物聯網技術在中國對蝦種質資源保護區建設與管理中的應用設想

李妍　許祝華

1緒論

1.1物聯網技術

物聯網是利用互聯網把控制器、傳感器、人和物等聯在一起，形成人與物、物與物相聯，實現信息化、遠程管理控制和智能化的網絡。這是美國麻省理工學院在1999年最先提出的概念。隨后，國際電信聯盟（ITU）發布了《ITU互聯網報告2005：物聯網》，進一步明確了物聯網的定義是傳感技術、射頻識別技術、智能芯片嵌入技術三位一體，在物體與物體之間實現信息交換和共享。近年來，衛星通訊等長距離通訊技術得到快速發展，信息從有線傳輸向無線傳輸發展，這使在海洋領域應用物聯網技術成為可能。物聯網技術為構建數字化、智能化、自動化海洋與漁業提供了技術支撐。

1.2物聯網在農牧業中的應用

2009年，歐洲智能系統集成技術平臺提交了物聯網研究發展報告，將“農業和養殖業物聯網”作為最重要的發展方向之一。此外，還將農業物聯網分為三個層次：信息感知層、信息傳輸層和信息應用層。信息感知層由各種傳感器節點組成，通過先進傳感器技術，獲取多種支持過程精細化管理的參數，如土壤肥力、作物苗情長勢，動物個體產能、健康、行為等信息。在信息傳輸層中，傳感器將各類數據通過有線或無線方式，向局域網、廣域網發布。信息應用系統對數據進行融合、處理后用于制定科學的管理決策，對農業生產過程進行控制。

1.3保護區概況

海州灣主要分布在江蘇省連云港市沿岸，灣口北起山東省日照市嵐山鎮的佛手咀（35°05′55″N，119°21′53″E），南到江蘇省連云港市連云港區的高公島（34°45′25″N，119″29′45″E），面臨黃海，寬42 km，岸線長86.6 km。海灣面積876.39km²，其中0 m以深面積687.9 km²，5 m以深面積340.67 km²，10 m以深面積63.01 km²。保護區的主要保護對象為中國對蝦。2007年12月，經農業部批準，成立海州灣中國對蝦國家級水產種質資源保護區（見圖1、圖2）。

1.3.1保護區管理處工作開展情況 2009年3月連云港市人民政府批準成立了海州灣中國對蝦國家級水產種質資源保護區管理處。近年來，建設和管理工作得到了逐步推進?；A設施建設：設置保護區概況標牌、界碑、界樁、指示牌、浮標等。建設海州灣海上管護平臺，配備相關的交通、通訊、監控和巡護設備，包括全球定位儀（GPS）、雙筒望遠鏡、海上遠程監控系統、水質在線自動監測儀、跟蹤監測車等。開展保護區定期和不定期巡航執法：聯合市海監支隊完成岸線巡查任務，為海監執法提供確鑿的數據支持；針對盜采海砂、伏季休漁、重點用海工程開展日常監管，作為重要的違法信息來源，及時將聯動系統上報的疑點疑區信息通報市海監支隊、漁政支隊等有關部門，實現違法事件、突發情況的及時處理。

1.3.2保護區建設管理中面臨的主要矛盾和問題盡管保護區建設和管理取得了一定的成效，但從總體上看，保護區的建設標準、發展水平和管理能力還比較低，未能實現對保護區的有效管理。三方面矛盾比較突出：

一是任務艱巨和手段薄弱的矛盾。長期以來由于不加管理，酷捕濫采，致使有限的海珍品資源遭到嚴重破壞。中國對蝦的捕撈產量從20世紀80年代以來，產量銳減。雖然進行了人工魚礁、人工放流等資源養護措施，但是生態修復和種質資源保護仍然任重而道遠。而保護區要充分履行職責，必須具備必要的機構、人員、裝備和工作經費。但是考察保護區管理處的現狀，還有許多不足之處：一、管理機構不健全。目前，保護區管理處與連云港市海域使用保護動態管理中心合署辦公，增掛一塊牌子，缺乏專職人員，機構設置中缺乏漁政執法、科研、監測和宣傳教育等部門。二是保護區管理經費有限。保護區與陸地上的保護區不同，對基礎設施、科研水平要求相對來說要高很多。資金是保護區工作開展以及正常運行的首要保證。資金投入不足將會直接影響到保護區日常工作的展開。

二是管理目標和實現手段的矛盾。《保護區規劃》中保護區管理的指導思想為合理規劃、強化保護、科學管理。而作為管理的依據的法律法規，尚未出臺。日常主要依據《中華人民共和國漁業法》《水產資源保護區管理暫行辦法》《海洋自然保護區管理辦法》等進行保護區的管理工作。保護區建立的重要目標任務之一是提供開展保護區的環境監測。目前，保護區已建成200 m²海上平臺，主要進行保護區動態監視監測，偏向于用海工程。海洋環境的監測依托于連云港市海洋環境監測中心，也只是局限于對排污口和基礎水文監測?？傮w而言，保護區的環境監測工作長期裹足不前。受經費、人員、裝備所限，保護區巡視也未常態化。日常巡護需要大量的人力，而管理處實際在崗工作人員20人，除去后勤、女職工，實際可能出海巡護的人員非常有限。目前，只局限在有限的幾個監測點的動態監視監測和與海監、漁政的聯合執法，未形成巡視工作的常規化、常態化和規范化。

三是經濟發展和生態保護的矛盾。目前，包括“30萬噸級航道工程”、贛榆港區前期工程、徐圩港區前期工程等在內的幾個國家、省、市重點工程都在臨近保護區的區域，如何在保護海洋生態和種質資源的前提下促進經濟發展還是一個長期的課題。

2物聯網技術在保護區管理中的應用

2.1中國對蝦資源監控

管理處制定規范性文件、確定發展規劃、管理目標、管理范圍及權限必須準確把握保護區內的海洋漁業的資源狀況。利用物聯網技術可以在保護區管轄范圍內和周邊沿海大陸架水域和寒暖流交匯水域布置環境參數傳感器、實時圖像采集器，組成數據傳輸網絡，通過檢測保護區管轄范圍和臨近海域水體溫度、鹽度、溶解氧含量、浮游生物種類等環境數據、處理后得出漁業生物生長狀況，為管理處和上級海洋漁業管理部門提供實時海洋漁業資源狀況信息。

一直以來，保護區資源調查采用的一般方法為：潛水員水下攝影、捕撈、人工取樣等，存在準確性差、不能實時監控資源變動情況等問題。應用物聯網技術，以上問題迎刃而解。

根據中國對蝦分布區域和物種特點，設置調查站位，通過對中國對蝦資源海上動態監測調查，了解中國對蝦增殖資源的數量變動與生長、遷移規律跟蹤監測。

2.1.1站位設置 根據中國對蝦的分布、洄游、繁殖和生長分布區域和物種特點，確定其調查范圍為海洲灣人工魚礁區、海洲灣中國對蝦保護區以及中國對蝦增殖放流周邊水域，共布設11個站位，位置如圖3。

2.1.2調查方法 在各站位設置水下紅外線計數器，在中國對蝦洄游期、繁殖期、重點污染期加密監控。并結合當地群眾拖網漁船進行底拖網調查。

2.1.3樣品分析 中國對蝦及其主要經濟生物的漁獲量，測定其體長、體重、雌雄比、性腺成熟度、胃飽滿度等生物特性。

2.1.4數據分析 物種相對重要性指數采用Pinkas模式，從各種類在數量、重量中所占比例和出現頻率3個方面進行綜合評價，判斷其在種群中的重要程度，即：

N為在數量中所占的比例，W為在重量中所占的比例，F為出現頻率。

物種豐富度指數采用Margalef模式，即：

D為物種豐富度指數，S為種類數，N為總尾數。

物種多樣度指數采用Shannon-Wiener模式，即：

H為物種多樣度指數，Pi為i種魚的群落中所占的比例。

2.2保護區內海洋環境監測

面向海洋環境保護、海洋環境監測預報、海洋生態系統健康評價等管理需求，構建保護區的海洋環境監測與管理系統，為保護區管理部門及時關注、處理、分析海洋環境狀況提供依據，為海洋環境保護提供數據支撐和決策支持。

2.2.1排污口監測 綜合應用在線監測技術、GIS技術和網絡傳輸技術，實現對人海排污口和河口監測數據的實時采集、傳輸、存儲、分析和發布，及時準確掌握污染物排放的流量、濃度、特征污染因子等信息，并對超標實現實時預警，為排污口達標排放和總量控制管理提供數據支撐。

2.2.2水文監測 通過自動環境監測設備實現保護區氣象、水文、水質的實時監測，監測指標包括風速、風向、水位（潮汐）、pH值、溶解氧、水溫等。利用網絡技術使管理人員能從電子顯示屏上直觀了解監測水域內的氣象、水文、水質等實時數據，同時具備自動報警及統計分析等功能。

2.2.3海洋生態健康評價 利用海洋環境監測數據，采用時空關聯數據挖掘方法，進行海洋生物質量分析、營養鹽時空分布規律分析、重金屬沉降轉移規律分析等海洋專題分析；通過構建生態系統健康評價指標體系和評價模型，從物理化學屬性、生態學屬性、社會經濟屬性等方面全面評價保護區生態系統健康情況；根據歷年海洋環境監測數據，可分析保護區生態系統健康情況的發展態勢和演變趨勢，為加強海洋生態環境保護與管理提供決策依據。

2.3人為因子監控

2004年12月農業部出臺《水產苗種管理辦法》規定：“我國有計劃地搜集、整理、鑒定、保護、保存和合理利用水產種質資源。禁止任何單位和個人侵占和破壞水產種質資源。該辦法規定，未經農業部批準，任何單位或者個人不得在水產種質資源保護區從事捕撈活動。建設項目對水產種質資源產生不利影響的，依照《中華人民共和國漁業法》第三十五條的規定處理?！币勒赵摴芾磙k法，管理處應當加強對保護區的人為因子監控。

在保護區范圍選取12點監控點，架設高清探頭，對該海域發生用海行為進行動態監視監測，在管理處指揮中心建設視頻監控平臺，將現場圖像實時傳輸到指揮中心，實現對保護區的相關活動實施動態監控。

2.4物聯網技術在保護區海洋生態修復中的應用

海州灣海洋生態修復中對于物聯網技術的應用主要體現在三個方面，其一是海洋環境與魚群活動信息的實時在線監測與數據傳輸，運用物聯網技術可以實現海洋監測技術的測量參數綜合化、系統模塊化、數據傳輸實時化、監測服務一體化，便于科學決策和管理。其二，在人工魚礁建設中引入物聯網技術，可以實現“制作——運輸——投放——維護”一體化管理。其三可以將物聯網技術與綠色海珍品生產和銷售緊密集合，打造優質特色品牌。具體說明如下：

人工魚礁建設中應用物聯網技術。利用二維碼技術將制作完成的人工魚礁進行編碼標記，實現從制作——運輸——海上投放的全程監管。通過二維碼把礁體類型、投放的經緯度、投放的時間等信息記錄并錄入數據庫，便于日后查詢和管理。

綠色海珍品生產銷售的應用。物聯網技術綠色水產品溯源追蹤以及打造品牌效應上，與人工魚礁制作編碼類似，可以將海州灣生態修復區內，出產的高品質野生海珍品采捕之后打上二維碼標記，可以實現從采捕——運輸——市場——餐桌的一條龍追蹤服務，對于塑造品牌效應貢獻巨大。

物聯網技術在海洋環境和生物信息獲取中的應用。建立控制中心，建立起修復海域設置海洋環境、海洋氣象、魚群動態監測和海況信息服務系統，以島礁、海上平臺等為依托，建立信息服務基站，便于海上監測浮標監測信息的傳輸以及與對監測設備運行狀況實施監控。每天發布海況和氣象信息。

2.5建立保護區海洋生態信息庫（種質資源庫）

建立海州灣生態共享信息數據庫，定期對海州灣海岸帶生境基礎資料進行收集和整理，東海區和黃海區的科研機構也可以編輯獲取信息。基礎數據庫是海洋信息傳輸與交換的樞紐，包括基礎地理空間數據庫和專題數據庫，以滿足保護區數字化管理與服務信息系統對數據的需求。

2.5.1保護區地理信息空間數據庫 包括基礎地理信息，包括行政區劃圖、地形圖、遙感影像等，生態環境調查數據，社會經濟調查數據；開發地理信息服務平臺，支持空間和屬性信息的檢索、交互式瀏覽、分析評估、歷史數據的動態展示和專題圖制作及輸出；與監測監視設備集成，實現監視監測信息與地理空間信息的高度整合與深化應用。

2.5.2保護區海域環境數據庫 海洋環境子數據庫包括海洋動力環境、海洋環境質量、海洋環境動態監測、海洋生物和生態、海洋地質地球物理、海洋工程等海洋環境專題數據。

2.5.3保護區生態修復項目數據庫 包括海洋保護區數據、生態敏感區數據、重大生態修復項目數據等專題數據，以及海洋漁業項目數據。

2.5.4保護區海洋信息數據庫 海洋信息子數據庫包括歷史時期的海底地形數據、海岸線變遷數據、海洋資源數據、海洋人文地理數據、海洋管理數據等各類海洋專題數據。

2.5.5建立海洋人才專家庫 存儲各個專家的姓名、工作單位、研究領域、聯系方式等信息，以便為海洋管理決策提供咨詢、服務。

3對策和建議

3.1針對保護區管轄范圍開展動態監視

利用海域動態監測與管理系統充分利用海域使用動態監視監測中心軟硬件和傳輸網絡設備，將已有海域使用動態監視監測管理系統納入“保護區”信息基礎框架中，并保留與海域使用動態監視監測管理系統進行數據傳輸與交換的接口，實現海域使用動態監視監測業務管理。

3.2開展資源本底調查，建立海洋生態資源動態變化模型

保護區資源的本底調查與評價是開展保護區管理工作的基礎和常態內容。本底調查內容包括：海洋生物資源、海岸帶空間資源、濱海旅游資源；開展保護區資源開發利用狀況、生態適宜度評價。分析現有海洋生態資源修復與保護手段、效果與不足（如江蘇省海洋牧場示范區建設、海洋保護區建設、海岸線整治、海洋災害預警預報系統建設、灘涂濕地環境整治與生態開發示范工程建設等），明確海州灣生態修復的目標定位，篩選建立評價海洋生態資源修復效果的指標評價體系，在海州灣生態資源本底調查和評價的基礎上，結合實際，分析、整合、提高，建立更加科學、有效、系統的基于生態系統的海州灣生態資源修復與保護體系。通過年度調查數據，綜合考慮各種生態資源的影響因子，進行分類，建立基礎數據庫，并實時更新，定量化描述各生態因子的生態過程及相互關系，闡明生態機制、規律與趨勢，利用數學、物理、化學公式及互聯網技術、數據庫技術等手段建立海洋生態資源動態模型，立體、實時、可視、系統化展示海州灣生態系統，由此推演相關結論，為科學決策提供模型參考依據。

3.3基礎設施建設保障

加強包括海域動態監視監測系統、海洋衛星數據節點和無人機基地等基礎設施建設。建議購置固定式保護區專用無線視頻監控系統，提升管理處動態監視監測能力，避免原始人工巡視監察的局限，實現保護區實時監控的數字化、科學化、全時化、智能化，減少日常維護所帶來的高成本的多難題的問題。與國家海洋局國家衛星海洋應用中心對接，建設連云港市建立海洋衛星數據接收站，接收國家海洋衛星實時發送的數據，進一步提升保護區對海洋管理、海洋環境監測以及海洋風暴潮、赤潮等海洋災害的預警預報的能力。應加快建設無人機基地建設，包括基地指揮中心（實現數據現場快速采集、處理、衛星傳輸）、培訓中心（用于無人機的操手、圖像處理的相關業務培訓）、無人機機場、無人機展示館等，為海域海島使用保護日常監視監管工作提供技術手段，對海域重大突發事件提供應急測繪保障。

3.4設立保護區管理專項資金

建立保護區專項資金，?？顚Ｓ茫浞譂M足保護區的基礎建設、機構設置和日常管理的需要。還應積極拓展資金來源，引人民間資本，廣泛吸納社會資金，投人生態環境保護與建設。建立生態補償機制，臨近保護區的重點用海項目的資源補償資金應全部用于保護區的管理、科研和宣傳教育等工作，以解決投入不足的問題。

3.5人才培養

保護區的建設和管理，在很大程度上取決于管理人員的素質。目前，保護區管理處的工作人員現狀為專業背景不一、技術能力參差不齊，專業人員所占比例少。針對這一情況，應該大力加強人才引進和培養，通過積極參加各類相關培訓班、鼓勵在職人員參加自學和函授學習、加強與各高校和相關科研院交流合作等措施，提高管理人員的業務素質和各項技能。