文|李道亮 中國農(nóng)業(yè)大學信息與電氣工程學院教授

水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)是我國農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)，對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、資源浪費問題越發(fā)嚴重，加上勞動生產(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，目前中國水產(chǎn)產(chǎn)量占全世界的65%，提供了市場上三分之一的肉蛋白，為改善國人營養(yǎng)膳食結(jié)構(gòu)做出了突出貢獻，對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、資源浪費問題越發(fā)嚴重，已引起社會關(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)計年鑒1980年至2016年農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量統(tǒng)計結(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”，這是了不起的進程。

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

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)量對比圖

（二）當前我國水產(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，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。我國是一個淡水缺乏的國家。我國人均水資源占有量僅為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》顯示，全國423條主要河流、62座重點湖泊(水庫)的968個國控地表水監(jiān)測斷面中較差級的監(jiān)測點比例為45.4%，極差級的監(jiān)測點比例為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，隨著國家對生態(tài)文明建設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的問題。相關(guān)統(tǒng)計顯示，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)殖的勞動生產(chǎn)率低下的問題。就勞動力生產(chǎn)率而言，與同是水產(chǎn)養(yǎng)殖強國的挪威相比，挪威平均單位勞動力可產(chǎn)出195噸水產(chǎn)品，而我國僅為7噸。同時，由于勞動力成本持續(xù)提高、勞動力來源老齡化嚴重，進一步加深了因粗放生產(chǎn)方式而導致的生產(chǎn)率低下的窘境。

近年來，我國勞動力生產(chǎn)成本逐年增高，當前，農(nóng)村勞動力的平均年齡已超過50歲，作為傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖的主要勞動力來源，農(nóng)村人口老齡化趨勢加劇，同時由于傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)工作環(huán)境差、勞動強度高，原本就偏低的水產(chǎn)養(yǎng)殖勞動力薪資面對逐年增高的農(nóng)村居民人均消費水平，其從業(yè)吸引力大打折扣。目前農(nóng)村居民人均消費水平的增長趨勢仍然強勁，意味著我國傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)所依賴的農(nóng)村勞動力成本仍會不斷上升，如果依舊不思進取改進勞動力結(jié)構(gòu)，必然會被迫提升水產(chǎn)品價格，甚至面臨虧損。勞動力老齡化的趨勢也是我國水產(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，對資源緊缺、環(huán)境問題日益嚴峻、勞動力問題突出的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)而言，是必須抓住的歷史契機。

（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)過程導致資源利用率低、環(huán)境污染；滯后的生產(chǎn)信息與科學決策導致勞動的盲目性與不確定性，降低了勞動生產(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)驗來看，國外基本是走從水產(chǎn)養(yǎng)殖設施化到設施裝備化，再到裝備智能化，最后實現(xiàn)智能生態(tài)化的路線，而我國目前基本還處于第一階段。

實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖高效生態(tài)精準的人工智能化，智慧漁場技術(shù)是關(guān)鍵

（一）什么是智慧漁場技術(shù)？

要實現(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、機器人與智能裝備的研究，這4個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，水產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)的研究將推動水產(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)的智能化運作的核心，水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)的智能化運作是實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖精準化、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)動的智能水產(chǎn)養(yǎng)殖裝備則是精細養(yǎng)殖的機器代替勞動力的本質(zhì)，最終有效改善水產(chǎn)養(yǎng)殖造成的環(huán)境、資源問題，解決勞動力問題。這 4個相輔相成的關(guān)鍵技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖基地、車間、網(wǎng)箱中的集成，即智慧漁場技術(shù)。

智慧漁場技術(shù)能夠提高資源利用率，解放和提高勞動生產(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)殖全過程的自動化作業(yè)，可以轉(zhuǎn)變當前水產(chǎn)養(yǎng)殖以勞動力為主，以機器、科技為輔的局面，開創(chuàng)以機器、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、市場透明度，全面降低水產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)營成本。

（二）智慧漁場技術(shù)包含四個方面。

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、管理和服務中的具體應用，就是運用各類傳感器、RFID、視覺采集終端等感知設備，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、電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等多種現(xiàn)代信息傳輸通道，實現(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)信息進行融合、處理，并通過智能化操作終端實現(xiàn)漁業(yè)的自動化生產(chǎn)、最優(yōu)化控制、智能化管理、系統(tǒng)化物流、電子化交易，進而實現(xiàn)漁業(yè)集約、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)和安全的目標。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)首當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)測存在的隨機性大、難以控制，池塘、陸基工廠、網(wǎng)箱精準智能測控基礎研究是首要研究的重點內(nèi)容，也即養(yǎng)殖水質(zhì)在線監(jiān)測與精準調(diào)控技術(shù)。

水質(zhì)環(huán)境因素對水質(zhì)精準調(diào)控極為重要，水質(zhì)精準調(diào)控技術(shù)則需要展開研究探索水質(zhì)、營養(yǎng)、病害因子作用定量關(guān)系，以此為基礎，構(gòu)建多因子水質(zhì)關(guān)系模型，進而為水質(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，通過對采集信息的分析決策來指導水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)的調(diào)控，實現(xiàn)高產(chǎn)高效。目前已有眾多針對水產(chǎn)養(yǎng)殖精準調(diào)控的研究，并取得實際生產(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，對這些不同來源、不同結(jié)構(gòu)、不同維度的數(shù)據(jù)進行處理、分析、挖掘、加工，構(gòu)建水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)模型、經(jīng)濟模型、專家系統(tǒng)為基礎和核心所形成的智能決策支持系統(tǒng)，實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖過程的精準預測預警、智能控制、診斷推理、無人化作業(yè)等，實現(xiàn)對復雜系統(tǒng)的精準預測、預警、監(jiān)測、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)有以下應用需求：一是水產(chǎn)養(yǎng)殖動物表型分析，其實質(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)動物生長調(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，去實現(xiàn)新目標的人工智能。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。新目標是指：智能城市、智能經(jīng)濟、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壍男录夹g(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)殖機器人與智能裝備。水產(chǎn)養(yǎng)殖機器人是具備精準導航與控制、變量作業(yè)、智能識別功能的自動化作業(yè)裝置，是能夠代替人從事水產(chǎn)養(yǎng)殖勞動的重要生產(chǎn)力來源，目前重點研究的水產(chǎn)養(yǎng)殖機器人和智能裝備包括水下魚類監(jiān)測機器人、海參捕撈機器人、網(wǎng)衣清洗機器人、魚類收獲機器人。

智慧漁場的核心研究內(nèi)容是水質(zhì)在線監(jiān)測與精準調(diào)控、水產(chǎn)信息化與精準生產(chǎn)決策、水產(chǎn)養(yǎng)殖智能裝備、水產(chǎn)市場分析與質(zhì)量溯源。智慧漁場在準確信息與業(yè)務模型指導下，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確性保持更長時間的運行。

我國正處于跨越式發(fā)展智慧漁場技術(shù)的關(guān)鍵時期，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)平臺的云化，將技術(shù)成果落實到工廠養(yǎng)殖、網(wǎng)箱養(yǎng)殖、池塘養(yǎng)殖，革新目前的養(yǎng)殖模式，實現(xiàn)工廠數(shù)字化養(yǎng)殖、網(wǎng)箱自動化養(yǎng)殖、池塘精準養(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)勞動力結(jié)構(gòu)問題。

智慧漁場