水產養殖監管物聯網應用系統建設與管理研究

梁勇等

摘要：本文在分析我國水產養殖現狀的基礎上，提出了水產養殖全過程物聯網監管系統構建方案，包含4個子系統：水產養殖環境監控系統、水產品健康養殖智能化管理系統、水產養殖對象個體行為視頻監測系統、“氣象預報式”信息服務系統，系統可實現對水產品的養殖全過程監控，使得水產品在標準化的養殖環境下生長，最終達到提高水產品的質量、降低養殖風險的目的。本文還對水產物聯網系統的應用前景做了展望。

關鍵詞：物聯網；監管系統；水產養殖

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

物聯網是物聯化、互聯化、智能化的網絡，能夠將信息的獲取延伸到池塘的每一個角落，并通過信息網絡實現更廣域的互聯互通_[1]。農業物聯網是物聯網技術在農業生產、經營、管理和服務中的具體應用。物聯網技術正在逐步改變傳統水產養殖業親自到池塘邊進行觀察、采集、檢測獲取環境信息和現場管理的模式。傳統模式不但耗時長，還會造成生產措施的延后，造成一定的經濟損失。本文提出并構建了水產養殖生產過程中的4個系統：水產養殖環境監控系統、水產品健康養殖智能化管理系統、水產養殖對象個體行為視頻監測系統、“氣象預報式”信息服務系統。其中，水產養殖環境監控系統是對養殖環境的測控；水產品健康養殖智能化管理系統可以進行精細投喂和水產品的疾病診斷；水產養殖對象個體行為視頻監測系統可以對水產品個體行為進行遠程測控，進行動物行為診斷；“氣象預報式”信息服務系統可以為水產養殖進行天氣預報式的預測和采取防范措施。水產物聯網可以有效解決傳統水產養殖在養殖業中的不足，實現降低養殖風險、提高水產質量和水質的目標。

1我國水產養殖現狀與對物聯網技術的需求

我國是水產養殖大國，同時又是一個水產弱國。水產養殖業主要沿用消耗大量資源和粗放式經營的傳統方式_[2]。水產養殖產量占到了全世界的73%。養殖過程中不合理投喂和用藥極大地惡化了水質環境，影響水產品質量，加劇水產病害的發生，使得水產品質量安全、水環境污染、養殖風險等問題非常嚴重_[3]。同時，缺少水產養殖規范，雖然農業部制定了一批無公害水產養殖的規范，但是由于我國水產養殖的現狀無法確切地執行，導致養殖過程中無法按照標準規程實行喂養、漁藥等_[4]。

當前在水產養殖過程中對物聯網技術的需求突出表現在以下4個方面：①水產品養殖場缺乏有效信息監測技術和手段，水質在線監測和控制水平低，實現對水質和環境信息的實時在線監測、水質異常報警與預警等是迫切需求；②國內水產養殖相關傳感器應用較多，但存在穩定性差、準確性低、維護成本較高的問題；③水產品病害發生情況嚴重，相關技術人員缺乏，實現水產品精細喂養與疾病預測、建設水產品健康養殖智能化管理系統將在一定程度上解決這個問題；④目前盡管有農業網站、農林電視節目等資源，但沒有將信息充分整合到一起，養殖戶也缺乏“天氣預報式”的服務。

2水產養殖物聯網系統總體架構（圖1）

針對水產品養殖場缺乏有效信息監測技術和手段，水質在線監測和控制水平低等問題，采用智能水質傳感器、無線傳感網、3G、IPV6、智能控制等技術，建設水產養殖環境監控系統，實現對水質和環境信息的實時在線監測、水質異常報警與預警，通過無線傳感網、互聯網、通信網等信息傳輸通道，以計算機、手機等不同的終端設備，將水質異常報警信息及水質預警信息及時通知養殖管理人員和專業技術人員。同時根據水質監測結果，實時調整控制措施，自動啟動增氧機等控制設備，保持水質穩定，為水產品創造健康的水質環境，確保水產品養殖的環境安全。

2.1水產養殖環境監控系統

主要包括以下幾個方面的建設內容：

2.1.1基于智能感知技術的水質及環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，對水質和環境信息進行實時采集，全面感知養殖環境的實際情況。

2.1.2基于無線傳感器網絡的水質及環境信息無線傳輸技術當前無線傳感網絡對環境的監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，實現短距離通訊和無線通信；研制系列無線采集節點、無線控制節點和無線監控中心，開發無線網絡管理軟件，構建適合集約化水產養殖應用的水質及環境信息無線傳輸系統，將有效解決水產養殖領域應用覆蓋范圍大、能耗約束強、環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水質管理決策模型建設水質好壞影響水產品的生長速度和健康水平，最終影響水產品的質量，嚴重的會導致水產養殖的重大損失。養殖環境信息、水質信息、養殖措施和養殖生物量間的定量關系描述是水產養殖數字化、精細化管理的前提和難題。本系統將根據氣溫對水溫的影響，餌料及水產品的代謝物對養殖水體pH值的影響，養殖密度對日增重量、日生長量和成活率的影響，水體增氧對養殖水體中溶氧量和氨氮的影響，氨氮、亞硝態氮對化學需氧量（COD）的影響，氨氮、亞硝態氮對葡萄糖吸收能力的影響，殘餌、糞便對水質的影響等，建立水質參數預測、生物增長等系列定量關系動力學模型，解決水質動態預測問題，為水質預警控制、飼料投喂和疾病預防預警提供數據支持。

2.1.4基于智能控制技術的環境設備控制技術針對現有養殖設備（如增氧機）工作效率低、能耗高、難以用精確數學模型描述等問題，通過分析研究控制措施與參數動態變化規律，動態調整環境控制措施，實現養殖設備的智能控制，以降低能量消耗，節約成本。

2.2水產品健康養殖智能化管理系統

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

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

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

2.2.3水產品疾病診治系統水產品用藥很多，要對癥下藥才可以_[7]。從水產品疾病早預防、早診治的角度出發，在對氣候環境、水環境和病源與水產品疾病發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生影響的可能程度，建立水產品預警指標體系，根據預警指標的等級和疾病的危害程度，建立水產品疾病預警模型；建立疾病診斷推理網絡關系模型，建立水產品典型病蟲害圖像特征數據庫，實現水產品疾病的早預防、及時預警和精確診治。

2.3水產養殖對象個體行為視頻監測系統

養殖場視頻監控系統主要實現對水產品養殖環境的遠程監測管理。現代水產養殖場采用全封閉管理方式，有利于水產品的安全生產，可有效杜絕外界環境對水產品的不利影響，為了方便外界人員觀看水產品養殖加工的實時情況，在水產養殖及加工場地內設置可移動的監控設備，利用視頻攝像頭的動態可視化特點，將水產養殖及生產加工環節予以實時監控。主要建設內容包括：

①水產環境視頻采集系統，實現現場環境的采集功能；②傳輸系統；③遠程監測系統；④移動終端，通過手機等移動終端可以異地監測水產養殖場的情況。

2.4“氣象預報式”信息服務系統

整合當地熱線、農業信息網站資源等的水產養殖技術、水產養殖行業新聞及市場動態信息，利用網格技術、數據庫異構分布技術、中間件技術、云計算技術、人工智能等技術充分融合現有的水產信息資源，采用三網融合技術，為養殖企業和養殖戶提供水產養殖信息服務，解決生產管理、養殖技術推廣、市場信息服務等問題。采用手機報、惠農短信、農林電視節目等信息技術手段，為養殖戶提供適時的水質環境預測預報、應急防范、技術咨詢服務。

3物聯網技術在水產養殖方面的應用前景

雖然當前物聯網在水產養殖中還未廣泛應用，僅處于試驗階段，但江蘇無錫市山區鵝湖鎮物聯網智能養魚、蘇州昆山陽澄湖漁業產業園、金壇長蕩湖漁業科技示范園_[8]、無錫宜興物聯網養螃蟹_[9]等實驗區均取得了可喜的成果，說明物聯網在水產養殖方面發展潛力巨大，通過物聯網技術支持，水產養殖會發展得更快。物聯網是我國未來幾年的重點發展產業，得到了政府的大力支持_[10]，物聯網技術也將在“十二五”期間快速發展，技術體系會更加完善，相關的政策會更加健全。

“十二五”規劃中對水產養殖業、增殖漁業、捕撈業、加工業和休閑漁業五大產業體系做出了詳細規定。其中，水產養殖在產業中所占比重被再度要求加重_[11]。這就要求水產養殖向高密度、集約化發展，這就需要水產物聯網技術的支持，在保持水環境質量的基礎上，實行標準化養殖，對水產養殖的過程進行全程監控，保證水產養殖的規范化、標準化。水產養殖在物聯網技術的支持下將會得到更快的發展。

4結語

建立水產養殖物聯網系統是現代水產養殖的必然趨勢。該系統可以對水產養殖過程進行測控，成為水產養殖的“管家”_[12]；還可以對水產環境變化、水質狀況進行監測，并準確投喂，及時增氧，對可能出現的水產疾病進行預報，及時采取措施；還可完善水產養殖生產技術，保證養殖生態系統的良性循環，進一步提高水產品質量，應對勞動力成本上升，最終可獲得更好的社會效益、經濟效益和生態效益。

參考文獻：

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