了基础。

杨存志[16]等研制了FR-200型奶牛智能化精确饲喂机器人，它沿轨道吊挂，按程序自动运行、定位、识别奶牛，为每头奶牛分别精确配比并混合分送饲料，实现每天多次有规律饲喂，并能更改喂饲曲线，记忆和下载投送记录。该装备识别系统中的电子标签采用项圈或耳牌式无源标签，安装在奶牛身上；射频识别阅读器安装在螺旋落料口的前端，阅读器工作频率在133 kHz，识别半径大约在900 mm。

动物识别与跟踪方面，通过在目标动物身上安装特殊的电子标签，并写入相应的身份代码，当目标动物进入RFID阅读器的识别范围，或工作人员用手持式阅读器靠近动物时，阅读器会自动将动物的数据信息识别出来，并上传给数据管理信息系统。目前，主要应用在宠物识别、赛鸽身份识别等方面应用较多。

2.5 牲畜疾病防控方面的应用

RFID技术在牲畜的疾病防控上也有着广泛的应用，类似于人的身份证，每头牲畜都有自己特有的号码，每头牲畜在按规定进行免疫的同时免疫档案就会同步地记录每头牲畜免疫、治疗用药、消毒等相关信息的登记簿，牲畜饲养户和当地动物防疫组织各执一份，这样就可以在饲养、运输、屠宰等诸多环节实现对牲畜有关免疫、治疗用药、检疫等信息以及责任人情况的快速准确查询。

3 结语

整体来看，我国的RFID技术与国外相比还有一定的差距，而且由于RFID技术受到价格、标准、政策和安全性等方面的制约，存在以下问题：一是生产、流通阶段的应用成本较高，造成RFID产品价格过高，推广难度较大，因此在畜牧业领域得不到大规模使用；二是畜牧业生产中圈舍环境差异性较大，相关的RFID标准不统一,对于RFID的识别距离、识别精度等技术差异性也较大；三是牛舍内干扰源问题，由于干扰的存在，导致识别系统工作可靠性降低，因此，如何提高系统抗干扰能力也是影响其推广应用的重要方面。

目前，人们已利用RFID技术实现了对畜禽繁殖、生长发育、饲养及动物类食品安全生产的现代化管理。未来通过设计电子标签，制定和使用操作性强的应用标准，制定符合我国现状的动物电子标识标准，从而生产质优价廉的RFID电子标识将成为其发展方向。

随着RFID技术的不断发展和我国畜牧业信息化水平的不断提升，RFID无线射频识别技术将以其高效、准确的优势在畜牧业领域发挥更加重要的作用，为我国畜牧业现代化起到强有力的推动作用。

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[3]孙桂梅.射频识别系统的研究与应用[D].河北工业大学，2007.

[4]周建国.RFID技术农业应用初探[J].中国无线电，2013，03: 33～34.

[5]马红.RFID技术在现代养牛及乳肉产品管理中的建立与应用[J].黑龙江农业科学，2009，01:113～114.

[6]吕伟国.基于EPC物联网和RFID的奶牛精细养殖信息管理系统[D].吉林大学，2013.

[7]余云峰.基于RFID的嵌入式奶牛养殖管理系统设计[D].北方工业大学，2013.

[8]耿丽微.基于射频技术的奶牛身份识别系统[D].河北农业大学，2009.

[9]S.Devir,H.Hogeveen.Design and implementation of a system for automatic-milking and feeding[J].Canadian Agricultural Engineering,1996,38(2):107～113.

[10]方建军.饲喂机器人的研究与开发[J].农机化研究，2005，(1)：158～160.

[11]蔡晓华，刘俊杰，吴泽全等.奶牛精确饲喂机器人：中国，200620020426.4[P].2007-4-18

[12]倪志江，高振江，蒙贺伟，等.智能化个体奶牛精确饲喂机设计与实验[J].农业机械学报，2009，40（12）：205～209.

[13]李继成，高振江，肖红伟，等.基于单片机的奶牛精确饲喂装备设计与试验[J].农业机械学报，2011，42(1)：101～105.

[14]高振江，郭跃虎，蒙贺伟，等.自走式奶牛精确饲喂机控制系统设计与验证[J].农业机械学报，2012，43(11)：226～230.

[15]蒙贺伟，郭跃虎，高振江，等.双模自走式奶牛精确饲喂装备设计与试验[J].农业机械学报，2013，44(2)：52～56.

[16]杨存志,李源源,杨旭,陈蕾.FR-200型奶牛智能化精确饲喂机器人的研制[J].农机化研究,2014,02:120～122+126.

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2015.03.012

S817.3

：A

1007-7782（2015）03-0026-03

2015-05-25

石河子大学科学技术研究发展计划科技成果转化引导资金专项（kjcgzh2013-01）；新疆生产建设兵团科技资金计划项目（2012CB017）

李亚萍