宋懌，黃磊，程波，宋蓓

(中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)研究中心，農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)品質(zhì)量安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100141)

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知化養(yǎng)殖
——第四次工業(yè)革命下水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)

宋懌*，黃磊，程波，宋蓓

(中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)研究中心，農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)品質(zhì)量安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100141)

水產(chǎn)品養(yǎng)殖業(yè)正處于發(fā)展的瓶頸期，必須與現(xiàn)代化技術(shù)相結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)根本的轉(zhuǎn)變。文章提出了知化養(yǎng)殖的概念，并指出知化養(yǎng)殖作為新的生產(chǎn)方式，在實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖標(biāo)準(zhǔn)化的同時(shí)，也可以提高勞動(dòng)效率以及資源轉(zhuǎn)化率；并在與多種養(yǎng)殖技術(shù)并存的形勢(shì)下，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)快速升級(jí)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變。對(duì)知化養(yǎng)殖從生產(chǎn)環(huán)節(jié)中“單個(gè)過程的知化”到“與新型IT技術(shù)的深度融合”，再到“人工智能+水產(chǎn)養(yǎng)殖”的技術(shù)路徑、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析展望。研究表明知化養(yǎng)殖的趨勢(shì)已經(jīng)有所顯現(xiàn)，將成為突破水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)彎道超車的必然。[中國(guó)漁業(yè)質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)，2017,7(3):8-14]

知化；水產(chǎn)養(yǎng)殖；技術(shù)革命；發(fā)展趨勢(shì)

中國(guó)是水產(chǎn)養(yǎng)殖大國(guó)，同時(shí)又是一個(gè)水產(chǎn)弱國(guó)。水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)主要沿用消耗大量資源和粗放式經(jīng)營(yíng)的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式[1]，呈現(xiàn)出“傳統(tǒng)的方法、落后的手段、低效的重復(fù)”的特征，要想突破瓶頸，必須依靠現(xiàn)代化的技術(shù)和方法實(shí)現(xiàn)根本的轉(zhuǎn)變。隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息技術(shù)的發(fā)展，第四次工業(yè)革命正在我們身邊發(fā)生。它是以互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化、工業(yè)智能化、工業(yè)一體化為代表，以人工智能、清潔能源、無(wú)人控制技術(shù)、量子信息技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)為主的全新技術(shù)革命。它將像蒸汽革命、電氣革命、信息革命一樣改變各行各業(yè)，甚至我們的生活方式[2]。在此背景下，可以預(yù)見，在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)將產(chǎn)生一種新的生產(chǎn)方式，它可以使養(yǎng)殖者的記憶力得到加深、認(rèn)識(shí)能力得到加速、分析判斷能力得到加強(qiáng)，通過“天才式”設(shè)計(jì)“傻瓜式”操作[3]，不需要高深的專業(yè)知識(shí)，也沒有復(fù)雜的操作要求，在達(dá)到預(yù)期效果的同時(shí)將效率提高到全新水平，這就是知化養(yǎng)殖。

1 知化養(yǎng)殖是第四次工業(yè)革命帶來的顛覆

“知化”指“賦予對(duì)象認(rèn)知能力”[4]。簡(jiǎn)單地說就是讓機(jī)器、設(shè)備及其他事物擁有智能的過程。而知化養(yǎng)殖是指通過運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新型IT技術(shù)成果，改變傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)方式。它將養(yǎng)殖過程分解成一系列關(guān)鍵技術(shù)流程，在這些流程模塊中植入智能，即將人類對(duì)于水產(chǎn)養(yǎng)殖相關(guān)的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)通過模型、系統(tǒng)、軟件、APP等形式固化，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)目標(biāo)、生產(chǎn)過程、放養(yǎng)飼喂收貨等關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制精準(zhǔn)化，使具備一般專業(yè)技能的養(yǎng)殖者，可借助這些模塊，僅進(jìn)行簡(jiǎn)單操作，即可應(yīng)對(duì)大部分問題，達(dá)到預(yù)期的收獲，并能大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、資源利用率。

水產(chǎn)養(yǎng)殖涉及苗種投放、水質(zhì)管理、投入品采購(gòu)、飼料投喂、病害防治、捕撈收貨等環(huán)節(jié)，此外苗種、藥品、飼料、運(yùn)輸、銷售、餐飲等都是水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)品生產(chǎn)供應(yīng)鏈上的一環(huán)。從應(yīng)用領(lǐng)域來講，水產(chǎn)養(yǎng)殖活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)都將成為養(yǎng)殖知化所要實(shí)現(xiàn)的對(duì)象。水產(chǎn)品養(yǎng)殖業(yè)的未來注定要與IT產(chǎn)業(yè)完美結(jié)合，從而完成自身的“知化”。

2 知化養(yǎng)殖的需求分析

作為漁業(yè)大國(guó)，中國(guó)水產(chǎn)品總量連續(xù)27年保持世界第一。2009年以來，養(yǎng)殖水產(chǎn)品產(chǎn)量占漁業(yè)總產(chǎn)量的比例保持在七成以上，2016年產(chǎn)量達(dá)5 100.05萬(wàn)t[5]。但是規(guī)模大、產(chǎn)量多并不等于實(shí)力最強(qiáng)，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)在面對(duì)資源約束、成本增加、需求升級(jí)等諸多挑戰(zhàn)時(shí)，存在生產(chǎn)方式粗放、技術(shù)手段落后、勞動(dòng)密集、知識(shí)協(xié)同不足等缺陷。

2.1 知化養(yǎng)殖可以實(shí)現(xiàn)“傻瓜式操作”，改變管理靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式

傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)方式原始、管理粗放，主要依靠生產(chǎn)者的知識(shí)儲(chǔ)備和經(jīng)驗(yàn)積累[6]。生產(chǎn)者需要接受前期培訓(xùn)或師傅傳授，完成基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備。但只掌握書本上的知識(shí)還不夠，生產(chǎn)者往往需要經(jīng)過長(zhǎng)期實(shí)踐，經(jīng)歷很多實(shí)際問題，完成經(jīng)驗(yàn)積累，才能成為一個(gè)比較好的傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)人員。但即便如此，憑經(jīng)驗(yàn)養(yǎng)殖科學(xué)性不足、重復(fù)性差，容易受水源、地區(qū)、季節(jié)、氣候等環(huán)境因素的影響，風(fēng)險(xiǎn)不可控。曾經(jīng)有在福建、廣東養(yǎng)蝦賺的盆缽滿貫的蝦農(nóng)，依靠“豐富經(jīng)驗(yàn)”，到海南照方抓藥，養(yǎng)殖相同品種，應(yīng)用相同的模式、投入品、作業(yè)流程，結(jié)果卻失敗了。即便是在相同的地方開展水產(chǎn)養(yǎng)殖，每一年的收益也可能差異較大。類似的情況在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域相當(dāng)普遍。

另外傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖由于沒有實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，生產(chǎn)過程不可控、生產(chǎn)結(jié)果不穩(wěn)定，“盲目式”特征明顯：存在為求產(chǎn)量效益不顧水體承載量盲目增加投苗量的現(xiàn)象；存在養(yǎng)殖過程隨意性大，病害高發(fā)季節(jié)盲目使用藥物防病的現(xiàn)象；存在一旦發(fā)病盲目用藥，嘗試式投藥、超量超限濫用藥物的現(xiàn)象。這些都是影響水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)品質(zhì)量、消費(fèi)安全、生產(chǎn)效益和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。

知化養(yǎng)殖，使具備一般專業(yè)技能的養(yǎng)殖者只需要簡(jiǎn)單的應(yīng)用培訓(xùn)就能開展養(yǎng)殖活動(dòng)，只需要觀看數(shù)字，相關(guān)設(shè)備會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。遇到復(fù)雜問題通過后臺(tái)，與本地或云端的專家系統(tǒng)、遠(yuǎn)程技術(shù)專家終端系統(tǒng)(如飼料、藥物供應(yīng)商等)相連，享受主動(dòng)專業(yè)的技術(shù)咨詢和服務(wù)。改變傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式管理靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的方式，科學(xué)養(yǎng)殖、精益生產(chǎn)。

2.2 知化養(yǎng)殖可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改變傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式生產(chǎn)靠人工的勞動(dòng)時(shí)間、勞動(dòng)強(qiáng)度的疊加方式

傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖是一項(xiàng)專業(yè)繁瑣的工作，不僅需要養(yǎng)殖人員具有相關(guān)專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，還需要大量的勞動(dòng)時(shí)間和強(qiáng)度。隨著中國(guó)“人口紅利”時(shí)代的逐漸結(jié)束，各行業(yè)人工成本逐年增加。水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)同樣面臨著人工成本快速上升的問題。過去雇傭一個(gè)工人一年大約需要支付3 000～5 000元，而現(xiàn)在基本上每年要付出5萬(wàn)到10萬(wàn)元的成本，這在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)基本已成為普遍現(xiàn)象，并且成本還在不斷上升。

隨著養(yǎng)殖不斷被知化，將大量繁瑣、重復(fù)的勞動(dòng)作業(yè)交給機(jī)器和系統(tǒng)，可以不斷解放勞動(dòng)力，大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。據(jù)報(bào)道，位于廣東萬(wàn)頃沙鎮(zhèn)某水產(chǎn)公司近兩年來通過利用機(jī)器設(shè)備等方式，在降低人工費(fèi)用等生產(chǎn)成本的同時(shí)極大地提高了生產(chǎn)效率。一是該公司大面積使用全自動(dòng)投料機(jī)。以前，每個(gè)大塘每天需要的飼料量達(dá)1 t，都是靠工人一袋一袋肩扛撒料，生產(chǎn)方式效率低下。使用全自動(dòng)投料機(jī)后，飼料可以自動(dòng)播撒，節(jié)省了不少人力和時(shí)間。二是在近267 hm2的魚塘中安裝有自動(dòng)增氧機(jī)，可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)水中溶氧，從而控制增氧機(jī)開關(guān)，無(wú)需人力操作；通過使用機(jī)器設(shè)備，原來一個(gè)工人最多只能管理4 hm2魚塘，現(xiàn)在一個(gè)工人可以管理20多hm2魚塘。該公司還計(jì)劃盡快將傳統(tǒng)劃船換為電動(dòng)船，工人們無(wú)需靠人力劃船就能輕松在魚塘內(nèi)行動(dòng)。兩年來，該公司一線生產(chǎn)工人數(shù)量從40多人減少到15人，節(jié)約了50%左右的人工費(fèi)，生產(chǎn)成本大大減少。

2.3 知化養(yǎng)殖可以在資源約束趨緊、供給壓力加大的外部形勢(shì)下，提高資源轉(zhuǎn)化率，確保供給的“質(zhì)量穩(wěn)定、供應(yīng)穩(wěn)定、價(jià)格穩(wěn)定”

2009年，國(guó)土資源部發(fā)布的中國(guó)自然資源預(yù)警報(bào)告稱，雖然中國(guó)資源總量大，但又是世界人均占有量較低的資源小國(guó)。中國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖面臨缺地、缺水、缺蛋白源的窘困環(huán)境[7]：1)中國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖缺地。中國(guó)的人均可耕地面積本來就少，隨著國(guó)家城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的發(fā)展，房地產(chǎn)、工業(yè)等產(chǎn)業(yè)還會(huì)不斷擠壓水產(chǎn)養(yǎng)殖的空間，水產(chǎn)養(yǎng)殖用地會(huì)越來越少，而且使用成本(塘租)也越來越高。如北京、深圳等地，隨著城市化，轄區(qū)內(nèi)原有的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)基本消失，僅保留極少數(shù)產(chǎn)地發(fā)展休閑垂釣等特色養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)。2)中國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖缺水。一方面中國(guó)是世界上13個(gè)貧水國(guó)家之一，而且近年來中國(guó)的水質(zhì)惡化問題趨于嚴(yán)重，宜養(yǎng)水域縮減影響水產(chǎn)養(yǎng)殖。另一方面，近年來中國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境污染較為嚴(yán)重，2015年國(guó)務(wù)院正式發(fā)布《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，明確提出在重點(diǎn)河湖及近岸海域劃定限制養(yǎng)殖區(qū)，將海水養(yǎng)殖面積控制在220萬(wàn)hm2左右。3)中國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖缺飼料蛋白源。中國(guó)飼料蛋白源嚴(yán)重依賴進(jìn)口，魚粉、大豆、玉米等自給率都很低。中國(guó)每年消耗的魚粉約為160萬(wàn)t(其中55%用于水產(chǎn)養(yǎng)殖)，其中100萬(wàn)t依靠進(jìn)口，占到六成以上，自給率不足40%。資源的“緊箍咒”日益趨緊成為中國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展面臨的新困難。

與此同時(shí)，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+ ”時(shí)代來臨和生鮮電商發(fā)展，水產(chǎn)業(yè)態(tài)發(fā)展變化對(duì)產(chǎn)品的需求隨之升級(jí)。水產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要目標(biāo)是保證產(chǎn)品“安全、優(yōu)質(zhì)、價(jià)廉、便利”的基礎(chǔ)上達(dá)到“質(zhì)量穩(wěn)定、供應(yīng)穩(wěn)定、價(jià)格穩(wěn)定”[8]。知化養(yǎng)殖可以改變落后的生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)養(yǎng)殖，減少資源的投入和浪費(fèi)，提高土地、水資源利用率，提高飼料蛋白轉(zhuǎn)化率。

2.4 知化養(yǎng)殖可以在多種養(yǎng)殖技術(shù)模式并存的形勢(shì)下，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)快速升級(jí)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變上的彎道超車

中國(guó)的水產(chǎn)養(yǎng)殖至少有三千年的歷史，改革開放后更是取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，產(chǎn)量、規(guī)模達(dá)到前所未有的高度。但傳統(tǒng)的粗放式水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)方式仍占據(jù)很大的比例。

中國(guó)工業(yè)化的設(shè)施漁業(yè)起步于20世紀(jì)70年代。此類養(yǎng)殖生產(chǎn)投入依靠工程化的設(shè)施裝備，生產(chǎn)環(huán)境(水體)封閉或半封閉，生產(chǎn)管理依靠生產(chǎn)工藝實(shí)施良好管理，生產(chǎn)規(guī)程規(guī)范、可控，不易受自然環(huán)境影響。中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所開發(fā)的水利挖塘機(jī)組、葉輪式增氧機(jī)等邁開了水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)施化的第一步。國(guó)外工業(yè)化的設(shè)施漁業(yè)則于20世紀(jì)80年代起步，代表國(guó)家有挪威、美國(guó)、日本等。目前中國(guó)與國(guó)外漁業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在漁業(yè)智能化的探索上仍存在一定差距。以挪威為例，挪威的大型養(yǎng)殖場(chǎng)已實(shí)現(xiàn)三文魚飼料投喂、收獲、洗網(wǎng)、加工的完全自動(dòng)化，只要定期維護(hù)便可實(shí)現(xiàn)1～2人管理全場(chǎng)所有事務(wù)。在丹麥，一個(gè)年產(chǎn)2 000 t的大型漁場(chǎng)也只需要兩個(gè)人管理[9]。近年來，中國(guó)在諸如工廠化高密度養(yǎng)殖海珍品、池塘循化水精養(yǎng)、養(yǎng)魚工船和深水網(wǎng)箱等方面取得了很大的進(jìn)步，但與國(guó)外仍存在不同程度的差距。

正如同“我們將知化以往曾經(jīng)被我們電氣化的所有一切”所言，工業(yè)化的水產(chǎn)養(yǎng)殖是養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展與前幾次技術(shù)革命成果的結(jié)合，而下一步將在工業(yè)化的基礎(chǔ)上，借助新興信息技術(shù)，提高生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)的自動(dòng)化、智能化程度，實(shí)現(xiàn)“知化養(yǎng)殖”。因此應(yīng)在工業(yè)化養(yǎng)殖設(shè)施裝備相關(guān)材料、工藝、制造等方面趕超國(guó)外先進(jìn)水平的同時(shí)，在信息化領(lǐng)域的軟件系統(tǒng)平臺(tái)和硬件設(shè)施設(shè)備上同樣加大投入力度，使中國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展搭上以互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等信息技術(shù)為特點(diǎn)的第四次工業(yè)革命的高速列車，高標(biāo)準(zhǔn)地完成工業(yè)化、信息化的兩化融合，實(shí)現(xiàn)彎道超車。不同類型水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)方式的對(duì)比詳見表1。

表1 不同類型水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)方式的對(duì)比Tab.1 Comparison table of different types of aquaculture production models

3 知化養(yǎng)殖的技術(shù)路徑、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

隨著信息技術(shù)革命的不斷深化，知化養(yǎng)殖的發(fā)展會(huì)呈現(xiàn)出一個(gè)漸進(jìn)式的過程。開始時(shí)是對(duì)養(yǎng)殖生產(chǎn)活動(dòng)中的一個(gè)或幾個(gè)技術(shù)流程進(jìn)行知化，隨后不斷完善、升級(jí)，注入更多的智慧，最后將完成對(duì)整個(gè)行業(yè)的知化?？梢哉f，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)不斷知化的過程，正是其科學(xué)化、規(guī)范化、信息化、智能化的可持續(xù)發(fā)展過程。而這個(gè)過程大體上可以分為以下3個(gè)階段。

3.1 知化養(yǎng)殖1.0：?jiǎn)蝹€(gè)過程的知化

近些年，在相關(guān)漁業(yè)部門、科研機(jī)構(gòu)以及企業(yè)等的共同努力下，針對(duì)水質(zhì)監(jiān)控、病害防治、產(chǎn)品追溯、水產(chǎn)銷售等技術(shù)流程，在自動(dòng)化、智能化方面取得了很多技術(shù)突破，許多流程不斷被注入智慧，水產(chǎn)養(yǎng)殖知化的發(fā)展初露端倪。

3.1.1 水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，也叫水環(huán)境參數(shù)辨識(shí)技術(shù)，主要是在養(yǎng)殖水體中設(shè)置基于化學(xué)特性的水質(zhì)傳感器，感應(yīng)測(cè)量對(duì)水生動(dòng)物影響較大的水質(zhì)參數(shù)，并實(shí)時(shí)向本地或遠(yuǎn)程的信息管理平臺(tái)上傳[10]。水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)發(fā)展方向是應(yīng)用集成傳感，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同目標(biāo)環(huán)境的水體進(jìn)行多參數(shù)、實(shí)時(shí)、定時(shí)的參數(shù)采集?，F(xiàn)在一般是用一個(gè)集成探頭，感應(yīng)測(cè)量養(yǎng)殖水體水溫、水深、溶解氧、pH和氧化還原電位等參數(shù)。未來還可集成電導(dǎo)率傳感器、氨氮傳感器等用于檢測(cè)鹽度和氨氮的濃度以及光照度、空氣溫度、風(fēng)速等養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)。一般面積2 hm2以下的單個(gè)魚池只需安裝一個(gè)探頭，6.7 hm2以上的單個(gè)池塘需要安裝2個(gè)以上的探頭[11]。國(guó)內(nèi)外在水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)方面的技術(shù)研發(fā)已有十多年的時(shí)間，現(xiàn)在已經(jīng)有比較成熟的技術(shù)和設(shè)備，并在江蘇、湖北、浙江等多主要養(yǎng)殖產(chǎn)區(qū)開展了比較廣泛的示范應(yīng)用。

3.1.2 魚體行為特征參數(shù)辨識(shí)技術(shù)

魚體行為特征參數(shù)辨識(shí)技術(shù)主要基于機(jī)器視覺、水下攝像等技術(shù)。目前主要技術(shù)手段包括：通過采集魚體形狀、紋理和顏色等特征，實(shí)現(xiàn)種類識(shí)別，可以用于解決由同種魚病在不同魚種中癥狀表現(xiàn)不同而導(dǎo)致誤診的問題；在連續(xù)鏡頭的連續(xù)幀中將魚體與其背景進(jìn)行分割，從而估算個(gè)體游速和方向，達(dá)到對(duì)水產(chǎn)行為觀測(cè)的目的[12]；通過水下攝像觀測(cè)養(yǎng)殖魚類攝食情況和水體中殘餌情況，并與自動(dòng)投喂系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)飼喂。

3.1.3 魚病自助診斷技術(shù)和遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)

綜合利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、顯微圖像處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，構(gòu)建跨平臺(tái)的水產(chǎn)養(yǎng)殖遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)圖像與傳輸系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)水產(chǎn)病害的遠(yuǎn)程診斷[9]。通過該系統(tǒng)，養(yǎng)殖產(chǎn)地終端可向平臺(tái)上傳魚病癥狀信息參數(shù)(文字或圖片)，信息平臺(tái)通過自助診斷專家系統(tǒng)(本地或云端)或?qū)⑾嚓P(guān)信息發(fā)送給專家人員進(jìn)行遠(yuǎn)程會(huì)診，給出診斷意見，提供防治措施咨詢，支持安全用藥記錄，同時(shí)具有區(qū)域電子病歷統(tǒng)計(jì)功能。其中魚病自助診斷專家系統(tǒng)作為水產(chǎn)養(yǎng)殖信息化的重要組成部分，能夠加快水產(chǎn)病害信息的診斷速度，提高診斷的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。近年，一些研究學(xué)者運(yùn)用現(xiàn)代科技手段探索能夠有效結(jié)合與魚病特征相適應(yīng)的表示方法的處理算法、推理方法，并構(gòu)建了疾病診斷專家系統(tǒng)。但是魚病診斷總是在魚病產(chǎn)生之后采取的處理方式。因此，如何與水質(zhì)監(jiān)測(cè)和預(yù)警、魚體行為特征參數(shù)辨識(shí)等集成形成一體化的系統(tǒng)是下一步的研究重點(diǎn)之一。

3.1.4 水產(chǎn)品追溯技術(shù)和系統(tǒng)

水產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管追溯系統(tǒng)覆蓋水產(chǎn)品供應(yīng)鏈全程，其目的是記錄從原始材料至最終消費(fèi)品的整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)鏈的過程，涉及到自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、自動(dòng)數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)通信技術(shù)等[13]。中國(guó)對(duì)此領(lǐng)域的技術(shù)探索始于2006年，其中中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院已制定出貫通養(yǎng)殖、加工、批發(fā)、零售和消費(fèi)全過程且適用多品種的水產(chǎn)品追溯單元編碼規(guī)則與編碼生成技術(shù)，開發(fā)設(shè)計(jì)了水產(chǎn)品主體標(biāo)識(shí)與標(biāo)簽標(biāo)識(shí)技術(shù)，建立了水產(chǎn)品供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)傳輸與交換技術(shù)體系，構(gòu)建了可覆蓋全國(guó)的水產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯與監(jiān)管平臺(tái)，并開展了技術(shù)示范和應(yīng)用[8]。在養(yǎng)殖環(huán)節(jié)，追溯系統(tǒng)可通過計(jì)算機(jī)軟件、智能手機(jī)APP、IC卡等技術(shù)手段，采集養(yǎng)殖環(huán)境、養(yǎng)殖水質(zhì)、投入品來源和使用、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)和銷售等生產(chǎn)、管理、流通信息。產(chǎn)品出場(chǎng)時(shí)形成商品獨(dú)一無(wú)二的追溯標(biāo)簽，附加追溯條碼(二維碼)，根據(jù)標(biāo)簽可以追溯水產(chǎn)品從養(yǎng)殖場(chǎng)到銷售點(diǎn)的所有詳細(xì)信息[14]。

3.1.5 養(yǎng)殖專家系統(tǒng)和養(yǎng)殖過程自動(dòng)控制技術(shù)

通過對(duì)養(yǎng)殖環(huán)節(jié)多種采集與感知的參數(shù)信息的處理、建模與應(yīng)用，指導(dǎo)生產(chǎn)操作或?qū)︷B(yǎng)殖設(shè)施、設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。除上述水質(zhì)預(yù)警管控、疾病預(yù)防及診治、生物行為學(xué)模型等，還包括飼料配比與精準(zhǔn)飼喂、循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)(recirculating aquaculture system, RAS)與設(shè)施養(yǎng)殖控制等方面[15]。目前，已實(shí)現(xiàn)基于智能手機(jī)平臺(tái)的養(yǎng)殖過程遠(yuǎn)程控制APP。養(yǎng)殖戶通過手機(jī)可以實(shí)時(shí)查看水質(zhì)指標(biāo)變化。一旦水質(zhì)異常，APP可以通過聲光自動(dòng)報(bào)警并通過短信進(jìn)行提示。養(yǎng)殖戶還可以使用手機(jī)遠(yuǎn)程控制增氧機(jī)、投餌機(jī)等設(shè)備，進(jìn)行自動(dòng)、手動(dòng)或者定時(shí)操作。

3.1.6 區(qū)域級(jí)信息獲取和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

利用遙感技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域級(jí)的信息采集，可以對(duì)水質(zhì)變化和水體污染進(jìn)行宏觀尺度的監(jiān)測(cè)，其中主要包括區(qū)域水環(huán)境信息獲取與監(jiān)測(cè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖面積及時(shí)空特征變化等[12]。采集到的信息與地理信息技術(shù)等聯(lián)合使用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖面積及其動(dòng)態(tài)變化、空間分布狀態(tài)等的宏觀感知。

3.1.7 水產(chǎn)電子商務(wù)和信息綜合服務(wù)

近兩年生鮮電商從無(wú)到有，快速發(fā)展。在綜合電商平臺(tái)上水產(chǎn)品品類、數(shù)量、交易量不斷上升的同時(shí)，更加專業(yè)化的垂直水產(chǎn)電商和綜合服務(wù)平臺(tái)也快速發(fā)展。通過電商平臺(tái)實(shí)現(xiàn)漁用物資、投入品的采購(gòu)和養(yǎng)殖產(chǎn)品的銷售，可推動(dòng)水產(chǎn)業(yè)朝“安全、優(yōu)質(zhì)、價(jià)廉、便利”的方向發(fā)展[16]。水產(chǎn)電商平臺(tái)方便水產(chǎn)經(jīng)紀(jì)人快速、精準(zhǔn)地查詢養(yǎng)殖戶及水產(chǎn)品信息，方便實(shí)現(xiàn)線上、線下交易；還可與產(chǎn)品追溯平臺(tái)對(duì)接，可實(shí)時(shí)查詢產(chǎn)品品名、銷售日期、銷售單位、銷售地址、生產(chǎn)單位等信息；另外，可以為養(yǎng)殖企業(yè)提供苗種、飼料、漁藥等團(tuán)購(gòu)服務(wù)，縮減養(yǎng)殖企業(yè)成本、擴(kuò)大養(yǎng)殖效益[9]。此外，通過建設(shè)信息服務(wù)平臺(tái)，還可對(duì)從業(yè)人員進(jìn)行專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，專家和技術(shù)員可以在平臺(tái)上及時(shí)準(zhǔn)確地向養(yǎng)殖戶提供養(yǎng)殖技術(shù)、病害防治、市場(chǎng)行情、供求信息等相關(guān)的服務(wù)信息，使從業(yè)人員的專業(yè)素養(yǎng)得到提高，獲取和分享信息的能力前所未有。

3.2 知化養(yǎng)殖2.0：養(yǎng)殖技術(shù)與新型IT技術(shù)的深度融合

隨著互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等概念和技術(shù)將不斷進(jìn)步和實(shí)用，并將與水產(chǎn)養(yǎng)殖活動(dòng)深度融合，使水產(chǎn)養(yǎng)殖知化的程度達(dá)到全新的水平。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)：即“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。包括兩層含意：其一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；其二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物體與物體之間，進(jìn)行信息交換和通信。在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域應(yīng)用智能傳感技術(shù)、處理技術(shù)及控制技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、圖像實(shí)時(shí)采集、無(wú)線傳輸、智能處理和預(yù)測(cè)預(yù)警信息發(fā)布、輔助決策等功能，可對(duì)養(yǎng)殖水體的水溫、溶解氧、pH、鹽度、濁度等參數(shù)和其他環(huán)境因子的指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)及控制，及時(shí)調(diào)節(jié)養(yǎng)殖水質(zhì)，使養(yǎng)殖水產(chǎn)品可以在最適宜的環(huán)境下生長(zhǎng)，以達(dá)到省工、節(jié)本、增產(chǎn)、增效等目的[17]。

大數(shù)據(jù)技術(shù)：水產(chǎn)養(yǎng)殖大數(shù)據(jù)是水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)劃、計(jì)劃、生產(chǎn)、銷售、管理、科研等所有環(huán)節(jié)(包括影響這些環(huán)節(jié)所有因素，如地理、氣象、水文、環(huán)保、政策、市場(chǎng)等)所產(chǎn)生數(shù)據(jù)的集合，以及對(duì)這些數(shù)據(jù)的獲取、分類、存儲(chǔ)、管理、挖掘并提供快捷、有價(jià)值服務(wù)的各項(xiàng)技術(shù)及其應(yīng)用的總稱[18]。目前已經(jīng)成熟或正在發(fā)展的大數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用技術(shù)與應(yīng)用架構(gòu)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)模式均可借鑒到水產(chǎn)養(yǎng)殖大數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)上。利用水產(chǎn)養(yǎng)殖大數(shù)據(jù)，可以提高信息的綜合利用率，可以挖掘隱藏在結(jié)構(gòu)化和非機(jī)構(gòu)化數(shù)據(jù)深層的信息，產(chǎn)生新的知識(shí)，為養(yǎng)殖規(guī)劃、生產(chǎn)、銷售、管理、科研及相關(guān)環(huán)節(jié)提供有效的信息支持，顯著提高水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的綜合生產(chǎn)力。

云計(jì)算技術(shù)：是一種通過Internet以服務(wù)的方式提供動(dòng)態(tài)可伸縮的虛擬化的資源的計(jì)算模式[19]。用戶可在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何可以連接至互聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備訪問這些服務(wù)。將云計(jì)算技術(shù)引入水產(chǎn)養(yǎng)殖信息服務(wù)，可以將多樣化、復(fù)雜化、零散的信息資源整合成極大規(guī)模的數(shù)據(jù)庫(kù)云。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)側(cè)重于數(shù)據(jù)信息的自動(dòng)獲取與實(shí)時(shí)傳遞，大數(shù)據(jù)技術(shù)側(cè)重于通過數(shù)據(jù)挖掘?qū)崿F(xiàn)更加巨大的信息價(jià)值，云計(jì)算賦予廉價(jià)的并行計(jì)算能力和無(wú)處不在的信息服務(wù)能力。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等概念和技術(shù)在養(yǎng)殖生產(chǎn)各流程的綜合運(yùn)用，可以使水產(chǎn)養(yǎng)殖的知化程度取得質(zhì)的進(jìn)步。一方面，以往養(yǎng)殖技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蛲ㄟ^模型、系統(tǒng)、軟件、APP等形式固化，提高生產(chǎn)的自動(dòng)化、信息化程度；另一方面，水產(chǎn)養(yǎng)殖信息化所獲取的水產(chǎn)生物多個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)的有關(guān)病害、生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)、行為學(xué)特征、飼喂等大量數(shù)據(jù)信息，加之全新的思維模式、更新的模型算法、更強(qiáng)大的計(jì)算能力，將使人們對(duì)養(yǎng)殖活動(dòng)中各要素的互動(dòng)機(jī)理產(chǎn)生更深入的認(rèn)識(shí)，從而使品種選育、品系維持、新品種引進(jìn)、養(yǎng)殖技術(shù)與養(yǎng)殖環(huán)境的改善和創(chuàng)新等傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)獲得質(zhì)的進(jìn)步。

3.3 知化養(yǎng)殖3.0：人工智能+水產(chǎn)養(yǎng)殖

未來的網(wǎng)絡(luò)將逐步進(jìn)化為“知化”的網(wǎng)絡(luò)，從現(xiàn)在這種冰冷的物理連接到主動(dòng)感知各類連接設(shè)備，再到分析了解網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)，知曉如何適應(yīng)外界的變化，最后網(wǎng)絡(luò)將有智能思考的能力，形成自身的知識(shí)，會(huì)進(jìn)行策略選擇和推演，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖管理人員、網(wǎng)絡(luò)和養(yǎng)殖活動(dòng)的融合一體。它將是集感知、連接、計(jì)算和數(shù)據(jù)服務(wù)為一體的網(wǎng)絡(luò)，將會(huì)具有超級(jí)安全、自主優(yōu)化、進(jìn)化更新等3大能力，人工智能得以實(shí)現(xiàn)。

水產(chǎn)養(yǎng)殖也將與人工智能、知化網(wǎng)絡(luò)高度融合。機(jī)器將承擔(dān)養(yǎng)殖過程中的大部分工作。水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)活動(dòng)變得高度智能化、自動(dòng)化，分布在池塘里的細(xì)小探針自動(dòng)監(jiān)測(cè)環(huán)境因子、水體指標(biāo)、養(yǎng)殖動(dòng)物活動(dòng)情況，據(jù)此隨時(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)機(jī)器系統(tǒng)完成放苗、投飼、病防、收貨等操作。實(shí)現(xiàn)科學(xué)養(yǎng)殖、精益生產(chǎn)、改善和控制水質(zhì)條件、保障養(yǎng)殖環(huán)境，做到精確投喂和科學(xué)放養(yǎng)，達(dá)到生產(chǎn)目標(biāo)可預(yù)期、生產(chǎn)過程受控制、生產(chǎn)效率最大化。而生產(chǎn)者平時(shí)只需要監(jiān)管這個(gè)智能化生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，或者研究是否更換養(yǎng)殖品種、發(fā)現(xiàn)客戶需求、更新客戶群這類的工作，而所有能被量化評(píng)估的任務(wù)都有人工智能后臺(tái)鏈接知化網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器系統(tǒng)完成。

4 結(jié)語(yǔ)

以上論述表明，在互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代背景下，水產(chǎn)養(yǎng)殖將不斷被知化。

目前中國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖的知化處于初始階段，面臨諸多困難和挑戰(zhàn)，如專業(yè)人才匱乏，尤其是缺少即懂養(yǎng)殖又懂信息化的復(fù)合型人才；行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚未建立，養(yǎng)殖戶科學(xué)管理技能有待提高。在知化養(yǎng)殖硬件設(shè)備升級(jí)過程中，大型制造商的參與程度還很低，許多應(yīng)用項(xiàng)目還主要依賴進(jìn)口感知設(shè)備；另外，中國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖分散，養(yǎng)殖戶文化程度、專業(yè)素養(yǎng)整體偏低，老齡化、兼職化趨勢(shì)明顯，傳統(tǒng)養(yǎng)殖觀念根深蒂固，多對(duì)新興設(shè)備和技術(shù)接受度很低。

這些問題反過來倒逼傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖必須轉(zhuǎn)型升級(jí)，通過不斷知化提高水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的質(zhì)量效益和競(jìng)爭(zhēng)力是必由之路，積極呼吁業(yè)內(nèi)人士對(duì)此給予足夠重視。知化養(yǎng)殖的概念剛剛提出，水產(chǎn)養(yǎng)殖知化的內(nèi)涵和意義，與精準(zhǔn)養(yǎng)殖、智慧養(yǎng)殖等概念的關(guān)系，發(fā)展所面臨的困難、挑戰(zhàn)，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)應(yīng)用途徑以及配套措施等需要業(yè)內(nèi)共同關(guān)注和廣泛探討。另外，從研究層面，進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃建設(shè)，切實(shí)解決面向知化養(yǎng)殖實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的資源組織、應(yīng)用開發(fā)、數(shù)據(jù)積累和共享以及平臺(tái)集成和應(yīng)用等方面問題，以真正發(fā)揮知化養(yǎng)殖價(jià)值優(yōu)勢(shì)是相關(guān)科研人員值得關(guān)注的重點(diǎn)。

知化養(yǎng)殖是一個(gè)漸進(jìn)發(fā)展的過程，不可能一蹴而就。但可預(yù)見，隨著第四次工業(yè)革命的深入推進(jìn)，知化養(yǎng)殖將成為信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展相結(jié)合的必然，并且在未來的水產(chǎn)養(yǎng)殖中發(fā)揮重要的作用。

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Knowledge-driven aquaculture — An inevitable development tendency ofaquaculture industry in fourth industrial revolution

SONG Yi*, HUANG Lei, CHENG Bo, SONG Bei

(Quality and Standards Research Center, Chinese Academy of Fishery Sciences, Key Laboratory ofControl of Quality and Safety for Aquatic Products, Ministry of Agriculture, Beijing 100141, China)

The aquaculture industry stays at the bottleneck period of development at present; it must be integrated with the modern technology to achieve the fundamental transformation. This article proposes the concept of knowledge-driven aquaculture, and points out that as the new production model, the knowledge-driven aquaculture can also increase productivity and the resource conversion rate while realizing the standardization of aquaculture; and can promote the rapid industry upgrading and realize the conversion of production model under the coexistence of multiple types of aquaculture techniques. This article also analyzes and proposes the outlook on the knowledge-driven aquaculture from “being knowledgeable during single process” to “deep integration with the new IT technologies” in production chain, and to the technological path, current status and development tendency of “artificial intelligence+aquaculture”. The researches show that the knowledge-driven aquaculture has been realized to some extent, and will become the inevitable process to break through the development bottleneck of the aquaculture industry and realize the industry upgrading with a strong sense of development direction. [Chinese Fishery Quality and Standards, 2017, 7(3):8-14]

knowledge-driven；aquaculture；technology revolution；development tendency

SONG Yi, songyi@cafs.ac.cn

10.3969/j.issn.2095-1833.2017.03.002

2017-01-09；接收日期：2017-03-14

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)資金資助 (CARS-49)

宋懌(1963-)，女，研究員，研究方向?yàn)樗a(chǎn)品質(zhì)量安全管理，songyi@cafs.ac.cn

S96

A

2095-1833(2017)03-0008-07