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        敢問水產(chǎn)養(yǎng)殖路在何方?智慧漁場(chǎng)是發(fā)展方向

        2018-03-12 06:55:22李道亮中國農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院教授
        中國農(nóng)村科技 2018年1期
        關(guān)鍵詞:養(yǎng)殖業(yè)水產(chǎn)品水產(chǎn)

        文|李道亮 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院教授

        水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)是我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè),對(duì)保障國家食物安全發(fā)揮了重要作用。但傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖模式帶來的環(huán)境污染、資源浪費(fèi)問題越發(fā)嚴(yán)重,加上勞動(dòng)生產(chǎn)率低下,已成為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的制約因素。我國水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必須朝著高效生態(tài)精準(zhǔn)智能養(yǎng)殖轉(zhuǎn)型。在互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、新一代人工智能不斷發(fā)展的過程中,我國的水產(chǎn)養(yǎng)殖必須加大創(chuàng)新力度,走綠色發(fā)展之路。

        我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)過30多年的發(fā)展,取得了輝煌的業(yè)績(jī),目前中國水產(chǎn)產(chǎn)量占全世界的65%,提供了市場(chǎng)上三分之一的肉蛋白,為改善國人營(yíng)養(yǎng)膳食結(jié)構(gòu)做出了突出貢獻(xiàn),對(duì)保障國家食物安全發(fā)揮了重要作用,已成為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)業(yè)。然而,傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖模式的粗放發(fā)展,帶來的環(huán)境污染、資源浪費(fèi)問題越發(fā)嚴(yán)重,已引起社會(huì)關(guān)注,成為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的制約。突破水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制約,走科技創(chuàng)新、綠色發(fā)展之路,是當(dāng)前水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路。

        我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)面臨的基本國情

        (一)漁業(yè)發(fā)展從以捕撈為主轉(zhuǎn)向以養(yǎng)殖為主。

        依據(jù)中國統(tǒng)計(jì)年鑒1980年至2016年農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表1),近年來,我國水產(chǎn)品養(yǎng)殖業(yè)不斷發(fā)展壯大,雖然野生捕撈量業(yè)在逐年上升,但水產(chǎn)養(yǎng)殖的產(chǎn)量增幅更高,在1990年至1995年超越了野生捕撈量,截至2016年,人工養(yǎng)殖水產(chǎn)品產(chǎn)量將近達(dá)到野生捕撈量的3倍(圖1)。水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展,使得我國漁業(yè)二三十年來在增長(zhǎng)方式上發(fā)生了質(zhì)的轉(zhuǎn)變和突破,從以捕撈為主轉(zhuǎn)向以養(yǎng)殖為主,從“牧漁”變成“養(yǎng)殖”,這是了不起的進(jìn)程。

        表1. 1980-2016年野生捕撈及人工養(yǎng)殖水產(chǎn)品統(tǒng)計(jì)量

        圖1. 1980~2016年中國水產(chǎn)品來源組成

        圖2. 1980~2016年水產(chǎn)品來源產(chǎn)量對(duì)比圖

        (二)當(dāng)前我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)存在的不足和短板。

        雖然我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)在過去30多年里取得了輝煌的業(yè)績(jī),但是由傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖模式而產(chǎn)生的生態(tài)、資源問題也日益突出。當(dāng)前我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)面臨的挑戰(zhàn)主要有以下方面:

        一是產(chǎn)業(yè)發(fā)展與資源、環(huán)境的矛盾加劇。我國是一個(gè)淡水缺乏的國家。我國人均水資源占有量?jī)H為2300m3左右,僅為世界平均水平9200m3的四分之一。不僅如此,近年來我國水污染狀況不容樂觀。《2015中國環(huán)境狀況公報(bào)》顯示,全國423條主要河流、62座重點(diǎn)湖泊(水庫)的968個(gè)國控地表水監(jiān)測(cè)斷面中較差級(jí)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)比例為45.4%,極差級(jí)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)比例為16.1%。近10年來我國水污染事件高發(fā),水污染事故每年都在1700起以上,隨著國家對(duì)生態(tài)文明建設(shè)的重視程度與日俱增,水產(chǎn)養(yǎng)殖造成的環(huán)境污染問題是不得不面對(duì)的問題。相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示,在淡水養(yǎng)殖過程中,飼料中能被魚體吸收占比大約為30%-35%,水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)水體產(chǎn)生的污染較大。而且,我國養(yǎng)殖水利用率僅為0.84kg/m3,而歐盟已達(dá)到了30kg/m3。水體惡化、水資源的短缺將阻礙水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。

        二是水產(chǎn)養(yǎng)殖的勞動(dòng)生產(chǎn)率低下的問題。就勞動(dòng)力生產(chǎn)率而言,與同是水產(chǎn)養(yǎng)殖強(qiáng)國的挪威相比,挪威平均單位勞動(dòng)力可產(chǎn)出195噸水產(chǎn)品,而我國僅為7噸。同時(shí),由于勞動(dòng)力成本持續(xù)提高、勞動(dòng)力來源老齡化嚴(yán)重,進(jìn)一步加深了因粗放生產(chǎn)方式而導(dǎo)致的生產(chǎn)率低下的窘境。

        近年來,我國勞動(dòng)力生產(chǎn)成本逐年增高,當(dāng)前,農(nóng)村勞動(dòng)力的平均年齡已超過50歲,作為傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖的主要?jiǎng)趧?dòng)力來源,農(nóng)村人口老齡化趨勢(shì)加劇,同時(shí)由于傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)工作環(huán)境差、勞動(dòng)強(qiáng)度高,原本就偏低的水產(chǎn)養(yǎng)殖勞動(dòng)力薪資面對(duì)逐年增高的農(nóng)村居民人均消費(fèi)水平,其從業(yè)吸引力大打折扣。目前農(nóng)村居民人均消費(fèi)水平的增長(zhǎng)趨勢(shì)仍然強(qiáng)勁,意味著我國傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)所依賴的農(nóng)村勞動(dòng)力成本仍會(huì)不斷上升,如果依舊不思進(jìn)取改進(jìn)勞動(dòng)力結(jié)構(gòu),必然會(huì)被迫提升水產(chǎn)品價(jià)格,甚至面臨虧損。勞動(dòng)力老齡化的趨勢(shì)也是我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)急需轉(zhuǎn)型的原因。水產(chǎn)養(yǎng)殖作為我國農(nóng)業(yè)的重要分支,正處于農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要階段,對(duì)資源緊缺、環(huán)境問題日益嚴(yán)峻、勞動(dòng)力問題突出的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)而言,是必須抓住的歷史契機(jī)。

        (三)我國水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必須朝著高效生態(tài)精準(zhǔn)智能養(yǎng)殖轉(zhuǎn)型。

        生產(chǎn)過程過度粗放、生產(chǎn)信息與科學(xué)決策滯后、生產(chǎn)流程銜接不暢、管理覆蓋面有限。粗放的生產(chǎn)過程導(dǎo)致資源利用率低、環(huán)境污染;滯后的生產(chǎn)信息與科學(xué)決策導(dǎo)致勞動(dòng)的盲目性與不確定性,降低了勞動(dòng)生產(chǎn)率;不暢通的生產(chǎn)流程、不全面的管理則威脅到養(yǎng)殖水產(chǎn)品的質(zhì)量,甚至引發(fā)生產(chǎn)事故。因此,高效生態(tài)精準(zhǔn)智能養(yǎng)殖是我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)未來的發(fā)展方向,根據(jù)國外水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)來看,國外基本是走從水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)施化到設(shè)施裝備化,再到裝備智能化,最后實(shí)現(xiàn)智能生態(tài)化的路線,而我國目前基本還處于第一階段。

        實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖高效生態(tài)精準(zhǔn)的人工智能化,智慧漁場(chǎng)技術(shù)是關(guān)鍵

        (一)什么是智慧漁場(chǎng)技術(shù)?

        要實(shí)現(xiàn)智能生態(tài)化的跨越式發(fā)展,必須首先突破水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、機(jī)器人與智能裝備的研究,這4個(gè)方面的研究相輔相成,水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)是水產(chǎn)養(yǎng)殖大數(shù)據(jù)獲取的基礎(chǔ),水產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)的研究將推動(dòng)水產(chǎn)養(yǎng)殖人工智能技術(shù)的研究,大數(shù)據(jù)技術(shù)與人工智能技術(shù)是水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)的智能化運(yùn)作的核心,水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)的智能化運(yùn)作是實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖精準(zhǔn)化、養(yǎng)殖水質(zhì)生態(tài)化的關(guān)鍵,水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)的智能水產(chǎn)養(yǎng)殖裝備則是精細(xì)養(yǎng)殖的機(jī)器代替勞動(dòng)力的本質(zhì),最終有效改善水產(chǎn)養(yǎng)殖造成的環(huán)境、資源問題,解決勞動(dòng)力問題。這 4個(gè)相輔相成的關(guān)鍵技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖基地、車間、網(wǎng)箱中的集成,即智慧漁場(chǎng)技術(shù)。

        智慧漁場(chǎng)技術(shù)能夠提高資源利用率,解放和提高勞動(dòng)生產(chǎn)力,大幅提高水產(chǎn)品質(zhì)量,降低水產(chǎn)品成本。首先,養(yǎng)殖的集約化、精準(zhǔn)化可以提高廢物排放量、循環(huán)利用廢物、提高資源利用率;其二,基于智能化裝備為勞動(dòng)力輸出,基于海量數(shù)據(jù)搭建智能模型,搭建水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)覆蓋水產(chǎn)養(yǎng)殖全過程的自動(dòng)化作業(yè),可以轉(zhuǎn)變當(dāng)前水產(chǎn)養(yǎng)殖以勞動(dòng)力為主,以機(jī)器、科技為輔的局面,開創(chuàng)以機(jī)器、數(shù)據(jù)、信息為主,以人為輔的生產(chǎn)模式,可以解放和提高生產(chǎn)效率;其三,智慧漁場(chǎng)技術(shù)能夠大幅提高水產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、安全化水平、市場(chǎng)透明度,全面降低水產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本。

        (二)智慧漁場(chǎng)技術(shù)包含四個(gè)方面。

        水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。水產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在漁業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理和服務(wù)中的具體應(yīng)用,就是運(yùn)用各類傳感器、RFID、視覺采集終端等感知設(shè)備,廣泛的采集水產(chǎn)養(yǎng)殖及水產(chǎn)品物流等領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)信息;通過建立數(shù)據(jù)傳輸和格式轉(zhuǎn)換方法,充分利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等多種現(xiàn)代信息傳輸通道,實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)信息的多尺度的可靠傳輸;最后將獲取的海量水產(chǎn)信息進(jìn)行融合、處理,并通過智能化操作終端實(shí)現(xiàn)漁業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)、最優(yōu)化控制、智能化管理、系統(tǒng)化物流、電子化交易,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)漁業(yè)集約、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)和安全的目標(biāo)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)首當(dāng)其沖的是感知與控制技術(shù),為解決水產(chǎn)養(yǎng)殖池環(huán)境因子的人工監(jiān)測(cè)存在的隨機(jī)性大、難以控制,池塘、陸基工廠、網(wǎng)箱精準(zhǔn)智能測(cè)控基礎(chǔ)研究是首要研究的重點(diǎn)內(nèi)容,也即養(yǎng)殖水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)與精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)。

        水質(zhì)環(huán)境因素對(duì)水質(zhì)精準(zhǔn)調(diào)控極為重要,水質(zhì)精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)則需要展開研究探索水質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)、病害因子作用定量關(guān)系,以此為基礎(chǔ),構(gòu)建多因子水質(zhì)關(guān)系模型,進(jìn)而為水質(zhì)調(diào)控提供依據(jù),從而利用傳感器技術(shù)采集和獲取水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質(zhì)各要素信息,通過對(duì)采集信息的分析決策來指導(dǎo)水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)的調(diào)控,實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效。目前已有眾多針對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖精準(zhǔn)調(diào)控的研究,并取得實(shí)際生產(chǎn)效益。

        水產(chǎn)大數(shù)據(jù)技術(shù)。水產(chǎn)大數(shù)據(jù)技術(shù)主要是基于物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)獲取各種來源數(shù)據(jù)和信息,對(duì)這些不同來源、不同結(jié)構(gòu)、不同維度的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、挖掘、加工,構(gòu)建水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)模型、經(jīng)濟(jì)模型、專家系統(tǒng)為基礎(chǔ)和核心所形成的智能決策支持系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖過程的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)預(yù)警、智能控制、診斷推理、無人化作業(yè)等,實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)、預(yù)警、監(jiān)測(cè)、控制是大數(shù)據(jù)分析的最終目的所在。

        水產(chǎn)大數(shù)據(jù)技術(shù)有以下應(yīng)用需求:一是水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物表型分析,其實(shí)質(zhì)是水產(chǎn)表型信息與遺傳信息融合,獲取優(yōu)良遺傳性狀,實(shí)現(xiàn)育種優(yōu)化;二是基于多源信息融合的養(yǎng)殖決策;三是水產(chǎn)動(dòng)物生長(zhǎng)調(diào)控與優(yōu)化;四是水產(chǎn)品物流與質(zhì)量溯源。

        水產(chǎn)新一代人工智能。新一代人工智能是基于重大變化的信息新環(huán)境,去實(shí)現(xiàn)新目標(biāo)的人工智能。其中,信息新環(huán)境是指:互聯(lián)網(wǎng)的普及、傳感網(wǎng)的滲透、大數(shù)據(jù)的涌現(xiàn)和群體社區(qū)的崛起。新目標(biāo)是指:智能城市、智能經(jīng)濟(jì)、智能制造、智能醫(yī)療、智能農(nóng)業(yè)、智能家居、智能駕駛等從宏觀到微觀的智能化新領(lǐng)域??赏?jí)的新技術(shù)有:大數(shù)據(jù)智能、跨媒體智能、自主智能、混合智能、和群體智能等。

        水產(chǎn)養(yǎng)殖機(jī)器人與智能裝備。水產(chǎn)養(yǎng)殖機(jī)器人是具備精準(zhǔn)導(dǎo)航與控制、變量作業(yè)、智能識(shí)別功能的自動(dòng)化作業(yè)裝置,是能夠代替人從事水產(chǎn)養(yǎng)殖勞動(dòng)的重要生產(chǎn)力來源,目前重點(diǎn)研究的水產(chǎn)養(yǎng)殖機(jī)器人和智能裝備包括水下魚類監(jiān)測(cè)機(jī)器人、海參捕撈機(jī)器人、網(wǎng)衣清洗機(jī)器人、魚類收獲機(jī)器人。

        智慧漁場(chǎng)的核心研究?jī)?nèi)容是水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)與精準(zhǔn)調(diào)控、水產(chǎn)信息化與精準(zhǔn)生產(chǎn)決策、水產(chǎn)養(yǎng)殖智能裝備、水產(chǎn)市場(chǎng)分析與質(zhì)量溯源。智慧漁場(chǎng)在準(zhǔn)確信息與業(yè)務(wù)模型指導(dǎo)下,能夠?qū)崿F(xiàn)智能化作業(yè),擺脫人的約束,以優(yōu)于人為控制的合理性與準(zhǔn)確性保持更長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行。

        我國正處于跨越式發(fā)展智慧漁場(chǎng)技術(shù)的關(guān)鍵時(shí)期,隨著傳感器國產(chǎn)化、通信低成本化、信息處理智能化和物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的云化,將技術(shù)成果落實(shí)到工廠養(yǎng)殖、網(wǎng)箱養(yǎng)殖、池塘養(yǎng)殖,革新目前的養(yǎng)殖模式,實(shí)現(xiàn)工廠數(shù)字化養(yǎng)殖、網(wǎng)箱自動(dòng)化養(yǎng)殖、池塘精準(zhǔn)養(yǎng)殖,最終將有效改善水產(chǎn)養(yǎng)殖造成的環(huán)境、資源問題,解決水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)勞動(dòng)力結(jié)構(gòu)問題。

        智慧漁場(chǎng)

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