防城港市海水養殖智慧氣象服務系統研究

李新華

（廣西壯族自治區防城港市氣象局，廣西 防城港 538000）

隨著市場需求的不斷增長，近年來，防城港市的水產養殖業發展迅速，日趨規?；?。主要涵蓋南美白對蝦、斑節蝦、石斑魚、鱸魚、羅非魚等水產養殖品種。防城港作為全國暴雨中心之一，臺風、高溫、低氣壓、強降雨等影響海水養殖的災害性天氣頻發，給當地水產養殖業的發展帶來嚴重的影響。并且，目前廣西沿海的水產養殖業總體水平還處在初級階段，總體技術水平和科技手段發展比較滯后，對氣象災害及其次生災害的預警預防和抗災減災能力非常有限，單位產量和效益相對也不高。

海水養殖智慧氣象服務系統的建成旨在改變傳統對蝦海水養殖的觀念和方式，將主觀粗放的海水養殖方式轉變為客觀精細的科學養殖方式，在降低海水養殖氣象風險的同時，有效節省人力、物力、時間和資金投入，明顯提高養殖經濟效益。

1 系統功能

本系統集成了氣象數據、養殖水體要素、氣象預報產品、水質預報、物聯網管控技術、用戶養殖自動管理等信息網絡技術和氣象服務（圖1），主要有6個方面的功能。

圖1 系統模塊功能框架

1.1 養殖水質監測

通過安裝監控設備和軟件開發對養殖水體要素進行實時在線監測（圖2）。監測的要素主要包括了水溫、溶氧量、酸堿度（pH值）等幾個對養殖影響比較大的水體要素，用戶可以通過電腦、手機App對水質要素進行實時監控，方便快捷，提高了工作效率和養殖的科學性。

圖2 水質要素監測

1.2 養殖外部環境監控

手機App和服務終端集成了攝像頭功能，用戶可以通過手機和電腦軟件對養殖環境進行實時遠程監控，并且實現了攝像頭遠程可控，通過軟件控制攝像頭角度、遠近。同時，通過網絡技術和數據庫開發，系統集成了養殖場及附近周圍自動站氣象要素自動監測，實現了氣象要素實時監控功能。

1.3 閾值自動告警

系統支持用戶對水質要素、氣象要素進行閾值設置，當要素監測值超出閾值范圍時，App軟件通過短信發送等方式對用戶進行自動提醒，用戶可以根據情況合理安排養殖管理工作。一定程度上避免了由于工作人員疏漏或錯誤經驗造成的養殖風險。

1.4 養殖設備遠程控制

通過物聯網的技術應用，用戶可以根據水體要素的變化或者閾值告警提醒，遠程控制開關打氧機。實現了對養殖要素進行精準、方便的管控，一定程度上解放了勞動力。例如，水體氧含量過低時會影響魚蝦生長，管理人員用手機App可以自動開啟打氧設備，當氧含量達標的時候關閉設備。也可以通過遠程攝像頭來查看打氧機的工作狀態。一方面節省了一部分人力，另一方面，通過合理地控制打氧設備數量和時間，能有效節省電力。

1.5 水質要素模式預報

通過人工—儀器對比觀測，積累了約18個月的水質要素資料，根據水質—氣象要素的相關性，對資料進行回歸分析，建立了pH酸堿度、水溫和溶氧量的預報方程，通過實際應用檢驗，pH酸堿度和水溫預報誤差小，效果較好。由于溶氧量原始資料收集時受人為開機打氧的干擾，導致擬合模式預報結果誤差較大。

2 水質要素預報回歸方程

系統根據水質—氣象要素的相關性，對資料進行回歸分析，建立了pH酸堿度、水溫和溶氧量的預報方程。

2.1 pH酸堿度回歸預報方程

Y=41.5981558+ 0.265553916 * X1 -0.20420322 *X2+0.000488005*X3 -0.00907851*X4-0.03414349* X5。其中Y為pH預報值；X1為前一時次萬尾自動站的氣溫；X2為前一時次萬尾自動站的最低氣溫；X3為前一時次萬尾自動站的10分鐘平均風向；X4為前一時次萬尾自動站的觀測濕度；X5為前一時次萬尾自動站的氣壓。

2.2 水溫回歸預報方程

Y=579.9453-0.219031*X1 +0.1532932*X2-0.548615*X3。其中Y為水溫的預報值；X1為前一時次萬尾自動站的降雨量；X2為前一時次萬尾自動站的10分鐘平均風速；X3為前一時次萬尾自動站的氣壓。

2.3 溶解氧回歸預報方程

Y=264.93509-0.222331*X1 -0.084099*X2-0.249496*X3。其中Y為溶氧量的預報值；X1為前一時次萬尾自動站的10分鐘平均風速；X2為前一時次萬尾自動站的濕度；X3為前一時次萬尾自動站的氣壓。

系統利用回歸方程對2017年5月的數據中的pH酸堿度、水溫、溶解氧進行試報，測試結果為：pH值預測誤差的標準差為0.304933302，中位數為-0.414778561，預報效果較好；水溫預測誤差的標準差為4.186254935，中位數為2.300200449；溶氧量預測誤差的標準差為1.209893327，中位數為-1.546012347。

3 系統應用情況

2015年防城港市氣象局在東興市核心漁業示范區江源水產養殖公司試點，結果不但增產及節電效益明顯（每畝塘增加產值超過2000元，每個養殖塘一個養殖季可節省電費約2700元），而且有效減少勞動力，降低了成本。

4 結語

防城港市海水養殖智慧氣象服務系統緊貼現代農業發展需求，探索從傳統氣象為農服務向現代農業氣象服務轉變，利用智能傳感技術、智能處理技術及智能控制技術與現代氣象觀測、氣象科學技術融為一體，實現了數據實時監測、實景監控、無線傳輸、智能處理、預測預警信息發布和水產氣象適宜條件預報服務等功能。

系統在海水養殖生產中具有良好的應用推廣價值。一方面可以隨時監控水質和周圍天氣變化，根據監控數據隨時調整生產安排，提高了海水養殖的科學性和可操作性；另一方面，對海水養殖的精準把控和遠程操控，提高了行業抵御養殖氣象災害的能力，同時減少了養殖人力物力成本；再有，實現科學化養殖的同時，可以根據實際情況合理增加養殖密度，提高水產品成活率，進而提高了養殖單位產量，體現了一定的經濟效益價值。

系統除用于對蝦的池塘養殖外，還可應用于有限環境的咸、淡水體各種魚類養殖。此外，系統預留數據接口，可根據需要增加監測要素，更換不同的感應探頭和控制設備后，便可拓展到環境可控的農業種植，如大棚農業，以實現農業種植智慧氣象服務，從而完善防城港市智慧農業氣象服務系統，具有廣闊的應用前景。