物聯網技術在我國水產養殖上的應用發展對策

楊寧生，袁永明，孫英澤

(1. 中國水產科學研究院信息技術中心，北京 100141；2. 中國水產科學研究院淡水漁業研究中心，江蘇無錫 214082)

物聯網技術在我國水產養殖上的應用發展對策

楊寧生1，袁永明2，孫英澤1

(1. 中國水產科學研究院信息技術中心，北京 100141；2. 中國水產科學研究院淡水漁業研究中心，江蘇無錫 214082)

本文通過對我國水產養殖物聯網技術應用現狀和存在問題的分析，提出了發展水產養殖物聯網應用的關鍵技術和政策建議。我國水產養殖物聯網技術目前主要應用于養殖水環境監控、養殖區域管理監控、養殖動物生長狀況監控以及養殖產品儲運、加工環節監控等方面。面臨的主要問題有：水產養殖業相當程度上還處于粗放型的生產階段，不能適應現代化水產養殖生產的要求；物聯網設備技術還不太可靠，行業標準尚不統一；資金投入大，成本高等問題。發展水產養殖物聯網應解決的關鍵技術有：精準養殖環境感知技術，精準養殖模擬技術，精準養殖設備智能控制技術，精準養殖管理技術，精準養殖規模化生產集成技術等。建議政府有關部門要制定我國水產養殖物聯網發展規劃，全面布局；提升水產養殖信息化水平，優化水產養殖物聯網應用環境；設立精準水產養殖環境感知技術研發項目；加強水產養殖物聯網示范項目建設；加大政府推動水產養殖物聯網產業化發展的作用。

水產養殖；物聯網技術；發展對策

DOI 10.15302/J-SSCAE-2016.03.009

一、前言

我國是水產養殖大國，水產養殖產量占全世界的三分之二左右。但多年來，我國水產養殖業主要沿用粗放經營的傳統方式。隨著我國經濟發展的轉型升級，農業結構調整進入了關鍵時期，水產養殖業也面臨著從傳統的粗放式養殖模式逐步向工廠化、集約化、精準化養殖模式轉變。如何適應新要求，建設智慧的水產養殖系統，方便、有效、實時地對水產養殖環境和養殖生物生長情況進行監測、控制并以此推動產業升級，已經成為目前我國水產養殖現代化發展的熱點。物聯網技術正是推動這種產業轉型升級的關鍵技術。

物聯網是現代科學技術的重要產物，指的是“物物相連的互聯網”。物聯網是在現代互聯網技術、信息通信技術、傳感技術、服務與管理技術上發展起來的，將應用拓展到任何物體與物體之間的信息交換與通信[1]。目前物聯網在交通物流、公共安全、環境保護、醫療保健、家居生活等領域已具有比較成熟的應用。農業上也開始將其應用于大田種植、畜禽養殖、農產品加工等領域，實現農業的自動化生產、智能化管理、電子化交易等。充分利用物聯網發展的歷史機遇，開展水產物聯網關鍵技術研究與應用示范，保障水產養殖高產、高效、安全、健康，實現對水產養殖生產的轉型升級，進而保證水產養殖業的可持續發展具有重要的意義。

二、水產養殖物聯網技術應用現狀

我國首個物聯網水產養殖示范基地于2011年在江蘇建成。示范基地采用先進的網絡監控設備、傳感設備等將物聯網和無線通信技術相結合，實現遠程增氧、智能投喂、預報預警等自動控制。例如，水產養殖生產者通過手機終端登錄水產養殖管理系統，就能隨時隨地了解養殖塘內的溶氧、水溫、水質等指標參數。一旦發現水中溶解氧指標預警，只需點擊“開啟增氧機”，就可實現遠程操控。生產者也可用手機發送指令到管理系統，遠程操控自動投喂機為池塘內的養殖動物投喂飼料[2]。通過網絡視頻監控器，生產者還可以實時監測池塘內的各種狀況，隨時采取相應的應急措施[3]。

隨著現代信息技術的迅速發展，水產養殖物聯網系統已經在江蘇、上海、天津、北京、山東、浙江、福建、廣東等地出現了一些試點和應用[4]。目前物聯網技術在水產養殖業中的應用主要在以下幾個方面。

（一）養殖水環境監控

與農業物聯網在大棚種植中的應用類似，水產養殖物聯網利用傳感器來監測池塘水中的水溫、溶解氧、pH、氨、氮、亞硝酸鹽等多個指標。通過無線傳輸并轉換處理后，把這些數據和信息傳遞給養殖戶。養殖戶通過監控顯示器、電腦、手機等手段可以隨時了解養殖環境狀況，不必到現場就能作出判斷并及時采取必要的措施[5]。

（二）養殖區域管理監控

養殖區域管理監控主要包括養殖區內氣象環境變化的監控和養殖區內生產安全監控。前者是對氣壓、氣溫、干濕度、風力、風向等數據進行長期采集和積累，為各種不同氣象條件下的養殖生產方案提供數據支持[6]。后者是在一些重要的生產管理場所設置攝像頭（如養殖池塘、養殖場的出入口處等），實行養殖過程的全程監控，防止偷盜和養殖生物的逃逸，以確保養殖生產安全[7]。

（三）養殖動物生長狀況監控

通過數字化的養殖管理系統，科學地對養殖水質狀況、養殖密度、飼料投放量等養殖參數進行分析，并根據分析結果進行分塘、分類、差別化的精準管理。如發現疾病，可以盡快進行診斷并提出治療方案，或進行網絡視頻會診。

（四）養殖產品儲運、加工環節監控

物聯網可以對養殖產品的生產、加工、銷售等過程進行全程跟蹤。只要在產品包裝中植入標簽代碼，就可以通過查詢系統，對產品信息進行查詢。消費者在購買水產品時，如有疑問，只要用手機掃描標簽中的二維碼，就可以獲取該產品的產地、產品批次號、生產日期、責任主體、聯系方式等一系列的信息，以保證消費者追溯產品來源，查找責任主體[3]。

水產養殖物聯網技術是現代漁業發展的方向。它有利于保護養殖生態環境，提高勞動生產效率，從而提高社會效益、經濟效益和生態效益。但我國水產養殖中物聯網技術應用還沒有完全成熟，尚處在初級的摸索和嘗試階段。就目前來看，該技術相對適用于較大型的養殖場及養殖效益較高的水產品，因為它的投入較大，成本較高。

三、發展水產養殖物聯網面臨的主要問題

（一）水產養殖產業自身發展問題

現代化水產養殖是物聯網技術應用的基礎，而我國目前水產養殖業相當程度上還處于粗放型的生產階段。在廣大農村地區，現代化基礎設施還比較落后，許多養殖場的設施較為陳舊或者老化嚴重，加之養殖區多在偏遠地區，網絡覆蓋不足，限制了現代化水產養殖生產規模的發展和物聯網的應用。另一方面，養殖企業管理水平和生產人員的素質還比較低，不能適應現代化水養殖生產的要求。養殖生產“靠天吃飯”的情況普遍存在，生產者主要憑經驗管理，缺乏長期科學數據積累和有效的信息獲取和處理手段，缺乏標準化、專業化的管理意識和管理體系。因此，要發展水產養殖物聯網技術，首先要提升現代化水產養殖水平和勞動者的文化素質。

（二）物聯網設備技術及行業標準問題

目前，水產養殖業物聯網技術設備雖然有一些國內企業和科研機構在研發，但大多尚停留在實驗室階段[8]，難以滿足實際應用的要求，尤其是傳感器技術。作為水產養殖物聯網的神經末梢，它是整個水產養殖物聯網鏈條上最基礎的環節。由于水產養殖環境較為復雜，因此對傳感器的性能要求較高。目前我國農業信息感知裝備還主要依賴進口。日本和歐洲在農用微型傳感器技術上擁有較大優勢，國內農用傳感器及相關芯片、無線傳感網絡、各類終端等關鍵技術水平低。另外，現階段物聯網技術及其應用尚未建立起一套標準的、開放的、可擴展的物聯網體系構架。在農業物聯網行業標準不統一的大環境下，參與水產養殖物聯網技術開發應用的企業和科研單位只能在各自的平臺上研發，造成較大的成本浪費[9]。

（三）資金和成本問題

就目前情況來看，制約水產養殖物聯網大規模應用的主要因素之一是資金投入相對較大。例如，有關軟件開發、硬件投入以及日常維護、保養、維修，工作人員的安排等，都在一定程度上增加了養殖生產的成本。而目前我國從事水產養殖生產者還主要是家庭個體養殖戶，成本過高將難以調動其嘗試該技術的積極性，從而在一定程度上影響物聯網技術在水產養殖中的普及和推廣[3]。

四、發展水產養殖物聯網應用的關鍵技術

水產物聯網涉及的關鍵技術很多，主要包括以下幾個方面。

（一）精準養殖環境感知技術

感知技術是精準養殖系統的核心，是精準養殖信息采集的關鍵部分，重點開展精準養殖環境傳感器技術的研究，解決在精準養殖中對水溫、溶解氧、pH、氨、氮、水位、硝酸鹽、氯化物等水環境指標以及氣溫、光照、氣壓、濕度等大氣環境指標監測的要求。

（二）精準養殖模擬技術

了解養殖對象在精準養殖控制條件下的生長、生理變化行為對智能化養殖生產管理至關重要，重點開展養殖對象的生長、生理變化規律的研究，建立不同養殖模式下精準養殖水質控制、飼料投喂、主要養殖對象生長等數學模型。

（三）精準養殖設備智能控制技術

研究專家系統和控制系統的連接技術，重點開展水質控制、飼料投喂等智能控制設備的研發，開

展精準養殖系統監測值、數學模型模擬值、智能設備控制程序開發的研究。

（四）精準養殖管理技術

精準養殖管理技術主要根據精準養殖生產目標對不同養殖模式進行生產方案的自動設計，按照生產方案對精準養殖系統的智能化控制設備進行工作參數設定，精準養殖控制系統將根據系統設定參數運行，直至管理系統按照專家系統指示重新調整參數或結束全部養殖過程。重點開展精準養殖最優生產方案生成方法、智能設備控制參數或核心模塊刷新等技術的研究。

（五）精準養殖規模化生產集成技術

精準養殖系統的環境傳感器、智能控制器、養殖裝備、現場監控設備、管理設備以及應用服務系統的正常運轉離不開標準化系統集成技術，不同養殖模式的系統集成方案、工程材料、安裝工藝、網絡通信均不盡相同。重點開展機械化程度較高的工廠化、池塘閉合生產系統或濕地生產系統、網箱養殖等魚類精準養殖的系統集成技術的研究。

五、發展水產養殖物聯網應用的對策建議

我國物聯網目前面臨前所未有的發展機遇，但也面臨著關鍵技術不成熟、產業化程度低、標準規范缺失、相關政策不到位等一系列的挑戰。水產養殖物聯網技術的發展，將是實現傳統水產養殖生產向現代水產養殖生產轉變的助推器和加速器。建議我國水產養殖主管部門在“十三五”期間采取有效措施，加大支持力度，進一步推動和發展我國水產養殖物聯網技術的應用。

（一）制定我國水產養殖物聯網發展規劃，全面布局

確定水產養殖物聯網發展總體目標，形成完整的水產養殖物聯網技術體系，細化階段目標，從核心技術、推廣應用、技術服務等方面制定階段性發展目標。

（二）提升水產養殖信息化水平，改善水產養殖物聯網應用環境

規模化、信息化、自動化、工廠化是物聯網應用的基本條件。針對目前我國水產養殖現狀，按照養殖規模、養殖模式、養殖品種對物聯網技術應用環境進行分類，在條件成熟區域加大信息化基礎建設投入，創造物聯網技術應用的良好環境。

（三）加強科研創新，突破關鍵實用技術

瞄準世界傳感器研發前沿領域，設立水產養殖環境感知技術研發項目，組建聯合技術攻關團隊，圍繞關鍵技術問題，結合產業實際，發揮各自在技術、集成、應用、示范等環節的優勢，爭取在高性能、低價格傳感器研發核心技術上取得突破。同時，盡快制定一套規范的、開放的、可擴展的、適合水產養殖應用的農業物聯網行業標準，使參與水產養殖物聯網技術開發應用的企業和科研單位能夠共享一個統一的研發平臺。

（四）推進水產養殖物聯網示范項目建設

緊緊圍繞發展現代化水產養殖生產的重大需求，在全國范圍內啟動一批水產養殖物聯網示范項目，研發一批適合水產養殖特點的物聯網自主產權技術產品，建設一批國家級水產養殖物聯網示范基地，創新物聯網在水產養殖領域的應用技術模式，建立水產養殖物聯網可持續發展的機制，以點帶面，全面推進物聯網技術在水產養殖生產經營管理領域中的應用。

（五）加大政府推動水產養殖物聯網產業化發展的作用

一個產業的發展，離不開對該產業鏈的全面投入與建設。水產養殖物聯網技術是利用信息技術來推動水產養殖生產的發展，是互聯網產業鏈在漁業產業上的延伸與拓展。為了加快實現漁業現代化，在當前農（漁）民收入水平較低、農業信息化和市場化運作還不完善的情況下，水產養殖物聯網發展的投資主體應當是各級政府，只有在政府部門的大力支持和引導下，水產養殖物聯網發展，乃至漁業現代化的實現才有可能。

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Development Strategy for Application of the Internet of Things in China's Aquaculture Industry

Yang Ningsheng1, Yuan Yongming2, Sun Yingze1
(1. Center of Information Technologies, Chinese Academy of Fishery Sciences, Beijing 100141, China; 2. Freshwater Fisheries, Research Center of Chinese Academy of Fishery Sciences, Wuxi 214082, Jiangsu, China)

Based on the analysis of the present situation and problems in application of Internet of Things(IoT) technology in Chinese aquaculture, this paper puts forward some key technical issues and policy suggestions for the development of the IoT. At the moment, IoT technology has been used in the aquaculture industry for water quality monitoring, breeding area monitoring and management, livestock germination monitoring, aquaculture product storage and transport, and supervision of processing procedures. During this early development stage, China is faced with a number of challenges in the application of this technology, including: Backward extensive aquaculture practice and poor infrastructures; lack of advanced equipment and unified standards; and the need of large sum investment and high costs. A number of key technological issues should be solved in order to improve IoT application in this industry, including: precise aquaculture sensor technology for precise breeding simulation technology, precise intelligent control technology for aquaculture equipment, precise aquaculture management technology, and precise integrated production technology for large-scale aquaculture. Finally, this paper makes suggestions to relevant government agencies on the formulation of an comprehensive development plan for China aquaculture IoT technology to enhance industrial informatization and optimize the application facilities for IoT,

aquaculture; Internet of Things; development strategy

S969

A

2016-04-27；

2016-05-05

楊寧生，中國水產科學研究院，研究員，研究方向為漁業及海洋信息和經濟分析研究；E-mail: nsyang@cafs.ac.cn

中國工程院重點咨詢項目 “水產養殖業十三五規劃戰略研究” (2014-XZ-19-3)

本刊網址：www.enginsci.cn

initiate a research and development program for precise aquaculture environmental sensor technology, advance the implementation of aquaculture IoT demonstration projects, and upgrade the government's capacity for promoting the commercialization of aquaculture IoT.