肖 進(jìn) 張俊峰 王 琢 羅友誼 田滿洲 周 朝

(武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖北 武漢 430345)

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，它是基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等通信技術(shù)，讓行使獨(dú)立功能的普通物體實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)，從廣義上說，當(dāng)下涉及到信息技術(shù)的應(yīng)用，都可以納入物聯(lián)網(wǎng)的范疇。

目前我國水產(chǎn)品供給主要矛盾已經(jīng)從數(shù)量上的供給不足逐步轉(zhuǎn)變到追求量和生態(tài)資源的保護(hù)。我們要促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)從粗放式養(yǎng)殖向工廠化、集約化、產(chǎn)業(yè)化、智能化和綠色發(fā)展的養(yǎng)殖模式轉(zhuǎn)型升級，如何適應(yīng)新的要求？我們需要將水產(chǎn)養(yǎng)殖的生產(chǎn)、管理、經(jīng)營與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云服務(wù)等創(chuàng)新性技術(shù)深度融合。物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代漁業(yè)中的應(yīng)用，可以為漁業(yè)發(fā)展提供先進(jìn)、實(shí)用的解決方案和技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖信息采集便攜化、數(shù)字化以及養(yǎng)殖作業(yè)自動化、精準(zhǔn)化，對于保障漁業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級具有重要意義[1]。

1 水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)管控技術(shù)的應(yīng)用

1.1 水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測

水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)利用傳感器來實(shí)時監(jiān)測水溫、氣溫、氣壓、PH值、溶解氧、亞硝酸鹽等多種環(huán)境參數(shù)，同時也可以通過消息或短信方式自動發(fā)送水質(zhì)異常預(yù)警，養(yǎng)殖人員可以通過手機(jī)、電腦等設(shè)備隨時監(jiān)測養(yǎng)殖環(huán)境狀況，提高水質(zhì)異常處理能力，大大減小養(yǎng)殖風(fēng)險。

1.2 水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)備智能控制

水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)與水質(zhì)監(jiān)測、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測相結(jié)合，能夠根據(jù)控制策略遠(yuǎn)程自動或手動控制水產(chǎn)養(yǎng)殖各類工程設(shè)備(水泵、增氧機(jī)、投餌機(jī)等)，從而使得水產(chǎn)養(yǎng)殖變得智能，節(jié)省人力的同時也提高了工作效率和養(yǎng)殖質(zhì)量。

1.3 水產(chǎn)養(yǎng)殖圖像視覺智能管理

在水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)安裝監(jiān)控攝像頭，一是利用攝像頭監(jiān)控整個養(yǎng)殖區(qū)域，遠(yuǎn)程實(shí)時查看養(yǎng)殖設(shè)備遠(yuǎn)程控制執(zhí)行情況、養(yǎng)殖區(qū)域安全生產(chǎn)作業(yè)情況，有效地減輕養(yǎng)殖基地安全管理的勞動強(qiáng)度；二是通過智能攝像頭獲取的影像數(shù)據(jù)，結(jié)合智能識別算法、視覺分析軟件、專家咨詢系統(tǒng)，可以為魚類生長狀況、精準(zhǔn)投喂、魚病遠(yuǎn)程診斷提供可視化支持[2]；三是可以將視頻監(jiān)控畫面嵌入產(chǎn)品營銷的電子商務(wù)系統(tǒng)，開展網(wǎng)絡(luò)視頻營銷，提升養(yǎng)殖場品牌內(nèi)涵，提高銷售效率。

1.4 水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)管理、運(yùn)輸、銷售環(huán)節(jié)監(jiān)控

水產(chǎn)養(yǎng)殖信息管理功能模塊可以對魚苗的投放日期、捕撈日期、品種、數(shù)量、投餌以及池塘的防疫、消毒、用藥、溶解氧等數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄管理，統(tǒng)計投入品、水產(chǎn)品、池塘環(huán)境等數(shù)據(jù)，分析養(yǎng)殖出塘率及養(yǎng)殖效益。

基于物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)品物流運(yùn)輸全程監(jiān)控系統(tǒng)可以使水產(chǎn)品從捕撈起來后的倉儲、運(yùn)輸?shù)雀鳝h(huán)節(jié)均能夠準(zhǔn)確地對位置、溫濕度、溶解氧、實(shí)時視頻等信息進(jìn)行查詢、監(jiān)控和預(yù)警，有效保證水產(chǎn)品在運(yùn)輸途中的安全。

在當(dāng)前新冠肺炎疫情影響下，水產(chǎn)品需求減少，銷量下滑，水產(chǎn)品質(zhì)量安全越來越受到消費(fèi)者重視，利用物聯(lián)網(wǎng)管控系統(tǒng)在生產(chǎn)、運(yùn)輸環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)建立水產(chǎn)品追溯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息透明化，消除消費(fèi)者對水產(chǎn)品質(zhì)量的擔(dān)憂。水產(chǎn)品養(yǎng)殖企業(yè)可利用第三方平臺或自建網(wǎng)站開展網(wǎng)絡(luò)營銷和推廣，也可以利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)開展網(wǎng)絡(luò)直播帶貨推廣銷售。

2 主要關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢

2.1 水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境精準(zhǔn)感知

人類之所以能聰明，是因?yàn)槿祟悡碛形骞俸推つw，通過視覺、味覺、嗅覺、聽覺和觸覺感知世界。對于水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)來說，通過攝像頭、GPS、各類傳感器、RFID標(biāo)簽和讀寫器等各類設(shè)備來采集水質(zhì)信息(溶氧、水溫、PH、鹽度等)、環(huán)境信息(氣溫、氣壓、光照等)、設(shè)備信息(增氧、投飼、水泵等)、生長信息(增重、行為等)、投入品信息(魚種、飼料、藥物等)，是精準(zhǔn)養(yǎng)殖信息感知的關(guān)鍵技術(shù)。

隨著傳感器技術(shù)新原理、新材料、新技術(shù)的研究，未來的傳感器正往多功能與數(shù)據(jù)存儲、處理、通信等的集成、無線可移動化、精度高、維護(hù)便捷、低成本、穩(wěn)定性好方向發(fā)展。視覺傳感器向著高清晰、高精準(zhǔn)、自動控制方向發(fā)展，視覺分析算法不斷提高。

2.2 水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)的通訊

物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)解決的是具有智能的物體在局域或者廣域范圍內(nèi)信息可靠傳遞，讓分處不同地域的物體能夠協(xié)同工作。通信技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，常見的通信技術(shù)可以分為有線和無線通信技術(shù)。有線通信技術(shù)主要有：ETH、PLC、M-BUS、RS-485、RS-232、USB等，無線通信技術(shù)主要有：藍(lán)牙、Wi-Fi、ZigBee、GPRS、Z-Wave、LoRa、NB-IoT等。其中，NB-loT是屬于5G技術(shù)的窄帶部分，基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，由于具備覆蓋廣、功耗低、大連接、低成本的特點(diǎn)，三大運(yùn)營商一直在大力推進(jìn)NB-LOT的基站建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)商用。

具有傳輸速率快、容量大的5G時代的到來和商用的加速，可以為水產(chǎn)養(yǎng)殖的大數(shù)據(jù)、云監(jiān)控等提供高質(zhì)量、高速率的通信服務(wù)，促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)通信技術(shù)的轉(zhuǎn)變，為水產(chǎn)養(yǎng)殖帶來翻天覆地的變革。

2.3 水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)多源信息融合與控制

對水產(chǎn)養(yǎng)殖若干傳感器獲得的信息，依據(jù)一定規(guī)則加以自動分析優(yōu)化、綜合，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫、專家知識庫、水質(zhì)參數(shù)模型、不同養(yǎng)殖品種不同生長階段與投喂量之間的投喂策略模型和相應(yīng)的管理系統(tǒng)、處理系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)水質(zhì)預(yù)警、智能增氧、精準(zhǔn)投喂、應(yīng)激預(yù)警、疾病預(yù)防等管理控制提供技術(shù)支持。

未來隨著人工智能時代的到來，水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)備的控制策略也逐漸從定時、閾值控制向機(jī)器學(xué)習(xí)、模型預(yù)測、大數(shù)據(jù)分析轉(zhuǎn)變。通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法來梳理物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生的龐大數(shù)據(jù)，促進(jìn)模式識別、智能推理、復(fù)雜計算等信息處理技術(shù)在精細(xì)化喂養(yǎng)、養(yǎng)殖設(shè)施智能控制、疾病預(yù)測預(yù)警、管理決策、質(zhì)量安全追溯等領(lǐng)域的應(yīng)用。

2.4 水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成通過結(jié)構(gòu)化的拓?fù)湓O(shè)計和各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將養(yǎng)殖系統(tǒng)的環(huán)境傳感器、控制器、水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)備、現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備、管理設(shè)備以及應(yīng)用服務(wù)各系統(tǒng)集成到相互關(guān)聯(lián)、統(tǒng)一協(xié)調(diào)的系統(tǒng)之中，需要解決各類設(shè)備、系統(tǒng)平臺、應(yīng)用軟件之間的接口、協(xié)議以及環(huán)境、施工配合、組織管理等一切面向集成的問題，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的綜合統(tǒng)籌設(shè)計。

隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展，水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)備將逐漸淘汰加裝外置控制器的方式，向集成并開放調(diào)用接口的智能設(shè)備方向發(fā)展。水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)向著低功耗、綜合生產(chǎn)、管理、銷售一體標(biāo)準(zhǔn)化集成管控的方向發(fā)展，減少單一功能的信息系統(tǒng)，信息資源共享更加全面。

3 問題及建議

3.1 水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)

我國水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)養(yǎng)殖區(qū)多在偏遠(yuǎn)位置，供電、網(wǎng)絡(luò)覆蓋不足，許多養(yǎng)殖場設(shè)施陳舊老化，機(jī)械化、工程化養(yǎng)殖裝備不足，信息化的基礎(chǔ)條件更是缺乏。除此之外，養(yǎng)殖過程的復(fù)雜性與養(yǎng)殖人員文化程度較低也是水產(chǎn)養(yǎng)殖的特征[3]。因此，水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展離不開水產(chǎn)養(yǎng)殖基礎(chǔ)條件的提升，需要大力發(fā)展養(yǎng)殖環(huán)境控制裝備、機(jī)械化作業(yè)裝備；行業(yè)內(nèi)部要加強(qiáng)從業(yè)者、應(yīng)用主體的培訓(xùn)，幫助解決應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題，加快能運(yùn)用專業(yè)的養(yǎng)殖生產(chǎn)技術(shù)和管理知識的新型職業(yè)農(nóng)民的培訓(xùn)。

3.2 水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)

物聯(lián)網(wǎng)智能管控技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，但總體上來看還處在初級階段，還存在許多問題：水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不完善；缺乏國產(chǎn)、低價、高質(zhì)量的傳感器，現(xiàn)有設(shè)備種類不全，維護(hù)不便；水產(chǎn)養(yǎng)殖遠(yuǎn)程調(diào)控設(shè)備自動化程度不高；水產(chǎn)生物生長數(shù)字化模型沒有建立，數(shù)據(jù)分析缺乏參照，控制系統(tǒng)不智能；控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化多功能集成不夠；水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)信息安全存在隱患，大量的數(shù)據(jù)及用戶隱私如何得到保護(hù)成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)[2]；水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)企業(yè)規(guī)模小，大型企業(yè)參與不足，產(chǎn)、學(xué)、研合作不緊密，產(chǎn)業(yè)聯(lián)動效應(yīng)不足，沒有形成成功的商業(yè)模式。

水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)要堅持自主發(fā)展、自主創(chuàng)新，在確保信息安全的前提下，重點(diǎn)突破傳感器、無線通信、控制芯片、控制算法、數(shù)學(xué)建模、數(shù)據(jù)管理和分析挖掘、系統(tǒng)集成等物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)，推動標(biāo)準(zhǔn)制定、商業(yè)模式探索和體制整合，做大做強(qiáng)我國水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)。

3.3 行業(yè)相關(guān)政府主管部門

隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，未來幾年市場規(guī)模將出現(xiàn)快速增長。在這一過程中，政府行業(yè)相關(guān)主管部門的大力支持和引導(dǎo)對產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。制定我國水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展規(guī)劃，進(jìn)行全面布局，避免一哄而上；發(fā)揮政府對社會投資的引導(dǎo)作用，對發(fā)展有優(yōu)勢、潛力的先進(jìn)技術(shù)、重點(diǎn)企業(yè)采取各種措施給予扶持；加快相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定、實(shí)施和應(yīng)用，突破水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新；推動典型水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范，帶動發(fā)展。