梁勇等

摘要：本文在分析我國水產養(yǎng)殖現狀的基礎上，提出了水產養(yǎng)殖全過程物聯網監(jiān)管系統(tǒng)構建方案，包含4個子系統(tǒng)：水產養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、水產品健康養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)、水產養(yǎng)殖對象個體行為視頻監(jiān)測系統(tǒng)、“氣象預報式”信息服務系統(tǒng)，系統(tǒng)可實現對水產品的養(yǎng)殖全過程監(jiān)控，使得水產品在標準化的養(yǎng)殖環(huán)境下生長，最終達到提高水產品的質量、降低養(yǎng)殖風險的目的。本文還對水產物聯網系統(tǒng)的應用前景做了展望。

關鍵詞：物聯網；監(jiān)管系統(tǒng)；水產養(yǎng)殖

中圖分類號：S951.2 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2013）08-0001-04

物聯網是物聯化、互聯化、智能化的網絡，能夠將信息的獲取延伸到池塘的每一個角落，并通過信息網絡實現更廣域的互聯互通_[1]。農業(yè)物聯網是物聯網技術在農業(yè)生產、經營、管理和服務中的具體應用。物聯網技術正在逐步改變傳統(tǒng)水產養(yǎng)殖業(yè)親自到池塘邊進行觀察、采集、檢測獲取環(huán)境信息和現場管理的模式。傳統(tǒng)模式不但耗時長，還會造成生產措施的延后，造成一定的經濟損失。本文提出并構建了水產養(yǎng)殖生產過程中的4個系統(tǒng)：水產養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、水產品健康養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)、水產養(yǎng)殖對象個體行為視頻監(jiān)測系統(tǒng)、“氣象預報式”信息服務系統(tǒng)。其中，水產養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)是對養(yǎng)殖環(huán)境的測控；水產品健康養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)可以進行精細投喂和水產品的疾病診斷；水產養(yǎng)殖對象個體行為視頻監(jiān)測系統(tǒng)可以對水產品個體行為進行遠程測控，進行動物行為診斷；“氣象預報式”信息服務系統(tǒng)可以為水產養(yǎng)殖進行天氣預報式的預測和采取防范措施。水產物聯網可以有效解決傳統(tǒng)水產養(yǎng)殖在養(yǎng)殖業(yè)中的不足，實現降低養(yǎng)殖風險、提高水產質量和水質的目標。

1我國水產養(yǎng)殖現狀與對物聯網技術的需求

我國是水產養(yǎng)殖大國，同時又是一個水產弱國。水產養(yǎng)殖業(yè)主要沿用消耗大量資源和粗放式經營的傳統(tǒng)方式_[2]。水產養(yǎng)殖產量占到了全世界的73%。養(yǎng)殖過程中不合理投喂和用藥極大地惡化了水質環(huán)境，影響水產品質量，加劇水產病害的發(fā)生，使得水產品質量安全、水環(huán)境污染、養(yǎng)殖風險等問題非常嚴重_[3]。同時，缺少水產養(yǎng)殖規(guī)范，雖然農業(yè)部制定了一批無公害水產養(yǎng)殖的規(guī)范，但是由于我國水產養(yǎng)殖的現狀無法確切地執(zhí)行，導致養(yǎng)殖過程中無法按照標準規(guī)程實行喂養(yǎng)、漁藥等_[4]。

當前在水產養(yǎng)殖過程中對物聯網技術的需求突出表現在以下4個方面：①水產品養(yǎng)殖場缺乏有效信息監(jiān)測技術和手段，水質在線監(jiān)測和控制水平低，實現對水質和環(huán)境信息的實時在線監(jiān)測、水質異常報警與預警等是迫切需求；②國內水產養(yǎng)殖相關傳感器應用較多，但存在穩(wěn)定性差、準確性低、維護成本較高的問題；③水產品病害發(fā)生情況嚴重，相關技術人員缺乏，實現水產品精細喂養(yǎng)與疾病預測、建設水產品健康養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)將在一定程度上解決這個問題；④目前盡管有農業(yè)網站、農林電視節(jié)目等資源，但沒有將信息充分整合到一起，養(yǎng)殖戶也缺乏“天氣預報式”的服務。

2水產養(yǎng)殖物聯網系統(tǒng)總體架構（圖1）

針對水產品養(yǎng)殖場缺乏有效信息監(jiān)測技術和手段，水質在線監(jiān)測和控制水平低等問題，采用智能水質傳感器、無線傳感網、3G、IPV6、智能控制等技術，建設水產養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，實現對水質和環(huán)境信息的實時在線監(jiān)測、水質異常報警與預警，通過無線傳感網、互聯網、通信網等信息傳輸通道，以計算機、手機等不同的終端設備，將水質異常報警信息及水質預警信息及時通知養(yǎng)殖管理人員和專業(yè)技術人員。同時根據水質監(jiān)測結果，實時調整控制措施，自動啟動增氧機等控制設備，保持水質穩(wěn)定，為水產品創(chuàng)造健康的水質環(huán)境，確保水產品養(yǎng)殖的環(huán)境安全。

2.1水產養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

主要包括以下幾個方面的建設內容：

2.1.1基于智能感知技術的水質及環(huán)境信息智能感知技術采用具有自識別、自標定、自校正、自動補償功能的智能傳感器，對水質和環(huán)境信息進行實時采集，全面感知養(yǎng)殖環(huán)境的實際情況。

2.1.2基于無線傳感器網絡的水質及環(huán)境信息無線傳輸技術當前無線傳感網絡對環(huán)境的監(jiān)控基本處于成熟階段_[5，6]，可運用無線通信技術、嵌入式測控技術和計算機技術，實現短距離通訊和無線通信；研制系列無線采集節(jié)點、無線控制節(jié)點和無線監(jiān)控中心，開發(fā)無線網絡管理軟件，構建適合集約化水產養(yǎng)殖應用的水質及環(huán)境信息無線傳輸系統(tǒng)，將有效解決水產養(yǎng)殖領域應用覆蓋范圍大、能耗約束強、環(huán)境惡劣和維護能力差等條件下信息的可靠傳輸難題。

2.1.3水質管理決策模型建設水質好壞影響水產品的生長速度和健康水平，最終影響水產品的質量，嚴重的會導致水產養(yǎng)殖的重大損失。養(yǎng)殖環(huán)境信息、水質信息、養(yǎng)殖措施和養(yǎng)殖生物量間的定量關系描述是水產養(yǎng)殖數字化、精細化管理的前提和難題。本系統(tǒng)將根據氣溫對水溫的影響，餌料及水產品的代謝物對養(yǎng)殖水體pH值的影響，養(yǎng)殖密度對日增重量、日生長量和成活率的影響，水體增氧對養(yǎng)殖水體中溶氧量和氨氮的影響，氨氮、亞硝態(tài)氮對化學需氧量（COD）的影響，氨氮、亞硝態(tài)氮對葡萄糖吸收能力的影響，殘餌、糞便對水質的影響等，建立水質參數預測、生物增長等系列定量關系動力學模型，解決水質動態(tài)預測問題，為水質預警控制、飼料投喂和疾病預防預警提供數據支持。

2.1.4基于智能控制技術的環(huán)境設備控制技術針對現有養(yǎng)殖設備（如增氧機）工作效率低、能耗高、難以用精確數學模型描述等問題，通過分析研究控制措施與參數動態(tài)變化規(guī)律，動態(tài)調整環(huán)境控制措施，實現養(yǎng)殖設備的智能控制，以降低能量消耗，節(jié)約成本。

2.2水產品健康養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)

整合水產品精細喂養(yǎng)與疾病預測、診斷決策等子系統(tǒng)，建設水產品健康養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)，形成一套包括硬件裝置和軟件系統(tǒng)的集約化水產養(yǎng)殖場健康養(yǎng)殖數字化平臺，實現水產養(yǎng)殖全過程可視化、自動化、科學化管理。主要建設內容包括：

2.2.1水產品精細投喂智能決策系統(tǒng)依水產品在各養(yǎng)殖階段營養(yǎng)成分需求，根據各養(yǎng)殖品種長度與重量的關系，光照度、水溫、溶氧量、養(yǎng)殖密度等因素與魚餌料營養(yǎng)成分的吸收能力、餌料攝取量的關系，借助養(yǎng)殖專家經驗建立不同養(yǎng)殖品種的生長階段與投喂率、投喂量間定量關系模型。利用數據庫建庫技術，對水產品精細飼養(yǎng)相關的環(huán)境、群體信息進行管理，建立適合不同水產品的精細投喂決策系統(tǒng)，解決喂什么、喂多少、喂幾次等精細喂養(yǎng)問題，精細投喂系統(tǒng)也可以為水產品質量追溯提供基礎數據。

2.2.2自動化投飼系統(tǒng)利用監(jiān)控軟件和網絡技術，通過局域網、手機等工具，實現遠程異地監(jiān)控。在人員不在養(yǎng)殖現場的情況下，能實時掌握投料情況、養(yǎng)殖產品的進食情況。利用遠程控制系統(tǒng)，進行定時定量精準投喂控制，實現自動化定時精準投料養(yǎng)殖，減少飼料損耗。在相對集中的養(yǎng)殖場所建立監(jiān)控平臺，在零星養(yǎng)殖場所可通過手機進行監(jiān)控。

2.2.3水產品疾病診治系統(tǒng)水產品用藥很多，要對癥下藥才可以_[7]。從水產品疾病早預防、早診治的角度出發(fā)，在對氣候環(huán)境、水環(huán)境和病源與水產品疾病發(fā)生關系研究的基礎上，確定各類病因預警指標及其對疾病發(fā)生影響的可能程度，建立水產品預警指標體系，根據預警指標的等級和疾病的危害程度，建立水產品疾病預警模型；建立疾病診斷推理網絡關系模型，建立水產品典型病蟲害圖像特征數據庫，實現水產品疾病的早預防、及時預警和精確診治。

2.3水產養(yǎng)殖對象個體行為視頻監(jiān)測系統(tǒng)

養(yǎng)殖場視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要實現對水產品養(yǎng)殖環(huán)境的遠程監(jiān)測管理。現代水產養(yǎng)殖場采用全封閉管理方式，有利于水產品的安全生產，可有效杜絕外界環(huán)境對水產品的不利影響，為了方便外界人員觀看水產品養(yǎng)殖加工的實時情況，在水產養(yǎng)殖及加工場地內設置可移動的監(jiān)控設備，利用視頻攝像頭的動態(tài)可視化特點，將水產養(yǎng)殖及生產加工環(huán)節(jié)予以實時監(jiān)控。主要建設內容包括：

①水產環(huán)境視頻采集系統(tǒng)，實現現場環(huán)境的采集功能；②傳輸系統(tǒng)；③遠程監(jiān)測系統(tǒng)；④移動終端，通過手機等移動終端可以異地監(jiān)測水產養(yǎng)殖場的情況。

2.4“氣象預報式”信息服務系統(tǒng)

整合當地熱線、農業(yè)信息網站資源等的水產養(yǎng)殖技術、水產養(yǎng)殖行業(yè)新聞及市場動態(tài)信息，利用網格技術、數據庫異構分布技術、中間件技術、云計算技術、人工智能等技術充分融合現有的水產信息資源，采用三網融合技術，為養(yǎng)殖企業(yè)和養(yǎng)殖戶提供水產養(yǎng)殖信息服務，解決生產管理、養(yǎng)殖技術推廣、市場信息服務等問題。采用手機報、惠農短信、農林電視節(jié)目等信息技術手段，為養(yǎng)殖戶提供適時的水質環(huán)境預測預報、應急防范、技術咨詢服務。

3物聯網技術在水產養(yǎng)殖方面的應用前景

雖然當前物聯網在水產養(yǎng)殖中還未廣泛應用，僅處于試驗階段，但江蘇無錫市山區(qū)鵝湖鎮(zhèn)物聯網智能養(yǎng)魚、蘇州昆山陽澄湖漁業(yè)產業(yè)園、金壇長蕩湖漁業(yè)科技示范園_[8]、無錫宜興物聯網養(yǎng)螃蟹_[9]等實驗區(qū)均取得了可喜的成果，說明物聯網在水產養(yǎng)殖方面發(fā)展?jié)摿薮?，通過物聯網技術支持，水產養(yǎng)殖會發(fā)展得更快。物聯網是我國未來幾年的重點發(fā)展產業(yè)，得到了政府的大力支持_[10]，物聯網技術也將在“十二五”期間快速發(fā)展，技術體系會更加完善，相關的政策會更加健全。

“十二五”規(guī)劃中對水產養(yǎng)殖業(yè)、增殖漁業(yè)、捕撈業(yè)、加工業(yè)和休閑漁業(yè)五大產業(yè)體系做出了詳細規(guī)定。其中，水產養(yǎng)殖在產業(yè)中所占比重被再度要求加重_[11]。這就要求水產養(yǎng)殖向高密度、集約化發(fā)展，這就需要水產物聯網技術的支持，在保持水環(huán)境質量的基礎上，實行標準化養(yǎng)殖，對水產養(yǎng)殖的過程進行全程監(jiān)控，保證水產養(yǎng)殖的規(guī)范化、標準化。水產養(yǎng)殖在物聯網技術的支持下將會得到更快的發(fā)展。

4結語

建立水產養(yǎng)殖物聯網系統(tǒng)是現代水產養(yǎng)殖的必然趨勢。該系統(tǒng)可以對水產養(yǎng)殖過程進行測控，成為水產養(yǎng)殖的“管家”_[12]；還可以對水產環(huán)境變化、水質狀況進行監(jiān)測，并準確投喂，及時增氧，對可能出現的水產疾病進行預報，及時采取措施；還可完善水產養(yǎng)殖生產技術，保證養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，進一步提高水產品質量，應對勞動力成本上升，最終可獲得更好的社會效益、經濟效益和生態(tài)效益。

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