賀春玉 王圓圓

大水面是指我國內(nèi)陸水域中的江河、湖泊、水庫、河道、低洼塌陷地等，不包括人工開挖的池塘和建造的養(yǎng)殖槽等。在全國500萬hm2可養(yǎng)殖水體中，大水面約占80%。但養(yǎng)殖產(chǎn)量占比很小，不足20%。

大水面的傳統(tǒng)養(yǎng)殖，主要靠天，靠經(jīng)驗(yàn)，天然的大好資有效利用率不高，有些甚至還造成了一定程度的面源污染源。

究其原因，主要在于：其一，養(yǎng)殖成本高。包括人工、飼料、管理等。其二，養(yǎng)殖設(shè)施陳舊，養(yǎng)殖方式落后，導(dǎo)致養(yǎng)殖產(chǎn)量低，成活率和起捕率低。其三，養(yǎng)殖技術(shù)落后，大多數(shù)養(yǎng)殖均采取的是傳統(tǒng)的人放天養(yǎng)的粗放式養(yǎng)殖和管理技術(shù)，養(yǎng)殖周期長、疫病難以控制等，造成養(yǎng)殖產(chǎn)量和質(zhì)量不穩(wěn)定，養(yǎng)殖效益低。其四，環(huán)保意識(shí)不強(qiáng)，養(yǎng)殖尾水排放不達(dá)標(biāo)等，對(duì)環(huán)境造成不良影響。

針對(duì)大水面?zhèn)鹘y(tǒng)養(yǎng)殖現(xiàn)狀，國家相關(guān)部委出臺(tái)了一系列政策。2019年9月，大水面生態(tài)漁業(yè)現(xiàn)場推進(jìn)會(huì)在浙江省召開。會(huì)議強(qiáng)調(diào)，要充分保障大水面漁業(yè)發(fā)展空間，對(duì)于近幾年在環(huán)境保護(hù)督查中超出法律法規(guī)要求被迫退出的大水面漁業(yè)，要在科學(xué)論證的基礎(chǔ)上，重新恢復(fù)生產(chǎn)，積極推進(jìn)大水面生態(tài)漁業(yè)發(fā)展。

新時(shí)期發(fā)展大水面生態(tài)漁業(yè)具有重要意義，要準(zhǔn)確把握推進(jìn)大水面生態(tài)漁業(yè)發(fā)展的總體要求，堅(jiān)持綠色發(fā)展、合理利用，堅(jiān)持因地制宜、分類施策，堅(jiān)持科技引領(lǐng)、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，堅(jiān)持質(zhì)量興漁、三產(chǎn)融合。走出一條水域生態(tài)保護(hù)和漁業(yè)生產(chǎn)相協(xié)調(diào)的高質(zhì)量綠色發(fā)展道路。為此，在多年研發(fā)傳感設(shè)備、養(yǎng)殖設(shè)備、自動(dòng)化控制、物聯(lián)網(wǎng)軟件以及大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的基礎(chǔ)上，提出大水面生態(tài)漁業(yè)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新方案，以期促進(jìn)我國大水面漁業(yè)養(yǎng)殖方式的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、促進(jìn)漁民增收。

1方案設(shè)計(jì)

1.1設(shè)計(jì)原則

采用先進(jìn)的工業(yè)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)理念，讓先進(jìn)要素、技術(shù)創(chuàng)新相互滲透、緊密交融。構(gòu)建大水面生態(tài)漁業(yè)的生產(chǎn)體系、經(jīng)營體系和服務(wù)體系。實(shí)現(xiàn)漁業(yè)養(yǎng)殖、加工、休閑旅游、文化創(chuàng)意、科普教育、電商平臺(tái)等產(chǎn)業(yè)深度融合。

1.2設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

整個(gè)水域設(shè)計(jì)為：養(yǎng)殖板塊、種植板塊、加工板塊、垂釣板塊、休閑旅游板塊、科普教育板塊、品牌體驗(yàn)板塊、電商平臺(tái)板塊。如圖1所示。

1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容

1.3.1養(yǎng)殖板塊采用浮動(dòng)式工程化循環(huán)水模式進(jìn)行養(yǎng)殖。該養(yǎng)殖模式由硬件設(shè)施和軟件系統(tǒng)組成。硬件設(shè)施包括：槽體、推水增氧設(shè)備、底增氧曝氣設(shè)備、集排污設(shè)備、水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備、投飼設(shè)備。軟件系統(tǒng)包括：自動(dòng)化控制系統(tǒng)。養(yǎng)殖水槽面積占水域的比例在2%～5%。水槽兩端有攔魚網(wǎng)和防撞網(wǎng)，魚放在水槽內(nèi)集中“圈養(yǎng)”。在水槽上安裝推水增氧設(shè)備、底部增氧曝氣設(shè)備、水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備、集污設(shè)備。確保水槽內(nèi)的水體富含溶氧，并產(chǎn)生一定的流速，讓“ 死水 ”變成“ 活水 ”。利用工業(yè)技術(shù)手段，采用先進(jìn)的養(yǎng)殖設(shè)備和新型的養(yǎng)殖模式，實(shí)現(xiàn)全智能自動(dòng)化控制的人工養(yǎng)殖方式，從而達(dá)到養(yǎng)殖方式由傳統(tǒng)模式向現(xiàn)代化轉(zhuǎn)變的目的。如圖2所示。

1.3.1.1槽體

槽體長24 m，寬5 m，深2.2 m。采用熱鍍鋅框架，環(huán)保玻璃鋼面板，防浪涌結(jié)構(gòu)。槽體分三段設(shè)計(jì)，前段為設(shè)備區(qū)，安裝推水增氧設(shè)備。中段為養(yǎng)殖區(qū)，安裝底部曝氣設(shè)備和水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備。后段為集污區(qū)，安裝半封閉的底部漏斗型的集污設(shè)備。如圖3、圖4所示。

1.3.1.2推水增氧設(shè)備

流動(dòng)的水體環(huán)境能夠帶來大量魚類生長所需的溶解氧，增進(jìn)魚的游動(dòng)，從而大大提高魚肉品質(zhì)。本系統(tǒng)通過氣提方式實(shí)現(xiàn)槽體推水功能，增加了水的流動(dòng)性，把靜水變成局部流動(dòng)的活水，促進(jìn)了魚的生長，同時(shí)，將養(yǎng)魚槽內(nèi)的殘餌、糞便及其他懸浮物推送到槽體末端的集污區(qū)里。

采用雙段漩渦風(fēng)機(jī)，通過主管道，經(jīng)由手動(dòng)調(diào)節(jié)閥、分支管道將高壓氣流輸送至納米曝氣格柵，氣流在水體中迅速上升并在導(dǎo)流板的作用下形成水平推力，使槽體內(nèi)的靜水向槽體尾部線性流動(dòng)。

每槽采用2.2 kW雙段漩渦風(fēng)機(jī)（最大氣量260 m3/h）。配套納米曝氣格柵、玻璃鋼導(dǎo)流板及其組件。能夠確保水流流速不低于3 cm/s。

每臺(tái)風(fēng)機(jī)的控制模式分為本地控制、上位機(jī)遠(yuǎn)程控制、PLC站自動(dòng)控制三種模式，且優(yōu)先級(jí)：本地控制>上位機(jī)遠(yuǎn)程控制>PLC站自動(dòng)控制。如圖5所示。

1.3.1.3集排污設(shè)備

能夠?qū)Ⅳ~槽內(nèi)的殘餌糞便有效收集并排放到塘外指定區(qū)域，降低了水質(zhì)污染，實(shí)現(xiàn)了凈化水的循環(huán)利用。

采用頂部虹吸法。每槽尾部設(shè)計(jì)排污V型槽，配一臺(tái)2.2 kW自吸泵。

每臺(tái)泵的控制模式分為本地控制、上位機(jī)遠(yuǎn)程控制、PLC站自動(dòng)控制三種模式，且優(yōu)先級(jí)：本地控制>上位機(jī)遠(yuǎn)程控制>PLC站自動(dòng)控制。如圖6所示。

1.3.1.4水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備

采用在線熒光法的原裝進(jìn)口產(chǎn)品，測量范圍（溫度）：? 0～50 ℃;測量精度（溫度） ： ±0.2 ℃;存儲(chǔ)溫度 ：-20～70 ℃ ;響應(yīng)時(shí)間（溶解氧） ： T90<40 s。無需校準(zhǔn)、無漂移，精確、穩(wěn)定，有效壽命長。如圖7所示。

1.3.1.5投飼設(shè)備

主要包括風(fēng)機(jī)、料倉、配料盤、噴料嘴、管路、控制柜等。

能夠與總控制系統(tǒng)或者其它系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接。

具有本地操作、上位機(jī)遠(yuǎn)程控制、PLC自動(dòng)控制三種控制模式。

可靈活設(shè)置投喂選料、投喂量、投喂時(shí)間、投喂時(shí)差、投喂距離、投喂次數(shù)、投喂槽位、投喂倉位等參數(shù)。

可實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)工況，如風(fēng)機(jī)失壓、過壓，下料異常等數(shù)據(jù)。

如圖8所示。

1.3.1.6自動(dòng)化控制系統(tǒng)

自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過采用先進(jìn)的檢測儀表、電氣控制設(shè)備和控制器，并匯集控制技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，通過采集現(xiàn)場檢測儀表、電氣設(shè)備等的參數(shù)，加以預(yù)警和控制，從而達(dá)到提高養(yǎng)殖企業(yè)的自動(dòng)化操作水平，構(gòu)建集遠(yuǎn)程控制、生產(chǎn)管理于一體的平臺(tái)。

采用分布式子站以及工業(yè)以太網(wǎng)等先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)及檢測分析儀表的的參數(shù)，并對(duì)設(shè)備遠(yuǎn)程下達(dá)各種指令。

在控制柜上設(shè)置觸摸屏，觸摸屏實(shí)現(xiàn)簡單數(shù)據(jù)檢測和遠(yuǎn)程控制的作用，平時(shí)既可以在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取和控制，也可以在觸摸屏上進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取和設(shè)備的控制。

主控CPU單元采用德國西門子公司系列產(chǎn)品，PLC主站與各控制子站采用分布式工業(yè)以太網(wǎng)總線通訊，上位機(jī)與PLC過程控制層之間采用以太網(wǎng)方式通信，控制室對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和過程控制。

功能1：能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)機(jī)、投飼機(jī)、吸污泵、傳感器、發(fā)電機(jī)等設(shè)備的全自動(dòng)關(guān)聯(lián)動(dòng)作，具有冗余備份和報(bào)警機(jī)制。

功能2：當(dāng)水質(zhì)傳感器監(jiān)測數(shù)值低于下限，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)開啟備用或者底增氧風(fēng)機(jī)，進(jìn)行曝氣提升。

功能3：當(dāng)投飼結(jié)束，系統(tǒng)會(huì)在設(shè)定時(shí)間自動(dòng)開啟吸污泵。

功能4：當(dāng)設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)開啟備用設(shè)備。

功能5：當(dāng)現(xiàn)場發(fā)生停電斷電，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到發(fā)電機(jī)組進(jìn)行供電。

功能……………。

如圖9所示。

圖9自動(dòng)化控制

1.3.1.7養(yǎng)殖模式優(yōu)勢

養(yǎng)殖槽體可升降，不受水位、風(fēng)浪影響?？梢苿?dòng)，方便調(diào)整養(yǎng)殖區(qū)域。可復(fù)制，便于調(diào)整養(yǎng)殖品種和養(yǎng)殖量。

養(yǎng)殖槽體壽命長。正常使用，可以運(yùn)行10年以上。

養(yǎng)殖產(chǎn)量高，單槽120 m2的水面，養(yǎng)殖產(chǎn)量可達(dá)2萬kg以上。

養(yǎng)殖成本低。智能控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)投喂，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放苗、投喂、捕魚等?？蓪?shí)現(xiàn)一人管多槽，甚至可以無人現(xiàn)場值守。飼料利用率大幅提高，養(yǎng)殖管理成本和人工成本顯著降低。

捕魚方便快捷。起捕率可以實(shí)現(xiàn)100%。

養(yǎng)殖過程可以實(shí)現(xiàn)抗生素零用藥，不僅避免了污染，還提升了魚肉品質(zhì)。

集污效果顯著。采用大功率自吸泵和半封閉的底部漏斗結(jié)構(gòu)，殘飼和糞便的收集、抽取，快速徹底。集污率在45%以上。減少氮、磷、COD排放65%以上。

1.3.2種植板塊

選取水域的合理位置，搭建水面浮臺(tái)和半潛浮臺(tái)，配套環(huán)境采集設(shè)備。

水面浮臺(tái)種植水生植物，水草類如菖蒲、水葫蘆、魚腥草、夏枯草、水龍、薄荷、虎杖等。蔬菜類如空心菜、水芹菜、茭白等。鮮花類如荷花、美人蕉等。

半潛浮臺(tái)種植沉水植物，如苦草、伊樂藻、輪葉黑藻、菹草等。

環(huán)境監(jiān)測設(shè)備包括風(fēng)力、光照，空氣的溫度、濕度，水體溶解氧、pH、溫度、濁度等，確保水生植物適宜的生長環(huán)境。

種植板塊的主要功能：

凈化水質(zhì)。水生植物發(fā)達(dá)的根系有較好的絮凝作用，能夠有效提高有機(jī)質(zhì)的沉降率，具有很好的除P、除N作用。

美化環(huán)境。綠葉紅花，為旅游觀光提供了天然的素材。

綠色食材。養(yǎng)殖與種植形成了 “魚菜共生模式”?？商峁┚G色有機(jī)蔬菜。

如圖10所示。

1.3.3加工板塊

建造加工中心，搭建產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)。加工的產(chǎn)品包括：活魚保鮮加工、魚肉肉丸、肉柳加工。魚排、魚干加工。綠色蔬菜保鮮加工、蔬菜凍干加工等。

產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)能夠把原材料信息、產(chǎn)品加工信息、成品物流信息和銷售信息等，精準(zhǔn)錄入，以二維碼的方式進(jìn)行掃描展示。

1.3.4垂釣板塊建設(shè)岸基垂釣設(shè)施和深水浮動(dòng)垂釣設(shè)施，配套茶歇、遮陽傘等。釣獲的魚，可折價(jià)帶走，可折價(jià)回購，也可以在現(xiàn)場有償提供的廚房及廚具，進(jìn)行家庭烹調(diào)。多種消費(fèi)模式并存。

1.3.5休閑旅游板塊建設(shè)岸基觀光通道和水面浮動(dòng)觀光走廊，如圖11所示。配套環(huán)境監(jiān)測設(shè)備和水肥供給系統(tǒng)。岸基觀光通道配套種植紫藤、凌霄花、石楠、紅楓、苦楝樹等綠色植物和獼猴桃、樹莓等經(jīng)濟(jì)作物。水面浮動(dòng)觀光走廊配套綠蘿、荷花、美人蕉等。通道和走廊都互聯(lián)互通，可以到各個(gè)板塊進(jìn)行現(xiàn)場體驗(yàn)、觀摩。步步皆有景、遠(yuǎn)近高低景不同。天天花不斷，季季花不同。能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3.6科普教育板塊采用室內(nèi)、室外相結(jié)合，搭建網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)。以科普講座、影效、培訓(xùn)、示范、咨詢、參觀、服務(wù)、實(shí)物展覽、標(biāo)本展覽等方式，普及種植、養(yǎng)殖、種源、產(chǎn)品加工、疫情防范、污染防治、信息智能等科學(xué)知識(shí)。

網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)可同步傳輸各大板塊的相關(guān)視頻進(jìn)行交互、共享，增大科普教育效果。

1.3.7品牌體驗(yàn)板塊對(duì)生產(chǎn)、銷售、服務(wù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，融入企業(yè)自身的品牌和文化元素。做好交流、環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)和人員的安排，搭建體驗(yàn)場景。讓客戶的訴求在體驗(yàn)的過程中得到完美的詮釋。

1.3.8電商平臺(tái)制定合理標(biāo)準(zhǔn)，做好產(chǎn)品分類。如鮮活配送、生鮮配送、冷凍配送等。策劃周到的服務(wù)與體驗(yàn)。如現(xiàn)場體驗(yàn)、視頻直播體驗(yàn)、線上互動(dòng)體驗(yàn)等。以網(wǎng)站平臺(tái)為載體，嫁接相應(yīng)的資源。利用互聯(lián)網(wǎng)的易用性、廣域性和互通性，實(shí)現(xiàn)快速可靠的網(wǎng)絡(luò)化產(chǎn)品和服務(wù)交易。既能為客戶提供直購綠色環(huán)保產(chǎn)品的專業(yè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)開心消費(fèi)，又能拓寬產(chǎn)品銷路，增大產(chǎn)品銷量，實(shí)現(xiàn)企業(yè)形象和品牌價(jià)值的提升。

1.3.9物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)采用云主機(jī)為服務(wù)平臺(tái)，借助4G/5G等網(wǎng)絡(luò)，通過DTU/PLC，進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，如圖12所示。例如養(yǎng)殖板塊的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、水質(zhì)數(shù)據(jù)（溶解氧、pH、溫度、氨氮等）、苗種數(shù)據(jù)、飼料數(shù)據(jù)、產(chǎn)銷量數(shù)據(jù)、病害數(shù)據(jù)等。例如種植板塊的空氣溫濕度數(shù)據(jù)、光照數(shù)據(jù)、土壤溫濕度數(shù)據(jù)、苗木數(shù)據(jù)等。例如加工板塊的原材料數(shù)據(jù)、半成品數(shù)據(jù)、成品數(shù)據(jù)，庫存數(shù)據(jù)、銷售數(shù)據(jù)等。

系統(tǒng)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、存儲(chǔ)、分析，形成綜合信息動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫。不僅能為生產(chǎn)管理提供查詢、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表等功能，也能為支撐大水面生態(tài)漁業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展，為大水面漁業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)數(shù)據(jù)。

2結(jié)論

大水面生態(tài)漁業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案，采用了工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)和工業(yè)設(shè)施設(shè)備。工程化循環(huán)養(yǎng)殖模式，在一定程度上解決了傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖中存在的產(chǎn)量、成本、品質(zhì)、環(huán)保等客觀問題，推動(dòng)了現(xiàn)代漁業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展。

按照生態(tài)設(shè)計(jì)，栽培的水生作物等植物，能夠?qū)⑻幚砗蟮酿B(yǎng)殖 “肥水”，作為營養(yǎng)液吸收。經(jīng)過植物“脫肥”后的“瘦水”又流回，為水體微生物提供營養(yǎng)，最終達(dá)到了種、養(yǎng)結(jié)合的循環(huán)生態(tài)農(nóng)業(yè)。

對(duì)養(yǎng)殖、種植所得初級(jí)產(chǎn)品，進(jìn)行深加工，提高了產(chǎn)品附加值。

以養(yǎng)殖現(xiàn)場、種植場景、加工過程、產(chǎn)品展示等為內(nèi)容，開發(fā)生態(tài)休閑、旅游觀光、文化傳承、科普教育、電商平臺(tái)等功能。實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，價(jià)值鏈的提升。

采用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了種養(yǎng)、加工、銷售、服務(wù)等數(shù)據(jù)的有效共享和應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)一二三產(chǎn)的深度融合。

（收稿日期：2020-01-16）