RFID技術在生豬養殖業中的應用現狀與展望*

劉廣同 ， 何金成 ， 劉 橙

（1.福建農林大學機電工程學院，福建 福州 350002；2.現代農業裝備福建省高校工程研究中心，福建 福州 350002）

我國是農業大國，生豬養殖產業是我國畜牧業的支柱性產業。2020年世界豬肉總產量為9 788萬噸，相比于2019年，同比下降幅度為4.02%。世界豬肉產量下降的主要原因就是中國生豬產能下降[1]。中國生豬市場自2020年1月份以來就面臨著非洲豬瘟疫情與新冠肺炎疫情的雙重打擊，使得生豬供給出現緊張態勢，造成豬肉價格劇烈上漲[2]。傳統落后的養殖管理制度已經無法應對疫病、溯源等現實問題帶來的多重挑戰。隨著現代養豬業的規模化發展，移動互聯網技術、云計算、物聯網、大數據、人工智能等高端前沿技術不斷被融入到傳統的畜牧業中[3]，更高效、更高質量、更智慧的養豬新模式不斷被發掘投入使用，推動了整體生豬養殖行業智能設備的應用普及和自動化發展進程。其中，無線射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術作為構建智慧養豬的核心關鍵技術，備受國內外專家學者的關注[4]。

1 RFID技術簡介

第二次世界大戰期間英國空軍受到雷達原理的啟發開發了一套敵我飛機識別系統[5]，在其后的幾十年間，RFID技術在理論領域得到了長足發展。20世紀70年代末，美國的Los Alamos實驗室正式將RFID技術推廣到民用領域[6]。20世紀80年代，RFID技術走向成熟，挪威的RFID電子收費系統，美國鐵路使用的RFID識別車輛系統，歐洲的野生動物追蹤系統以及紐約港務局的RFID電子收費系統[7-8]，RFID技術逐漸在各行各業開花結果，射頻識別技術的應用日益繁榮。隨著標準化與成本的下降，RFID技術全面推廣與應用成為自動化行業不可逆轉的大勢。2006年，科技部頒布了《中國射頻識別（RFID）技術政策白皮書》，為RFID技術戰略發展、產業化戰略推進和宏觀環境建設建立了政策指導框架[9]。隨著我國高新技術的快速發展，社會對于食品安全、智能化管理等方面的要求也逐步提高，這些促使RFID技術在我國農畜業快速推廣與普及[10]。

2 RFID技術基本原理

RFID技術的基本原理是電磁理論[11]，通過無線射頻方式進行非接觸雙向數據通信，利用無線射頻方式對電子標簽進行讀寫操作，從而達到識別與交換數據的目的[12-13]。首先，讀寫器將微波查詢信號直接發出，在RFID可識別的范圍內，被安裝在目標物體上的電子標簽會接收到部分微波能量并將其轉化為直流電，形成微弱電壓，以供電子標簽內部電路使用。同時，另外一部分微波能量會通過本身攜帶的微帶天線反射到電子標簽讀出裝備，并將自身攜帶的信息與之進行交換，進行處理，最后得到存儲在電子標簽的RFID唯一識別碼[14-15]。

當前的RFID系統由讀寫器、電子標簽及上位機軟件構成[16]。其中，RFID電子標簽具有唯一編碼性，每一個電子標簽都是獨一無二的，電子標簽與豬只的身份信息一一對應，可以很清楚地追蹤到豬只的流通情況。根據對電子標簽供電方式的不同，可將RFID技術分為三類：無源RFID、有源RFID、半有源RFID[17]。無源RFID通過電磁感應線圈獲取能量來對自身短暫供電[18]，不需要對標簽單獨外接電源，因而在畜牧業中應用最為廣泛。

3 RFID技術的應用優勢

3.1 高容納性

與條形碼相比，RFID的存儲容量能夠達到數兆字節。因此，RFID電子標簽可以存儲容納更多的數據信息，如豬只身份、生產地、出生日期等等。讀寫器還可以根據實際需求對電子標簽進行反復讀寫，重復使用。當讀寫器將讀取的數據上傳到上位機系統時，系統加以處理，便可以實現對目標產品的追根溯源。

3.2 讀取距離遠

RFID電子標簽相對于條形碼和磁條而言，自身有比較大的優勢[19]。RFID技術可以通過改變天線的增益率與讀寫器功率，調整讀取距離，從幾十厘米到幾十米，精確定位。因此，RFID技術是舍內生豬定位的有效手段。

3.3 編碼唯一性

RFID的每個電子標簽都具有唯一性，在生產標簽的過程中，便已經將電子標簽與物體信息綁定在一起。因此，在后續物體的流通使用中，這個標簽都是對應此物體，在此基礎上可以實現物體的防偽溯源。

3.4 安全性高

RFID電子標簽可以以任何形式附著在目標物體上，同時還可以采取多種加密方式（如三重DES和RSA算法）對RFID標簽數據進行加密[20]。這就保證了電子標簽所附帶的數據信息不被銷毀和篡改，保密性高。

3.5 讀取速度快

RFID讀寫器進行讀取時，速度非常快，讀取12位數據只需要0.3 s~0.5 s，而且一次可以讀取多個電子標簽的信息。

3.6 無障礙閱讀

RFID讀寫器可以穿過布帛、紙張、木材等多種材質對電子標簽進行閱讀，具有良好的穿透性，實現了無障礙閱讀。

4 RFID技術在我國生豬養殖業中的應用

4.1 生豬個體數字化精細養殖

RFID技術可以實現非接觸式的遠距離目標自動識別，適用于當前豬只生產養殖與管理控制的實際需求。在生豬豬耳上貼上電子標簽，這些標簽記錄下豬只的相應個體信息，包括豬只的生產地、品種類別、出欄日期等。在飼料投喂之前，需將本次投喂飼料的生產廠商、飼料名稱以及添加劑等使用情況記錄在生豬的RFID標簽里，以便出現任何飼料問題時能夠迅速查詢溯源。一旦豬只靠近射頻識別區域，電子標簽就會自動激活，讀寫器就會讀取出目標豬只的相應數據信息，并將此信息傳遞給RFID的上位機軟件，從而完成對豬只的識別與跟蹤。

確定了豬只身份，就可以收集到目標豬只的采食量與體重數據，然后根據年齡以及身體健康等方面的情況進行分析，針對單個豬只進行飼料、飲水、藥物等方面的投喂。該技術的使用可以實現飼料轉化率的計算[21]，選取更適合豬只育肥的飼料投喂量。

4.2 在豬肉制品追溯過程中的應用

當前市場除了關注豬肉價格的波動外，對于高品質、健康安全的豬肉同樣抱有極高的期望。近年來，隨著動物福利和飼料工業的發展，我國的豬肉產量得到了顯著提高，但也帶來了新的問題[22]。在生豬的養殖過程中，養殖戶濫用抗生素、化學合成藥物、激素等未經國家批準的藥物，導致豬肉類產品的獸藥殘留度嚴重超標，直接危害到消費者的健康。如2011年3·15晚會曝光的“瘦肉精”事件，引起了全社會的廣泛關注，一度激起了消費者的“恐肉”心理。因此，為了使生豬從養殖、屠宰、加工、貯藏、運輸和銷售等各個環節透明化，有效被監管，建立完善的豬肉制品追溯系統就顯得尤為重要[23]。

豬肉制品追溯系統基于RFID技術，由RFID標簽、讀寫器、增益天線、服務器和信息終端等組成，通過PDA（Personal Digital Assistant）自動掃描，并依托GPRS（General Packet Radio Service）、ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Loop）、Wi-Fi（Wireless-Fidelity）等網絡通信技術、系統集成及數據庫等計算機技術實現互聯[24]。在生豬的養殖環節中，采用RFID技術，用電子標簽記錄下生豬的飼養信息、防疫信息、治療信息與出欄信息等。運輸環節中，質檢人員隨機抽查生豬信息，并將豬只信息匹配后上傳到系統。屠宰前，為了能確保所有豬只都滿足屠宰要求，需要對豬只在養殖階段的各項數據進行讀取，以確保那些未達到屠宰標準的生豬被篩選出來淘汰。屠宰后，需要將生豬的RFID電子標簽信息轉移到胴體標簽內[25]，以便生豬的身份信息能夠被繼承和傳遞。胴體切割成豬肉，再將分類的豬肉封裝成物流單元，貼上條形標簽，便能分級顯示豬肉的流動環節，做到真正意義上的全程追溯與跟蹤。

4.3 在病死豬無害化處理過程中的應用

十八大報告提出，建設生態文明，是關系人民福祉、關乎民族未來的長遠大計。自2018年非洲豬瘟傳入我國以來[26]，形成了對中國生豬養殖業產業升級與綠色環保的雙重挑戰。傳統的病死豬無害化處理技術包括四類：焚燒法、化制法、掩埋法和發酵法[27]。采用RFID技術監控病死豬無害化處理流程，可有效保障處理過程的真實性，提高政府的公信力與人民的安全感。

首先，由養殖戶申報病死豬信息，無害化處理廠核實信息后，由專門人員對豬只尸體建立檔案并安裝RFID電子標簽，將相應的病死豬信息記錄到標簽中（如病死原因、病死日期等），同時將信息上傳到服務器存檔。其次，在病死豬運輸、存儲、處置等各個流程中，嚴格按照RFID電子標簽記錄信息核實豬只身份，防漏防缺。最后，在病死豬處置后回收RFID標簽，消除標簽信息。

4.4 在生豬疾病防控管理中的應用

我國防疫機構具有良好的信息化環境，相關的業務流程十分規范，這就為檢疫領域使用RFID技術提供了可行性[28]。首先，防疫人員為養殖場定制生豬防疫計劃，包括消毒處理、藥物治療、疫苗注射、定時檢疫等，然后將該計劃上傳到生豬疾病防控系統。系統會根據生豬防疫計劃為養殖場制定時間，并提醒防疫人員該去什么養殖場進行防疫工作，此防疫工作的內容是什么。防疫人員到達養殖場后，只需通過PDA掃描生豬耳標上的RFID電子標簽，便能完成該豬只的防疫信息采集。當防疫人員完成防疫工作后，需將本次工作的時間和內容通過PDA寫入豬只的RFID電子標簽中，這樣當養殖場人員掃描時，便能知道豬只的健康情況和防疫效果。一旦豬只發生疫情，獸醫可以根據RFID電子標簽所記錄的具體信息，快速查詢和鎖定目標，進行緊急防疫和治療。

5 RFID技術在國外生豬養殖業中的研究現狀

20世紀80年代起，歐美國家便已經成功地將計算機技術融入到畜牧業的生產體系中，在自動化、精準化、信息化的浪潮中獲得了長足發展。通過RFID技術，施行了有效的自動化控制和信息化管理，使得其生產效率空前提高，生豬的養殖規模不斷擴大。當前，世界上的主要發達國家如美國、英國、日本、德國、法國、荷蘭等已經陸續建立了一些自動化程度高的生豬養殖農場，將RFID技術應用于生豬自動化養殖的信息收集，并對數據進行分析整合，取得了很好的成果。

荷蘭的NEDAP公司從1982年開始，便將RFID技術成功應用到了生豬飼養管理中，從最初的母豬自動飼喂站，到后來的奶牛自動識別，再到如今的Velos自動群養系統，他們在利用RFID技術進行精準飼喂、動物福利的道路上走得很遠[29]。法國ACEMO公司設計的Elistar母豬多功能自動飼喂系統可以提供飼料投喂、激素供應、母豬篩選與噴色分類等多種功能，大大減少了養殖場員工的工作量，提升了養殖自動化水平。此外，還有美國Osborne公司設計的TEAM全自動母豬飼喂系統[30]，德國Big Dutchchman公司的CALLMATIC2智能飼養管理系統等[31]。這些歐美國家通過RFID技術構建起豬只管理系統，將養殖豬只的各個環節數據鏈接起來，通過計算機技術提高養殖效率，推動了生豬養殖自動化與信息化的進程。但是，由于進口設備貴，維護成本高，加之在生豬養殖環境下設備易老化磨損，而且一旦出現斷電問題，電子元器件容易損壞，所以企業效益的提升與設備的推廣受到了嚴重影響。

6 RFID技術在生豬養殖業中存在的問題

6.1 成本問題

對于我國大部分中小型生豬養殖業的廠商和農民而言，雖然RFID技術存在諸多優勢，但是讀寫器和電子標簽的成本過高，尤其是建立RFID系統后，還需要聘請專業人士進行維護，會嚴重增加其養殖負擔。加之我國廣大的農民文化水平較低，接受高新技術的能力較弱，養殖利潤低，這就導致在我國生豬養殖業內推廣和普及RFID技術具有較高的難度。

6.2 標準化問題

RFID的標準體系分為四大類：RFID技術標準、RFID數據內容標準、RFID性能標準和RFID應用標準。就技術標準而言，目前RFID存在三個主要的技術標準體系。其一是由國際電工委員會（IEC）組織聯合技術委員會和國際標準化組織（ISO）制定的ISO標準體系。其二是國際物品編碼協會（EAN）與美國統一代碼協會（UCC）制定的EPC Global標準化體系。其三是由日本經濟產業省牽頭成立的Ubiquitous ID Center。隨著RFID技術在我國生豬養殖業的快速普及，與之相應的標準化問題也接踵而至。以前我國基本都是照搬三大標準體系的標準，而且在目前生豬養殖行業中主要使用的是超高頻及以上頻段，我國還沒有自己的標準，這就造成了開發商在開發設備時無章可循，生產的設備替換性和通用性極低，而且照搬三大標準體系很容易陷入他人的專利陷阱。因此，我國在2000年年初便已經開始了RFID技術相關標準化的研究制定工作，如出臺了《建設事業IC卡應用技術》《集成電路卡模塊技術規范》等相關政策標準。但是整個生豬養殖行業RFID標準化體系的平衡性、擴展性、保密性還只是在初步探索階段，并沒有十分完善的解決方案。

6.3 數據傳輸干擾問題

RFID技術使用非接觸的通信方式，以電磁波為傳輸媒介在空間中傳播。但是由于反射、折射、散射和吸收等一系列現象的存在，造成了信號在傳播的過程中會有所衰減。在現實的豬舍環境中，豬舍豬只（電子標簽）眾多，讀寫器發送信號時，來自多個不同電子標簽的應答信號之間也會相互干擾。同時使用多個讀寫器時，讀寫器之間也會相互干擾，最終就導致了數據在傳輸過程中出現丟失、無法識別等故障現象。

6.4 數據安全

以RFID技術為核心構建生豬系統使用了大量的電子標簽，這些標簽記錄了豬只的一系列信息，甚至是公司的一些機密信息。但是RFID電子標簽自身的計算、存儲以及電源供應能力是有限的，應對敵對方從無線通信信道以及網絡系統發起的截獲或攻擊，就顯得力不從心了。尤其是RFID讀寫器與多個電子標簽進行通信時，一旦遭到截獲，就可能會暴露所有的信息，造成更大的風險。

7 展望

目前，我國的生豬養殖業在RFID技術的應用上整體技術水平還不太高，很多還只是停留在實驗室的階段。很多大型企業的RFID設備基本依賴于進口，雖然解決了標簽的標準化問題，但是也加重了其生產成本。為了引導RFID技術在生豬養殖業的健康發展，需要政府在政策上給予更多的支持，鼓勵養殖企業大膽創新并提供稅收優惠。同時，還需要重視RFID技術人才隊伍的建設，建設穩定的人才培養梯隊。完善我國自身的RFID標準體系，建立RFID隱私保護法律法規。這樣，隨著RFID技術在生豬養殖業中的不斷推進，成本與傳輸干擾問題逐漸得到解決，標準化與相關法律法規也健全和完善起來，RFID技術在生豬養殖產業中的應用將會擁有更廣闊的前景。