梁勇等

摘要：本文在分析我國水產(chǎn)養(yǎng)殖現(xiàn)狀的基礎上，提出了水產(chǎn)養(yǎng)殖全過程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管系統(tǒng)構(gòu)建方案，包含4個子系統(tǒng)：水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、水產(chǎn)品健康養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖對象個體行為視頻監(jiān)測系統(tǒng)、“氣象預報式”信息服務系統(tǒng)，系統(tǒng)可實現(xiàn)對水產(chǎn)品的養(yǎng)殖全過程監(jiān)控，使得水產(chǎn)品在標準化的養(yǎng)殖環(huán)境下生長，最終達到提高水產(chǎn)品的質(zhì)量、降低養(yǎng)殖風險的目的。本文還對水產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應用前景做了展望。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；監(jiān)管系統(tǒng)；水產(chǎn)養(yǎng)殖

中圖分類號：S951.2 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2013）08-0001-04

物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)化、互聯(lián)化、智能化的網(wǎng)絡，能夠?qū)⑿畔⒌墨@取延伸到池塘的每一個角落，并通過信息網(wǎng)絡實現(xiàn)更廣域的互聯(lián)互通_[1]。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理和服務中的具體應用。物聯(lián)網(wǎng)技術正在逐步改變傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)親自到池塘邊進行觀察、采集、檢測獲取環(huán)境信息和現(xiàn)場管理的模式。傳統(tǒng)模式不但耗時長，還會造成生產(chǎn)措施的延后，造成一定的經(jīng)濟損失。本文提出并構(gòu)建了水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中的4個系統(tǒng)：水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、水產(chǎn)品健康養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖對象個體行為視頻監(jiān)測系統(tǒng)、“氣象預報式”信息服務系統(tǒng)。其中，水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)是對養(yǎng)殖環(huán)境的測控；水產(chǎn)品健康養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)可以進行精細投喂和水產(chǎn)品的疾病診斷；水產(chǎn)養(yǎng)殖對象個體行為視頻監(jiān)測系統(tǒng)可以對水產(chǎn)品個體行為進行遠程測控，進行動物行為診斷；“氣象預報式”信息服務系統(tǒng)可以為水產(chǎn)養(yǎng)殖進行天氣預報式的預測和采取防范措施。水產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)可以有效解決傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖在養(yǎng)殖業(yè)中的不足，實現(xiàn)降低養(yǎng)殖風險、提高水產(chǎn)質(zhì)量和水質(zhì)的目標。

1我國水產(chǎn)養(yǎng)殖現(xiàn)狀與對物聯(lián)網(wǎng)技術的需求

我國是水產(chǎn)養(yǎng)殖大國，同時又是一個水產(chǎn)弱國。水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)主要沿用消耗大量資源和粗放式經(jīng)營的傳統(tǒng)方式_[2]。水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量占到了全世界的73%。養(yǎng)殖過程中不合理投喂和用藥極大地惡化了水質(zhì)環(huán)境，影響水產(chǎn)品質(zhì)量，加劇水產(chǎn)病害的發(fā)生，使得水產(chǎn)品質(zhì)量安全、水環(huán)境污染、養(yǎng)殖風險等問題非常嚴重_[3]。同時，缺少水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)范，雖然農(nóng)業(yè)部制定了一批無公害水產(chǎn)養(yǎng)殖的規(guī)范，但是由于我國水產(chǎn)養(yǎng)殖的現(xiàn)狀無法確切地執(zhí)行，導致養(yǎng)殖過程中無法按照標準規(guī)程實行喂養(yǎng)、漁藥等_[4]。

當前在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中對物聯(lián)網(wǎng)技術的需求突出表現(xiàn)在以下4個方面：①水產(chǎn)品養(yǎng)殖場缺乏有效信息監(jiān)測技術和手段，水質(zhì)在線監(jiān)測和控制水平低，實現(xiàn)對水質(zhì)和環(huán)境信息的實時在線監(jiān)測、水質(zhì)異常報警與預警等是迫切需求；②國內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖相關傳感器應用較多，但存在穩(wěn)定性差、準確性低、維護成本較高的問題；③水產(chǎn)品病害發(fā)生情況嚴重，相關技術人員缺乏，實現(xiàn)水產(chǎn)品精細喂養(yǎng)與疾病預測、建設水產(chǎn)品健康養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)將在一定程度上解決這個問題；④目前盡管有農(nóng)業(yè)網(wǎng)站、農(nóng)林電視節(jié)目等資源，但沒有將信息充分整合到一起，養(yǎng)殖戶也缺乏“天氣預報式”的服務。

2水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)總體架構(gòu)（圖1）

針對水產(chǎn)品養(yǎng)殖場缺乏有效信息監(jiān)測技術和手段，水質(zhì)在線監(jiān)測和控制水平低等問題，采用智能水質(zhì)傳感器、無線傳感網(wǎng)、3G、IPV6、智能控制等技術，建設水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對水質(zhì)和環(huán)境信息的實時在線監(jiān)測、水質(zhì)異常報警與預警，通過無線傳感網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)等信息傳輸通道，以計算機、手機等不同的終端設備，將水質(zhì)異常報警信息及水質(zhì)預警信息及時通知養(yǎng)殖管理人員和專業(yè)技術人員。同時根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，實時調(diào)整控制措施，自動啟動增氧機等控制設備，保持水質(zhì)穩(wěn)定，為水產(chǎn)品創(chuàng)造健康的水質(zhì)環(huán)境，確保水產(chǎn)品養(yǎng)殖的環(huán)境安全。

2.1水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

主要包括以下幾個方面的建設內(nèi)容：

2.1.1基于智能感知技術的水質(zhì)及環(huán)境信息智能感知技術采用具有自識別、自標定、自校正、自動補償功能的智能傳感器，對水質(zhì)和環(huán)境信息進行實時采集，全面感知養(yǎng)殖環(huán)境的實際情況。

2.1.2基于無線傳感器網(wǎng)絡的水質(zhì)及環(huán)境信息無線傳輸技術當前無線傳感網(wǎng)絡對環(huán)境的監(jiān)控基本處于成熟階段_[5，6]，可運用無線通信技術、嵌入式測控技術和計算機技術，實現(xiàn)短距離通訊和無線通信；研制系列無線采集節(jié)點、無線控制節(jié)點和無線監(jiān)控中心，開發(fā)無線網(wǎng)絡管理軟件，構(gòu)建適合集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖應用的水質(zhì)及環(huán)境信息無線傳輸系統(tǒng)，將有效解決水產(chǎn)養(yǎng)殖領域應用覆蓋范圍大、能耗約束強、環(huán)境惡劣和維護能力差等條件下信息的可靠傳輸難題。

2.1.3水質(zhì)管理決策模型建設水質(zhì)好壞影響水產(chǎn)品的生長速度和健康水平，最終影響水產(chǎn)品的質(zhì)量，嚴重的會導致水產(chǎn)養(yǎng)殖的重大損失。養(yǎng)殖環(huán)境信息、水質(zhì)信息、養(yǎng)殖措施和養(yǎng)殖生物量間的定量關系描述是水產(chǎn)養(yǎng)殖數(shù)字化、精細化管理的前提和難題。本系統(tǒng)將根據(jù)氣溫對水溫的影響，餌料及水產(chǎn)品的代謝物對養(yǎng)殖水體pH值的影響，養(yǎng)殖密度對日增重量、日生長量和成活率的影響，水體增氧對養(yǎng)殖水體中溶氧量和氨氮的影響，氨氮、亞硝態(tài)氮對化學需氧量（COD）的影響，氨氮、亞硝態(tài)氮對葡萄糖吸收能力的影響，殘餌、糞便對水質(zhì)的影響等，建立水質(zhì)參數(shù)預測、生物增長等系列定量關系動力學模型，解決水質(zhì)動態(tài)預測問題，為水質(zhì)預警控制、飼料投喂和疾病預防預警提供數(shù)據(jù)支持。

2.1.4基于智能控制技術的環(huán)境設備控制技術針對現(xiàn)有養(yǎng)殖設備（如增氧機）工作效率低、能耗高、難以用精確數(shù)學模型描述等問題，通過分析研究控制措施與參數(shù)動態(tài)變化規(guī)律，動態(tài)調(diào)整環(huán)境控制措施，實現(xiàn)養(yǎng)殖設備的智能控制，以降低能量消耗，節(jié)約成本。

2.2水產(chǎn)品健康養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)

整合水產(chǎn)品精細喂養(yǎng)與疾病預測、診斷決策等子系統(tǒng)，建設水產(chǎn)品健康養(yǎng)殖智能化管理系統(tǒng)，形成一套包括硬件裝置和軟件系統(tǒng)的集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖場健康養(yǎng)殖數(shù)字化平臺，實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖全過程可視化、自動化、科學化管理。主要建設內(nèi)容包括：

2.2.1水產(chǎn)品精細投喂智能決策系統(tǒng)依水產(chǎn)品在各養(yǎng)殖階段營養(yǎng)成分需求，根據(jù)各養(yǎng)殖品種長度與重量的關系，光照度、水溫、溶氧量、養(yǎng)殖密度等因素與魚餌料營養(yǎng)成分的吸收能力、餌料攝取量的關系，借助養(yǎng)殖專家經(jīng)驗建立不同養(yǎng)殖品種的生長階段與投喂率、投喂量間定量關系模型。利用數(shù)據(jù)庫建庫技術，對水產(chǎn)品精細飼養(yǎng)相關的環(huán)境、群體信息進行管理，建立適合不同水產(chǎn)品的精細投喂決策系統(tǒng)，解決喂什么、喂多少、喂幾次等精細喂養(yǎng)問題，精細投喂系統(tǒng)也可以為水產(chǎn)品質(zhì)量追溯提供基礎數(shù)據(jù)。

2.2.2自動化投飼系統(tǒng)利用監(jiān)控軟件和網(wǎng)絡技術，通過局域網(wǎng)、手機等工具，實現(xiàn)遠程異地監(jiān)控。在人員不在養(yǎng)殖現(xiàn)場的情況下，能實時掌握投料情況、養(yǎng)殖產(chǎn)品的進食情況。利用遠程控制系統(tǒng)，進行定時定量精準投喂控制，實現(xiàn)自動化定時精準投料養(yǎng)殖，減少飼料損耗。在相對集中的養(yǎng)殖場所建立監(jiān)控平臺，在零星養(yǎng)殖場所可通過手機進行監(jiān)控。

2.2.3水產(chǎn)品疾病診治系統(tǒng)水產(chǎn)品用藥很多，要對癥下藥才可以_[7]。從水產(chǎn)品疾病早預防、早診治的角度出發(fā)，在對氣候環(huán)境、水環(huán)境和病源與水產(chǎn)品疾病發(fā)生關系研究的基礎上，確定各類病因預警指標及其對疾病發(fā)生影響的可能程度，建立水產(chǎn)品預警指標體系，根據(jù)預警指標的等級和疾病的危害程度，建立水產(chǎn)品疾病預警模型；建立疾病診斷推理網(wǎng)絡關系模型，建立水產(chǎn)品典型病蟲害圖像特征數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)水產(chǎn)品疾病的早預防、及時預警和精確診治。

2.3水產(chǎn)養(yǎng)殖對象個體行為視頻監(jiān)測系統(tǒng)

養(yǎng)殖場視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)對水產(chǎn)品養(yǎng)殖環(huán)境的遠程監(jiān)測管理。現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖場采用全封閉管理方式，有利于水產(chǎn)品的安全生產(chǎn)，可有效杜絕外界環(huán)境對水產(chǎn)品的不利影響，為了方便外界人員觀看水產(chǎn)品養(yǎng)殖加工的實時情況，在水產(chǎn)養(yǎng)殖及加工場地內(nèi)設置可移動的監(jiān)控設備，利用視頻攝像頭的動態(tài)可視化特點，將水產(chǎn)養(yǎng)殖及生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)予以實時監(jiān)控。主要建設內(nèi)容包括：

①水產(chǎn)環(huán)境視頻采集系統(tǒng)，實現(xiàn)現(xiàn)場環(huán)境的采集功能；②傳輸系統(tǒng)；③遠程監(jiān)測系統(tǒng)；④移動終端，通過手機等移動終端可以異地監(jiān)測水產(chǎn)養(yǎng)殖場的情況。

2.4“氣象預報式”信息服務系統(tǒng)

整合當?shù)責峋€、農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)站資源等的水產(chǎn)養(yǎng)殖技術、水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)新聞及市場動態(tài)信息，利用網(wǎng)格技術、數(shù)據(jù)庫異構(gòu)分布技術、中間件技術、云計算技術、人工智能等技術充分融合現(xiàn)有的水產(chǎn)信息資源，采用三網(wǎng)融合技術，為養(yǎng)殖企業(yè)和養(yǎng)殖戶提供水產(chǎn)養(yǎng)殖信息服務，解決生產(chǎn)管理、養(yǎng)殖技術推廣、市場信息服務等問題。采用手機報、惠農(nóng)短信、農(nóng)林電視節(jié)目等信息技術手段，為養(yǎng)殖戶提供適時的水質(zhì)環(huán)境預測預報、應急防范、技術咨詢服務。

3物聯(lián)網(wǎng)技術在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面的應用前景

雖然當前物聯(lián)網(wǎng)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中還未廣泛應用，僅處于試驗階段，但江蘇無錫市山區(qū)鵝湖鎮(zhèn)物聯(lián)網(wǎng)智能養(yǎng)魚、蘇州昆山陽澄湖漁業(yè)產(chǎn)業(yè)園、金壇長蕩湖漁業(yè)科技示范園_[8]、無錫宜興物聯(lián)網(wǎng)養(yǎng)螃蟹_[9]等實驗區(qū)均取得了可喜的成果，說明物聯(lián)網(wǎng)在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面發(fā)展?jié)摿薮?，通過物聯(lián)網(wǎng)技術支持，水產(chǎn)養(yǎng)殖會發(fā)展得更快。物聯(lián)網(wǎng)是我國未來幾年的重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)，得到了政府的大力支持_[10]，物聯(lián)網(wǎng)技術也將在“十二五”期間快速發(fā)展，技術體系會更加完善，相關的政策會更加健全。

“十二五”規(guī)劃中對水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、增殖漁業(yè)、捕撈業(yè)、加工業(yè)和休閑漁業(yè)五大產(chǎn)業(yè)體系做出了詳細規(guī)定。其中，水產(chǎn)養(yǎng)殖在產(chǎn)業(yè)中所占比重被再度要求加重_[11]。這就要求水產(chǎn)養(yǎng)殖向高密度、集約化發(fā)展，這就需要水產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)技術的支持，在保持水環(huán)境質(zhì)量的基礎上，實行標準化養(yǎng)殖，對水產(chǎn)養(yǎng)殖的過程進行全程監(jiān)控，保證水產(chǎn)養(yǎng)殖的規(guī)范化、標準化。水產(chǎn)養(yǎng)殖在物聯(lián)網(wǎng)技術的支持下將會得到更快的發(fā)展。

4結(jié)語

建立水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖的必然趨勢。該系統(tǒng)可以對水產(chǎn)養(yǎng)殖過程進行測控，成為水產(chǎn)養(yǎng)殖的“管家”_[12]；還可以對水產(chǎn)環(huán)境變化、水質(zhì)狀況進行監(jiān)測，并準確投喂，及時增氧，對可能出現(xiàn)的水產(chǎn)疾病進行預報，及時采取措施；還可完善水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)技術，保證養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，進一步提高水產(chǎn)品質(zhì)量，應對勞動力成本上升，最終可獲得更好的社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。

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