RFID於农业上的应用Application of RFID in Agriculture

RFID於農業上的應用ApplicationofRFIDinAgriculture饒瑞佶Ruey-ChiJao建國科技大學資訊管理系副教授AssociateProfessor,DepartmentofInformationManagement,ChienkuoTechnologyUniversity摘要無線射頻辨識（RadioFrequencyIdentification,RFID）技術是近來相當熱門的IT議題，早在1950年代二次大戰期間，英國便將此項技術應用於戰機的敵我辨識上，之後美國政府實驗室開始運用RFID來管制核能原料，到了1970年代末期，美國政府透過LosAlamos科學實驗室將RFID技術轉移到民間，大多仍以商業物流等為主。1985年英國肯特郡發現第一頭有狂牛症的瘋牛後，開始將RFID技術導入到農業，用於活體牲畜的追蹤管理，逐漸演變成生產履歷追蹤系統，進年來各國無不如火如荼的投入此領域的研究，也將應用領域從畜牧業擴展到漁業、農作物生產、物流追蹤管理與收容動物管理等。雖然仍存在著高成本、RF訊號讀取瓶頸、安全性與技術標準不ㄧ等問題，但是伴隨著RFID軟硬體新技術的開發與ISO標準的統一，使得RFID在農業上的應用越來越成熟，逐步將農業的生產、加工、流通與安全等層面從E化帶到M化，最後進入U化的地步，所謂的U化指的是Ubiquitous，無所不在的意思，希望資訊以多方供給與流通的形式提供網狀情報交流，達到一種資訊無所不在的目的。關鍵詞：無線射頻、資訊科技、智慧環境、生產履歷前言一、無線射頻辨識技術無線射頻辨識（RadioFrequencyIdentification,RFID）技術是最近越來越熱門的IT議題，但它卻是ㄧ項已經有約50年以上歷史的技術，1950年代二次大戰期間，英國便將此項技術應用於戰機的敵我辨識上，之後美國政府實驗室開始運用RFID來管制核能原料，到了1970年代末期，美國政府透過LosAlamos科學實驗室將RFID技術轉移到民間。1980年代中期，德州儀器公司（TexasInstruments,TI）與Motorolla開始量產低頻的RFID標籤（Tag）；1999年MIT成立Auto-IDCenter，發展高頻的技術與標準（袁啟亞，2003）。它被認定為21世紀10大重要技術之ㄧ，可以將人類的日常生活從e化帶到M化，最後進入U化的地步，所謂的U化指的是Ubiquitous，無所不在的意思，希望資訊以多方供給與流通的形式提供網狀情報交流，達到一種資訊無所不在的「U化生活」，其中除了無線網路環境外，無線射頻辨識技術也佔了很重要的ㄧ環。RFID具備有（1）無方向性限制讀取資料；（2）辨識距離長；（3）辨識速度快；（4）辨識正確性高；（5）讀/寫功能，資料記憶量大；（6）安全性高；（7）壽命長；（8）標籤穿透性佳與（9）可在惡劣環境操作等數種優點（饒，2006a）。目前RFID已經被應用在許多領域上，包括動物追蹤（Kampers，1999；WangandZhang2006）、醫療管理（曾，2002；黃，2000；李，2005）、物流業（李，2005）、零售業（謝，2005）、國防工業（江，2005；林與馬，2005）與農業（黃，2004）等領域上。既然它那麼熱門，那到底什麼是RFID呢？大家所熟知的捷運悠遊卡就是RFID技術的應用。簡單來說就是ㄧ種無線的辨識技術，與其他像條碼、晶片卡與磁條等技術，相同的部分都是要做辨識的用途，只是使用的技術不同而已。RFID使用無線電波的方式來進行辨識的工作，這樣的無線電波頻段大致分成（1）低頻（LowFrequency,LH）；（2）高頻（HighFrequency,HF）；（3）超高頻（UltraHighFrequency,UHF）與（4）微波（Microwave）等四部份（表1）。以市面上買的到或實際已經運用的系統來說，低頻主要指的是頻率在125KHz或是134KHz附近，高頻的主流則是在13.56MHz，超高頻差異性則較大，常因地區與國家所開放的頻段不同而不同，各國RFIDUHF開放頻段如表2所示，微波則是落在2.45GHz或是5.4GHz，其中2.45GHz是屬於全球通用的ISM（IndustrialScientificMedical）公用頻段。近年來由於美國零售業龍頭Wal-Mart與美國國防部（DoD）的大力推動，讓RFID的應用越來越受重視，1980年代後，許多公司開始投入減少RFID尺寸大小與成本的研究，隨著矽晶片技術的發展，使得RFID在尺寸與成本上逐漸被市場所接受，許多IT大廠如德州儀器、Infineon、Motorola、Microchip與Philips等等都相繼投入RFID硬體與軟體的研發行列，基於成本大幅下降與研發廠商越來越多的前提下，讓許多行業導入RFID技術變的可能（饒，2006b）。表1、我國各頻段RFID頻率與使用狀況列表頻段頻率感應距離我國使用現況LF125KHz135KHz1.5m117.6~126KHz,129~160KHz：已指定業務分配但尚未使用HF6.78MHz13.56MHz1.5m134.1~157MHz：已指定業務分配但尚未使用，但13.56±0.007MHz：供工業,科學,醫療設備使用860-950MHz1.5m864.1~868.1MHz：Low-Tier870~890MHz：3G895~915,940~960MHz：GSMUHF2.45GHz1.5m2.45±0.05GHz：供工業,科學,醫療設備使用表2、世界各國RFIDUHF開放頻段列表國別頻段範圍（MHz）國別頻段範圍（MHz）歐盟869.4~869.65865.6~867.6紐西蘭864~868南非869.4~869.65915.2~915.4日本905~956美加902~928韓國910~914澳洲918~926台灣922~928二、RFID系統RFID系統是由讀取器（Reader）、標籤（Tag）、中介軟體（MiddleWare）與資訊系統（InformationSystem）四者所構成。標籤由一塊微小的晶片和天線組成，這樣的組成加上一個簡單的基板稱之為Inlay（圖1），圖1左圖是UHFTag的Inlay形式，天線多屬長形，右圖則是LF與HFTag的形式，天線是用線圈層層圍繞所組成，後面白色的塑膠貼紙就是基板。不同頻段的標籤界定了可被讀取器存取的範圍，頻率越高對物質的穿透力越高，讀取距離越遠，UHF標籤的存取範圍可達3米，但對於液態及金屬物質會出現一定程度的干擾；相反的在LF與HF所受的干擾較少，但能存取的範圍只在數十厘米內。晶片內具有一組辨識碼（ID），可以使用讀取器經由無線通訊方式讀取標籤內的ID或是資料，而這些動作的背後都是由資訊系統透過中介軟體負責驅動與管理。圖1、RFIDInlayInlay再經過封裝後，可以呈現出許多不同樣式的標籤，這些樣式多數是取決於用途而設計，常見的有錶帶（wristband）式、塑膠卡（PCBCard）、玻璃形式（GlassTag）、鑰匙圈（Key）、用於金屬物品的MetalTag、具備感測器的Tag與用於安全防護的SecurityTag（圖2）。圖2、各種不同形式的RFIDTag除了使用頻段與樣式來區分標籤外，還可以使用電源方式將標籤區分為主動式（Active）及被動式（Passive）兩種。前者指的是標籤內具備有電源，可以自行發送通訊電波，可以拉長讀取距離，後者則是完全要靠讀取器的電波能量來驅動標籤工作，目前市場聚焦在PassiveUHF。針對標籤訂定有一套詳細的分類準則，將標籤分類成Class0至Class4等五類。（1）Class0：只供讀取（ReadOnly），此為最基本的標籤，製造商於生產時，已將ID碼植入標籤晶片內，植入後號碼便不能變更。（2）Class1：可寫一次（WriteOnceReadManyTimes），此類標籤在生產時不會植入任何ID資料，使用者可在購買後自己透過讀取器植入資料一次。Tag+temp.sensorMetaltagKeytagwristbandPCBcardGlasstagWal-Mart要求供應商於2005年1月開始在貨品上，貼上Class1標籤。（3）Class2：重覆讀寫，此類標籤為可供重覆讀寫的被動式標籤，適合用作儲存貨品編碼外更多的資料，如有效日期、產地及其他參考編號等，由於所寫入的數據較多，標籤記憶體容量亦較高。（4）Class3：內設感應器，此類標籤擁有Class2的讀寫效能，更包含額外的感應器，能偵察溫度、氣壓、動向等環境數據。由於標籤本身要具偵測感應效能，一般設計成半主動或主動式。（5）Class4：天線，此類標籤本身就如一個天線，能發出訊息與其他標籤進行溝通，毋須再經過其他讀取器，標籤本身亦帶有電池，目前真正應用到此類標籤的例子極少。讀取器也具備有兩種分類方式，第ㄧ種就是搭配使用的Tag頻段不同，ㄧ樣分成LF、HF與UHF的讀取器，另ㄧ種則是依照與資訊系統通訊介面的不同，可以分成RS232、USB、PCMCIA、CF、SD、Ethernet與Wiegand等七種介面，如圖3所示。目前用於應用程式開發的幾種工具，例如.NET、C++、VB與Delphi等都有對應的通訊元件或模組可以使用，可以利用來開發資訊系統與讀取器間的資料通訊作業中介軟體。圖3、各種形式的RFID讀取器三、各國發展現況日本政府於2004年8月提出「U-Japan（UbiquitousJapan）」政策，擬將無線區域網路、有線網路、藍芽以及行動通訊器材如手機等進行全面性串連，將網路無所不在的概念植入日常生活的枝微末節，便利之餘，甚至能保障人身安全，使用者本身就在網路當中。CFInterfacePCMCIAInterfaceRFIDPrinterRS232InterfaceUSBInterfaceWiegandInterfaceEthernetInterfaceRS232Interface韓國也針對這樣的概念，應用並延伸到數位家庭、數位社區、數位娛樂及技術展示等各個層面，企圖建構一個全方位的數位網絡生活環境，所以諸如鑲嵌於行動電話晶片型式的定位追蹤服務，將增加個人及公共安全上與資訊上的服務提供；另外透過放置在個人身上的生理狀況測量儀器，能夠隨時記錄身體變化同時與院方或研究中心同步連結，獲得照顧健康與醫療研究的便利性；社會資源層面亦能透過RFID建構各類型社會資源的認證，減少未來在相關建設上的重複成本付出。類似日本Ubiquitous概念的科技化服務在歐洲、美國與印度也都分別各有其類似的推展應用模式。台灣則於2004年開始推動「U（Ubiquitous）台灣計畫」，此計畫就是運用RFID技術、無線網路與寬頻技術，整合數位家庭、網際網路、無線網路及設備，發揮無線通訊科技無所不在的功能，再創另一次的科技與經濟發展奇蹟，帶動「二次IT革命」。選擇與國人生活習慣與文化較接近的日本模式，規劃於交通、經濟、農業、教育、衛生、文化、國防等部門進行RFID技術與各種科技的整合運用，並由經濟部發起統籌與輔導國內業者成立「RFID研發及產業應用聯盟」，企圖發展新的商機同時帶來生活上的便利。2004年Wal-Mart前百大供應商及美國國防部（DoD）透過電子商品碼（ElectronicProductCodes，EPC）進行RFID之應用，預計投入RFID技術及服務之金額將介於5億至38億美金之間。Wal-Mart並宣示將於2005年正式運用RFID於物流管理；同時微軟、昇陽、甲骨文、IBM、SAP、仁科（PeopleSoft）、HP等多家資訊大廠紛紛看好RFID後端系統的商機，都有大幅投入的動作。YankeeGroup最新報告預測至2008年美國RFID資訊服務市場規模將達到42億美元。RFID不只在零售業的應用將越來越普及，預計將帶動一波商業流程革命，因為要利用RFID的即時資料回傳優勢，商業流程勢必會隨之調整，進而決定現階段哪些應用程式需要修改；除此之外，更可以透過它將操作過程中的資