王永祥

摘 要：隨著食品安全業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，人們對肉類食品生產(chǎn)可視化回溯的要求也越來越高。受時間、精度以及復(fù)雜環(huán)境等條件的限制，比較完善的精確定位跟蹤回溯技術(shù)目前還無法很好地利用。本文介紹了一種基于有源RFID室內(nèi)定位的圈養(yǎng)羊視頻監(jiān)控系統(tǒng)。以RFID技術(shù)為核心，利用讀寫器對標簽進行定位，采用成熟的定位算法與改進技巧，滿足了對圈養(yǎng)羊定位視頻監(jiān)控的技術(shù)要求和可視化回溯監(jiān)管的業(yè)務(wù)需求。

關(guān)鍵詞：RFID 室內(nèi)；定位；食品回溯；視頻；監(jiān)控

近年來，我國逐步將RFID射頻識別技術(shù)運用于現(xiàn)代化畜牧業(yè)生產(chǎn)?，F(xiàn)代的畜牧管理系統(tǒng)逐步由過去的粗放型養(yǎng)殖過渡到進行動物的精細型養(yǎng)殖，同時建立定位追蹤管理來監(jiān)測動物養(yǎng)殖的過程。目前有很多的國家和地區(qū)對食品安全生產(chǎn)采用基于RFID的技術(shù)進行管理，獲得了非常好的效果。隨著RFID技術(shù)的大量使用，我國部分高技術(shù)畜牧企業(yè)提出了可視化肉食監(jiān)控回溯的需求，要求動態(tài)可視追蹤圈養(yǎng)羊的生長全過程直至進入屠宰程序。為此我們提出了基于RFID室內(nèi)定位的圈養(yǎng)羊視頻監(jiān)控回溯系統(tǒng)。

一、RFID 羊肉制品回溯追蹤系統(tǒng)

基于RFID的食品追蹤技術(shù)可以應(yīng)用于畜牧業(yè)生產(chǎn)養(yǎng)殖的全過程，包括合理飼養(yǎng)、衛(wèi)生防疫、食品加工、市場流通等多個環(huán)節(jié)，采用標準化技術(shù)規(guī)范和質(zhì)量監(jiān)督監(jiān)管方式，能有效建立“從養(yǎng)殖到食用”的食品應(yīng)用供應(yīng)鏈回溯追蹤體系。下圖為基于RFID 的羊肉追蹤系統(tǒng)的主要構(gòu)成：

肉類食品監(jiān)管平臺，從各牲畜生產(chǎn)環(huán)節(jié)獲取流通數(shù)據(jù)，通過食品供應(yīng)鏈涉及的關(guān)聯(lián)企業(yè)和業(yè)務(wù)部門的數(shù)據(jù)接入共享，從而實現(xiàn)養(yǎng)殖源頭到零售環(huán)節(jié)的點對點監(jiān)控。養(yǎng)殖環(huán)節(jié)，利用RFID 技術(shù)以及輔助手段進行全程飼養(yǎng)跟蹤，從而能夠和后臺的養(yǎng)殖生產(chǎn)管理系統(tǒng)集成，并且系統(tǒng)和行業(yè)上級主管部門的衛(wèi)生檢疫平臺對接。交通運輸環(huán)節(jié)，使用基于RFID 技術(shù)的系統(tǒng)在交通運輸節(jié)點上安裝道口監(jiān)控系統(tǒng)，從而能夠?qū)嵭袑θ踢\輸過程的監(jiān)控，并提供衛(wèi)生檢疫檢驗和運輸消毒等所需要的活動。屠宰廠環(huán)節(jié)，使用基于RFID 技術(shù)的系統(tǒng)對羊的健康狀況進行確認，信息上傳后端管理系。食品加工環(huán)節(jié)，使用基于RFID 技術(shù)的系統(tǒng)，與條碼技術(shù)配合實現(xiàn)羊和羊肉間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。市場流通環(huán)節(jié)，通過使用RFID 技術(shù)的系統(tǒng)提高物流的效率，通過使用條碼技術(shù)了解源頭的信息。

二、使用RFID技術(shù)實現(xiàn)室內(nèi)定位的視頻監(jiān)控系統(tǒng)

基于RFID 的羊肉回溯系統(tǒng)在進入運輸和屠宰流程后的工作流程，技術(shù)已較為成熟。國內(nèi)目前使用的系統(tǒng)大多從屠宰作業(yè)開始，至零售結(jié)束，系統(tǒng)工作過程與普通基于RFID的物流企業(yè)沒有太大差異，而飼養(yǎng)環(huán)節(jié)基本靠視頻監(jiān)控。以某客戶需求求為例，其下屬畜牧公司每棟羊圈占地60平米，養(yǎng)羊25只，其中羊舍和戶外活動場地各占30平米。用戶要求每天必須為每只羊采集飲食和戶外活動視頻各10分鐘，并與羊身上佩戴的RFID標識對應(yīng)，作為羊肉回溯視頻資料。我們提出了基于RFID室內(nèi)定位的視頻監(jiān)控方式以滿足客戶采集視頻的需要。

射頻識別是利用射頻信號，通過交變磁場或電磁場耦合方式進行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)從而實現(xiàn)信息的傳遞，同時所傳遞的信息能夠進行識別和定位。目前的RFID定位技術(shù)不能直接從讀寫器讀取當(dāng)前標簽的精確距離，而是利用所接收到的信號強度值，用信號傳輸損耗模型估計標簽和讀寫器的距離，再用三邊定位法得到待定位物體的位置，或是根據(jù)讀到的參考標簽的坐標，利用信號估計方法來計算出被測物體的位置。

當(dāng)羊群出入羊舍時，RFID讀寫器按照羊身上佩戴的RFID標簽編號獲取該標簽位置信息，參照固定標簽數(shù)據(jù)推算出較為精確的位置，控制攝像機依次跟蹤拍攝。視頻服務(wù)器將采集到的視頻數(shù)據(jù)歸類整理為相應(yīng)文件提交審核，經(jīng)抽查審核后的數(shù)據(jù)納入飼養(yǎng)監(jiān)控檔案。

三、主要算法及改進

LANDMARC（LocAtioN iDentification based on dynamic

Active Rfid Calibration）系統(tǒng)是基于有源RFID技術(shù)的動態(tài)定位識別系統(tǒng)，它引入了參考標簽的概念，利用處于固定位置的參考標簽作為參考點來進行定位。因為讀寫器能夠讀到的相近位置標簽信號強度（RSSI，Received Signal Strength Indicator）也是相近的，因此LANDMARC系統(tǒng)能夠通過比較讀寫器接收到的待定位標簽與參考標簽信號強度值的不同來找出距離最近的幾個參考標簽，根據(jù)參考標簽的坐標位置并結(jié)合它們的權(quán)重計算出待定位標簽的位置。

在算法的選擇上，LANDMARC系統(tǒng)使用“最近鄰居”算法， LANDMARC系統(tǒng)的定位精度受讀寫器個數(shù)、參考標簽的布局及密度、最近鄰居個數(shù)的選取、室內(nèi)環(huán)境等因素影響。

在實際應(yīng)用中，為減少標簽使用數(shù)量，提高跟蹤精度，降低信號干擾，我們借鑒VIRE 方法，將所有參考標簽跟據(jù)羊群的主要活動路線規(guī)則的放置，將標簽間區(qū)域分割成縱橫各10個網(wǎng)格， 然后將每一個小網(wǎng)格再分成16個相同的網(wǎng)格單元，每個網(wǎng)格單元可以作為1個虛擬參考標簽，因為參考標簽的坐標已知，相應(yīng)參考標簽的坐標可以通過計算得到。在實際環(huán)境中，我們采用拉格朗日插值多項式在離散數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上補插連續(xù)函數(shù)，使得這條連續(xù)曲線通過全部給定的離散數(shù)據(jù)點。通過有限個點處的取值狀況，估算出函數(shù)在其他點處的近似值，以獲取參考標簽的RSSI 值，從而更準確接近現(xiàn)實中的相應(yīng)位置。我們可以認為每一個位置網(wǎng)格對應(yīng)著一個虛擬參考標簽，如果讀寫器讀到的RSSI與讀到的待定位單只羊RFID標簽的RSSI 值差的絕對值在某個閾值之內(nèi)，那么可以對這些區(qū)域標記進行定位。讀寫器數(shù)量越多，其交叉定位精度越高，誤判率也越小。

小結(jié)：對于畜牧加工生產(chǎn)企業(yè)，基于RFID技術(shù)的室內(nèi)定位視頻監(jiān)控溯源管理系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測肉類食品加工生產(chǎn)的全流程，能夠自動的、實時的、準確的收集主要生產(chǎn)流程工序和衛(wèi)生檢驗檢疫等關(guān)鍵節(jié)點環(huán)節(jié)的相關(guān)數(shù)據(jù)，對HACCP質(zhì)量監(jiān)管的要求也能較高滿足。除此之外，政府有關(guān)管理部門通過該系統(tǒng)也能夠?qū)崟r有效地監(jiān)控產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的質(zhì)量安全，及時發(fā)現(xiàn)問題產(chǎn)品的生產(chǎn)源頭及市場流向，從而對肉食品加工企業(yè)的生產(chǎn)過程進行規(guī)范管理，有效保證肉食品在市場流通中的質(zhì)量和食用安全。

參考文獻：

[1]劉熙，劉開華，馬永濤，于潔瀟， 多徑環(huán)境下無源超高頻RFID定位算法研究，《計算機工程》2014年第08期

[2] 韓美林，劉有耀， RFID定位技術(shù)和常見算法比較，《產(chǎn)業(yè)與科技論壇》 2014年01期