劉 凱

（龍口市海洋與漁業(yè)監(jiān)督監(jiān)察大隊(duì)，山東 龍口 265700）

近年來(lái)我國(guó)海洋養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，海洋養(yǎng)殖產(chǎn)量保持穩(wěn)定增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，已經(jīng)成為海洋漁業(yè)全新的增長(zhǎng)點(diǎn)。在看到海洋養(yǎng)殖發(fā)展的同時(shí)，我們也需要意識(shí)到當(dāng)前存在的問(wèn)題，由于當(dāng)前海洋養(yǎng)殖的科技含量不高，在規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、環(huán)境保護(hù)等方面還存在一定程度的問(wèn)題[1]。隨著5G時(shí)代的到來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)中爆炸式的信息數(shù)據(jù)增長(zhǎng)，大數(shù)據(jù)逐漸成為各行各業(yè)研究的核心技術(shù)，綜合利用大數(shù)據(jù)處理信息數(shù)據(jù)就成為研究的重點(diǎn)。對(duì)海洋養(yǎng)殖來(lái)說(shuō)，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，能夠?yàn)楹Ｑ箴B(yǎng)殖業(yè)提供更為完善的監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析，解決海洋養(yǎng)殖中諸多不確定因素，切實(shí)提升海洋養(yǎng)殖水平，實(shí)現(xiàn)智能化養(yǎng)殖的目標(biāo)。在上述背景下，如何將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于海洋養(yǎng)殖就成為當(dāng)前研究的重要內(nèi)容。

1 海洋養(yǎng)殖大數(shù)據(jù)來(lái)源

海洋養(yǎng)殖本身較為特殊，面臨的外部環(huán)境相對(duì)較為復(fù)雜，且存在較高的變化程度，這個(gè)過(guò)程中涉及諸多復(fù)雜的信息數(shù)據(jù)，包括管理數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、生長(zhǎng)數(shù)據(jù)等等。與此同時(shí)，在海洋養(yǎng)殖過(guò)程中，各種互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等也是海洋養(yǎng)殖中不可或缺的重要數(shù)據(jù)資料[2]。通過(guò)科學(xué)合理的數(shù)據(jù)分析，能夠全面提升計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)效率，針對(duì)各種問(wèn)題進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，同時(shí)針對(duì)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行有效的服務(wù)，為海洋養(yǎng)殖提供有效的支持。大數(shù)據(jù)技術(shù)在海洋養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，相應(yīng)的數(shù)據(jù)主要源自于下面幾點(diǎn)：（1）物聯(lián)網(wǎng)信息數(shù)據(jù)，主要是包含相關(guān)的傳感器，如視頻監(jiān)控設(shè)施、光照傳感器、pH、水質(zhì)、溫度等；（2）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，綜合利用網(wǎng)絡(luò)接口，從互聯(lián)網(wǎng)中獲取海洋養(yǎng)殖相關(guān)的信息數(shù)據(jù)；（3）其余數(shù)據(jù)，主要指的是系統(tǒng)當(dāng)中已經(jīng)存儲(chǔ)的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括海洋養(yǎng)殖相關(guān)的專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)、水產(chǎn)養(yǎng)殖知識(shí)庫(kù)等。通過(guò)針對(duì)這些信息數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行挖掘分析，為海洋養(yǎng)殖提供更多的決策支持。

2 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建

大眾對(duì)海洋養(yǎng)殖產(chǎn)品的需求呈現(xiàn)出不斷增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，傳統(tǒng)海洋養(yǎng)殖模式受限于技術(shù)水平不足，已經(jīng)無(wú)法滿足大眾對(duì)海洋養(yǎng)殖產(chǎn)品高質(zhì)量、高產(chǎn)量的需求。通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，針對(duì)海洋養(yǎng)殖水質(zhì)、環(huán)境、產(chǎn)品生長(zhǎng)情況實(shí)施全面的信息數(shù)據(jù)采集，為海洋養(yǎng)殖提供有效的決策參考，提升海洋養(yǎng)殖的科學(xué)性、規(guī)范性，從而有效保障海洋養(yǎng)殖產(chǎn)量、質(zhì)量的穩(wěn)步提升[3]。

對(duì)于海洋水質(zhì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要是由無(wú)線傳輸通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制模塊、傳感器模塊等共同組成。通過(guò)傳感器動(dòng)態(tài)采集海洋溫度、溶解氧、pH值、渾濁度，然后將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元針對(duì)相關(guān)的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，轉(zhuǎn)換為更為標(biāo)準(zhǔn)的信息數(shù)據(jù)，利用無(wú)線通信傳輸?shù)皆破脚_(tái)或者系統(tǒng)，同時(shí)針對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存。對(duì)于控制模塊來(lái)說(shuō)，主要是由單片機(jī)、PLC構(gòu)成，其是海洋養(yǎng)殖在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心，以此來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。

我國(guó)當(dāng)前現(xiàn)有的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包含以下幾點(diǎn)內(nèi)容：（1）多點(diǎn)在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠針對(duì)海洋養(yǎng)殖區(qū)域6個(gè)不同區(qū)域的水質(zhì)實(shí)施監(jiān)測(cè)；（2）通過(guò)工控機(jī)建設(shè)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)虛擬儀器，優(yōu)勢(shì)在于操作便捷、響應(yīng)速度快、輸出圖形形象等優(yōu)勢(shì)；（3）基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，綜合利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所具備的自動(dòng)學(xué)習(xí)作用，以此來(lái)建立更為適合的預(yù)測(cè)模型參數(shù)，能夠在海洋養(yǎng)殖監(jiān)測(cè)過(guò)程中，不斷采集數(shù)據(jù)、優(yōu)化數(shù)據(jù)，與大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行有效的聯(lián)動(dòng)。

基于上述研究，可以嘗試?yán)脝纹瑱C(jī)與其余集成類芯片，針對(duì)傳感器信息數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)收集，然后在系統(tǒng)中進(jìn)行短期儲(chǔ)存，利用大數(shù)據(jù)實(shí)施計(jì)算，網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)施將對(duì)應(yīng)的信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)平臺(tái)，平臺(tái)利用系統(tǒng)、程序，針對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)施制圖、匯總處理。最終，針對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)施研究，研究數(shù)據(jù)是否超出或者低于設(shè)定的閾值，相應(yīng)的數(shù)據(jù)需要定期更新，詳細(xì)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 海水監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)共享平臺(tái)

3 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用的海洋養(yǎng)殖監(jiān)測(cè)硬件

水溫作為海洋養(yǎng)殖當(dāng)中的重要數(shù)據(jù)，不同類型的生物對(duì)于水溫方面的需求存在明顯的差異性。大部分情況下，隨著水溫的增高，生物的生長(zhǎng)速度能夠得以一定程度的提升，同時(shí)受精卵孵化時(shí)間也會(huì)在一定程度的縮短，然而水溫與氮氧總量表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，必須要針對(duì)水溫進(jìn)行科學(xué)合理的監(jiān)測(cè)，同時(shí)參考海洋養(yǎng)殖區(qū)域歷年的水溫信息，利用大戶數(shù)技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的分析，為海洋養(yǎng)殖提供有效的參考。對(duì)于海水溫度傳感器的選擇來(lái)說(shuō)，可以選擇水體溫度傳感器WQ101B來(lái)完成海水溫度測(cè)量與數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ?，而大?shù)據(jù)技術(shù)能夠針對(duì)養(yǎng)殖品種密度、區(qū)域特征、季節(jié)特征等相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，對(duì)報(bào)警的閾值進(jìn)行設(shè)計(jì)，只要溫度超出閾值，則能夠通過(guò)系統(tǒng)報(bào)警或者自動(dòng)化處理[4]。

因?yàn)樗嵝运|(zhì)的影響，會(huì)導(dǎo)致海產(chǎn)養(yǎng)殖生物感染蟲病，也會(huì)引發(fā)天然餌料繁殖效率大幅降低，甚至導(dǎo)致養(yǎng)殖生物大范圍的死亡。溶解氧與海洋養(yǎng)殖生物健康生長(zhǎng)之間存在密切的聯(lián)系，理想的溶解氧環(huán)境下，能夠促進(jìn)生物食欲的顯著提升，全面提升飼料使用的效率，在改善水質(zhì)的同時(shí)，促進(jìn)海洋養(yǎng)殖生物的快速發(fā)育。對(duì)于pH值所進(jìn)行的測(cè)量，主要選擇玻璃電極法進(jìn)行測(cè)量，復(fù)合電極主要包含特制玻璃與Ag/Ag CI參考凝膠電極。與此同時(shí)，溶解氧選擇化學(xué)反應(yīng)生成的電壓，針對(duì)海水含氧量進(jìn)行全面的測(cè)量，選擇特殊酸性電解液，陰極選擇惰性金屬金，陽(yáng)極選擇金屬鉛，氧氣通過(guò)擴(kuò)散的模式，綜合利用氟樹脂膜參與氧化還原反應(yīng)，最終建立氧鉛蓄電池，綜合利用內(nèi)部把氧化還原反應(yīng)生產(chǎn)的電流流轉(zhuǎn)成電壓輸出。通過(guò)大數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析、監(jiān)控，在發(fā)現(xiàn)海水溶氧量相對(duì)較低的情況下，系統(tǒng)能夠自動(dòng)運(yùn)行增氧泵，使得水體當(dāng)中具備重復(fù)的溶解氧。

海水濁度所進(jìn)行的測(cè)量，主要是選擇光學(xué)傳感器實(shí)施測(cè)量，根據(jù)構(gòu)成方法180.1濁度測(cè)量，WQ730濁度傳感器設(shè)置為90°散射濁度計(jì)。運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)聚焦束光強(qiáng)度測(cè)量濁度傳感器的光電探測(cè)器定位在90度的光束。水體的壓力測(cè)量可以通過(guò)壓力傳感器測(cè)得，此部分可以通過(guò)壓力的變換，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)程序的計(jì)算可以得出在水體的具體深度，這樣可以測(cè)量不同深度的水體環(huán)境下水體的數(shù)據(jù)，這樣就可以對(duì)生活在不同水深的海產(chǎn)品所需的水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，使得系統(tǒng)的應(yīng)用更加廣泛[5]。

對(duì)于供能系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，當(dāng)前新興技術(shù)的不斷應(yīng)用，科技水平的不斷提升，傳感器本身的能耗越來(lái)越低，可以選擇鋰電池的方案進(jìn)行供能。在此基礎(chǔ)上，綜合參考海洋養(yǎng)殖地區(qū)的用電成本、環(huán)境特征，分別選擇在對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)采用針對(duì)性的供能系統(tǒng)，如選擇太陽(yáng)能一體充電電池，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)供能成本控制的目標(biāo)，同時(shí)又能夠兼顧環(huán)保方面的需求，通過(guò)太陽(yáng)能充電電池與鋰電池的合理搭配，能夠兼顧不同天氣環(huán)境下的功能需求。

上述系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以根據(jù)海水養(yǎng)殖需求進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化改裝，可以在系統(tǒng)當(dāng)中添加多元化的傳感器種類、數(shù)量，系統(tǒng)將獲取的數(shù)據(jù)上傳到對(duì)應(yīng)的平臺(tái)，利用大數(shù)據(jù)開展針對(duì)性的分析與制圖處理。因?yàn)楹Ｑ箴B(yǎng)殖本身的特殊性，系統(tǒng)采集整理的信息數(shù)據(jù)量較為龐大，需要全面納入硫化物、氨氮、濁度、溶解氧、pH值、水溫等相關(guān)信息數(shù)據(jù)，相應(yīng)的大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用還應(yīng)當(dāng)與云計(jì)算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有效的整合，通過(guò)多元化的新興信息技術(shù)應(yīng)用，以此來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)分析。此外，系統(tǒng)本身也具有較高的自由度，利用單片機(jī)的集成模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)系統(tǒng)程序選擇matlab編寫、開源，能夠適用于不同區(qū)域的海洋養(yǎng)殖情況、海洋養(yǎng)殖規(guī)模，滿足更多領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)代技術(shù)的迅猛發(fā)展，為海洋養(yǎng)殖業(yè)提供了有效的支持，能否將新興技術(shù)應(yīng)用于海洋養(yǎng)殖，直接關(guān)系到海洋養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展。通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)的有效應(yīng)用，能夠全面提升海洋養(yǎng)殖的智能化水平，針對(duì)各方環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化、智能化管理，從而有效保障海洋養(yǎng)殖的科學(xué)性、合理性。[6]