RFID在畜牧業(yè)追溯管理應用

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背景分析近年來，瘋牛病、結(jié)核病等惡性食源性公共衛(wèi)生危機在全球范圍內(nèi)頻繁發(fā)生，高致病性禽流感、尼帕病等烈性人畜共患病在一些國家和地區(qū)反復發(fā)生和流行，對人類健康和經(jīng)濟社會協(xié)調(diào)發(fā)展造成嚴重威脅。動物衛(wèi)生及動物產(chǎn)品安全問題成為各國政府、食品企業(yè)及消費者高度關注的焦點問題。各國都努力建立動物標識與可追溯管理體系作為規(guī)范畜禽養(yǎng)殖行為，有效預防和控制重大動物疫病，提高動物衛(wèi)生監(jiān)管水平，保障動物產(chǎn)品質(zhì)量安全的重要措施之一。何為動物標識及可追溯體系呢，動物標識及可追溯體系是指對動物個體或群體進行標識，對有關飼養(yǎng)、屠宰加工等場所進行登記，對動物的飼養(yǎng)、運輸、屠宰及動物產(chǎn)品的加工、儲藏、運輸、銷售等環(huán)節(jié)相關信息進行記錄，從而實現(xiàn)在發(fā)生疫情或出現(xiàn)質(zhì)量安全事件時，能對動物飼養(yǎng)及動物產(chǎn)品生產(chǎn)、加工、銷售等不同環(huán)節(jié)可能存在的問題進行有效追蹤和溯源，及時加以解決。在我國2003年，“非典”的全面爆發(fā)給我國帶來了巨大的損失，越來越多的因動物而引起的食品安全和公共安全問題也受到全社會的廣泛關注。如何管好動物，不要讓“非典”那樣讓人心悸的事情再次發(fā)生就一直是我們不懈努力的目標。2006年12月由中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局、中國國家標準化管理委員會發(fā)布了一項基于RFID技術(shù)的被稱為動物“身份證”標準《動物射頻識別代碼結(jié)構(gòu)》（GB/T20563-2006），并在2006年12月1日開始實施。國家動物代碼是動物個體（包括家禽家畜、家養(yǎng)寵物、動物園動物、實驗室動物等）身份的唯一標識代碼。為了滿足動物性食品的安全性和動物疾病的預警和控制等社會生活安全的需要，對每一個動物的信息進行登記并進行終生的跟蹤和管理是十分必要的。國家動物代碼作為動物個體信息在不同部門之間共享和交換的關鍵字，每一個國家動物代碼唯一對應著一只具體動物個體的相關信息，是實現(xiàn)動物個體在流通過程中的跟蹤與追溯的重要基礎保障。國家動物代碼的使用保證了動物在流通過程中動物信息的可靠性，它對維護國家和公民的生命財產(chǎn)安全，便利管理部門系統(tǒng)的、準確的對動物個體進行管理提供了保障。RFID面向動物識別追溯產(chǎn)品是基于國家標準《動物射頻識別代碼結(jié)構(gòu)》（GB/T20563-2006）開發(fā)的動物標識及可追溯系統(tǒng)，她主要是應用于，對動物的飼養(yǎng)、運輸、屠宰進行跟蹤監(jiān)控，當爆發(fā)疫情時，對動物進行追溯；衛(wèi)生部門通過該系統(tǒng)能夠?qū)赡芨腥炯膊〉膭游镞M行追溯，以決定其歸屬關系以及歷史蹤跡。同時系統(tǒng)能對動物從出生到屠宰提供即時、詳細、可靠的數(shù)據(jù)。公司簡介略 射頻識別技術(shù)簡介RFID技術(shù)介紹射頻識別技術(shù)(RFID)較之條形碼技術(shù)和IC卡技術(shù)的最大優(yōu)勢是遠距離、高速度讀寫信息，這也是未來射頻識別技術(shù)(RFID)能普及的關鍵。大家比較熟悉的IC卡，又稱智能卡，是在較為原始的磁卡的基礎上發(fā)展起來的，大致經(jīng)過了從接觸式IC卡到非接觸式的發(fā)展階段。接觸式IC卡在使用的時候須將卡插入讀卡器中。IC卡走過了十幾年的歷程并得到了廣泛的應用，但隨著社會需求的不斷擴大，要求更高，必將被新的技術(shù)所取代，這里所說的新技術(shù)就是射頻識別技術(shù)(RFID)。射頻識別技術(shù)(RFID)的基本原理RFID(RadioFrequencyIdentification)是射頻識別系統(tǒng)的簡稱。所謂射頻識別就是通過射頻的手段識別物體的身份，特性等信息，其概念與IC卡相似，但克服了IC卡讀寫距離近，操作時間長，易損壞，只能一個方向插入等缺點。同時大規(guī)模集成電路的發(fā)展使得RFID芯片的成本迅速降低，使高性能，低成本的RFID產(chǎn)品將在交通，商貿(mào)，物流，計費，防偽，防盜，生產(chǎn)自動化等領域得到廣泛的應用?；镜腞FID系統(tǒng)由閱讀器和應答器組成。RFID卡片和閱讀器之間的通信方式主要分兩種：感應偶合和后向散射偶合。一般的采用第一種方式(如13.56MHz)；而超高頻或微波多采用第二種方式(如915MHz,5.8GHz)。我們建議主要采用第二種方式。射頻識別技術(shù)(RFID)的特點射頻識別技術(shù)(RFID)的最大特點就是遠距離、高速度讀寫信息，同時還具有以下幾個主要特點：系統(tǒng)唯一性：將動物基本數(shù)據(jù)從中央計算機中寫到標簽上將大大提高系統(tǒng)安全性。只要攜帶有標簽，就能夠通過手持級或讀寫設備，獲得該動物的詳細數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)安全：通過較驗和的方法來保證射頻標簽中存儲的數(shù)據(jù)，從而確保讀出數(shù)據(jù)的準確。靈活性：可以更加靈活的控制產(chǎn)品的生產(chǎn)。例如，可以通過手持機來設置數(shù)據(jù)，可以在預處理階段把數(shù)據(jù)寫到標簽中去，并在需要時馬上應用這些數(shù)據(jù)。射頻識別系統(tǒng)完全不怕灰塵，潮濕，油污，冷卻劑，有害氣體，高溫等類似影響。射頻識別系統(tǒng)(RFID)的硬件組成最基本的(RFID)硬件系統(tǒng)由三部分組成，RFID系統(tǒng)工作原理圖如下所示。圖1RFID系統(tǒng)工作原理示意圖讀寫器處于常開工作狀態(tài)，隨時可以與動物攜帶的電子標簽進行通信。當有電子標簽進入天線識別區(qū)域內(nèi)并被讀取，讀寫器通過聲光系統(tǒng)，告知工作人員動物相關信息已被識別并發(fā)送到后臺管理系統(tǒng)。電子標簽(Tag)：由偶合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附者在物體商標標識目標對象；當受無線電射頻信號照射時，能反射攜帶數(shù)字字母編碼信息的無線電射頻信號，供閱讀器識別處理。閱讀器(Reader)：有時也稱作查詢器，通訊器和讀出裝置，用以產(chǎn)生發(fā)射無線電射頻信號并接收電子標簽反射回來的無線電射頻信號，經(jīng)處理后獲 取標簽數(shù)據(jù)信息，有時還可以寫入標簽信息?？梢栽O計為手持式的。微型天線(Antenna)：在閱讀器和標簽之間傳遞射頻信號。系統(tǒng)方案設計要求及設計目標電子標簽能適應現(xiàn)場各種環(huán)境；對動物的生長、疾病、檢疫等數(shù)據(jù)進行采集分析，得出各種精確數(shù)據(jù)；分析采集到的數(shù)據(jù)、實施疾病報警機制；在疾病爆發(fā)時及時將必要數(shù)據(jù)傳輸?shù)絼游锛膊】刂浦行?，并且根?jù)數(shù)據(jù)分析疾病的可能來源。原理及設計依據(jù)系統(tǒng)利用了希瑞福公司先進的超高頻（UHF）的RFID技術(shù)，RFID（以下稱電子標簽）技術(shù)優(yōu)點在于電子標簽是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。而超高頻的RFID技術(shù)具有較遠的讀寫距離，能夠在比較遠的距離上識別高速運動中的動物體，并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。畜牧業(yè)RFID追溯系統(tǒng)電子標簽采用的是符合國際標準的IS-6C協(xié)議的EPC標簽，其中EPC區(qū)數(shù)據(jù)編碼依據(jù)國標（《動物射頻識別代碼結(jié)構(gòu)》（GB/T20563-2006）），并且結(jié)合EPC標簽的特色組成了如下的編碼格式。圖2追溯系統(tǒng)標簽格式主要特點全自動識別：實現(xiàn)了動物身份編碼，使得檢疫人員只要通過系統(tǒng)手持設備就能很輕易的獲得某個動物的成長、疾病、檢疫狀況。高效的可追溯性：系統(tǒng)對動物的整個生命周期進行全程的跟蹤，都對每個環(huán)節(jié)進行記錄，并且將數(shù)據(jù)集中備份在信息管理中心，如發(fā)生事件，系統(tǒng)將自動對事件動物來源進行查找，方便管理人員進行分析。方便性：系統(tǒng)全電子化的數(shù)據(jù)集中管理，使得大量的數(shù)據(jù)的查找工作由服務器來完成，節(jié)省了大量的人力和時間，使得對事件的反應得以提速。安全性：本系統(tǒng)采用希瑞福公司新一代RFID電子標簽，該電子標簽是專為動物而設計的，識別響應時間快，平均故障發(fā)生率低，可以確保標簽識別環(huán)節(jié)的安全性，及時性及穩(wěn)定性，另外我們采用的高性能及高容錯的系統(tǒng)服務器，這樣可以確保服務器的高穩(wěn)定性、安全性及網(wǎng)絡的傳輸速度，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的實時傳輸，保證了信息的及時性提高管理水平：集中管理、分布式控制；規(guī)范疫情的監(jiān)督管理，減少各個不必要的環(huán)節(jié)，使得突發(fā)事件第一時間可以到達管理高層，使得事件可以得到及時的處理。系統(tǒng)的可擴展性：考慮到將來的發(fā)展趨勢及信息化建設的推動，系統(tǒng)設計上能夠方便的實現(xiàn)系統(tǒng)的擴充。結(jié)構(gòu)及組成動物追溯系統(tǒng)主要分為三級體系，分別為管理中心、控制中心、檢疫子站。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成如下圖所示。圖3追溯系統(tǒng)拓補圖主要組成功能介紹動物追溯系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)分為三級體制，管理中心在系統(tǒng)中具有唯一性主要建立在畜牧業(yè)主管單位；控制中心可有多個一般建立在各個地區(qū)或市檢疫局；檢疫子站是為系統(tǒng)終端建立在各個畜牧生產(chǎn)終端，比如新疆地區(qū)：信息管理中心建立在畜牧廳防疫檢疫部門的動物防監(jiān)總站、控制中心建立在畜牧廳防疫檢疫部門的地區(qū)或市檢疫局、檢疫子站則建立在各養(yǎng)殖場和屠宰廠。系統(tǒng)配置獨立的便攜終端，其目的是便于工作人員使用。系統(tǒng)主要功能介紹如下：圖4追溯系統(tǒng)組成圖便攜終端便攜終端即為希瑞福公司讀寫設備，是一種便攜檢疫設備，便攜設備中存儲有即將檢疫地點的動物基本數(shù)據(jù)，同時手持設備還有現(xiàn)場用戶ID分配（用戶ID是每個屠宰場、畜牧場或農(nóng)場主的系統(tǒng)編號），動物電子標簽分配功能，檢疫完成后數(shù)據(jù)存儲在手持設備中，回到檢疫子站或檢疫中心站后將數(shù)據(jù)傳回電腦。便攜設備每次使用前必須和子站或中心站進行通訊，以獲得前往檢疫地點的基本數(shù)據(jù)。便攜設備還具有GPRS功能，手持機軟件中有重大事件報警模塊預留，當啟動該模塊后，遇到重大事件，GPRS功能自動啟動，及時將數(shù)據(jù)同時傳回到檢疫子站、控制中心站、信息管理中心。檢疫子站在每個畜牧場和屠宰場建立一個檢疫子站，檢疫子站可以根據(jù)畜牧場和屠宰場的大小建立不同的子站計算機中心，子站能夠完成動物電子標簽的分配、數(shù)據(jù)的錄入，檢疫數(shù)據(jù)的錄入，疾病的上報等功能；同時擁有和手持設備的數(shù)據(jù)通訊能力控制中心站（可有多個）在每個地區(qū)建立一個實驗室、一個無線接收系統(tǒng)和一個計算機控制中心。計算機控制中心負責接收檢疫子站傳輸?shù)母鞣N數(shù)據(jù)信息（比如：牛只的出生、疾病、生長狀況等），控制中心對數(shù)據(jù)進行分類、篩選和綜合分析，具有用戶ID分配（用戶ID是每個屠宰場、畜牧場或農(nóng)場主的系統(tǒng)編號），動物電子標簽分配、數(shù)據(jù)存儲、顯示、記錄、打印、統(tǒng)計功能，并實現(xiàn)與該地區(qū)衛(wèi)生局信息中心聯(lián)網(wǎng)?？刂浦行谋４嬗兴牭貐^(qū)的所有要檢疫動物的信息，每個子站的數(shù)據(jù)同步傳輸給中心站，中心站定時傳輸分析后的數(shù)據(jù)給管理中心。遇到重大情況中心站將同步傳輸數(shù)據(jù)給管理中心。管理中心（系統(tǒng)中具有唯一性）管理中心由衛(wèi)生部相關部門組成，是本系統(tǒng)的決策中心，主要從檢測中心站獲得檢測信息進行分析，調(diào)研，及時做出管理決策，做到對動物疾病疫情早發(fā)現(xiàn)、早預報、早處理，同時加強動物從出生到屠宰的管理。圖5系統(tǒng)工作流程簡圖系統(tǒng)硬件及各站點配置介紹站點配置檢疫子站計算機、固定式讀寫設備、天線（低增益）、便攜式讀寫器、GPRS模塊。檢疫中心站計算機、WEB服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、應用程序服務器、便攜讀寫器、GPRS設備信息管理中心計算機、WEB服務器、大型數(shù)據(jù)庫服務器、應用程序服務器、GPRS設備演示軟件截圖電子標簽的寫入圖11演示軟件截圖1標簽的自動識別圖12演示軟件截圖2管理系統(tǒng)登陸界面圖13演示軟件截圖3投資效益分析畜牧業(yè)自動識別追溯系統(tǒng)以信息化和基于RFID的自動識別技術(shù)帶動傳統(tǒng)的畜牧業(yè)的改造，可以為整個畜牧業(yè)帶來不可估量的社會和經(jīng)濟效益。社會效益提高從業(yè)人員的信息素養(yǎng)和管理水平理解和使用信息平臺需要較高的信息素養(yǎng)和全局的管理觀念，動物識別追溯系統(tǒng)的使用能在實際中快速的帶動整個行業(yè)從業(yè)人員的信息素養(yǎng)和管理水平。提高消費者信心食品安全已經(jīng)成了普通老百姓關注的焦點，而瘋牛病，口蹄疫等動物疾病的頻繁的爆發(fā)，嚴重的挫傷了消費的信心。為此必須實現(xiàn)對畜牧產(chǎn)品的飼養(yǎng)和問題產(chǎn)品的可追溯性。重大疫情的快速反映建立對畜牧業(yè)的動物飼養(yǎng)管理和生產(chǎn)的可追溯性，可以對各種動物的疾病進行快速的定位，能對重大事件進行快速的反映，使事件的傷害達到最小。疾病問題的及時處理對動物疾病的快速獲知，使得動物疾病能得到及時的治療，使之損失及危害降到最低。經(jīng)濟效益提高我國畜牧業(yè)在國際的地位增加出口動物識別追溯系統(tǒng)的使用，可以有效的降低動物疾病的大規(guī)模的爆發(fā)，使得動物產(chǎn)品的質(zhì)量得到很大的提高，產(chǎn)品的國際競爭力也隨之增強，有利于為我國的畜牧產(chǎn)品創(chuàng)國際品牌。節(jié)省生產(chǎn)成本基于RFID的動物追溯系統(tǒng)的建立，通過對動物個