海洋牧場5S集成系統研究

趙樹平 周婉瑩

摘要 ?針對海洋牧場的資源和建設現狀，探討了海洋遙感系統（ORS）、全球定位系統（GPS）、海洋地理信息系統（MGIS）、數字攝影測量系統（DPS）和專家系統（ES）等海洋5S技術，論述了海洋5S集成系統的組成及相互關系，提出了海洋牧場5S集成系統解決方案，通過對海洋牧場5S集成系統數據處理流程的研究，使海洋牧場的建設方案得以完善，實現可持續現代生態漁業的發展。

關鍵詞 5S技術;海洋牧場;監測系統

中圖分類號 S 127 ?文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）12-0245-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.12.067

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract In view of ?the current situation of marine ranch resources and construction， ?the marine 5S technologies including remote sensing system （ORS）， global positioning system （GPS）， marine geographic information system （MGIS）， digital photogrammetry system （DPS） and expert system （ES）， were discussed， the composition and relationship of the ocean 5S integrated system was elaborated， the solution of the ocean ranch 5S integrated system was put forward. Through the research on the data processing flow of the 5S integrated system of marine ranch， the construction scheme of marine ranch can be perfected， and the development of sustainable modern ecological fishery can be realized.

Key words 5S technology;Marine ranch;Monitoring system

目前，世界海洋水產資源陸續減少和海洋生態系統持續惡化的大環境下，資源管理型漁業的海洋牧場將是新世紀海洋養殖業發展的主要方向。本文提出海洋牧場5S集成系統方案，在對海洋牧場5S集成系統原理和海洋牧場5S集成系統數據處理流程的研究的基礎上，建立完整的海洋生態系統模型，對海洋牧場的養殖環境信息和養殖參數信息進行遠程綜合采集，實現遠程控制海洋牧場，其意義是改善海洋牧場的整體格局，促進海洋漁業的可持續發展。

1 相關技術

海洋遙感系統（ORS，Ocean Remote Sensing）是在電磁波理論的研發前提上，通過利用各種各樣的硬件設施對海洋遠距離的物體進行輻射，并對反射過來的波進所帶的訊息進行收集、處理、分析，并對海洋的各種事物進行監測和辨別的技術。用于展現海洋景象圖像以及信息，主要用于對海洋的很多領域進行探測[1-3]。

全球定位系統（GPS，Global Positioning System）是一種利用導航衛星對時間和距離進行測量，它是將衛星技術與通訊技術相結合的新型技術。它在海洋領域的應用體現在對海上定位及測量上，如在海洋牧場中養殖筏區的測量等，提供了準確的位置信息，提高了海上工作的安全和工作效率。

海洋地理信息系統（MGIS，Marine Geographic Information System）是在計算機、電子信息技術等學科的基礎上產生的以計算機為主體的系統，能夠對海洋空間中的訊息、產生的現象、發生的事情進行分析、解釋說明，并讓它以圖集、表等形式表現出來、可以把信息系統中的數據庫與地理信息和圖

像相結合，并對其進行分析，使之不僅具有視覺化效果，還擁有信息系統有利的剖析能力。可以通過對海洋各個層面以及自然和人類的活動的研究加之結合擁有強大資源的空間數據對數據進行分析、展示、集成處理，進而為用戶提供空間分析，預測，輔助分析等智能服務的平臺，還可以通過對Web技術的應用，幫助用戶達到海洋數據實時共享等功能。

數字攝影測量系統（DPS，Digital Photogrammetry System）以數字圖像和攝影測繪為基礎，多種學科如影像類學科，和數字處理類學科等學科的原理與方式中篩選出所攝取的目標，并以表達式和幾何學科，攝影學科以及拍照等為補充的學科就是數字攝影測量。在數字攝影測量的過程中，中間訊息的收集是基礎，輔助信息是數字的成果物，處理的源始材料，它們都是數字形式。在海洋牧場非常極端的環境中應用時，具有三維測量的準確度高、測量的速度快，機動性非常好的特點[4-6]。

專家系統（ES，Expert System）非常的擬人化，因為它是將專家們的認知，專家們處理問題的辦法及想法，或是很好的習慣錄入計算機系統中，在其他人需要使用時可以隨時被提取出來。海洋牧場專家系統根據最優化理論和模糊關系原理取得知識進而建立知識庫系統，制定基本事實數據庫和規則庫結構，完成面向對象的思想的原型系統。充分利用了海洋牧場領域研究成果并與海洋生態環境應用結合起來，為海洋牧場可持續化建設提供專家信息支持。

2 海洋牧場5S集成系統原理及流程

2.1 海洋牧場5S集成系統原理

海洋牧場5S集成系統是由海洋遙感系統ORS、全球定位系統GPS、海洋地理信息系統MGIS、數字攝影測量系統DPS和專家系統ES等5S集成系統共同組成的，其之間雖各自獨立，但卻又互有聯系[7-8]。如圖1所示。

海洋5S集成系統是利用海洋遙感以及全球定位技術作為信息的來源，通過它們取得實時的海洋遙感影像信息和準確的位置信息，再結合GIS這個強而有力的平臺，對海洋牧場的水質、投餌等訊息進行研究。對所得的水質信息及投餌情況加以分析利用和研究，再加上最新起的數字攝影測量系統對信息的數字化處理以及海洋牧場專家系統對海洋牧場各方面數據進行精確的分析，五者緊密的組合在一起，經由互相之間的信息交流，為用戶提供實時準確的訊息。

從海洋地理信息系統MGIS的角度來看，海洋遙感系統ORS與海洋牧場區域的位置定位GPS系統是它所分析數據的關鍵來源，它們所供給的海洋牧場信息、數據、圖集都是及時動態，是MGIS獲取海洋牧場數據必不可缺的手段。數字攝影測量系統（DPS）又可以將信息在數字層面上進行處理，而專家系統（ES）則可以對所取得的海洋牧場數據訊息進行接近人工智能水平的分析。

從GPS和MGIS組合在一起來講，它們的結合算是一種非常互補的方式，在各自功能充分發揮的前提下，又能各取對方的長處進行工作，這不僅使海洋牧場各部分系統的功能得到了提高，也使得本集成系統的性能得到了提升。

MGIS和ORS的組合，它們的組合也與其他系統、技術的組合有相似的地方，都是MGIS提供一個分析的平臺，另一種作為海洋牧場信息源，用它強大的能力對數據信息進行分析和研究，不同的只是信息的來源不同罷了。而DPS和MGIS的結合在于都是對所獲得的信息進行測量等處理，不同的是處理信息的類別和層面不同，ES與MGIS的結合則又與DPS與MGIS的結合相似，但是在這里是ES為MGIS提供更為人性化且準確的解決方案，以及更貼近人工智能的操作系統，使MGIS能進行更為有效的分析。而ES則從MGIS處得到更為完善的投餌信息與水質數據，這可以使它本身的數據庫更完善。這些技術的結合，可以使我國的科學技術水平的得到飛躍性的發展。它們各自為政，又互幫互助[9-11]。

2.2 海洋牧場5S集成系統數據處理流程 海洋牧場數據處理流程應用傳統的計算機語言進行編撰，整個過程包括多個模塊，從一開始的設備初始化，到數據的采集，預處理，以及各種通信方式等模塊，都體現了它是模塊化設計。下機位是定時對數據進行采集，可以約定30分鐘一次，之后關閉電源，這可以減少成本和能源的消耗，并在同一時刻開啟定時器，記錄本地數據采集的時間，時間一到，下機位開始運作，數據存儲入庫。除此之外還有一些人性化的設計，如語言設置等的安裝，這可以使用戶更直觀的進行數據分析，處理及研究，海洋牧場5S集成系統數據處理具體流程如圖2所示。系統內存儲的數據主要是通過全球定位系統和遙感系統取得的，主要為了實現以下功能：

（1）數據采集：數據的采集是通過遙感技術，GPS，以及GIS共同完成的完整的數據信息，主要是對水質監測系統傳輸過來的水質參數等，以及投餌機傳輸過來的投餌數據進行收集。

（2）數據處理：用戶需要通過對所得的數據信息進行分析，這需要用到地理信息系統，以及專家系統，因為它可以提出更好的分析方式和解決方式。在數據處理階段主要會得到的成果物有兩種，一種是水質曲線圖，其數據來源主要是數據采集階段傳過來的水質參數，可以實時的對水質進行監控和掌管，防止水質過度惡化帶來的大規模的經濟損失。另一種地水質、投餌的數據進行量化的分析，目的是為下次的投餌計劃和對水質的管理計劃做出提前的規劃，使得工作更有效率。

（3）數據管理：對歷史數據和現有數據進行整合，分類，篩選等。對各項參數進行分門別類的處理，以及方便日后需要用到這些資料的時候可以快速的進行查詢。再加上專家系統給出的各項意見，可以得到很合理的數據管理報告。

（4）報警設置：用來對水質進行實時監控，并設定上下限，當監測到的值越過我們定的警戒值時，就會被人們發現。在這里主要分為上警戒線和下警戒線兩種 。

（5）用戶管理：對用戶信息通過程序語句數據庫等基礎操作來進行用戶管理。

（6）語言設置：系統擁有兩種語言，用戶可根據自身需要進行自主的選擇，簡潔且易于操作，并且避免了很多理解問題。

3 結論與討論

海洋牧場5S集成系統的研發和實施，可以使海洋漁業的總資源得到提升，保護環境和提高海洋生態資源的發展相結合，優化海洋生態資源的產業架構。要對海洋牧場5S集成系統的研發付出更多的關注，擴大它的規模。可以通過對技術的深化研究，努力建設一個環境健康，資源友好的現代海洋漁業發展模式，努力實現可持續生態漁業的發展的同時，我們既要利用好海洋資源，又要維護好海洋生態系統[12-14]。

參考文獻

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