“让猪说话”丨精细化智能养殖中的猪身份识别

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日期：2021-01-11 08:49
来源：《猪业》2020年第5期【万物互联智慧养猪】专题系列文章

“让猪说话”--精细化智能养殖中的猪身份识别

王希斌

广州艾佩克养殖技术咨询有限公司

2018年智能养猪正式进入人们视野，成为我国智能养猪元年。阿里、京东等知名互联网企业，在这一年进入了养猪行业，而传统养猪企业也在考虑如何通过智能技术提高生产效率、降低生产成本。面对众多智能技术与养殖设备中，最引人注目的就是基于个体的身份识别问题。从京东猪脸识别大赛到影子猪脸识别商业化，所以博得业内外的轰动性关注，也正是因为个体身份识别是精细化养猪的根本，无法绕开。对于我们的育种测定工作，更是离不开个体身份识别，需要基于个体来获取性能数据。

这个作为精细化养猪和育种工作离不开的、看似简单的个体身份识别技术，其技术含量并不简单。传统上，我们采用的猪身份识别方式分为：耳缺、墨刺与传统耳牌。其中，传统耳牌是指打印或手写的可视化耳牌。随物联网相关设备的引入，二维码耳牌、电子耳牌（RFID低频/高频）得到了广泛的应用。尤其是电子耳牌，在自动化、物联网和智能化设备中的应用越来越广。

下面，结合智能化养猪生产实际需要，仅就电子标签和猪脸识别两类个体身份识别方法进行对比，阐述实际可行性。

电子标签在猪场生产中的使用

不同频段电子标签比较

养猪企业目前主要采用的电子标签是以采用国际标准ISO11784/11785的低频标签（134.2KHz）。此类低频标签一般为无源标签，工作频率不受无线电频率管制约束；可以穿透水、有机组织、木材等；适于近距离的、低速度的、数据量要求较少的识别应用，国内大部分低频电子耳牌识读距离都在30厘米以下。

国内外的猪自动饲喂器（猪电子性能测定站）多是采用此类电子标签实现基于个体的识别。不过，此类电子标签因受生产工艺限制，其成本较高，重量一般在8克以上，出生仔猪是不宜佩戴这么重的电子耳牌，会造成大面积掉耳牌情况的发生。因此，最早也只能在保育期后佩戴此类耳牌。

近年，随着高频、超高频电子标签生产工艺逐步成熟，出现了猪场使用的无源超高频（915MHz）电子耳牌。无源超高频电子耳牌重量可做到4克以下，这个重量可以在仔猪出生时佩戴使用。通过加大识读天线功率，识读距离很容易就可以达到数米，乃至超过十米，可以满足现场快速进行猪只数量盘点的需求。由于识读距离的增加，在识读区域中可能同时出现多个电子标签的情况，从而提出了多标签同时读取的需求，这也成为超高频射频识别系统的一个重要特征。恰恰是这个特征，超高频识读器也就无法区分前方出现的带超高频电子标签的多头猪到底哪头是哪头，而只知道前方都有哪些猪。

知识梳理：

要区分相邻的两个电子标签，就需要知道电子标签的波长，波长越短，越能区分开相邻的两头带电子耳牌的猪。

公式：λ=μ/ƒ

注：μ为波速，ƒ为频率，λ为波长。

其中μ=3×10⁸m/s

以超高频电子标签频率为915MHz为例，其波长为32.8厘米。如图，在混群饲养现场的使用中，要远距离迅速、准确区分两头相邻的猪会很困难，需要结合其它客观场景，比如，窄的过道、采食区的特殊设计等。

我们希望使用超高频电子标签，在仔猪出生就进行佩戴，直至其整个生命周期。相较低频、高频电子标签，超高频电子标签的整体成本低，识读距离远，具有良好的抗冲突等机制，可以快速而准确地实现多目标读取等特点，使它在生猪养殖中具有更好的发展空间。但在实际使用过程中，目前，超高频电子标签目前仍然不如低频电子标签性能稳定，出现无法识别的比率较低频电子标签高，需要研究机构进行更为深入的研究，使其达到养殖企业业务系统的要求，从而得到更广泛的应用。

部分猪场提出：低频+高频的电子耳牌解决方案。即，仔猪出生，佩戴超高频电子耳牌，断奶后或出保育，佩戴低频电子耳牌，同时高质量的满足快速盘点和电子饲喂站自动测定的需求。个人认为，此方案就小批量饲养的种猪场还是可行的，但要针对大规模饲养的整个肉猪群，实现快速盘点、测重、测膘等需求。显然，此方案需要的投入，尤其是两次打耳牌的人工投入是巨大的。而且，通过饲喂站下的电子秤实现肉猪群的基于个体的体重度量与精准饲喂，其投入也是巨大的。所以，此方案，无论是高材料成本，还是高人工成本，加之对猪的二次损伤，明显存在诸多遗憾。

前面电子标签中还有一类微波（2.4-5.8GHz）电子标签，尤其是5.8GHz的微波电子标签，其波长不到7厘米，具有很强的方向性和空间抗干扰性，这对区分群养猪中的指定个体提供了可能。目前此类电子标签多用于国内外电子不停车收费系统（Electronic Toll Collection，简称ETC），是智能交通的主要服务内容之一，在养猪企业使用微波电子标签还有待于进一步的研究。

这里我们强调精准区分个体的目的是期望在远距离（3米以上）个体身份识别，结合视频估重、测膘、体况评分系统，对每头猪的生长发育过程进行全监控，从而实现基于肉猪群的个体精准饲喂，以及快速在群猪的数量、重量的盘点。这也为从种猪群到商品群进行大范围的、高效的、低成本的生长性能测定提供可能。

猪脸识别技术

另外一个适于智能养殖的是备受关注的猪脸识别技术，作为非接触式识别技术，其在养殖应用上的方便性不言而喻。

猪脸识别流程

无论是京东、还是影子，猪脸识别都赚足了眼球。但这仅仅是研发宣传，距离大规模应用还有相当长的一段路要走，需要解决许多的具体技术难点：

● 猪的群体数量很大，多胎动物，相似度极高，在识别过程中不可能主动配合，严重影响识别的速度和准确度；

● 与猪只品种也有关系，大白猪耳朵向前挺立，比较容易采集到特征点，而长白猪耳朵向前平伸，常常遮挡到眼睛，并且大部分时间是低着头的，不易采集到合格的图像。杜洛克、土猪等有色猪种在识别上也存在很多困难，需要通过特殊的模型和算法调整，对猪脸识别技术进行改进；

● 猪的生长发育速度很快。由出生到上市，长的200天，短的只有120天。在这过程中，猪的面部变化很大，需要用算法进行追溯特定猪的脸部特征变化；

● 养殖环境对识别的影响，比如环境脏、乱，或者环境不稳定等等。

现场实际检测中也反映出此类问题，母猪识别的准确率很容易就能超过90%，而肉猪识别就要低得多，普遍在70-85%之间。这与母猪和肉猪的生活方式不同有关，母猪生活在定位栏，脸部识别容易，而肉猪是群养，活跃，生长发育快，面部变化多。相较于电子标签，应用猪脸识别技术不会对猪只造成任何创伤，在成本上，猪脸识别技术也有着很大的优势。猪脸识别结合通过影像进行估重、测膘、外貌评定等，给我们提供了智能化养殖无限的相像空间。

无论是低频电子标签、超高频电子标签、微波电子标签，还是猪脸识别技术，都是我们用于基于猪个体识别的解决方案。解决身份识别问题是整个智能养猪中最基础的应用，就像我们的身份证一样，可以应用到无数的场景中。我们相信随着科技的发展，更加高效、低成本、准确的猪个体身份识别技术必将于不久的将广泛的应用于养猪企业，为我们的育种管理、生产管理、健康管理、食品安全、环境控制，为打通整个养猪产业链各环节，取得高效精准的数据，提升养猪水平提供保证。