游牧牲畜智能清點及定位尋蹤儀

研究背景：

新疆是全國畜牧業傳統生產基地之一，隨著經濟的發展和人口的不斷增加，以及國家和自治區對傳統畜牧業政策的大力扶持，畜牧業取得了飛速發展，牲畜量激增。據不完全統計，目前全疆牲畜存欄數量多達5 000多萬頭，其中60%～70%在草原放牧。畜群數量大大增加，各種問題隨之而來，增加了管理的難度。但在畜牧管理方式上，絕大多數牧民仍然沿襲著傳統的管理方式，尤其是游牧轉場式放養，牲畜丟失、被盜等時有發生。即使對牲畜采取定點圈養，類似事情也時常發生。如何能夠及時準確地掌握牲畜的數量情況，在發現牲畜丟失或被盜時，可及時采取相應措施，將損失挽回到最小程度，是牧民在牲畜管理問題上迫切需要解決的問題。

怎樣幫助他們解決這一問題，這始終縈繞在我腦海中。后來受到日常生活中接觸到的無線識別系統，如公共汽車的自動刷卡繳費、辦公樓的門禁系統，以及GPS定位、GSM通訊等技術的啟發，我有了靈感。

研究目標：

我的研究目標是利用無線射頻識別（RFlD）技術，實現一套自動清點及輔助定位尋蹤系統。在清點系統確認有牲畜丟失時，利用GPS/GSM定位設備，實現牲畜的定位尋蹤。這兩個系統相結合，可以為牧民朋友在牲畜管理方面長期存在的棘手問題，提供一個較好的解決方案和思路，也是一次積極嘗試和探索。

針對牲畜自動清點系統實際的功能需求，我選擇系統工作頻率為超高頻，即頻率范圍在860MHz～960MHz。在這個工作頻率上，電子標簽的讀取距離可以達到10米以上，可以滿足實際需求。另外，由于牲畜數量大，往往是成批的牲畜同時進出圈門，這就要求計數系統在同一時間能夠識別多個牲畜目標數量，而超高頻RFID系統則具有在識別范圍內可以同時識別多個電子標簽的性能。

自動清點系統由一臺Android智能手機、超高頻RFID讀寫器、讀寫器天線以及牲畜配帶的電子標簽組成。智能手機實現人機交互、系統控制、數據處理、統計數據顯示等功能。超高頻RFID讀寫器和天線放置在牲畜圈舍大門的一側，離地面約1米左右，天線方向朝向圈門。每只牲畜的耳朵或脖頸部位都配帶一個具有唯一序列號的電子標簽。當牲畜進入到天線信號輻射范圍內時，電子標簽通過耦合讀寫器天線產生的磁場信號產生感應電流，為電子標簽提供能量、時序和數據，將標簽的序列號讀出，并按照既定協議反饋給讀寫器。讀寫器接收到反饋的數據信號后，經過解調、解碼等處理后，將數據通過WiFi無線通信方式傳輸給智能手機，智能手機對接收到的數據進行分析處理，將處理結果顯示在界面上。

該系統能夠對進出圈舍的牲畜自動計數，并實時顯示牲畜的相關信息，同時避免了重復計數的問題。在減輕牧民勞動強度的同時，為牧民及時掌握牲畜數量和相關信息提供依據。

當牧民通過清點設備確認有牲畜丟失時，用GSM手機發送查詢短信到牲畜攜帶的GPS定位器上，定位器接收到短信后，通過GPS系統獲取其方位數據信息，然后將數據信息以短信方式發送回手機，牧民根據短信中牲畜方位信息，即可搜尋到丟失的牲畜。

系統中的GPS終端設備采用某公司生產的GPS定位器，該定位器基于GPS定位系統和GSM通訊技術，使用者用手機可以完成定位、追蹤、查詢狀態、查詢參數、設置參數等操作。該定位器如同火柴盒大小，配有充電電池，使用起來也較為簡單方便。在正常工作時，定位器插入一張移動通訊使用的SIM卡，其卡號作為識別牲畜定位器的唯一標識，這也是GPS與GSM相結合的具體體現，即利用GSM的短信功能完成GPS信息數據的傳輸。

研究結果：

依照研究目標，我制作了模擬測試系統。該測試系統模擬了牲畜進出圈舍時，對牲畜數量進行清點計數的情況。根據實際測試的情況看，測試系統所實現的功能完全達到了當初設定的目標。在現有定位設備的基礎上，我還對定位尋蹤演示系統中GPS電池充電方式進行了改進，使用太陽能對其進行充電。從測試結果看，基本達到了預期的目標。但從成本和實用性角度來看，離實際應用還有一定的差距，還有待今后不斷地研究和完善。

前景展望：

系統研制完成之后，我前往牧區嘗試應用情況，牧民踴躍前來察看效果，試用后有意愿使用和購買者達90%，牛羊大戶達100%。不少受訪牧民稱，只要不超過1 000元，就愿意購買使用。由此可見，該項目在我國游牧區還是有很大的需求量，將會有非常好的發展前景。