牧場牲畜管理系統
解決方案
北京創羿興晟科技發展有限公司
2017年02月15日
1. 背景及現狀 4
1.1背景 4
1.2現狀 4
2.系統說明 5
3.系統功能 5
3.1牲畜實時定位 5
3.2牲畜信息查看 5
3.3位置快速查找 5
3.4拆卸報警 5
3.5非授權時間離開報警 6
3.6牲畜進出時間記錄 6
3.7軌跡追蹤 6
3.8數量統計 6
3.9消失報警 6
3.10電量低報警 6
3.11報警語音提示 7
4.系統概述 7
4.1系統拓撲圖 7
4.2系統構架 8
4.3系統特點 9
5. 產品布置 12
5.1牲畜圍欄周圍布置 12
5.2牲畜圍欄出入口布置 13
5.3牲畜標籤佩戴位置 13
6. 基站系統設計 14
7.軟體部分基礎功能 14
7.1系統登陸 14
7.2系統首界面 15
7.3功能菜單 15
7.4區域管理 18
7.5設備管理 18
7.6系統管理 18
7.7定位系統前端軟體截圖（以人員定位為例） 19
8.設備介紹 21
8.1定向讀卡器 21
8.2全向讀卡器 22
8.3定位標籤 24
9. 意義 25
改革開放以來，我國畜牧業有了很大發展，畜牧業已發展成為農業和農村經濟的重要支柱產業，但與種植業相比，其現代化程度還很低。進入20世紀80年代後，畜牧業現代化發展的步伐加快，尤其是社會主義市場經濟的建立，使得競爭日益激烈，必須降低生產成本，科學飼養，才能提高經濟效益，才能在激烈的市場競爭中立於不敗之地，因此發展現代畜牧業已刻不容緩。理論來源於實踐，最終還需回到實踐中去才具有存在的魅力，所以我們先從牧區老牧民身上來了解傳統放牧方法的弊端及不足。
現階段從放牧時間來說，基本原則是「早出晚歸」，，即出牧要儘量早，歸牧要儘量晚，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，由於牧區廣袤，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，危及人、畜生命安全，故應在天變雲動時，立即將牲畜儘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，等暴洪過後再走。所以在這種牲畜大規模轉移或緊急避難時，需要精準的找到離群的牲畜，實時了解牲畜轉移方向，這就需要較高的定位精度和實時的追蹤。
本系統是一套完善的牧場牲畜定位管理系統，利用RFID技術針對畜牧場牲畜的實際情況設計了多個功能，很大程度上避免了牲畜丟失後無人知曉的情況，提高了牧場人員管理工作效率，降低牧場牲畜丟失的風險。
在軟體中顯示RFID管控區域內牲畜的實時位置，位置信息在平面圖紙用圓點表示。
在軟體中，牲畜所在位置用圓點表示，當滑鼠移動至圓點時會顯示此圓點對應牲畜的信息，包括：出生日期、性別、編碼。
在軟體查找項目中，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域查詢。
牲畜佩戴的標籤具有報警功能，當偷盜者非授權情況下強行拆掉定位標籤，系統會自動發出報警提示，顯示報警地點及牲畜信息。
在夜晚，牲畜圈養在圍欄內，在此時間段內，為禁止離開階段，當有牲畜離開時系統自動發出警報，並提示報警相應的地點和牲畜信息。
設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。
輸入要查詢牲畜的編號及時間段，系統會以表格的形勢表示出該牲畜的移動軌跡。
管理員進入實時點名模塊可以查看當前時間在圈養圍欄內有多少牲畜。
標籤消失有多種因素（如電池沒電或被破壞、標籤越過信號覆蓋區域等），可以設置指定標籤的消失報警條件和報警級別，如該標籤消失了，將會觸發相應的報警；
可以在系統中設置電量最低界限，一旦標籤電量低於這個界限將會發出報警信息；
報警觸發時，會自動發出語音提示，提醒監控人員及時處理。
設備部分採用的是2.4GHz ZigBee組網技術，整個系統拓撲圖如下圖系統拓撲圖所示。
最底層的是定位終端層（電子標籤），它由牲畜用定位裝置，牧民用定位裝置，及數據轉發用通信基站組成。
牲畜用定位裝置其主要功能是提供發送定位信號接收及計算、位置信息的存儲轉發。定位標籤安裝在牲畜身上，所以標籤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，位置信息轉發及突發事件報警，同時接收總控中心提供的牧場分配和極端天氣預警等信息服務。定位裝置預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境，同時小型化要求較低。
中間層為網絡傳輸層，考慮到草原的特殊地理環境，所以主要採用有線網絡和移動通訊網絡如GSM、GPRS等
頂層為控制管理層，主要功能為提供信息服務、處置突發事件。在控制管理層中將分為數據子層和應用子層。數據子層負責接收基站轉發的牲畜和牧民位置信息，並存儲在系統資料庫中。應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、牧場調度管理、牲畜軌跡信息、突發事件報警及出警等。
本定位系統採用雲計算方式，雲定位服務（CenterService）作為系統的中樞，採用集群式部署，對標籤位置和各類告警信息進行匯總和分發。支持大量的信息採集程序和監控展示程序的並發連接。
系統管理員可以通過管理終端登錄到web後臺管理系統，對檔案資料和系統權限進行管理並存入資料庫；web後臺管理系統同時提供統計報表功能。
雲採集軟體（Agent）負責實時接收RFID接收器上報的標籤的位置信息和告警信息，並周期性地對這些信息進行預處理，採用複雜的定位算法將標籤的位置定位到某個接收器上，然後將處理後的定位信息上報給雲定位服務。
雲定位服務進一步對Agent上報的定位信息進行處理，周期性的統計出每個區域的人數，根據每個標籤的每天的行程安排來判斷標籤是否非法離開規定區域，是否非法進入關鍵區域。可通過配置將某些嚴重的告警信息通過手機簡訊的方式發生給相關管理人員。可以定期將區域的標籤統計信息顯示在LED屏幕上。可以將告警信息和標籤的位置信息輸出，與第三方的系統進行信息集成。
系統管理員通過監控展示程序登錄到雲定位服務後，可以實時收到標籤的位置信息並通過動畫的方式在界面上展現出來；實時接收到各類告警信息並通過聲光等方式提醒系統管理員。監控展示程序還可以通過硬碟錄像機獲取攝像頭的視頻圖像，對定位現場的情景進行進一步的了解，及時的做出響應。
系統集群式部署圖
技術特點
採用雲計算技術，系統能夠根據負載情況來增減定位伺服器的數量。
定位算法完善，採用多種定位器，可以在各種複雜的環境中對標籤進行精確的定位。
系統採用先進的中間件技術，採用面向對象的方法進行開發，整個系統具有低耦合、高內聚的特點。採用集中式拓撲結構，同時支持多個採集程序和多個監控終端。
系統容量大，能夠支持20000個標籤和1000個接收器進行定位；可以通過添加硬體的方式來實現系統容量的線性擴展。
高可用性，定位服務採用集群方式部署，集群具有智能感知功能，支持數據在集群中的伺服器之間共享。支持7*24的服務標準。
監控終端界面美觀，顯示直觀，交互性強，支持自定義地圖編輯。
系統的適應性強，可以在WINXP/WIN2008/WIN7等WINDOWS系列系統上運行。
海量數據存儲，數據存儲支持SQL SERVER、MySQL等主流資料庫系統，支持海量數據的存儲和信息查詢檢索；數據存儲採用磁碟整列，數據安全性高。
擴展性、兼性強、外接設備豐富，如：LED顯示設備、簡訊模塊、身份證讀寫設備等。
支持第三方軟體集成，可以將告警信息和標籤的位置信息通過UDP協議發送出來，與第三方的系統進行信息集成。
系統部署靈活，定製能力強。除了基本的定位、統計等功能外，還可以根據不同的應用場景來添加一些定製功能
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籤信息進行位置判定及數據傳輸，可實時定位牲畜圍欄內牲畜並計算牲畜數量。
牲畜圍欄出入口布置定向讀卡器，每個出入口根據大小可布置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。
標籤可佩戴於動物脖子或者腿上，動物標籤具備防拆卸功能，當標籤被破換或者損壞時，標籤自動發出報警信息，進而提醒管理人員進行部署
由於定位基站採用定位傳輸的技術，定位原理是基於信號衰減值算法。定位基站的覆蓋距離室外50-120米，室內20-80米（這是在無遮擋空曠地帶的值，如果有遮擋物，範圍降低）。因此無論是在室內還是室外，只要在定位信號覆蓋區域內，標籤同時基站覆蓋，即可實現精確定位。
基站主要用於接收定位標籤廣播出來的數據，並將數據傳給定位引擎。
基站可以部署在任何需要進行定位覆蓋的區域，空曠區域內基站與標籤的最大通訊距離是150米左右。
對於定位系統的基站部署時，原則是每隔50米安裝一個基站（全向讀卡器）
用戶選擇自己的用戶名，輸入密碼後可登錄到該系統的主頁面，在此登錄界面為了安全和數據保密起見，並沒有「註冊」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。只有有相應權限的用戶才可以在用戶管理裡添加新用戶。
登陸成功後進入系統的首界面，首界面分為功能菜單、系統菜單、操作區三部分。
功能菜單有「首頁」、「點名」、「拆卸報警」、「解除報警」、「打開報警」、「幫助」。
系統菜單有「系統管理」、「基礎管理」、「查詢管理」。
操作區有「牲畜選擇」、「實時監控」、「位置追蹤」、「歷史軌跡」。
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查詢條件查詢相應的報警信息、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域查詢、牲畜信息查詢。
牲畜信息查詢，根據牲畜編號、在左側欄輸入相應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，解除時根據系統提示進行操作。
² 解除報警
點擊功能菜單「解除報警」按鈕，關閉系統中所有的報警，操作成功後，系統會給出提示。
² 打開報警
點擊系統的左側的「首頁」按鈕，進入牲畜、設備、視頻監控界面。
² 實時監控
點擊首界面中操作區的「實時監控」，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
選擇配有電子標籤的牲畜進行視頻追蹤，點擊「視頻追蹤」按鈕，電子標籤標籤結合RFID設備進行定位，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牲畜數量
² 系統管理
如上圖所示:輸入資料庫備份文件的名稱，點擊保存即可將資料庫信息保存在伺服器上
² 數據還原
數據還原，點擊「是」，則數據會還原到所選擇的數據備份文件內容，取消備份點擊「否」。
² 資料庫配置
資料庫配置包括客戶端資料庫地址的配置，以及資料庫備份的配置。
客戶端資料庫配置輸入伺服器的地址（IP位址），資料庫登陸用戶名以及密碼，連接的資料庫名稱。
資料庫備份設置，設置自動備份的天數以及自動備份的文件路徑。
² 地圖管理
增加、查看和修改地圖信息。
² 區域管理
在地圖上進行區域劃分和管理。
對每個定位設備進行設置，添加等，以及對攝像頭的管理
用戶管理：可設定各種用戶權限，用戶登錄系統後根據自己的權限進行相應的操作和瀏覽符合權限的內容。
² 系統主界面
此界面圖，用戶自己可更換。
² 位置信息顯示
圖上圖標代表標籤實時位置
² 實時標籤數量統計，電子點名
右鍵圖標可查看標籤詳細信息
² 查看指定標籤位置
輸入要查找的標籤號，可查找標籤的當前位置
² 非法或非規定時間離開區域
當有標籤非法或非規定時間離開區域時，系統彈出相應視頻並顯示告警老人信息
² 移動軌跡查看
通過輸入標籤號、需要回放的時間段來查看標籤的移動軌跡。
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、全程監控定位器、報警定位器（可選）、重點監區定位器（可選）。
每個模塊主要功能依次是： 準確區分進出門、對牲畜進行全程監控、觸發靠近關鍵區域時的報警、實現牲畜非法離開報警、準確識別查詢等功能。
產品參數：
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 張標籤
識別方式 ： 定向識別
環境溫度 ： 在-40℃-85℃
使用壽命 ： 30年
抗幹擾性 ： 使用頻道隔離技術，多個設備互不幹擾
安全性能 ： 防水、防雷、防爆、防衝擊，滿足工業環境要求
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
數據速率 ： 最高10M bit/s、
主要用於牲畜圍欄區域的牲畜定位，可對牲畜圍欄圈或放牧區域的牲畜標籤進行實時監控，根據各個全向讀卡器掃描到標籤的衰減值，可判斷牲畜所處於的實時位置。全向讀卡器讀取到標籤信息後，會通過網線、或者流量方式將數據傳輸給數據採集器，實現Zigbee通訊。多臺設備Zigbee組網定位精度約3-5米。
產品介紹：
全向讀卡器讀卡穩定、開發方便、通訊優化、計算編程簡單、系統安裝靈活、有完善的開發板和技術支持、性價比高。該產品具備的優越抗幹擾、防水、防爆、防雷設計，完全適應工業環境要求，完全滿足客戶對RFID產品需求。
產品參數：
工作頻率 ： 2.4GHz―2.5GHz ISM 微波
識別距離 ： 有效識別距離0M—200M，可根據需要調整
定位精度 ： 1M—3M
識別速度 ： 最高識別速度可達200公裡/小時
識別能力 ： 先進防衝突算法，同時識別 200 張標籤
識別方式 ： 全方向識別
環境溫度 ： 在-40℃—85℃
溼 度 ： 5%RH—95%RH（無凝露）
使用壽命 ： 30年
抗幹擾性 ： 使用頻道隔離技術，多個設備互不幹擾
安全性能 ： 防雷、防爆、防衝擊，滿足工業環境要求
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
數據速率 ： 最高10M bit/s
外殼材料 ： 金屬材質
產品顏色 ： 銀灰色
安裝方式 ： 粘貼、側掛或者吊頂
此款標籤是集小巧、報警等特點為一體，方便攜帶。標籤內的電池可由用戶自行更換，無需返廠。電子標籤配合讀寫設備，能完成對牲畜的自動識別和合法身份的免打擾自動排查。此款電子標籤以其卓越的性能、可靠性和高性價比為客戶提供了成功的解決方案。
產品參數：
工作頻率 ： 2.4GHz―2.5GHz ISM 微波
識別距離 ： 有效識別距離0M—200M，可根據需要調整
定位精度 ： 1M—3M
識別速度 ： 最高識別速度可達200公裡/小時
識別能力 ： 先進防衝突算法，同時識別 200 張標籤
識別方式 ： 全方向識別
環境溫度 ： 在-40℃—85℃
溼 度 ： 5%RH—95%RH（無凝露）
使用壽命 ： 1-2年（用戶可自行更換電池）
抗幹擾性 ： 使用頻道隔離技術，多個設備互不幹擾
安全性能 ： 防雷、防爆、防衝擊，滿足工業環境要求
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
數據速率 ： 最高10M bit/s
外殼材料 ： 金屬材質
產品顏色 ： 銀灰色
安裝方式 ： 粘貼、側掛或者吊頂
現代化的畜牧業養殖能夠顯著的提高畜牧養殖效率，減少成本損耗，尤其是像草原放牧這種粗放型的養殖方式。RFID定位系統已經面世多年，高效、準確的定位技術即將大規模應用，這會使牧場養殖人員管理更方便快捷，給農場主帶來更大的經濟收入，給社會生活帶來極大的提高和便利。
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