牧场牲畜管理系统解决方案

 

 

 

1.背景及现状

1.1背景

改革开放以来，我国畜牧业有了很大发展，畜牧业已发展成为农业和农村经济的重要支柱产业，但与种植业相比，其现代化程度还很低。进入20世纪80年代后，畜牧业现代化发展的步伐加快，尤其是社会主义市场经济的建立，使得竞争日益激烈，必须降低生产成本，科学饲养，才能提高经济效益，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地，因此发展现代畜牧业已刻不容缓。理论来源于实践，最终还需回到实践中去才具有存在的魅力，所以我们先从牧区老牧民身上来了解传统放牧方法的弊端及不足。

1.2现状

现阶段从放牧时间来说，基本原则是“早出晚归”，，即出牧要尽量早，归牧要尽量晚，这样可以让家畜吃好吃饱。早出晚归可防止日射病、中暑等的发生；夏秋季露水较大或冬季有霜时，出牧时间可稍晚。而这个则给管理人员带来了不便，由于牧区广袤，所以牲畜会分散较开，分散在视野之外，而晚上能见度进一步下降，导致牲畜回栏更加困难，甚至导致牲畜丢失。

夏秋季，雨水多，多有山洪暴发，危及人、畜生命安全，故应在天变云动时，立即将牲畜尽量赶到不受洪水威胁的地势较平坦且安全的地方，集中在一起，等暴洪过后再走。所以在这种牲畜大规模转移或紧急避难时，需要精准的找到离群的牲畜，实时了解牲畜转移方向，这就需要较高的定位精度和实时的追踪。

2.系统说明

本系统是一套完善的牧场牲畜定位管理系统，利用RFID技术针对畜牧场牲畜的实际情况设计了多个功能，很大程度上避免了牲畜丢失后无人知晓的情况，提高了牧场人员管理工作效率，降低牧场牲畜丢失的风险。

3.系统功能

3.1牲畜实时定位

在软件中显示RFID管控区域内牲畜的实时位置，位置信息在平面图纸用圆点表示。

3.2牲畜信息查看

在软件中，牲畜所在位置用圆点表示，当鼠标移动至圆点时会显示此圆点对应牲畜的信息，包括：出生日期、性别、编码。

3.3位置快速查找

在软件查找项目中，输入牲畜的编号，可以进行牲畜查找，可以快速对牲畜进行定位及离开区域查询。

3.4拆卸报警

牲畜佩戴的标签具有报警功能，当偷盗者非授权情况下强行拆掉定位标签，系统会自动发出报警提示，显示报警地点及牲畜信息。

3.5非授权时间离开报警

在夜晚，牲畜圈养在围栏内，在此时间段内，为禁止离开阶段，当有牲畜离开时系统自动发出警报，并提示报警相应的地点和牲畜信息。

3.6牲畜进出时间记录

设置在牲畜围栏门口的定向读卡器，可以实时判定牲畜进出时间。

3.7轨迹追踪

输入要查询牲畜的编号及时间段，系统会以表格的形势表示出该牲畜的移动轨迹。

3.8数量统计

管理员进入实时点名模块可以查看当前时间在圈养围栏内有多少牲畜。

3.9消失报警

标签消失有多种因素（如电池没电或被破坏、标签越过信号覆盖区域等），可以设置指定标签的消失报警条件和报警级别，如该标签消失了，将会触发相应的报警；

3.10电量低报警

可以在系统中设置电量最低界限，一旦标签电量低于这个界限将会发出报警信息；

3.11报警语音提示

报警触发时，会自动发出语音提示，提醒监控人员及时处理。

4.系统概述

4.1系统拓扑图

设备部分采用的是2.4GHz ZigBee组网技术，整个系统拓扑图如下图系统拓扑图所示。

 

4.2系统构架

 

最底层的是定位终端层（电子标签），它由牲畜用定位装置，牧民用定位装置，及数据转发用通信基站组成。

牲畜用定位装置其主要功能是提供发送定位信号接收及计算、位置信息的存储转发。定位标签安装在牲畜身上，所以标签具有抵抗剧烈的震动和一定的防破坏功能。
    牧民用定位装置主要功能是导航定位，牲畜位置信息显示，位置信息转发及突发事件报警，同时接收总控中心提供的牧场分配和极端天气预警等信息服务。定位装置预计安装在牧民放牧所用的交通工具，能够提供较好的使用环境，同时小型化要求较低。

中间层为网络传输层，考虑到草原的特殊地理环境，所以主要采用有线网络和移动通讯网络如GSM、GPRS等

顶层为控制管理层，主要功能为提供信息服务、处置突发事件。在控制管理层中将分为数据子层和应用子层。数据子层负责接收基站转发的牲畜和牧民位置信息，并存储在系统数据库中。应用子层则负责对存储的信息进行处理，提供给牧民和总控中心，如牲畜定位、牲畜追踪、牧场调度管理、牲畜轨迹信息、突发事件报警及出警等。

4.3系统特点

本定位系统采用云计算方式，云定位服务（CenterService）作为系统的中枢，采用集群式部署，对标签位置和各类告警信息进行汇总和分发。支持大量的信息采集程序和监控展示程序的并发连接。

系统管理员可以通过管理终端登录到web后台管理系统，对档案资料和系统权限进行管理并存入数据库；web后台管理系统同时提供统计报表功能。

云采集软件（Agent）负责实时接收RFID接收器上报的标签的位置信息和告警信息，并周期性地对这些信息进行预处理，采用复杂的定位算法将标签的位置定位到某个接收器上，然后将处理后的定位信息上报给云定位服务。

云定位服务进一步对Agent上报的定位信息进行处理，周期性的统计出每个区域的人数，根据每个标签的每天的行程安排来判断标签是否非法离开规定区域，是否非法进入关键区域。可通过配置将某些严重的告警信息通过手机短信的方式发生给相关管理人员。可以定期将区域的标签统计信息显示在LED屏幕上。可以将告警信息和标签的位置信息输出，与第三方的系统进行信息集成。

系统管理员通过监控展示程序登录到云定位服务后，可以实时收到标签的位置信息并通过动画的方式在界面上展现出来；实时接收到各类告警信息并通过声光等方式提醒系统管理员。监控展示程序还可以通过硬盘录像机获取摄像头的视频图像，对定位现场的情景进行进一步的了解，及时的做出响应。

 

系统集群式部署图

技术特点

采用云计算技术，系统能够根据负载情况来增减定位服务器的数量。

定位算法完善，采用多种定位器，可以在各种复杂的环境中对标签进行精确的定位。

系统采用先进的中间件技术，采用面向对象的方法进行开发，整个系统具有低耦合、高内聚的特点。采用集中式拓扑结构，同时支持多个采集程序和多个监控终端。

系统容量大，能够支持20000个标签和1000个接收器进行定位；可以通过添加硬件的方式来实现系统容量的线性扩展。

高可用性，定位服务采用集群方式部署，集群具有智能感知功能，支持数据在集群中的服务器之间共享。支持7*24的服务标准。

监控终端界面美观，显示直观，交互性强，支持自定义地图编辑。

系统的适应性强，可以在WINXP/WIN2008/WIN7等WINDOWS系列系统上运行。

海量数据存储，数据存储支持SQL SERVER、MySQL等主流数据库系统，支持海量数据的存储和信息查询检索；数据存储采用磁盘整列，数据安全性高。

  扩展性、兼性强、外接设备丰富，如：LED显示设备、短信模块、身份证读写设备等。

支持第三方软件集成，可以将告警信息和标签的位置信息通过UDP协议发送出来，与第三方的系统进行信息集成。

系统部署灵活，定制能力强。除了基本的定位、统计等功能外，还可以根据不同的应用场景来添加一些定制功能

 

 

5.产品布置

5.1牲畜围栏周围布置

 

在畜牧场围栏周围每隔50米布置一台全向读卡器，全向读卡器读取动物标签信息进行位置判定及数据传输，可实时定位牲畜围栏内牲畜并计算牲畜数量。

5.2牲畜围栏出入口布置

 

牲畜围栏出入口布置定向读卡器，每个出入口根据大小可布置4-8台定向读卡器，定向读卡器可自动判定和记录牲畜出入围栏时间。

 

5.3牲畜标签佩戴位置

 

标签可佩戴于动物脖子或者腿上，动物标签具备防拆卸功能，当标签被破换或者损坏时，标签自动发出报警信息，进而提醒管理人员进行部署

6.基站系统设计

由于定位基站采用定位传输的技术，定位原理是基于信号衰减值算法。定位基站的覆盖距离室外50-120米，室内20-80米（这是在无遮挡空旷地带的值，如果有遮挡物，范围降低）。因此无论是在室内还是室外，只要在定位信号覆盖区域内，标签同时基站覆盖，即可实现精确定位。

• 定位基站部署原则

基站主要用于接收定位标签广播出来的数据，并将数据传给定位引擎。

基站可以部署在任何需要进行定位覆盖的区域，空旷区域内基站与标签的最大通讯距离是150米左右。

对于定位系统的基站部署时，原则是每隔50米安装一个基站（全向读卡器）

7.软件部分基础功能

7.1系统登陆

用户选择自己的用户名，输入密码后可登录到该系统的主页面，在此登录界面为了安全和数据保密起见，并没有“注册”功能，如果有新用户进来，必须通过超级管理员的录入才可以。只有有相应权限的用户才可以在用户管理里添加新用户。

7.2系统首界面

登陆成功后进入系统的首界面，首界面分为功能菜单、系统菜单、操作区三部分。

功能菜单有“首页”、“点名”、“拆卸报警”、“解除报警”、“打开报警”、“帮助”。

系统菜单有“系统管理”、“基础管理”、“查询管理”。

操作区有“牲畜选择”、“实时监控”、“位置追踪”、“历史轨迹”。

7.3功能菜单

² 报警

点击功能菜单“报警”按钮，查看当天未处理的报警信息，当系统中有当天未处理的报警时，该按钮变成红色。点击进入报警信息界面

在此界面我们可以根据查询条件查询相应的报警信息、选择某条报警信息进行删除、刷新、查看详情、解除报警操作，可以查询条件包括区域查询、牲畜信息查询。

牲畜信息查询，根据牲畜编号、在左侧栏输入相应的信息进行报警信息查询。

删除报警，选中某条报警信息将报警信息进行永久性的删除，删除时系统会给出操作提示。

 

 

 

确定删除点击“确定”按钮，取消删除则点击“取消”按钮；点击“刷新”按钮，重新加载报警界面；查看详情，选中某条报警信息查看该报警牲畜的详细信息；解除报警，选中某条报警信息，对该报警信息进行处理操作，解除时根据系统提示进行操作。

² 解除报警

点击功能菜单“解除报警”按钮，关闭系统中所有的报警，操作成功后，系统会给出提示。

² 打开报警

点击系统的左侧的“首页”按钮，进入牲畜、设备、视频监控界面。

² 实时监控

点击首界面中操作区的“实时监控”，可对牲畜进行定位跟踪。

点击“选择牲畜”按钮，在牲畜界面中选取需要进行定位的牲畜。

² 视频追踪

选择配有电子标签的牲畜进行视频追踪，点击“视频追踪”按钮，电子标签标签结合RFID设备进行定位，将定位所在的视频画面显示出来。

² 地图

进入系统首页可以看到地图显示部分，我们可以对地图进行拖拽、放到缩小，单击牲畜围栏圈可以看到多个牲畜围栏圈，点击某一围栏圈视图看出围栏圈内牲畜数量

 

² 系统管理

 

如上图所示:输入数据库备份文件的名称，点击保存即可将数据库信息保存在服务器上

² 数据还原

 

数据还原，点击“是”，则数据会还原到所选择的数据备份文件内容，取消备份点击“否”。

² 数据库配置

 

数据库配置包括客户端数据库地址的配置，以及数据库备份的配置。

客户端数据库配置输入服务器的地址（IP地址），数据库登陆用户名以及密码，连接的数据库名称。

数据库备份设置，设置自动备份的天数以及自动备份的文件路径。

7.4区域管理

² 地图管理

增加、查看和修改地图信息。  

² 区域管理

在地图上进行区域划分和管理。

7.5设备管理

对每个定位设备进行设置，添加等，以及对摄像头的管理

7.6系统管理

用户管理：可设定各种用户权限，用户登录系统后根据自己的权限进行相应的操作和浏览符合权限的内容。

 

7.7定位系统前端软件截图（以人员定位为例）

² 系统主界面

此界面图，用户自己可更换。

 

² 位置信息显示

图上图标代表标签实时位置

 

² 实时标签数量统计，电子点名

右键图标可查看标签详细信息

 

 

² 查看指定标签位置

输入要查找的标签号，可查找标签的当前位置

 

² 非法或非规定时间离开区域

当有标签非法或非规定时间离开区域时，系统弹出相应视频并显示告警老人信息

 

 

² 移动轨迹查看

通过输入标签号、需要回放的时间段来查看标签的移动轨迹。

 

 

8.设备介绍

8.1定向读卡器

定向读卡器是辅助读写器。定向读卡器主要分为进出门管理模组、全程监控定位器、报警定位器（可选）、重点监区定位器（可选）。

每个模块主要功能依次是： 准确区分进出门、对牲畜进行全程监控、触发靠近关键区域时的报警、实现牲畜非法离开报警、准确识别查询等功能。

产品参数：  

工作频率 ： 2.4GHz―2.5GHz ISM 微波段
    识别精度 ： 3M-5M
    识别能力 ： 同时识别 200 张标签
    识别方式 ： 定向识别
    环境温度 ： 在-40℃-85℃
    使用寿命 ： 30年

抗干扰性 ： 使用频道隔离技术，多个设备互不干扰
    安全性能 ： 防水、防雷、防爆、防冲击，满足工业环境要求

防爆等级 ： EXDⅡ CT6

通信接口 ： RS232/RS485/RJ45

电     源 ： 9V/12V-3A DC电源

天线极化 ： 垂直

数据速率 ： 最高10M bit/s、

8.2全向读卡器

主要用于牲畜围栏区域的牲畜定位，可对牲畜围栏圈或放牧区域的牲畜标签进行实时监控，根据各个全向读卡器扫描到标签的衰减值，可判断牲畜所处于的实时位置。全向读卡器读取到标签信息后，会通过网线、或者流量方式将数据传输给数据采集器，实现Zigbee通讯。多台设备Zigbee组网定位精度约3-5米。

产品介绍：

    全向读卡器读卡稳定、开发方便、通讯优化、计算编程简单、系统安装灵活、有完善的开发板和技术支持、性价比高。该产品具备的优越抗干扰、防水、防爆、防雷设计，完全适应工业环境要求，完全满足客户对RFID产品需求。

产品参数：

工作频率 ： 2.4GHz―2.5GHz ISM 微波

识别距离 ： 有效识别距离0M—200M，可根据需要调整

定位精度 ： 1M—3M

识别速度 ： 最高识别速度可达200公里/小时

识别能力 ： 先进防冲突算法，同时识别 200 张标签

识别方式 ： 全方向识别

环境温度 ： 在-40℃—85℃

湿    度 ： 5%RH—95%RH（无凝露）

使用寿命 ： 30年

抗干扰性 ： 使用频道隔离技术，多个设备互不干扰

安全性能 ： 防雷、防爆、防冲击，满足工业环境要求

防爆等级 :  EXDⅡ CT6

通信接口 ： 支持ZIGBEE无线传输、485串口、 GPRS等

电     源 ： 9V/12V—3A DC电源

天线极化 ： 垂直

数据速率 ： 最高10M bit/s

外壳材料 ： 金属材质

产品颜色 ： 银灰色

安装方式 ： 粘贴、侧挂或者吊顶

8.3定位标签

此款标签是集小巧、报警等特点为一体，方便携带。标签内的电池可由用户自行更换，无需返厂。电子标签配合读写设备，能完成对牲畜的自动识别和合法身份的免打扰自动排查。此款电子标签以其卓越的性能、可靠性和高性价比为客户提供了成功的解决方案。

产品参数：

工作频率 ： 2.4GHz―2.5GHz ISM 微波

识别距离 ： 有效识别距离0M—200M，可根据需要调整

定位精度 ： 1M—3M

识别速度 ： 最高识别速度可达200公里/小时

识别能力 ： 先进防冲突算法，同时识别 200 张标签

识别方式 ： 全方向识别

环境温度 ： 在-40℃—85℃

湿    度 ： 5%RH—95%RH（无凝露）

使用寿命 ： 1-2年（用户可自行更换电池）

抗干扰性 ： 使用频道隔离技术，多个设备互不干扰

安全性能 ： 防雷、防爆、防冲击，满足工业环境要求

防爆等级 :  EXDⅡ CT6

通信接口 ： 支持ZIGBEE无线传输、485串口、 GPRS等

电     源 ： 9V/12V—3A DC电源

天线极化 ： 垂直

数据速率 ： 最高10M bit/s

外壳材料 ： 金属材质

产品颜色 ： 银灰色

安装方式 ： 粘贴、侧挂或者吊顶

9.意义

现代化的畜牧业养殖能够显著的提高畜牧养殖效率，减少成本损耗，尤其是像草原放牧这种粗放型的养殖方式。RFID定位系统已经面世多年，高效、准确的定位技术即将大规模应用，这会使牧场养殖人员管理更方便快捷，给农场主带来更大的经济收入，给社会生活带来极大的提高和便利。