1.背景及現(xiàn)狀

1.1背景

改革開放以來，我國畜牧業(yè)有了很大發(fā)展，畜牧業(yè)已發(fā)展成為農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)，但與種植業(yè)相比，其現(xiàn)代化程度還很低。進入20世紀80年代后，畜牧業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的步伐加快，尤其是社會主義市場經(jīng)濟的建立，使得競爭日益激烈，必須降低生產(chǎn)成本，科學飼養(yǎng)，才能提高經(jīng)濟效益，才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地，因此發(fā)展現(xiàn)代畜牧業(yè)已刻不容緩。理論來源于實踐，最終還需回到實踐中去才具有存在的魅力，所以我們先從牧區(qū)老牧民身上來了解傳統(tǒng)放牧方法的弊端及不足。

1.2現(xiàn)狀

現(xiàn)階段從放牧時間來說，基本原則是“早出晚歸”，，即出牧要盡量早，歸牧要盡量晚，這樣可以讓家畜吃好吃飽。早出晚歸可防止日射病、中暑等的發(fā)生；夏秋季露水較大或冬季有霜時，出牧時間可稍晚。而這個則給管理人員帶來了不便，由于牧區(qū)廣袤，所以牲畜會分散較開，分散在視野之外，而晚上能見度進一步下降，導致牲畜回欄更加困難，甚至導致牲畜丟失。

夏秋季，雨水多，多有山洪暴發(fā)，危及人、畜生命安全，故應(yīng)在天變云動時，立即將牲畜盡量趕到不受洪水威脅的地勢較平坦且安全的地方，集中在一起，等暴洪過后再走。所以在這種牲畜大規(guī)模轉(zhuǎn)移或緊急避難時，需要精準的找到離群的牲畜，實時了解牲畜轉(zhuǎn)移方向，這就需要較高的定位精度和實時的追蹤。

2.系統(tǒng)說明

本系統(tǒng)是一套完善的牧場牲畜定位管理系統(tǒng)，利用RFID技術(shù)針對畜牧場牲畜的實際情況設(shè)計了多個功能，很大程度上避免了牲畜丟失后無人知曉的情況，提高了牧場人員管理工作效率，降低牧場牲畜丟失的風險。

3.系統(tǒng)功能

3.1牲畜實時定位

在軟件中顯示RFID管控區(qū)域內(nèi)牲畜的實時位置，位置信息在平面圖紙用圓點表示。

3.2牲畜信息查看

在軟件中，牲畜所在位置用圓點表示，當鼠標移動至圓點時會顯示此圓點對應(yīng)牲畜的信息，包括：出生日期、性別、編碼。

3.3位置快速查找

在軟件查找項目中，輸入牲畜的編號，可以進行牲畜查找，可以快速對牲畜進行定位及離開區(qū)域查詢。

3.4拆卸報警

牲畜佩戴的標簽具有報警功能，當偷盜者非授權(quán)情況下強行拆掉定位標簽，系統(tǒng)會自動發(fā)出報警提示，顯示報警地點及牲畜信息。

3.5非授權(quán)時間離開報警

在夜晚，牲畜圈養(yǎng)在圍欄內(nèi)，在此時間段內(nèi)，為禁止離開階段，當有牲畜離開時系統(tǒng)自動發(fā)出警報，并提示報警相應(yīng)的地點和牲畜信息。

3.6牲畜進出時間記錄

設(shè)置在牲畜圍欄門口的定向讀卡器，可以實時判定牲畜進出時間。

3.7軌跡追蹤

輸入要查詢牲畜的編號及時間段，系統(tǒng)會以表格的形勢表示出該牲畜的移動軌跡。

3.8數(shù)量統(tǒng)計

管理員進入實時點名模塊可以查看當前時間在圈養(yǎng)圍欄內(nèi)有多少牲畜。

3.9消失報警

標簽消失有多種因素（如電池沒電或被破壞、標簽越過信號覆蓋區(qū)域等），可以設(shè)置指定標簽的消失報警條件和報警級別，如該標簽消失了，將會觸發(fā)相應(yīng)的報警；

3.10電量低報警

可以在系統(tǒng)中設(shè)置電量最低界限，一旦標簽電量低于這個界限將會發(fā)出報警信息；

3.11報警語音提示

報警觸發(fā)時，會自動發(fā)出語音提示，提醒監(jiān)控人員及時處理。

4.系統(tǒng)概述

4.1系統(tǒng)拓撲圖

設(shè)備部分采用的是2.4GHz ZigBee組網(wǎng)技術(shù)，整個系統(tǒng)拓撲圖如下圖系統(tǒng)拓撲圖所示。

 

4.2系統(tǒng)構(gòu)架

 

最底層的是定位終端層（電子標簽），它由牲畜用定位裝置，牧民用定位裝置，及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)用通信基站組成。

牲畜用定位裝置其主要功能是提供發(fā)送定位信號接收及計算、位置信息的存儲轉(zhuǎn)發(fā)。定位標簽安裝在牲畜身上，所以標簽具有抵抗劇烈的震動和一定的防破壞功能。
    牧民用定位裝置主要功能是導航定位，牲畜位置信息顯示，位置信息轉(zhuǎn)發(fā)及突發(fā)事件報警，同時接收總控中心提供的牧場分配和極端天氣預(yù)警等信息服務(wù)。定位裝置預(yù)計安裝在牧民放牧所用的交通工具，能夠提供較好的使用環(huán)境，同時小型化要求較低。

中間層為網(wǎng)絡(luò)傳輸層，考慮到草原的特殊地理環(huán)境，所以主要采用有線網(wǎng)絡(luò)和移動通訊網(wǎng)絡(luò)如GSM、GPRS等

頂層為控制管理層，主要功能為提供信息服務(wù)、處置突發(fā)事件。在控制管理層中將分為數(shù)據(jù)子層和應(yīng)用子層。數(shù)據(jù)子層負責接收基站轉(zhuǎn)發(fā)的牲畜和牧民位置信息，并存儲在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。應(yīng)用子層則負責對存儲的信息進行處理，提供給牧民和總控中心，如牲畜定位、牲畜追蹤、牧場調(diào)度管理、牲畜軌跡信息、突發(fā)事件報警及出警等。

4.3系統(tǒng)特點

本定位系統(tǒng)采用云計算方式，云定位服務(wù)（CenterService）作為系統(tǒng)的中樞，采用集群式部署，對標簽位置和各類告警信息進行匯總和分發(fā)。支持大量的信息采集程序和監(jiān)控展示程序的并發(fā)連接。

系統(tǒng)管理員可以通過管理終端登錄到web后臺管理系統(tǒng)，對檔案資料和系統(tǒng)權(quán)限進行管理并存入數(shù)據(jù)庫；web后臺管理系統(tǒng)同時提供統(tǒng)計報表功能。

云采集軟件（Agent）負責實時接收RFID接收器上報的標簽的位置信息和告警信息，并周期性地對這些信息進行預(yù)處理，采用復(fù)雜的定位算法將標簽的位置定位到某個接收器上，然后將處理后的定位信息上報給云定位服務(wù)。

云定位服務(wù)進一步對Agent上報的定位信息進行處理，周期性的統(tǒng)計出每個區(qū)域的人數(shù)，根據(jù)每個標簽的每天的行程安排來判斷標簽是否非法離開規(guī)定區(qū)域，是否非法進入關(guān)鍵區(qū)域?？赏ㄟ^配置將某些嚴重的告警信息通過手機短信的方式發(fā)生給相關(guān)管理人員?？梢远ㄆ趯^(qū)域的標簽統(tǒng)計信息顯示在LED屏幕上?？梢詫⒏婢畔⒑蜆撕灥奈恢眯畔⑤敵?，與第三方的系統(tǒng)進行信息集成。

系統(tǒng)管理員通過監(jiān)控展示程序登錄到云定位服務(wù)后，可以實時收到標簽的位置信息并通過動畫的方式在界面上展現(xiàn)出來；實時接收到各類告警信息并通過聲光等方式提醒系統(tǒng)管理員。監(jiān)控展示程序還可以通過硬盤錄像機獲取攝像頭的視頻圖像，對定位現(xiàn)場的情景進行進一步的了解，及時的做出響應(yīng)。

 

系統(tǒng)集群式部署圖

技術(shù)特點

采用云計算技術(shù)，系統(tǒng)能夠根據(jù)負載情況來增減定位服務(wù)器的數(shù)量。

定位算法完善，采用多種定位器，可以在各種復(fù)雜的環(huán)境中對標簽進行精確的定位。

系統(tǒng)采用先進的中間件技術(shù)，采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM行開發(fā)，整個系統(tǒng)具有低耦合、高內(nèi)聚的特點。采用集中式拓撲結(jié)構(gòu)，同時支持多個采集程序和多個監(jiān)控終端。

系統(tǒng)容量大，能夠支持20000個標簽和1000個接收器進行定位；可以通過添加硬件的方式來實現(xiàn)系統(tǒng)容量的線性擴展。

高可用性，定位服務(wù)采用集群方式部署，集群具有智能感知功能，支持數(shù)據(jù)在集群中的服務(wù)器之間共享。支持7*24的服務(wù)標準。

監(jiān)控終端界面美觀，顯示直觀，交互性強，支持自定義地圖編輯。

系統(tǒng)的適應(yīng)性強，可以在WINXP/WIN2008/WIN7等WINDOWS系列系統(tǒng)上運行。

海量數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)存儲支持SQL SERVER、MySQL等主流數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，支持海量數(shù)據(jù)的存儲和信息查詢檢索；數(shù)據(jù)存儲采用磁盤整列，數(shù)據(jù)安全性高。

  擴展性、兼性強、外接設(shè)備豐富，如：LED顯示設(shè)備、短信模塊、身份證讀寫設(shè)備等。

支持第三方軟件集成，可以將告警信息和標簽的位置信息通過UDP協(xié)議發(fā)送出來，與第三方的系統(tǒng)進行信息集成。

系統(tǒng)部署靈活，定制能力強。除了基本的定位、統(tǒng)計等功能外，還可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景來添加一些定制功能

 

 

5.產(chǎn)品布置

5.1牲畜圍欄周圍布置

 

在畜牧場圍欄周圍每隔50米布置一臺全向讀卡器，全向讀卡器讀取動物標簽信息進行位置判定及數(shù)據(jù)傳輸，可實時定位牲畜圍欄內(nèi)牲畜并計算牲畜數(shù)量。

5.2牲畜圍欄出入口布置

 

牲畜圍欄出入口布置定向讀卡器，每個出入口根據(jù)大小可布置4-8臺定向讀卡器，定向讀卡器可自動判定和記錄牲畜出入圍欄時間。

 

5.3牲畜標簽佩戴位置

 

標簽可佩戴于動物脖子或者腿上，動物標簽具備防拆卸功能，當標簽被破換或者損壞時，標簽自動發(fā)出報警信息，進而提醒管理人員進行部署

6.基站系統(tǒng)設(shè)計

由于定位基站采用定位傳輸?shù)募夹g(shù)，定位原理是基于信號衰減值算法。定位基站的覆蓋距離室外50-120米，室內(nèi)20-80米（這是在無遮擋空曠地帶的值，如果有遮擋物，范圍降低）。因此無論是在室內(nèi)還是室外，只要在定位信號覆蓋區(qū)域內(nèi)，標簽同時基站覆蓋，即可實現(xiàn)精確定位。

• 定位基站部署原則

基站主要用于接收定位標簽廣播出來的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳給定位引擎。

基站可以部署在任何需要進行定位覆蓋的區(qū)域，空曠區(qū)域內(nèi)基站與標簽的最大通訊距離是150米左右。

對于定位系統(tǒng)的基站部署時，原則是每隔50米安裝一個基站（全向讀卡器）

7.軟件部分基礎(chǔ)功能

7.1系統(tǒng)登陸

用戶選擇自己的用戶名，輸入密碼后可登錄到該系統(tǒng)的主頁面，在此登錄界面為了安全和數(shù)據(jù)保密起見，并沒有“注冊”功能，如果有新用戶進來，必須通過超級管理員的錄入才可以。只有有相應(yīng)權(quán)限的用戶才可以在用戶管理里添加新用戶。

7.2系統(tǒng)首界面

登陸成功后進入系統(tǒng)的首界面，首界面分為功能菜單、系統(tǒng)菜單、操作區(qū)三部分。

功能菜單有“首頁”、“點名”、“拆卸報警”、“解除報警”、“打開報警”、“幫助”。

系統(tǒng)菜單有“系統(tǒng)管理”、“基礎(chǔ)管理”、“查詢管理”。

操作區(qū)有“牲畜選擇”、“實時監(jiān)控”、“位置追蹤”、“歷史軌跡”。

7.3功能菜單

² 報警

點擊功能菜單“報警”按鈕，查看當天未處理的報警信息，當系統(tǒng)中有當天未處理的報警時，該按鈕變成紅色。點擊進入報警信息界面

在此界面我們可以根據(jù)查詢條件查詢相應(yīng)的報警信息、選擇某條報警信息進行刪除、刷新、查看詳情、解除報警操作，可以查詢條件包括區(qū)域查詢、牲畜信息查詢。

牲畜信息查詢，根據(jù)牲畜編號、在左側(cè)欄輸入相應(yīng)的信息進行報警信息查詢。

刪除報警，選中某條報警信息將報警信息進行永久性的刪除，刪除時系統(tǒng)會給出操作提示。

 

 

 

確定刪除點擊“確定”按鈕，取消刪除則點擊“取消”按鈕；點擊“刷新”按鈕，重新加載報警界面；查看詳情，選中某條報警信息查看該報警牲畜的詳細信息；解除報警，選中某條報警信息，對該報警信息進行處理操作，解除時根據(jù)系統(tǒng)提示進行操作。

² 解除報警

點擊功能菜單“解除報警”按鈕，關(guān)閉系統(tǒng)中所有的報警，操作成功后，系統(tǒng)會給出提示。

² 打開報警

點擊系統(tǒng)的左側(cè)的“首頁”按鈕，進入牲畜、設(shè)備、視頻監(jiān)控界面。

² 實時監(jiān)控

點擊首界面中操作區(qū)的“實時監(jiān)控”，可對牲畜進行定位跟蹤。

點擊“選擇牲畜”按鈕，在牲畜界面中選取需要進行定位的牲畜。

² 視頻追蹤

選擇配有電子標簽的牲畜進行視頻追蹤，點擊“視頻追蹤”按鈕，電子標簽標簽結(jié)合RFID設(shè)備進行定位，將定位所在的視頻畫面顯示出來。

² 地圖

進入系統(tǒng)首頁可以看到地圖顯示部分，我們可以對地圖進行拖拽、放到縮小，單擊牲畜圍欄圈可以看到多個牲畜圍欄圈，點擊某一圍欄圈視圖看出圍欄圈內(nèi)牲畜數(shù)量

 

² 系統(tǒng)管理

 

如上圖所示:輸入數(shù)據(jù)庫備份文件的名稱，點擊保存即可將數(shù)據(jù)庫信息保存在服務(wù)器上

² 數(shù)據(jù)還原

 

數(shù)據(jù)還原，點擊“是”，則數(shù)據(jù)會還原到所選擇的數(shù)據(jù)備份文件內(nèi)容，取消備份點擊“否”。

² 數(shù)據(jù)庫配置

 

數(shù)據(jù)庫配置包括客戶端數(shù)據(jù)庫地址的配置，以及數(shù)據(jù)庫備份的配置。

客戶端數(shù)據(jù)庫配置輸入服務(wù)器的地址（IP地址），數(shù)據(jù)庫登陸用戶名以及密碼，連接的數(shù)據(jù)庫名稱。

數(shù)據(jù)庫備份設(shè)置，設(shè)置自動備份的天數(shù)以及自動備份的文件路徑。

7.4區(qū)域管理

² 地圖管理

增加、查看和修改地圖信息。  

² 區(qū)域管理

在地圖上進行區(qū)域劃分和管理。

7.5設(shè)備管理

對每個定位設(shè)備進行設(shè)置，添加等，以及對攝像頭的管理

7.6系統(tǒng)管理

用戶管理：可設(shè)定各種用戶權(quán)限，用戶登錄系統(tǒng)后根據(jù)自己的權(quán)限進行相應(yīng)的操作和瀏覽符合權(quán)限的內(nèi)容。

 

7.7定位系統(tǒng)前端軟件截圖（以人員定位為例）

² 系統(tǒng)主界面

此界面圖，用戶自己可更換。

 

² 位置信息顯示

圖上圖標代表標簽實時位置

 

² 實時標簽數(shù)量統(tǒng)計，電子點名

右鍵圖標可查看標簽詳細信息

 

 

² 查看指定標簽位置

輸入要查找的標簽號，可查找標簽的當前位置

 

² 非法或非規(guī)定時間離開區(qū)域

當有標簽非法或非規(guī)定時間離開區(qū)域時，系統(tǒng)彈出相應(yīng)視頻并顯示告警老人信息

 

 

² 移動軌跡查看

通過輸入標簽號、需要回放的時間段來查看標簽的移動軌跡。

 

 

8.設(shè)備介紹

8.1定向讀卡器

定向讀卡器是輔助讀寫器。定向讀卡器主要分為進出門管理模組、全程監(jiān)控定位器、報警定位器（可選）、重點監(jiān)區(qū)定位器（可選）。

每個模塊主要功能依次是： 準確區(qū)分進出門、對牲畜進行全程監(jiān)控、觸發(fā)靠近關(guān)鍵區(qū)域時的報警、實現(xiàn)牲畜非法離開報警、準確識別查詢等功能。

產(chǎn)品參數(shù)：  

工作頻率 ： 2.4GHz―2.5GHz ISM 微波段
    識別精度 ： 3M-5M
    識別能力 ： 同時識別 200 張標簽
    識別方式 ： 定向識別
    環(huán)境溫度 ： 在-40℃-85℃
    使用壽命 ： 30年

抗干擾性 ： 使用頻道隔離技術(shù)，多個設(shè)備互不干擾
    安全性能 ： 防水、防雷、防爆、防沖擊，滿足工業(yè)環(huán)境要求

防爆等級 ： EXDⅡ CT6

通信接口 ： RS232/RS485/RJ45

電     源 ： 9V/12V-3A DC電源

天線極化 ： 垂直

數(shù)據(jù)速率 ： 最高10M bit/s、

8.2全向讀卡器

主要用于牲畜圍欄區(qū)域的牲畜定位，可對牲畜圍欄圈或放牧區(qū)域的牲畜標簽進行實時監(jiān)控，根據(jù)各個全向讀卡器掃描到標簽的衰減值，可判斷牲畜所處于的實時位置。全向讀卡器讀取到標簽信息后，會通過網(wǎng)線、或者流量方式將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)采集器，實現(xiàn)Zigbee通訊。多臺設(shè)備Zigbee組網(wǎng)定位精度約3-5米。

產(chǎn)品介紹：

    全向讀卡器讀卡穩(wěn)定、開發(fā)方便、通訊優(yōu)化、計算編程簡單、系統(tǒng)安裝靈活、有完善的開發(fā)板和技術(shù)支持、性價比高。該產(chǎn)品具備的優(yōu)越抗干擾、防水、防爆、防雷設(shè)計，完全適應(yīng)工業(yè)環(huán)境要求，完全滿足客戶對RFID產(chǎn)品需求。

產(chǎn)品參數(shù)：

工作頻率 ： 2.4GHz―2.5GHz ISM 微波

識別距離 ： 有效識別距離0M—200M，可根據(jù)需要調(diào)整

定位精度 ： 1M—3M

識別速度 ： 最高識別速度可達200公里/小時

識別能力 ： 先進防沖突算法，同時識別 200 張標簽

識別方式 ： 全方向識別

環(huán)境溫度 ： 在-40℃—85℃

濕    度 ： 5%RH—95%RH（無凝露）

使用壽命 ： 30年

抗干擾性 ： 使用頻道隔離技術(shù)，多個設(shè)備互不干擾

安全性能 ： 防雷、防爆、防沖擊，滿足工業(yè)環(huán)境要求

防爆等級 :  EXDⅡ CT6

通信接口 ： 支持ZIGBEE無線傳輸、485串口、 GPRS等

電     源 ： 9V/12V—3A DC電源

天線極化 ： 垂直

數(shù)據(jù)速率 ： 最高10M bit/s

外殼材料 ： 金屬材質(zhì)

產(chǎn)品顏色 ： 銀灰色

安裝方式 ： 粘貼、側(cè)掛或者吊頂

8.3定位標簽

此款標簽是集小巧、報警等特點為一體，方便攜帶。標簽內(nèi)的電池可由用戶自行更換，無需返廠。電子標簽配合讀寫設(shè)備，能完成對牲畜的自動識別和合法身份的免打擾自動排查。此款電子標簽以其卓越的性能、可靠性和高性價比為客戶提供了成功的解決方案。

產(chǎn)品參數(shù)：

工作頻率 ： 2.4GHz―2.5GHz ISM 微波

識別距離 ： 有效識別距離0M—200M，可根據(jù)需要調(diào)整

定位精度 ： 1M—3M

識別速度 ： 最高識別速度可達200公里/小時

識別能力 ： 先進防沖突算法，同時識別 200 張標簽

識別方式 ： 全方向識別

環(huán)境溫度 ： 在-40℃—85℃

濕    度 ： 5%RH—95%RH（無凝露）

使用壽命 ： 1-2年（用戶可自行更換電池）

抗干擾性 ： 使用頻道隔離技術(shù)，多個設(shè)備互不干擾

安全性能 ： 防雷、防爆、防沖擊，滿足工業(yè)環(huán)境要求

防爆等級 :  EXDⅡ CT6

通信接口 ： 支持ZIGBEE無線傳輸、485串口、 GPRS等

電     源 ： 9V/12V—3A DC電源

天線極化 ： 垂直

數(shù)據(jù)速率 ： 最高10M bit/s

外殼材料 ： 金屬材質(zhì)

產(chǎn)品顏色 ： 銀灰色

安裝方式 ： 粘貼、側(cè)掛或者吊頂

9.意義

現(xiàn)代化的畜牧業(yè)養(yǎng)殖能夠顯著的提高畜牧養(yǎng)殖效率，減少成本損耗，尤其是像草原放牧這種粗放型的養(yǎng)殖方式。RFID定位系統(tǒng)已經(jīng)面世多年，高效、準確的定位技術(shù)即將大規(guī)模應(yīng)用，這會使牧場養(yǎng)殖人員管理更方便快捷，給農(nóng)場主帶來更大的經(jīng)濟收入，給社會生活帶來極大的提高和便利。