物聯網技術在現代水產養殖業的應用

王勝男

(北京物資學院 北京 101149)

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物聯網技術在現代水產養殖業的應用

王勝男

(北京物資學院 北京 101149)

水產養殖環境智能監控系統綜合利用了物聯網傳感技術、智能處理技術及智能控制技術，集數據、圖像實時采集、無線傳輸、智能處理和預測預警信息發布、輔助決策等功能于一體，實現現場及遠程系統數據獲取、報警控制和設備控制。養殖管理人員可以通過電子計算機或其他客戶端實時了解養殖塘內各項參數和啟閉設備，在保證質量的基礎上大大提高了產量。

水產養殖；物聯網；智能化

隨著物聯網、下一代通訊網絡、移動互聯網等新一代信息技術日趨成熟，其在水產業養殖環境、生產信息管理、加工運輸、信息查詢、銷售、追溯、信息管理平臺和產品價格信息反饋等方面的運用也在日益普及和完善，對建立水產業物聯網服務平臺，提升水產業生產的智能化水平和效率，促進水產業高效發展，具有重大研究意義。

一、物聯網技術給水產業帶來的益處

漁業的發展離不開優質的水域環境，隨著科學技術的快速發展，物聯網技術的應用越來越廣泛。基于物聯網的漁業水質參數多點在線監測并自動報警為漁業的大力發展提供了保障。將物聯網引入水產業既是大勢所趨也是我國水產業發展的確實需要，有利于改善傳統水產業中存在的依靠經驗生產、問題發現滯后，解決方案遲緩等狀況。目前先進物聯網技術已經逐步應用于水產業的各個方面，如智能養殖，通過物聯網技術和網絡技術融合應用，可以實現對漁場進行遠程增氧、智能投喂、預警資訊等種種功能一旦發現某區域溶氧指標預警，只需點擊相應選項就可實現遠程操控。

現代水產養殖業的發展向著規模化、高度集約化、高效生態安全的方向發展，傳統的養殖模式已無法滿足現代水產養殖業的發展要求，因此結合現代物聯網技術，研究水產養殖水質和環境關鍵因子立體分布規律和快速檢測技術、水產養殖智能化和可視化無線傳感網絡監控系統、開發水產養殖環境關鍵因子(溫度、pH值、溶解氧、氨氮、鹽度和氧化還原電位等)的實時控制技術和智能化管理系統，實現水產養殖業的智能化監控，對發展高效、生態、安全的現代水產養殖業，構建具有鮮明特色的現代水產養殖新格局，促進社會主義新農村建設具有重要推動作用。

二、目前物聯網技術在水產養殖應用中存在的問題

(一)技術還不夠成熟。目前，我國物聯網技術的研究相對還比較滯后，特別是在農業用智能傳感器、RFID等感知設備的研發和制造方面，許多應用項目還主要依賴進口感知設備。

中國農業大學、國家農業信息化工程中心、中國農科院等單位已開始進行農業專用感知設備的研制工作，但大部分產品還停留在實驗室階段，產品在穩定性、可靠性、低功耗等性能參數方面還和國外產品存在不少差距，離產業化推廣還有一定的距離。

(二)成本總體偏高。物聯網技術的應用所需要的傳感器、電纜等比較貴，成本較高，一般養殖戶難以承受。現在90%依靠項目資金來扶持，養殖戶大規模使用還有一定難度。

三、信息網絡傳輸

水產養殖信息傳輸屬于網絡傳輸層，既可有線也可無線。傳感器網絡主要包括無線傳感器節點、匯聚節點、路由器節點、中心基站、網絡數據服務器和遠程訪問節點等。為了網絡管理和維護方便，將無線系統分成若干個無線傳感簇團，每個傳感簇團構成一個傳感子網，由多個傳感節點和一個匯聚節點組成。傳感節點負責采集、存儲其所在地點的各種信息、數據。傳感節點通過多級通訊方式將數據傳輸給匯聚節點。匯聚節點負責傳感簇團內數據的采集、濾波和存儲，并適時將數據轉發給管理基站。管理基站可連接網絡，并定時向網絡服務器發出數據轉存請求和一系列數據操作。在一定訪問權限許可下，網絡服務器可以向遠程計算機提供數據檢索服務。

系統通信模塊主要采用Socket網絡通信方式。套接字(Socket)是通信的基石，是支持TCP/IP協議的網絡通信的基本操作單元。創建Socket連接時，可以指定使用的傳輸層協議，Socket支持兩種不同的傳輸層協議：TCP和UDP協議。TCP協議：首先連接接收方，然后發送數據，保證成功率，速度慢；UDP協議：把數據打包成數據包，然后直接發送到對應的IP地址，速度快，但是成功率得不到保證，并且數據大小有限。考慮到數據安全，本系統設計采用TCP協議，為了提高系統的通信效率，Socket接收采用消息機制接收，保證了響應的快速性。

四、信息感知系統

信息實時感知屬于感知層子系統。感知層子系統通過水質參數采集單元采集PH值、水質混濁度、水位、溫度、氧氣濃度等參數,經傳感網絡上傳到傳輸層子系統,再通過網絡系統上傳到應用層子系統通訊服務器；感知層子系統的遠程視頻監控單元所采集的視頻信息通過互聯網方式上傳到應用層子系統通訊服務器。應用層子系統通過水質監控信息管理系統對水質進行分析、通過計算機、智能手機等其它終端瀏覽數據，并下發反饋指令，經傳輸層子系統下達到水質參數調節單元，調節水質管理系統。智能養殖監控系統主要包括以下幾個部分：氣象環境檢測，水質自動監管，養殖設備控制，數據化養殖管理。

五、應用效益分析

傳統的水產養殖方式，采用人工觀察，主要靠經驗，很容易在養殖過程中因信息反饋較慢、調控不準確而影響養殖產量、品質，應用物聯網能較好地克服這一弊端。物聯網技術應用于水產養殖有以下幾方面優勢：

一是通過養殖信息的自動檢測與預警系統的啟動，使管理更加規范，并能有效預防養殖中因機器故障引起的缺氧、溫度過低或過高等問題。如出現增氧系統故障、停止運行，預警系統即發出預警信息，提醒相關工作人員，有效預防因機械故障等引起的養殖風險。

二是利用自動控制增氧和加溫、降溫等系統，可減輕工作人員的勞動強度，提高勞動效率，促進節能減排。

三是利用物聯網后，能較好地控制溫度、水質，減少了病害，提高了水產品產量與品質。

四是有利于數字化管理和科學研究。

六、現有實際運用的不足和建議

目前，在水產養殖中應用物聯網技術還沒有成熟，尚處于摸索和嘗試階段。問題主要來自兩個方面。

一是物聯網技術本身還需發展，如統一物聯網的技術標準，提升傳感器的研發水平等；

二是水產養殖的特點給應用物聯網提出了更高的要求。如實施地點相對分散，基礎條件不同，有些現場的網絡通信條件和電力供應條件比較差，對系統的穩定性造成影響；水產養殖一般要求低成本、高實用性、高通用性等集為一體，但由于物聯網是新興技術，低成本和高通用性暫時還不能得到滿足。

通過對物聯網技術的進一步探索和研究，根據各領域的實際情況，提出更加切實可靠的方案，減少應用過程的魯棒性。

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王勝男(1993-)，女，漢族，山東煙臺人，學生，碩士研究生在讀，北京物資學院，研究方向：資源優化配置。