美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)與RFID技術(shù)公司Biomark合作，在花崗巖大壩下部的Ogee混凝土中部署了無(wú)源LF RFID 跟蹤系統(tǒng)。當(dāng)鮭魚(yú)以每小時(shí)47英里的速度進(jìn)入太平洋的哥倫比亞盆地時(shí)，該系統(tǒng)在水下1米或更遠(yuǎn)的距離捕捉到鮭魚(yú)的獨(dú)特識(shí)別號(hào)。

捕獲這些數(shù)據(jù)的一組RFID天線永久集成在美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)(USACE)制造的花崗巖大壩下的一號(hào)溢洪道中。天線嵌在Ogee混凝土溢洪道中。USACE擁有并運(yùn)營(yíng)著河流下游的大壩，而RFID技術(shù)主要由Bonneville電力管理局提供資金支持，后者從大壩中生產(chǎn)和銷(xiāo)售水力發(fā)電。

無(wú)線跟蹤系統(tǒng)包括一些捕獲標(biāo)簽傳輸?shù)墓こ檀胧＿@意味著要擴(kuò)大標(biāo)簽可讀的RF范圍，并減少標(biāo)簽傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，從而確保每一次識(shí)別到的鮭魚(yú)數(shù)據(jù)都是在讀取范圍內(nèi)接收的。

NOAA一直在使用RFID技術(shù)來(lái)追蹤鮭魚(yú)，這種技術(shù)可以追溯到20世紀(jì)80年代，當(dāng)時(shí)在魚(yú)類(lèi)體內(nèi)植入了400 KHz的標(biāo)簽。跟蹤的目的是幫助研究人員了解哥倫比亞河中的鮭魚(yú)種群和相關(guān)河道，這些鮭魚(yú)的數(shù)量已經(jīng)在減少。鮭魚(yú)的損失是多種因素造成的，其中包括被其他動(dòng)物獵食、棲息地喪失、密集捕撈和氣候變化。近年來(lái)，機(jī)構(gòu)為了讓更多的鮭魚(yú)通過(guò)大壩并進(jìn)入海洋中，每年給大壩泄洪并排放更多的水，這意味著魚(yú)類(lèi)可以在更大的水體中更快移動(dòng)。

NOAA電子技術(shù)員Gabriel Brooks表示，先前的RFID檢測(cè)系統(tǒng)包括傳統(tǒng)分支旁路系統(tǒng)，鮭魚(yú)被迫以較低的速度通過(guò)該系統(tǒng)，從而確保了鮭魚(yú)的標(biāo)簽?zāi)軌虮蛔x取，并確保大壩另一側(cè)的著陸更加平穩(wěn)。然而，隨著流經(jīng)溢洪道的水量增加，較小一部分的魚(yú)不會(huì)使用旁路系統(tǒng)，從而增加了流經(jīng)溢洪道的魚(yú)的比例。

為了適應(yīng)這種情況，USACE啟動(dòng)了一個(gè)項(xiàng)目，以建立一個(gè)基于混凝土的RFID標(biāo)簽檢測(cè)系統(tǒng)。這給NOAA提供了安裝永久性天線系統(tǒng)的機(jī)會(huì)，該系統(tǒng)可以在穿越大壩時(shí)以每小時(shí)近50英里的速度捕獲大量鮭魚(yú)的標(biāo)簽信息。Brooks說(shuō)，“我們參與了這個(gè)項(xiàng)目”并設(shè)置天線用30毫秒的時(shí)間，通過(guò)七英寸的混凝土激活每個(gè)標(biāo)簽并收集其數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在正在安裝天線，并將在接下來(lái)的幾個(gè)月內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。

幼鮭從野外孵化場(chǎng)或人工孵化場(chǎng)孵化而來(lái)，大約有120毫米大小，每年機(jī)構(gòu)會(huì)在魚(yú)群的腹中投放大約1到2百萬(wàn)個(gè)RFID標(biāo)簽。通常，野生魚(yú)被電暈，然后在其身體上貼上12毫米的標(biāo)簽，然后再繼續(xù)放生。幼鮭魚(yú)或大馬哈魚(yú)從河底游到海洋，在那里待了一到五年，然后才返回上游并產(chǎn)卵。

NOAA和Biomark已經(jīng)在河流的底部安裝了許多天線，這些天線分散在西北水道上，和帶有包含LF天線的網(wǎng)絡(luò)的船只共同捕獲標(biāo)簽讀數(shù)?；◢弾r下游大壩的最新天線將幫助研究人員通過(guò)大壩系統(tǒng)更精確地跟蹤魚(yú)類(lèi)，使他們了解哪些變化可以幫助增加魚(yú)類(lèi)的生存機(jī)會(huì)。Brooks說(shuō)：“大多數(shù)魚(yú)都通過(guò)溢洪道，因此，重要的是要開(kāi)發(fā)出某種方法來(lái)探測(cè)通過(guò)那條路線的魚(yú)?！钡悄壳斑€沒(méi)有人設(shè)計(jì)出一種用于高速、高流量的RFID系統(tǒng)。

NOAA規(guī)定了溢洪道檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)RFID的要求，而B(niǎo)iomark設(shè)計(jì)了必要的閱讀器、天線和標(biāo)簽。Biomark是漁業(yè)、野生生物和自然資源保護(hù)的全球電子身份識(shí)別系統(tǒng)公司，專(zhuān)門(mén)從事LF RFID。三十多年來(lái)，它的技術(shù)一直用于追蹤蝙蝠、爬行動(dòng)物、鳥(niǎo)類(lèi)和魚(yú)類(lèi)。

首先，USACE確定了如何安裝閱讀器天線，并以非常小的公差(45度角)將混凝土放置在天線上。該機(jī)構(gòu)使用玻璃纖維鋼筋代替金屬，以避免干擾天線信號(hào)。對(duì)于NOAA和Biomark而言，讀取標(biāo)簽是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。Biomark技術(shù)與應(yīng)用服務(wù)總監(jiān)Steve Anglea說(shuō)，這里天線的輻射范圍約為半米左右，但較低的花崗巖天線必須能夠快速讀取且輻射范圍更大。

天線在混凝土的任何方向、上游或下游都有大約0.9米的RF場(chǎng)，高度和寬度約為1米。該系統(tǒng)使用11個(gè)天線，每個(gè)天線都有自己的接收器。這些天線分為三排，并錯(cuò)開(kāi)方向，以便在通往太平洋的路途上通過(guò)多個(gè)天線場(chǎng)發(fā)射信號(hào)。

Anglea解釋說(shuō)，定制閱讀器可以為內(nèi)置在混凝土料斗中的天線提供高達(dá)30安培的功率。這一相對(duì)較多的能量使天線能夠遠(yuǎn)距離激活標(biāo)簽。天線會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)，該電磁場(chǎng)會(huì)為每個(gè)134 KHz的LF標(biāo)簽供電，標(biāo)簽的響應(yīng)不是一個(gè)識(shí)別號(hào)碼，而是一個(gè)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的單一響應(yīng)。Anglea說(shuō)：“這一模式一旦被收發(fā)器檢測(cè)到，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)簽代碼?！?/p>

Anglea說(shuō)，為了使查詢效率更高，每一個(gè)過(guò)程都被分為一個(gè)模塊，而不是一個(gè)電路板，從而使每個(gè)進(jìn)程都以最佳方式執(zhí)行且不會(huì)干擾其他流程?！袄?，我們可以更輕松地從傳輸中提取標(biāo)簽代碼?！?/p>

研究人員設(shè)計(jì)了一種原型解決方案，將在華盛頓州帕斯科的NOAA測(cè)試設(shè)施進(jìn)行測(cè)試。甚至檢查了花崗巖下使用的混凝土混合物對(duì)讀取性能的影響。NOAA在起草項(xiàng)目合同時(shí)，最初指定所有混凝土應(yīng)與非磁性聚合物混合。但是，在測(cè)試了非磁性和磁性聚合物之后，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)此要求沒(méi)有必要。

為了繼續(xù)進(jìn)行測(cè)試，該團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)，以高達(dá)每秒80英尺的速度通過(guò)每個(gè)天線發(fā)射標(biāo)簽信號(hào)，以驗(yàn)證讀取的準(zhǔn)確性?；炷劣?019年12月澆在天線上，該系統(tǒng)計(jì)劃在2020年2月底在其大壩上方投入使用，然后在春季完全投入使用。這套系統(tǒng)將持續(xù)運(yùn)行，但冬季會(huì)關(guān)閉。

生成的解決方案現(xiàn)已完全安裝。混凝土固化將持續(xù)到本月底，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)評(píng)估。到目前為止，RFID標(biāo)簽的檢測(cè)范圍比混凝土大約高出1米，與上游和下游閱讀器天線至少相距30英寸。Anglea說(shuō)：“沒(méi)有其他可參考的應(yīng)用?！?/p>

這套系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將有助于研究人員了解在產(chǎn)卵過(guò)程中存活下來(lái)的鮭魚(yú)數(shù)量，以及在魚(yú)類(lèi)生命周期中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。Brooks說(shuō)：“這是了解這些細(xì)節(jié)的主要工具。我們已經(jīng)進(jìn)行了多年的測(cè)試，花了幾年的時(shí)間開(kāi)發(fā)這種閱讀器，并且已經(jīng)測(cè)試了各種天線型號(hào)。”

接下來(lái)，NOAA規(guī)劃小組將考慮在Bonneville發(fā)電廠安裝基于RFID的檢測(cè)系統(tǒng)，魚(yú)、樹(shù)木和雜物都會(huì)經(jīng)由大壩穿過(guò)。此外，沿著哥倫比亞河下游的其他研究與開(kāi)發(fā)工作正在進(jìn)行中，包括在一條河道中建造12個(gè)天線網(wǎng)絡(luò)，并在兩條小艇之間跨河延伸，以檢測(cè)下游有標(biāo)記的魚(yú)類(lèi)。