基于RFID的特色家禽信息化养殖及产品溯源系统应用

二、项目实施背景、目标和意义

1、基地简介

学习特色家禽养殖基地坐落于学习县学习乡劳光村，占地面积600亩林地、150亩水塘,作为发展养殖种植及开发乡村旅游基地。学习乡积极响应国家号召发展三农产业，深入农村，带动农民致富，于2007年成立了特色家禽养殖基地，基地生态环境优美。基地发展生态特色养殖种植，特聘请全国著名专家为技术顾问，招收农业院校大学生为技术骨干，已培养出一支拥有特色的技术推广队伍。学习乡大力投入基础建设,仅基地特色土鸡养殖已拥有大棚16座，实行公母分开、批批紧扣式新型养殖方式，平均年出栏五至七万只土鸡,年营业额240万元,创收入达到130万左右。

劳光村以“和谐、合作、诚信”作为基地的企业宗旨，自基地成立以来养殖种植业发展势头强劲，很快成为市场上一支颇具竞争力的新生企业，基地也从最初的养殖家禽，逐渐扩展到食用真菌、无公害果蔬种植、葡萄、渔业等众多农牧畜业。基地快速发展并带动周边村民，2008年一年就提供30多个固定岗位及200多名零散工，每月定期免费为村民做专业养殖技术培训并鼓励支持自行养殖，目前已有30多位村民自行养殖家禽。为周边务工在家的剩余劳动力及减轻周围村组负担提供了良好的平台。

基地秉承“绿色，健康，和谐”的经营理念，相续在林下建立了生态散养土鸡园、生态鹅塘园、生态蘑菇园、无公害果蔬园，后续建立休闲垂钓中心和突出民俗特色的农家别墅。享受农家乐趣，走近大自然，感受农村生活回归自然。基地依托资源优势，优化发展环境，引进高新技术与现代家禽饲养的合理结合，使老百姓吃上真正、明白、放心的特色家禽，促进了产业化进程，并利用当地优良的自然环境，广阔的林地，合理开发自然资源，充分发挥资源潜力，将建成现代化、科技型特色家禽养殖基地和融参与性、观赏性、娱乐性、趣味性于一体的中国现代农业主题田园农庄。

2、应用背景

近十几年来，世界各地动物疫情的不断暴发，如上世纪末发生在欧洲的疯牛病、作为头号家畜杀手的口蹄疫以及至今仍在全世界范围内蔓延扩散的禽流感疫情等严重动物疫病，沉重打击了各国畜牧业生产，同时也给人类的食品安全和身体健康带来了严重威胁；而以化学物污染和农兽药残留引起的中毒事件对消费者身体健康的损害也日益引起了广大消费者和政府的关注。如何对动物进行有效监管，并对动物源性食品的产、供、销链进行高效跟踪和追溯，已经成为一个急待迫切解决的全球性课题。

近年来，各国政府纷纷采取措施加强对动物的管理，致力于控制和消灭各种动物传染病，并着力从源头抓食品安全卫生质量，建立食品安全的溯源追踪体系。这些措施实施的关键是要解决对动物的识别与溯源追踪技术难题。传统的动物识别技术往往用于畜牧育种方面，如养猪业中普遍使用的耳朵缺口编号法、牛羊的塑料耳牌等，在一定程度上解决了部分养殖业生产中的实际问题，但难以适应信息化养殖的要求，特别是对于家禽养殖，如鸡、鸭等来说，还没有一个有效措施。随着无线射频识别技术（RFID）的发展和成熟，RFID提供了一种全新的解决动物身份认证和追踪问题的技术手段。该技术以

其存储数据容量大、使用寿命长、读取距离远、多目标识别、可重复使用和环境适应性强等优势正迎合了对动物识别与溯源追踪的需要，必将在动物安全管理中发挥着越来越重要的作用，特别是解决家禽养殖业个体禽类难以识别和追踪问题。

众所周知，家禽、侯鸟的数量是相当惊人的，由于候鸟的迁徙等导致全世界范围内每年都会爆发大规模禽流感疫情，其病毒每天都在发生变异，防止禽流感也成为世界各国的头等大事；面对肆虐的禽流感疫情,有专家认为：“RFID是打败当前人类面临的最大威胁之一的关键工具。”基于成熟的无线射频技术，从种鸡、鸡苗、养殖、运输以及终端产品销售等一系列过程，通过建立高效的溯源追踪体系，能够有效地提升产业效率与品质，保证禽类产品的质量和食品安全。

3、应用目标及意义

3.1应用目标

以“电子脚环”为监管手段，以HACCP和EANUCC体系为监管方法，以网络为传输媒介，建立特色家禽养殖信息化平台，实现特色家禽从繁育、饲养、防疫、用药、饲料、注册等养殖环节到疫情预警、运输、终端销售等环节的全方位、全过程监控和快速响应，实现“监管信息化、查询便捷化、源头追溯化”，与国际食品安全监管追溯体系全面接轨，确保特色家禽产品的卫生安全和品牌正宗。

3.2 项目意义

3.2.1建立“从养殖场到餐桌”的食物供应链跟踪与追溯体系

“民以食为天”，食品是人类赖以生存发展的物质基础，食品安全是关系人类健康的关键所在。近些年来，从欧洲的疯牛病、二恶英、口蹄疫等以及转基因产品可能产生的潜在危害，再加上越来越严重的禽流感和此起彼伏的食品污染事件，已经使生活在这个世界上的人们颇有些谈“食”色变。由动物疫病和药物残留等引发的食品安全事件频频发生，既给人民生命健康造成重大威胁，也对世界各国经济和社会发展产生了严重影响。在我国，食品中毒事件频频发生，食品质量问题层出不穷。我国的消费者也增长了对食品供应的忧虑，产生出“这不能，那不能，还能吃什么”的疑问。浙江省的消费者因食用掺“吊白块”的粉丝而险些丧命，重庆查出不法厂商用“毛发水”兑制有毒酱油，广东发现几百吨黄曲霉素严重超标的毒大米……此外还有长期以来危害消费者的注水肉、蔬菜中农药残留超标、面粉增白剂超标等，形成一条在食品领域流行的“毒流”。消费者强烈要求知道我国食品流通领域的安全系数有多低、这样的“毒流”何时能够根治。最为严重的是各种各样的高致病性传染病开始进行变种，慢慢地从动物向人传染。肉类食物是人类正常的饮食链中最重要的食物来源之一，没有这些多样化的食物为人提供能量营养，人的健康就很难得到保障。而传染病的隐蔽性和人类食物链的复杂性让人很难防范。面对美味的菜肴，人们张开的嘴越来越犹豫。

因此，对食品从生产到消费的供应链全程进行追踪，并在发生问题后进行追溯，就成为监控食品安全，保障消息者健康的必要手段，而这也是广大消费者期望所在。

针对食品安全问题，世界各国政府都积极采取了各项措施，并出台了相应的法律法规和政策，来保障食品安全。2000年，欧盟颁布了1760/2000号

法规（又称新牛肉标签法规），要求自2002年1月1日起，所有在欧盟国家上市销售的牛肉产品必须具备可追溯性，在牛肉产品的标签上必须标明牛的出生地、饲养地、屠宰场和加工厂，否则不允许上市销售。2002年，欧盟又颁布了第178/2002号法规（又称一般食品法），要求从2005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性，否则不允许上市销售，并且禁止进口不具备可追溯的食品。

2002年，美国国会通过了“生物反恐法案”，将食品安全提高到国家安全战略高度，提出“实行从农场到餐桌的风险管理”。国家对食品安全实行强制性管理，要求企业必须建立产品可追溯制度。在有关的规定中，明确了企业建立食品安全可追溯制度的实施期限，大企业（500名雇员以上）在法规公布12个有后必须实施，中小型企业（11-499名雇员）在法规公布18个月后必须实施，小型企业（10名雇员以下企业），在法规公布24个月后必须实施，到2006年底所有与食品生产有关的企业必须建立产品质量可追溯制度。

英国政府建立了基于互联网的家畜跟踪系统（CTS），以记录获得身份证的家畜从出生到死亡的转栏情况，以便这些家畜可以随时被追踪定位。这套家畜跟踪系统与标牌（每头家畜都有唯一的号码，家畜号码一般通过两只耳朵的脚环来进行记录）、农场记录（农场必须记录有关家畜出生、转入、转出和死亡的信息）、身份证（1996年7月1日出生后家畜必须有身份证来记录它们出生后的完整信息，在此之前的家畜由CTS来颁发认证书），共同构成了家畜辨识与注册综合系统。

从国际发展状况来看，世界各国也纷纷采取了措施，力图有效地对整个食品供应链进行跟踪与追溯，即建立“从农场到餐桌”的食物供应链跟踪与追溯体系。实施可追溯既是保障食品安全的现实需求，也代表了当前和未来食品安全保障措施的发展趋势。从技术手段来看，采用RFID建立农产品全程监管和追溯体系已经成为趋势。以RFID为标识手段，将EANUCC编码体系（全球统一标识系统）应用于从种植、养殖到加工、零售的过程控制和信息传递，再结合“危害分析与关键控制点”（HACCP）应用，就可以有效地对农产品供应链全过程进行跟踪与追溯。

3.2.2有助于规范发展地方特色生态养殖业

2004年，中共中央出台了《关于促进农民增加收入若干政策的意见》（中发[2004]1号）采取了一系列更直接，更有力的支农惠农政策措施，保护和调动了农民积极性，农村呈现出良好的发展局面，2005年中央《关于进一步加强农村工作提高农业综合生产能力若干政策的意见》的一号文件，进一步向全党、全社会发出加强“三农”工作的明确信号，要把发展特色农业，建设基地，培育品种，加强营销，要在搞好原产地保护和支持产业化经营等方面狠下功夫，加快建设特色农产品标准化生产基地，对特色农产品生产和加工进行规范化管理，真正培育和发展“特色资源，特色环境，特色工艺”的特色农业，注重特色农产品良种繁育和技术推广服务。优质纯种地方土鸡是集具地方特色的良种，因此优质土鸡生态养殖符合我省的产业发展方向。

地方纯种土鸡作为有优势、有特色、有基础、有前景的特色产业项目，能在较短的时间内创造良好的经济效益，能有力地推进农业和农村经济结构调整。由于目前市场的无序和混乱，种鸡生产场家急功近利，随意杂交，导致鸡品种的杂乱，优质鸡特别是地方优良品种受到严重的威胁；其次，少数生产厂家缺乏管理意识滥用抗生素、药物致使优质鸡质量下降和传染性、遗

传性疾病的增加，为了保证土鸡优良的品质特征，良好的环境适应性，和别具特色的品种优势，建立地方土鸡信息化养殖，从繁育、饲养、防疫、用药、饲料、注册等养殖环节到疫情预警、运输、终端销售等环节的全方位、全过程监控和快速响应。

每一只家禽都配有一个“身份证”－RFID标签，顾客可通过母鸡“身份证”上携带的信息，查询到禽类食品的全生命过程中的信息，包括产品名称、生产日期、公司名称、生产地、检疫证号、检疫结果、检疫日期以及种鸡、防疫、用药、饲料、运输、检疫等具体信息，从而保证食品的安全和品牌价值。

三、总体流程与功能结构

1、业务概要流程

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家禽养殖管理信息系统可以保障家禽食品安全及可全程追溯，规范生产、加工、流通和消费四个环节，将家禽食品配一个唯一的“电子身份证”(RFID 电子标签)，并建立食品安全数据库，从食品养殖及生产加工环节开始加贴电子标签，实现从“养殖场到餐桌”全过程的追踪和追溯，包括运输、包装、分装、销售等流转过程中的全部信息，如养殖场、食品加工、配送、销售终端等都能通过电子标签在数据库在查到相关信息。

2、功能架构

家禽信息化养殖管理系统功能主要包括：中心数据库系统、养殖场饲养管理信息系统、安全生产与加工管理系统、食品供应链管理系统、消费终端查询系统、检验检疫与监控系统、食品安全公共信息服务平台系统等组成，

如图2所示。

中心数据库系统功能主要包括：中心数据库主要包括：食品分类库及样品库、食品相关监管与生产单位等基本数据、食品安全标准与安全指标、食品生产与管理信息、食品安全监测与检测数据、管理服务系统等。

养殖场饲养管理信息系统功能主要包括：生产原料管理、生产过程管理、实验室管理、出场管理、脚环管理、综合查询、基础数据维护等。

安全生产与加工管理系统功能主要是：为养殖场食品进行生产加工进行信息管理。在生产与加工环节中，将养殖环节中电子标签所标识的信息传递入生产加工环节信息链，按管理标准与规范采集生产加工不同节点上的信息，通过电子标签唯一标识，并将该信息传送到物流配送环节中。

供应链管理系统：主要为仓储和物流配送进行信息管理，通过RFID技术在生产加工及商店供应链中建立追溯系统。

消费终端查询系统：在食品进入终端销售时，消费者可以查询食品相关信息。

检疫监控系统：不仅在养殖、生产加工过程进行检验检疫，基于RFID技术的检疫监控还可以在道口使用，并将监控链延伸到超市。

3、系统结构

家禽信息化养殖管理系统结构主要由三个层次、二级节点和一个心与基础构架平台构成。

三个层次：网络资源平台系统、公共服务平台系统和应用服务平台系统。

二级节点：由食品供应链及安全生产监管中心和食品产业链中各关键检测节点组成。数据中心为海量的家禽食品追溯与安全监测数据提供充足的存储空间，保证信息共享的开放性、资源共享及安全性，实现食品追踪与安全监测管理功能。各关键监测节点包括养殖场节点、生产与加工线节点、仓库与配送节点、消费节点，实现各节点的数据采集和信息链的连接，并使各环节可视。

一个数据中心与基础构架平台：一个中心为食品供应链及安全生产监管数据管理中心，本中心是构建于基础支撑平台RFID之上的管理平台。

图3 基于RFID技术的家禽信息化养殖管理系统结构图4、部署结构图

图4 基于RFID技术的家禽信息化养殖管理系统部署结构图一

图5 基于RFID技术的家禽信息化养殖管理部署结构图二

四、软件系统设计和业务流程

养殖场家禽养殖管理涵盖了家禽养殖的全过程，记录了饲养过程中的饲料使用、药物使用、免疫接种等情况。在脚环管理环节主要体现出电子脚环与鸡只个体应用的结合，包括个体上环、个体用药、个体合格评定。

1.功能模块设计

养殖场饲养信息管理系统如下图：

图6 养殖场饲养管理信息系统模块组成图

2、业务流程图

2.1养殖场饲养管理管理业务总流程图

图7 养殖场饲养管理业务总流程图2.2、鸡苗登记与分配业务流程图

2.3、转批管理业务流程图

2.4、出场分批及数量核销流程图

2.5、药物来源登记流程图

2.6、药物使用监管流程图

图12 药物使用监管流程图3、生产资料管理

3.1、鸡苗登记/分配

3.2饲料登记

3.3 疫苗登记

3.4、药物登记

4、生产过程管理4.1、饲料使用

4.2、疫苗使用

4.3、药物使用4.4、转栏

4.5、临床检查

4.7、生产情况查询

5、出栏管理

5.1、报检组批

5.2、供出场加工5.3、非出场出栏

5.4、重新组批

6.脚环管理

6.1上环

6.2、转批管理

6.3、监装

7.基础数据维护7.1 养殖单元维护

五、硬件系统

1.RFID硬件方案

1.1 频段选型范围

RFID电子标签主要使用的频段有125K、134K、13.56M、915M和2.4G，其中2.4G不适合本项目，另外4个频段项目组都进行了详细的测试。

1.2 选型决定的因素

（1）电子脚环

●必须应用直径不大于3.5CM的小脚环

●脚环需支持读写功能

●脚环容量不小于256bit

（2）通道式读写器

●远距离读卡器有效识读距离达到50CM

●根据鸡通过时的特点，远距离读卡器可以覆盖鸡的通过范围

（3）手持设备

●手持机具备读写脚环功能，读写距离不低于5CM

●手持机可通过串口或蓝牙方式与PC进行通讯

●手持机提供编程接口，可支持应用开发

1.3 各频段测试情况

1.4 选型结果

结合项目对硬件的需求及项目组测试的各频段设备情况，最终采用国际动物识别领域通用标准的134.2K频段，使用RLF102A远距离读卡器、PT850D 手持机，飞利普High-tag芯片，经实际测试，各项参数如下：

（1）菲利普High-tags芯片脚环

●脚环为直径3.5CM的小脚环

●脚环支持读写功能，其中通过手持机可读可写，通过远距离读卡器只能读●脚环容量256bit，其中除去内臵标识码，剩余可用空间为192bit。

(2) RLF102A远距离读卡器

●脚环垂直时可以保证读到50CM

●有轻微倾斜角度可稳定读到40CM

●完全水平没有角度只能读10到15CM

（3） PT850D手持机

●手持机具备读写脚环功能

●手持机读写距离为3-8CM

●手持机可通过串口方式与PC进行通讯

●手持机提供编程接口，可支持应用开发

2.长柄手持机设计方案

PT850D手持机可以满足项目基本需求，但由于识读距离只有3到8CM，每次读取脚环信息工作人员都要拿手持机贴近鸡脚，实际应用起来不方便。可以在PT850D手持机的基础上，采用长柄手持机PT850E。

2.1 长柄手持机需求

为了更方便企业工作人员与政府部门监管人员进行读写活鸡脚环信息的操作，手持机需要满足以下需求：

●人员可以在远离鸡1到2米的地方操作

●在鸡群中能够准确的读到指定鸡的信息

●电子脚环完好情况下识读率达到100%

2.2 长柄手持机设计思路

目前市场上所有134.2K频段的手持机读取3CM大小的电子脚环的最远距离不超过15CM，为了满足项目需求，必须改变现有手持机的设计思路，传统手持机都是将天线与RFID读头集成在手持机本身。此次我们改变设计，单独设计天线，制作了一根长1.5米的延长天线（渔杆状），在延长天线的最前部集成了RFID读头，延长天线与手持机通过串口方式连接。

2.3 长柄手持机应用方法

实际进行读取活鸡脚环操作时，工作人员一手拿手持机，另一手拿延长天线，在远离活鸡1到2米的地方，伸长延长天线，使RFID读头靠近活鸡脚环，在脚环完好情况下，可保证100%识读率。

3.通道门设计方案

●快速，批量查验经过通道的鸡

●在脚环完好情况下经过通道门鸡识别率>99%

●能及时显示通过时鸡的证书及检验信息

●通道建设:在原企业的出鸡通道旁建设一新通道(宽度40-45cm),新通道两

端与原通道连通,通道中部安装两台垂直布臵两台RLF102,这样整个通道截面全部复盖到读写器读写范围内。

4. 中控机设计方案

4.1 中控机需求

●运行企业脚环发放软件

●运行企业通道监装软件

●能及时上传已发放的脚环序列

●能及时上传监装数据

4.2 实现方式

1、连接脚环发卡器,发放脚环

2、连接通道门前端读卡器,实施监装过程

3、过接CDMA无线Modem 上传脚环发放及监装数据

六、项目周期及经费预算

1. 项目建设周期和进度计划

系统建设周期一年，从2010年5月到2011年6月，具体建设过程为：

2010.05－2010.07 系统需求分析

2010.08－2010.10 基础设施建设

2010.11－2011.01 软件平台的移植、开发及完善

2011.02－2011.04 系统整合、安装联调

2011.05－2011.06 竣工验收

2. 项目组织保障

2.1 领导组

组长：赵霞（学习乡党委书记）

副组长：韩东（学习乡劳光村第一书记）

成员：王林（学习乡组织委员）

吴金余（学习乡民政办主任）

周恒芝（学习乡劳光村党总支书记）

刘守跃（学习乡劳光村村委会主任）

余春生（学习乡劳光村文书）

2.2 技术指导组

组长：黄秋亮（学习县家禽养殖技术中心主任）

副组长：王玉华（学习乡养殖协会主任）

成员：孙启发、何成功、魏先凯

3.经费预算表

七、项目经济和社会效益

项目辐射带动力强，辐射区域可达学习乡范围内所有村及周边乡镇，项目符合国家产业政策及本区规划，充分发挥企业在经济发展中的示范带头作用，通过发展、刺激引导，促进了种植业的发展，有利于改善人民生活水平，丰富和改善人们的食品结构；有利于促进新兴产业的发展，使农民增收；有利于改善生态环境，实现农业可持续发展；有利于促进农业结构调整。项目区农民在实施项目后可提供200个就业岗位，带动农户100户，人均年增收2000元左右，实现年利润300万元。

八、术语解释

RFID：

Radio Frequency Identification射频识别

RFID是射频识别技术的英文(Radio Frequency Identification)的缩写，射频识别技术是20世纪90年代开始兴起并逐渐走向成熟的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。与目前广泛使用的自动识别技术例如摄像、条码、磁卡、IC卡等相比，射频识别技术具有很多突出的优点：第一，非接触操作，长距离识别（几厘米至几十米），因此完成识别工作时无须人工干预，应用便利；第二，无机械磨损，寿命长，并可工作于各种油渍、灰尘污染等恶劣的环境；第三，可识别高速运动物体并可同时识别多个电子标签；第四，读写器具有不直接对最终用户开放的物理接口，保证其自身的安全性；第五，数据安全方面除电子标签的密码保护外，数据部分可用一些算法实现安全管理；第六，读写器与标签之间存在相互认证的过程，实现安全通信和存储。目前，RFID技术在工业自动化、物体跟踪、交通运输控制管理、防伪和军事用途方面已经有着广泛的应用。

电子标签：

利用RFID技术的集成电路芯片，具有一定的数据存储空间，可以封装成各种形式。

电子脚环：

将电子标签封装成可以挂在（或钉上）动物耳朵上的装臵，用于动物识别与追踪。

查验门：

门状电子标签读写设备。当家禽只通过时，可以自动识别并且读写信息，当和计算机系统连接时可以根据要求产生报警等信息。

EAN－UCC编码：

EAN〃UCC系统，由国际物品编码协会(EAN International)和美国统一代码委员会(UCC)共同开发、管理和维护的全球统一和通用的商业语言,为贸易产品与服务(即贸易项目)、物流单元、资产、位臵以及特殊应用领域等提供全球惟一的标识。 EAN〃UCC系统在世界范围内为标识商品、服务、资产和位臵提供准确的编码。这些编码能够以条码符号或RFID标签（射频识别标签）来表示，以便进行电子识读。