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文章引用

杨亮，王辉，陈瑞鹏，等。畜禽个体识别技术发展历程及展望[J].猪学, 2023, 40(9): 24-27.

畜禽个体识别技术发展历程及展望

杨亮、王辉、陈瑞鹏、熊本海

（中国农业科学院北京畜牧兽医研究所畜禽营养与饲养国家重点实验室，北京）

前言

畜禽个体识别在畜禽养殖、屠宰、加工和消费等各个环节都发挥着重要作用。在配种过程中，基于身份识别衡量猪的个体生产性能，指导种猪选育；基于个体猪的自动识别和物联网技术，采集猪的生理参数和养殖信息，调节生产环境和养殖过程，实现精准养殖目标。在疾病防控监测过程中，利用识别技术建立疾病追溯系统，记录猪只个体的免疫状况。当疾病爆发时，可以快速追踪传染源和传播途径，发现疾病的流行趋势和生物学规律，及时控制传染源。移动，减少经济和社会损失。在产品贸易和食品安全方面，建立生猪及其产品标签和追溯体系，保障消费者免受食品安全事故的侵害。为此，各国集中优势科研和产业力量进行技术攻关，取得了一定成果。本文将重点介绍畜禽个体识别技术的发展和演变，并对机器视觉等相关领域个体识别技术的发展进行展望。

传统致病性和免疫性鉴定技术研究

当动物从野生状态驯化到人工饲养时，古人用各种物理方法对其进行标记，如在皮肤、尾巴、嘴唇、蹄和角上纹身或烙记，在耳朵上打洞或割伤，在动物身上涂抹或标记等。油漆、佩戴项圈、脚链或标签等。

1.1 剪穗法

剪耳法又称割耳法、刻耳法等，用专用的耳号钳在牲畜的左右耳上打出缺口或圆孔。每个耳槽或圆孔代表一个特定的数字。耳号组成规则包括数字规则和编码规则。数字规则主要分为“内外法”和“上下法”。编码规则主要有“大排列法”、“巢排列法”和“标记父法”。

1.2 纹身方法

耳朵纹身是永久识别动物的传统方法之一。将刚出生的幼畜的右耳内侧用热水清洗并擦干，用耳标钳在右耳内侧刺破。耳标钳可放入不同数量的针头，穿刺部位涂上黑色墨水或烟灰酒精溶液。对于深色或黑耳品种，绿色染料更合适。除了耳朵纹身外，有些地区还用锤子纹身来刻数字，以标记待宰的猪，但这种方法已基本被淘汰。

纹身方法需要将动物的头部束缚住，才能进行纹身和识别。不适合日常使用，但打标精度高，不易出错，伤口小，不易引起细菌感染。

1.3 压印法

初始品牌化方法采用热品牌化方法。烙铁是用低碳钢合金等良好的热导体制成文字或符号的形状。将加热的烙铁放在动物的皮肤上几秒钟。根据坯体形状进行滚压而成。最后用冷水或伤口油缓解。灼伤皮肤并促进愈合。火烧法会损伤真皮，影响皮革的质量。而且，烧伤疤痕往往会感染化脓，导致字迹模糊，难以辨认。

由于动物福利原因，烫印法逐渐被冷冻烙印法所取代。冷冻烙铁由铜或青铜合金制成。它利用二氧化碳钢瓶、干冰乙醇混合物或液氮将烙铁冷却至-60℃，可以破坏皮肤中产生色素的色素细胞，而不损伤毛囊。这种方法的优点是清晰明显、易于识别、永不消失；操作简便，对皮肤损伤小，无痛。

1.4 颜色法

在生产过程中，有时需要进行临时标记。如果产犊时需要在母畜和犊牛身上使用相同颜色的油漆标记母畜编号和犊牛编号，可以使用专用标记涂料或使用易清洗的着色材料进行标记。

条码识别技术

随着材料和工艺的发展，基于塑料耳标的佩戴识别已在全球畜牧生产中得到广泛应用。在耳标上添加条码识别，可以实现耳标编号的自动识别和读取。在此基础上构建畜禽追溯管理体系，建立健全食品质量安全体系，已在各国使用和推广。

美国组建了牲畜标签制定小组，负责制定和建立牲畜标签工作计划，目标是在发现外来疾病时48小时内查明所有涉及的公司。 2004年，开始使用带有企业编号或个人身份识别的耳标。加拿大实施“加拿大品牌”战略，2008年实现了农业和食品工业80%的农产品可追溯。欧盟要求大多数国家制定和实施牲畜和肉类产品的可追溯系统。 2002年以后，所有销售的产品都必须有可追溯标签。法国对屠宰生猪实施强制标签。在荷兰，断奶后一周内给仔猪添加耳标，成品猪在屠宰或出口时必须打上屠宰标记。在丹麦，猪从出生地运出时必须贴上耳标。澳大利亚实施了一项国家牲畜标签计划，跟踪牲畜从出生到屠宰的整个过程。个体牲畜通过经过认证的耳标或瘤胃标签进行识别。当牧场主出售其羊时，他必须在申请表上填写标签号码。

中国高度重视重大动物疫病防控和食品质量安全。 2001年开始实行动物免疫标识制度。2002年，农业部发布了《动物免疫标识管理办法》，规定动物免疫标识包括免疫标签和免疫档案，也适用于生猪。牛、羊等重大疾病免疫后应佩戴免疫耳标。 2005年通过的《中华人民共和国畜牧法》规定，畜禽养殖户必须对畜禽进行标识，建立养殖档案，并要求采取措施落实畜禽产品质量责任制度。 2006年，农业部颁布了《畜禽鉴定与繁育档案管理办法》，并在北京、上海、重庆、重庆等三市一省开展了“动物鉴定与疫病追溯系统”试点。四川. 2007年起，“动物识别与疾病追溯系统”在全国推广。动物识别和疾病追溯系统”。中国使用塑料耳标来识别尸体。

射频识别技术

射频识别技术（Radio，RFID）是一种非接触式自动识别技术。其基本原理是利用射频信号和空间耦合传输特性来实现对被识别物体的自动识别。 RFID技术具有非接触识别、读取率高、抗干扰能力强等特点，用于畜禽个体识别。 RFID识别方式有多种，如电子耳标、项圈、腿环等可穿戴识别、皮下植入识别、瘤胃内置识别等； RFID识别具有集成传感器、信号收发器等多种功能。

畜禽常用的个体RFID主要有动物耳标、项圈标签、注射式玻璃标签和瘤胃电子胶囊等。

动物耳标主要有两种类型：低频和超高频。两者的芯片、天线、封装方式都不同。低频耳标的RFID芯片和天线组成的中间嵌体放置在母标签内部，并用聚氨酯塑料包裹。项圈式电子标签根据动物的种类和生理特点来选择和使用。家禽多采用脚环和翼标，用于种禽管理、产品追溯等；牛、羊等多采用项圈，用于分组系统、自动饲喂系统、拥挤系统等。 挤奶系统等。 注射式电子标签采用专用工具将电子标签置于动物皮下。通过比较电子芯片不同植入位置的效果，发现最合适的位置是耳下，保存率高，且不易被触碰。将标签注射到牲畜体内的方法会引起动物身体组织的排斥反应；受植入位置等因素影响，存在标签丢失、损坏、内部移位等问题。瘤胃电子胶囊是安装在耐酸圆柱壳内的电子标签，通过动物的食道放入反刍动物的反刍液中。它通常会终生留在动物的瘤胃中。屠宰后去除可注射电子标签是一个问题，需要避免潜在危害进入食物链。

机器视觉识别技术

机器视觉是信息技术领域的热门研究方向。通过分析图像或视频，系统可以对场景中的目标进行定位、识别和跟踪，分析判断目标的行为，判断异常情况的发生。近年来，它已广泛应用于畜禽识别领域。非接触式机器视觉识别方法可以提高识别的实时性和自动化程度，降低养殖管理成本，减轻动物应激，但识别精度和鲁棒性有待进一步提高。

4.1 鼻纹识别技术

1922年，鼻纹被用来识别牛的个体身份。将墨水喷在牛的鼻子上，然后打印在纸上，通过目视观察和比较来匹配身份。 1998 年，等人。开发了一种基于鼻纹分布特征的奶牛识别系统。编码系统结合耳标对牛建立档案，实现牛产品全程追溯； 2007 年，巴里等人。通过拍摄牛鼻纹收集牛鼻纹信息，并利用主成分分析和欧氏距离分类算法对牛鼻纹照片进行分析识别后得出结论，通过鼻纹识别牛的准确率可以达到98.85%。虽然鼻纹具有不变性、可采集性、识别精度高的特点，但动物运动具有任意性，在采集鼻纹图片、提高采集效率、优化识别等方面还需要进一步改进。

4.2 虹膜识别

虹膜是瞳孔和巩膜之间的环形可见部分。它由复杂的纤维组织组成，随着瞳孔直径的变化而拉伸。动物出生前的随机生长过程导致虹膜组织结构的差异，而虹膜组织的结构终生不变。和差异。虹膜一般呈现由内到外的放射状结构，包含许多交错的细微特征，类似于斑点、丝状、冠状、条纹、隐窝等形状。

在红外光照射下，反映其图像特征的模拟信号被高分辨率摄像机接收并采样，数字化并存储在计算机中。每个虹膜数据长度为256字节，整个过程在系统中瞬间完成。虹膜识别技术的优点是准确率高；缺点是虹膜技术系统成本过高，需要相对完善的成像条件和一定的成像时间，在畜禽养殖中应用较为繁琐。

4.3 视网膜血管识别

视网膜是位于眼球后部的一组非常小的神经。它是感受光并通过视神经向大脑传递信息的重要器官。用于生物识别的血管分布在神经视网膜周围。收集视网膜数据时，扫描仪发出一束光线照射到用户的眼睛并反射回扫描仪。该系统快速追踪眼睛的血管模式并将其记录在数据库中。

视网膜识别技术具有非常高的可靠性。视网膜血管分布是独特的，无法伪造。即使在双胞胎动物中，血管分布也是不同的；视网膜的结构形式在动物的生长过程中保持稳定；视网膜识别系统误认率低。该输入设备可以从视网膜获取700个特征点，这使得视网膜扫描技术输入设备的错误识别率低于百万分之一。

视网膜识别技术的采集设备成本较高，采集过程繁琐。为了从视网膜扫描设备获取视网膜图像，眼睛与输入设备之间的距离应在半英寸以内，并且输入设备读取图像时眼睛必须处于静止状态，这不方便使用。

分子标记鉴定技术

自DNA分子标记技术建立以来，各种DNA分子标记已广泛应用于遗传图谱构建、遗传多样性评估、个体识别和亲子鉴定等领域。常用的鉴定畜禽个体的分子标记主要有简单序列重复序列（SSR）、单核苷酸多态性（SNP）等。与SSR方法等位基因较多的方法相比，SNP方法只有两个等位基因。基因，技术相对简单，成本相对较低，有利于全自动分析。在基于分子标记的追溯系统中，对个体牲畜进行追溯是可行的。优点是准确度非常高，对疾病控制效果显着。缺点是只能从肉制品追溯到农场和养殖动物。从超市到分销商再到加工商再到屠宰场的过程无法追踪。

畜禽个体识别技术研究展望

随着信息技术的发展，传统的鉴定方法已经不能满足现代育种的要求。机器视觉技术是发展最快、应用潜力最大的方法。基于个体识别，可实现动物追踪、行为感知、生理监测、智能控制、资产管理的“一揽子”解决方案。未来将进一步解决实际养殖问题。条件下的技术研发及实施问题； RFID技术相对成熟，是目前替代很多人工应用的方法，但需要解决行业标准兼容性差的问题，发展基于RFID的多参数传感技术；生物识别技术识别准确率较高，但对应用场景、技术设备和人员参与要求较高。未来需要改进现有硬件设备，提高准确性和兼容性，并根据使用环境和生产特点开发自动化生物特征识别系统。

6.1 机器视觉技术

精准育种模式日益涌现。在充分考虑畜禽生理习惯和养殖设备等因素的前提下，畜禽个体识别将向非接触式、自动化、实时、连续检测方向发展，特别是基于机器视觉的个体识别。技术。

在数据采集技术方面，养殖场环境相对复杂，受光照等因素影响。同时，动物之间互相遮挡，收集到的数据就会有偏差。需要开发适合各种养殖场景的自动数据采集和目标跟踪类。算法是组合使用的。

在增量识别学习模型方面，基于大量训练样本使用机器学习方法训练的模型仅适用于测试场景中的个体畜禽。由于种群繁育、群体饲养等生产需要，畜禽个体可能会离开群体或在养殖场引入新的个体，需要对模型进行重新训练。有必要将个体识别模型与迁移学习相结合，开发增量识别模型，而不需要重复训练模型。

在嵌入式设备的研发方面，虽然国内外学者在实验室进行的研究取得了较好的成果，但具体应用仍受到限制。集图像数据采集、特征提取、个体识别于一体，嵌入式识别设备的开发成为亟待解决的问题。开发的嵌入式设备需要兼容深度学习模型，需要进一步研究在嵌入式设备中快速高效地完成深度学习。

在智能养殖系统方面，基于畜禽个体识别技术，提高个体信息采集的智能化程度，研究如何整合牛的采食量、体温、活动水平、体况评分等信息，以及养殖环境对畜禽的影响。个体生长的影响与智能育种系统的发展。

6.2 RFID技术

在畜禽个体识别的RFID技术方面，目前只有低频识别的国际和国家标准，而国内大规模应用的主流技术是超高频识别，在这方面尚属空白。的技术标准。

一是提高特高频标记识别准确率。低频识别识别距离短、传输速率低，不具备同时识别多个目标的性能。 UHF RFID读写器可以同时读取多个标签，读取速度快。通过引入或改进相应的算法，可以提高识别精度并消除信号干扰。可用于大群动物的个体饲养、产卵和活动。行为监控的潜力是巨大的。

其次，降低UHF标记的工作功率。超高频识别的工作频率包括433.92 MHz、862（902）～928 MHz、2.45 GHz和5.8 GHz。其中，动物识别最常用于前两个频段，且多为被动识别。目前，特高频标记物电磁辐射对动物的长期影响还没有普遍接受的研究结果，更没有相关的规范和标准。考虑到超高频动物识别主要在中国使用，国内学者应加强相关研究。

最后，提高超高频标志的感知能力。 RFID传感技术的发展经历了从“物”到“人”的逐步转变。通过进一步积极设计和部署标签或标签阵列，它们可以用于某些动物行为传感应用，将标签转变为用于声音传感和振动传感等各个方面的轻型无源传感设备。等，实现标签从识别到感知的进化。

6.3 生物特征识别技术

畜禽生物识别包括皮毛图案、体形、面部特征等宏观特征，也包括口、鼻、眼、血管等细微特征。新型生物特征标记分析技术的发展以及两种或多种生物特征标记的融合可以扩大生物特征识别的应用范围并提高识别系统的准确性。

在声纹识别技术方面，贝尔实验室首先通过观察声音的频谱图提出了声纹的概念；各国学者对语音中的个性参数进行了研究，提出了梅尔倒谱技术和线性预测分析技术。 ，实现准确率的大幅提升；基于最大似然概率统计的高斯混合模型因其简单、可靠、稳定而成为声纹识别的重要模型之一。畜禽通过发声来反馈其健康状况和生理生长信息将成为畜禽行为研究的热点。

在步态识别技术方面，优势在于其非接触式、远距离传感。步态特征可以分为两类：静态特征识别和动态特征识别。静态特征和动态特征都会影响步态识别的准确性。养殖动物的步态识别主要针对动物生病时的异常步态。在疾病早期更容易观察到异常情况。步态识别技术仍处于研究阶段，识别精度和识别速度有待进一步提高。

校对│乔春玲

排版│乔春玲

回顾│甄梦莹