给猪做标识,让它去回答“Who am I?”,这个看似简单的问题其实并不简单。
众所周知,确定基于个体的、每头猪的身份是一切基于猪个体进行记录的基础,是猪场实现精细化和数字化管理的基础,是构建从农场到餐桌猪肉食品安全可追溯体系的基础。
近年,随着物联网和人工智能技术的发展,电子耳牌、猪脸识别等技术也被用于猪个体身份识别中,一改猪的个体识别长期依赖给猪打耳缺号、墨刺或打耳牌等高应激、易感染、操作复杂的传统标识方式,步入了非接触、无应激、高效的猪个体身份识别时代。
01 传统标识优缺点与适应场景对比
首先,就传统标识优缺点与适应场景做比较如下:
02 电子标签(RFID)的应用与分析
与传统标识相对应,电子标签(RFID)近年也广泛应用于猪个体识别,并结合其它计量、测定设备实现了数据高效、自动采集。
电子标签(RFID,射频识别)是 Radio Frequency Identification 的缩写。RFID内置有芯片和天线,编码信息存储于芯片内。
通过电子耳标的识别功能跟踪监控动物从出生→屠宰→销售→消费者→最终消费端的整个过程。按外观,我们可把猪用的电子标签分为电子耳牌和玻璃管电子标签两类;依据标签芯片的频率又可分为:超高频(如,915MHz)、中频(如,13.56MHz)和低频(如,134.2KHz);依据是否配有电池分有源与无源电子标签;还有,根据工作方式分为全双工和半双工等。电子标签具有非接触、远距离、自动识别移动物体、可读写等特性。尤其是超高频电子耳牌,因其可识读距离远,识读速度快,可进行群体识读,更是受到推崇。
然而,受实际猪场环境影响和使用场景要求,并不能一概而论。依无线电不同频段特性,超高频电子耳牌易受环境中金属、水等遮挡物的干扰,造成不能正确识读。
低频的穿透性好,无源低频RFID芯片虽识读距离短,但识读准确性高,尤其适于单一个体逐一识别。所以,在用电子饲喂站的猪场,使用的电子耳牌就是低频或中频电子耳牌,因为要近距离区分每头猪,以便记录每头猪各自的体重和采食量。
而在猪场转群、盘点这个场景下,似乎超高频电子耳牌更加适宜,因为,我们不需要知道具体谁是谁,而只是要求都哪些猪转群或在群了,把这些猪号快速记录下来即可。
另外,在生猪保险和食品安全免疫标识方面,似乎玻璃管电子标签更加适宜。因为,它是终身标识,不能复制和篡改,符合这个场景的要求。但,目前也遇有问题,玻璃管电子标签在注射到猪耳后后会漂移,就是它的位置会变化。还有,它终身留在猪体内,若屠宰场在生猪屠宰中不能取出此电子标签,会引起食品安全隐患。
当然,另外一个问题就是成本,电子标签成本较传统标签高出许多,要广泛应用于生猪生产和屠宰体系,这部分的投入不可忽视。
03 “猪脸识别”的应用与分析
养猪行业公认“2018年是智慧养猪的元年”,人工智能在养猪业标志性的一个事件就是“猪脸识别”。从京东的猪脸识别大赛到影子公司的猪脸识别发布会,“猪脸识别”正在掀起一场科技的革命。
猪脸识别是图像智能识别的一部分。涉及了三个阶段:猪脸检测、特征提取、分类。然后是与数据库中已登记猪脸数据进行数据比对,从而达到识别的目的。
图像识别存在验证和辨识两种。
所谓的验证,就是比较两张猪脸是否来自同一头猪。这与高铁、机场的身份验证一样,系统根据我们提供的身份证信息从系统数据库中得到我们已经登记的一张标准人脸图片,再与我们过检获取的当时我们的人脸图片比较,检查两个图片的特征相似程度。目的是证明,身份证上的人是不是你。
所谓辨识,就是不知道被检查对象具体身份是谁,但数据库中可能有该对象的特征数据,通过识别数据库识别出该对象身份,告知该对象最可能是谁。这一点类似刑侦中的指纹比对。猪脸识别在实际应用过程中,两种情况都有。而辨识更难,但应用的场景更广泛。
虽然,猪脸识别可以彻底实现无应激、非接触、远距离、自动识别移动物体等特性,但,它也面临着识别技术上的难点,遇到极大的挑战。目前主要的技术难点有两个方面:猪和环境,主要还是猪本身。
猪的群体数量大,相似度高,且猪很不配合识读工作(人们在进行身份验证时会对着镜头拍照,而猪不会)。实验环境下母猪识别的准确率可达到98%,肉猪识别准确率仅有85%。这与母猪和肉猪的生活方式不同有关,母猪生活在定位栏,脸部识别时一般不动,而肉猪群养,猪是经常走动的。另外,不同品种的猪也会影响识别的准确性,如,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,不易采集到合格的图像。再有,猪的生长速度快,从出生到长大,猪的面部变化很大,若从出生开始追溯,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。
另一个难点是养殖场环境,养殖场脏、乱,干扰到特征点的采集,影响结果的准确率。实际应用中,网络环境也影响着猪脸识别技术的应用。实际工作中,智能化、自动化、无人养猪需要实时控制,要求有高速、稳定的网络环境,而大多数猪场处在远郊,通常无法提供稳定、快速的网络环境。相信随着国家通信线路改造进程和4G乃至5G的普及,该问题可以得到解决。
从客观角度看,猪脸识别结合机器视觉、听觉等技术,可拥有更多的想象空间,为未来智慧养殖提供无限可能。然,受限于目前研究成果,还有一段艰辛的路要走。
04 展 望
猪个体身份识别是进行精细化、数字化、智能化养猪的基础,就像我们的身份证一样,可以应用到无数的场景中。人工智能时代都已经来临,人工智能养猪是必然之路。不管我们接受与否,人工智能养猪都是我们必须面对的问题,而这也就要求我们创造条件去适应智能化养殖、适应人工智能养殖。