實(shí)驗(yàn)猴身份自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)捕捉、電子芯片數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)的研制

白殿卿

（海南省醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，?？?570311）

作為生物醫(yī)學(xué)研究材料的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，在科研實(shí)驗(yàn)中充當(dāng)人類的“替身”，被廣泛應(yīng)用于各類實(shí)驗(yàn)中，但由于每種實(shí)驗(yàn)應(yīng)用動(dòng)物數(shù)量多，動(dòng)物個(gè)體外觀相似，動(dòng)物個(gè)體識(shí)別、標(biāo)記、捕捉、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)錄入是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中最繁雜、最困難的工作；動(dòng)物遺傳譜系體系、生理生化指標(biāo)檔案、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫錄入，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫的建立都需要大量的人力、物力來完成。由于動(dòng)物數(shù)量龐大，數(shù)據(jù)多，人力操作差錯(cuò)也多，而且部分動(dòng)物具有攻擊性，動(dòng)物捕捉困難，工作人員也易受到傷害，例如實(shí)驗(yàn)猴，其身手敏捷，動(dòng)作靈活，每個(gè)猴場飼養(yǎng)有成千上萬只猴，每個(gè)飼養(yǎng)間也有20～30只猴子，當(dāng)進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，猴的身份識(shí)別、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的讀寫和實(shí)驗(yàn)猴的捕捉等都需要大量的人工工作量才能完成。一些兇猛動(dòng)物更是具有很強(qiáng)的攻擊性和很大的危險(xiǎn)性，往往在捕捉過程中一是造成工作人員或是動(dòng)物的損傷，二是對(duì)動(dòng)物的刺激很大，極易產(chǎn)生動(dòng)物應(yīng)激反應(yīng)，影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

AIAC系統(tǒng)［自動(dòng)識(shí)別（automatically identify）、自動(dòng)捕捉automatically capture（簡稱AIAC）］的研究就是針對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物普遍存在的這個(gè)難道，通過電子芯片閱讀識(shí)別技術(shù)與電子計(jì)算機(jī)聯(lián)接，進(jìn)行動(dòng)物檔案和數(shù)據(jù)管理，并且通過計(jì)算機(jī)下達(dá)指令給相應(yīng)機(jī)械裝置，進(jìn)行動(dòng)物捕捉工作，實(shí)現(xiàn)動(dòng)物生理檔案管理、遺傳譜系管理、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)讀寫、動(dòng)物身份識(shí)別和捕捉等工作的智能化管理。該研究的關(guān)鍵是制做了一種自動(dòng)身份識(shí)別、自動(dòng)數(shù)據(jù)讀出、設(shè)定需要捕捉的動(dòng)物自動(dòng)進(jìn)行捕捉的一種高科技電子通道裝置，此通道是動(dòng)物采食或活動(dòng)的必經(jīng)之路，當(dāng)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物通過此通道時(shí)，可以對(duì)任一動(dòng)物方便自動(dòng)的進(jìn)行身份識(shí)別、數(shù)據(jù)讀寫、生理數(shù)據(jù)檔案建立、譜系建立、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)寫入、數(shù)據(jù)庫建立、動(dòng)物自動(dòng)識(shí)別捕捉等一系列工作。AIAC系統(tǒng)的研制，作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物信息管理系統(tǒng)中的重要手段，必將對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)操作及管理工作產(chǎn)生重要的積極作用。該通道裝置儀器的研制成功，可以廣泛應(yīng)用于不同品種實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，如鼠、兔、犬、貓、豬、猴、雞等所有實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，及畜牧業(yè)生產(chǎn)或是野生動(dòng)物馴養(yǎng)中所有需要識(shí)別、捕捉的動(dòng)物，僅僅是通道形狀、尺寸大小的不同。目前在國內(nèi)尚無同類或相似產(chǎn)品。產(chǎn)品前景廣闊、市場潛力巨大。

1 方法和材料

1.1 電子芯片

電子芯片采用標(biāo)準(zhǔn)化的成品產(chǎn)品，由北京琛達(dá)射頻識(shí)別技術(shù)有限公司提供（圖1）。每套產(chǎn)品包括注射器和芯片，獨(dú)立包裝，已按照一次性醫(yī)療器具消毒標(biāo)準(zhǔn)消毒，為一次性使用。其注射器為特殊的三刃芯片結(jié)構(gòu)，猴注射處損傷極輕微，不會(huì)造成感染等不良后果。動(dòng)物芯片經(jīng)過“國際動(dòng)物編碼委員會(huì)”簡稱 ICAR（international comm ittee for animal recording）認(rèn)證，符合ISO11784/11785標(biāo)準(zhǔn)，符合中國國家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)頒布的GB/T 20563-2006動(dòng)物射頻識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)。芯片具全球唯一序列號(hào)，不可復(fù)制，號(hào)碼不可仿制，確保標(biāo)簽的唯一性。工作年限大于20年。

圖1 KD-IN-RW動(dòng)物電子芯片注射器（含芯片） Fig.1 The KD-IN-RW injection syringe of electronic chip for animals

1.2 工作原理

通過在猴頸部背側(cè)猴自己不易抓到的部位皮下注射植入電子芯片，該芯片自注入皮下開始跟隨動(dòng)物終身。建立制作一個(gè)可讀取芯片信息的強(qiáng)信號(hào)接收線圈，將此接收線圈固定在動(dòng)物通道上，接收線圈連接電子芯片閱讀器，閱讀器收到信號(hào)后將信號(hào)傳達(dá)給 PC機(jī)。閱讀器正常讀取動(dòng)物芯片編號(hào)，PC輪詢到本裝置時(shí)，將動(dòng)物芯片編號(hào)上傳到PC （同時(shí)通過485接口將讀到的數(shù)據(jù)上傳至 PC機(jī)。數(shù)據(jù)帶有設(shè)備ID號(hào)）?？梢栽赑C機(jī)上設(shè)定不同管理模塊、參數(shù)和管理指標(biāo)，進(jìn)行智能化管理。

如果需要捕捉指定編號(hào)動(dòng)物，PC機(jī)可以通過軟件選擇設(shè)備，根據(jù)485站點(diǎn)號(hào)，將動(dòng)物芯片下傳到相應(yīng)設(shè)備上，當(dāng)閱讀器讀到指定編號(hào)，電路板發(fā)出開關(guān)量，控制機(jī)械設(shè)備工作。PC機(jī)可以更改設(shè)備ID。PC機(jī)與設(shè)備采用輪詢方式通訊，要求兩種工作模式，通過發(fā)送命令切換工作模式。在通道兩端設(shè)置柵欄，當(dāng)閱讀器給出開關(guān)量時(shí)，機(jī)械裝置控制兩個(gè)柵欄同時(shí)關(guān)閉，動(dòng)物可以從頂蓋取出。柵欄打開方式可以通過PC下達(dá)指令打開柵欄。默認(rèn)上電的時(shí)候柵欄是打開的，上電沒有給觸發(fā)信號(hào)依然打開?？梢酝ㄟ^PC發(fā)指令控制開關(guān)柵欄。

防止夾傷動(dòng)物，該裝置有保護(hù)線路和保護(hù)措施，類似電梯門防夾功能。同時(shí)關(guān)閉柵欄的時(shí)間要盡量短，控制在0.5 s以內(nèi)。閱讀器讀到標(biāo)簽后觸發(fā)機(jī)械設(shè)備的反應(yīng)時(shí)間要盡量短（圖2～5）。

圖2 原理圖Fig.2 The schematic diagram of the working principle of the management system

圖3 實(shí)物圖Fig.3 The real product photo of the system

1.3 實(shí)物圖

1.4 計(jì)算機(jī)操作界面

此裝置目前只制作了最基本的簡單操作界面，每個(gè)界面可以根據(jù)實(shí)際需要增加其內(nèi)容。如圖6～8所示。.

1.5 使用材料

考慮到實(shí)驗(yàn)猴的靈敏與模仿性，本裝置外殼光滑，無可提拉或摳動(dòng)的部位，由于射頻識(shí)別天線的要求，外殼不能使用金屬或是易損材料，并且考慮到猴舍需要經(jīng)常性沖水清洗和消毒液洗滌，要求所有材料耐沖擊、耐銹蝕、耐酸堿，我們選擇用工程PVC材料做外殼，裝置內(nèi)部電路系統(tǒng)做防水處理。

2 結(jié)果

將此系統(tǒng)安裝在實(shí)驗(yàn)猴舍內(nèi)猴采食飲水必經(jīng)通道上，經(jīng)過2、3 d的適應(yīng)性通過訓(xùn)練，實(shí)驗(yàn)猴即可非常順利的通過此通道。在猴進(jìn)入猴場時(shí)即將電子芯片植入猴背部皮下，將所有基礎(chǔ)信息錄入基礎(chǔ)信息界面，當(dāng)猴通過通道時(shí)，所有猴的基礎(chǔ)信息（圖6）即從電腦中顯示出來（可根據(jù)實(shí)際需要可設(shè)置基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的種類、信息內(nèi)容、顯示界面）。如設(shè)定捕捉（圖8），當(dāng)設(shè)定 ID號(hào)的猴通過時(shí)，機(jī)械控制部分開始工作，二邊柵欄隨即落下，即可完成捕捉任務(wù)。如只讀取通過猴的信息，則不設(shè)定捕捉，當(dāng)每只實(shí)驗(yàn)猴通過時(shí)，識(shí)別系統(tǒng)自動(dòng)將識(shí)別到的信息顯示記錄在電腦屏幕上。當(dāng)同一只猴反復(fù)通過時(shí)，在沒有其它猴通過，該系統(tǒng)只記錄一次該猴通過信息，只有當(dāng)其它猴通過后才可再次讀到該猴信息，防止猴在自由活動(dòng)時(shí)反復(fù)通過造成的反復(fù)記錄。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作或是其它操作時(shí)，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)記錄界面（圖7），對(duì)每次的實(shí)驗(yàn)或操作進(jìn)行實(shí)時(shí)錄入，并可導(dǎo)出全部記錄檔案。每臺(tái)ACAI系統(tǒng)可以控制255房間或通道。從實(shí)際使用情況看，猴能快速適應(yīng)該系統(tǒng)電子通道并且樂于接受，主要是因?yàn)橐皇窃撏ǖ肋m合猴喜歡嬉樂的天性，它們很容易將該通道認(rèn)作娛樂通道，二是每次捕捉后總是獎(jiǎng)勵(lì)性的給于水果等食品，建立良好的條件反射。

圖4 裝置圖側(cè)面圖Fig.4 The lateral view of the system

圖5 裝置圖正面圖Fig.5 The front view of the system

圖6 基礎(chǔ)信息界面Fig.6 The basic information interface

圖7 實(shí)驗(yàn)記錄界面Fig.7 The experiment record interface

圖8 捕捉控制界面Fig.8 The capture contrl interface

3 討論

實(shí)驗(yàn)猴身份自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)捕捉、電子芯片數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)的研制成功，主要在三個(gè)方面做了創(chuàng)造性工作，一是將電子芯片應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的識(shí)別系統(tǒng)，并且實(shí)現(xiàn)了非接觸式數(shù)據(jù)讀寫、動(dòng)物識(shí)別、動(dòng)物捕捉；二是通過計(jì)算機(jī)管理手段將電子芯片識(shí)別技術(shù)與機(jī)械控制裝置相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制管理；三是通過電子芯片識(shí)別技術(shù)與數(shù)據(jù)庫建立關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的信息化管理。該系統(tǒng)的建立極大的減少了實(shí)驗(yàn)和飼養(yǎng)實(shí)驗(yàn)猴過程中捕捉猴的困難，身份識(shí)別困難，減少了對(duì)工作人員和實(shí)驗(yàn)猴的傷害，減輕了工作量，減低了人為因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾和動(dòng)物應(yīng)激反應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響。電子檔案具有終身有效，隨猴攜帶，全球唯一序列號(hào)，不可復(fù)制，不可仿制，標(biāo)簽唯一性。該系統(tǒng)已經(jīng)預(yù)留上傳接口和通道，以便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。該系統(tǒng)已經(jīng)在申報(bào)專利中。

該系統(tǒng)的研制成功，為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物個(gè)體電子檔案建立和群體數(shù)據(jù)庫的管理提供了一種高速、有效、科學(xué)、可靠的計(jì)算機(jī)管理手段，改變通道形狀既可應(yīng)用于不同動(dòng)物如大型兇猛動(dòng)物或不適合人接觸捕捉動(dòng)物的識(shí)別和管理，具有廣泛的應(yīng)用前景，目前在國內(nèi)外尚無同類系統(tǒng)。該系統(tǒng)只是雛型，目前功能還很不完善，需要根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行不斷的更改，它只是初步將不同技術(shù)集合實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理工作中，試圖減輕工作強(qiáng)度和危險(xiǎn)程度，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)管理。

該系統(tǒng)目前尚不足之處在于控制捕捉后猴從該裝置中的抓取還有一定的風(fēng)險(xiǎn)，我們已經(jīng)研制出了二代機(jī)系統(tǒng)，用籠中籠的方式徹底解決了捕捉后移出該裝置，固定于保定臺(tái)的問題。