文|李道亮 中國(guó)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(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)，對(duì)保障國(guó)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(lái)的環(huán)境污染、資源浪費(fèi)問(wèn)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(guó)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(guò)程中，我國(guó)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(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，取得了輝煌的業(yè)績(jī)，目前中國(guó)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(guó)人營(yíng)養(yǎng)膳食結(jié)構(gòu)做出了突出貢獻(xiàn)，對(duì)保障國(guó)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(lái)的環(huán)境污染、資源浪費(fèi)問(wèn)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(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)面臨的基本國(guó)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(guó)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(lái)，我國(guó)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(guó)漁業(yè)二三十年來(lái)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(guó)水產(chǎn)品來(lái)源組成

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

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

雖然我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)在過(guò)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(wèn)題也日益突出。當(dāng)前我國(guó)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(guó)是一個(gè)淡水缺乏的國(guó)家。我國(guó)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(lái)我國(guó)水污染狀況不容樂(lè)觀。《2015中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，全國(guó)423條主要河流、62座重點(diǎn)湖泊(水庫(kù))的968個(gè)國(guó)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(lái)我國(guó)水污染事件高發(fā)，水污染事故每年都在1700起以上，隨著國(guó)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(wèn)題是不得不面對(duì)的問(wèn)題。相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，在淡水養(yǎng)殖過(guò)程中，飼料中能被魚(yú)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(guó)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(wèn)題。就勞動(dòng)力生產(chǎn)率而言，與同是水產(chǎn)養(yǎng)殖強(qiáng)國(guó)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(guó)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(lái)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(lái)，我國(guó)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(guò)50歲，作為傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖的主要?jiǎng)趧?dòng)力來(lái)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(guó)傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)所依賴(lài)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(guó)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(guó)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(wèn)題日益嚴(yán)峻、勞動(dòng)力問(wèn)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(guó)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(guò)程過(guò)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(guò)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(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向，根據(jù)國(guó)外水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，國(guó)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(xiàn)，而我國(guó)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(wèn)題，解決勞動(dòng)力問(wèn)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(chē)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(guò)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(kāi)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(lèi)傳感器、RFID、視覺(jué)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(guò)建立數(shù)據(jù)傳輸和格式轉(zhuǎn)換方法，充分利用無(wú)線(xiàn)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(guò)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(xiàn)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(kāi)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(guò)對(duì)采集信息的分析決策來(lái)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(lái)源數(shù)據(jù)和信息，對(duì)這些不同來(lái)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(zhuān)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(guò)程的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)預(yù)警、智能控制、診斷推理、無(wú)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(lái)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(yú)類(lèi)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(yú)類(lèi)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(xiàn)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?xún)?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(guó)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(guó)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(wèn)題，解決水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)勞動(dòng)力結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

智慧漁場(chǎng)