基于水產養殖現狀的智能化研究及推廣
——以廣東省茂名市官橋鎮為例

熊蘭湘 ， 許婉玲 ， 岳 坤 ， 蔡秋棟 ， 林煒銘 ， 萬世明

（廣州工商學院工學院，廣東 廣州 510850）

隨著現代化科技的不斷發展與進步，智能化水產養殖系統已被大規模應用于海水養殖行業[1]，但可供魚塘、水庫類淡水養殖零散個體養殖戶使用的智能化設備較少。采用開放式養殖模式的個體養殖戶，受傳統的養殖制度與落后的養殖設備制約，已難以滿足消費者日益增長的購買需求[2]，增產增收受限，個體水產養殖行業陷入發展瓶頸。本文提出并研究了個體養殖戶在生產過程需要的兩個系統：基于物聯網的水產養殖環境遠程監測系統與基于物聯網的水產養殖遠程智能控制系統。其中，水產養殖環境遠程監測系統實現了對魚塘、水庫的含氧量、酸堿度、氮氨含量、光照強度等數據的監測；水產養殖遠程智能控制系統實現了對魚塘和水庫的無人值守、水質自動增氧、魚料自動投喂。應用上述兩個系統，可在節約人力成本的同時，實現遠程智能化養殖與管理，推動鄉村振興穩步前行，更能促進當地淡水養殖產業向現代智能化邁出新步伐。

1 漁業淡水養殖現狀

1.1 “靠天吃飯”

茂名市化州市官橋鎮淡水養殖多采用魚塘、水庫等水域進行水產品養殖，從事淡水養殖的人員普遍是個體養殖戶，其以傳統的人工養殖為主。在遭受自然災害時，主要依賴養殖戶的自身經驗，但僅憑養殖戶的經驗往往難以規避自然災害，使得部分養殖水域的水質被污染，水產病害時常發生[3]。自然災害的發生不僅會給養殖戶造成直接的經濟損失，而且也打擊了水產養殖個體戶來年養殖的積極性，間接打破了水產品市場中的供求平衡，導致水產品銷售價格產生波動，市場走勢向不樂觀的方向發展。雖然國家財政劃撥了對水產養殖業事后災害的專項補償資金，但這也難使水產養殖業恢復至災害前的生產水平。財政經濟補償只能暫時緩解水產養殖行業的困境，如果后續的休整重建工作缺乏規劃性的投入與整體性的建設，在休整過程中就容易出現資金周轉問題和項目瓶頸，無法從根源上提高淡水養殖業整體抗風險能力。

1.2 人才短缺

改革開放以來，城鎮化建設的速度逐漸加快。相對于從事水產養殖等勞動密集型的工作，大部分年輕人和農民更愿意選擇去發展更有前景的大城市拼搏，水產養殖業面臨“從業少，用工難”的現狀。人才大量流失，使得農村中缺乏宣傳新思想、表達新觀點、引入新文化的與時俱進型人才，農村群體整體文化程度和素質止步不前。水產養殖行業現代化建設過程中缺乏正確的引領者，建設速度不得不放緩，整體的建設水平不高。目前在水產養殖一線服務的漁醫越來越少，年輕工作者外流，更加劇了淡水養殖業人才短缺之困。

1.3 科技和設施裝備落后

淡水養殖行業自主創新能力不強，機械化、設施化、生產信息化、智能化水平偏低。大部分養殖戶缺少對專業水產技能和養殖規范知識的系統學習。水產養殖技術更新緩慢，科技和設施裝備投入使用率低[4]，水產品產量難以滿足市場的需求。

以官橋鎮為例，當地淡水養殖的智能化普及率較低。不論天氣好壞，養殖業人員都需要親自到魚塘或水庫投食飼料、增添化學用藥，極大地耗費了人力、物力。大部分從業人員受年齡和文化水平等的限制，缺乏對水產養殖信息的采集、分析與管理能力。養殖戶認為人工飼料和化學肥料的堆砌能帶來高產高收，多養殖就會帶來多產。殊不知，這也會引起養殖密度過大，致使水生生物與浮游生物瘋狂生長，加速水質富營養化，破壞水域原有的生態平衡，損害養殖環境自我的凈化能力，最終導致水產養殖環境嚴重惡化。水產品的質量得不到保障[5]、產量也達不到預期，養殖戶只能通過更換水體來維持水域生態平衡，這無疑又提高了人力成本。部分習慣于傳統養殖方式的個體養殖戶，受思想文化的限制，難以接受和適應淡水養殖向現代智能化轉變，不愿意投入科技和設施裝備，阻礙了漁業現代化建設的進程。

2 智能化水產養殖環境遠程監測與智能控制系統研究及實現

2.1 總體設計

水產養殖環境的四大需求依次是溶氧值要求、溫度要求、透明度要求、酸堿度要求。在水產養殖中應用水產養殖環境遠程監測與智能控制系統，能實時獲取水質環境變化的第一手信息，并根據數據實時預警，防患于未然，解決水產業在養殖過程中“獲取信息難”“做出應對難”“預防風險難”等問題。

物聯網水產養殖環境遠程監測與智能控制系統總體分為兩大系統模塊，即環境遠程監測系統、設備遠程智能控制系統。水產養殖環境遠程監測與智能控制系統作為水產養殖戶搭建的養殖智能化平臺的全范圍系統，其保證水產養殖智能化管理得以實現的根本前提是將軟件和硬件結合起來，以水產養殖產業的實際需求為基點，進行系統研發，運用物聯網傳感器等技術建立起網絡和養殖場之間的橋梁。養殖戶借助橋梁與養殖產物隔空交流，從而滿足養殖戶遠程智能化養殖的需求。在物聯網技術的高速發展下，利用物聯網技術打造的智能化水產養殖系統具備魚塘環境監測和設備遠程控制等功能[6]。該系統總設計架構圖如圖1所示。

圖1 系統總設計架構圖

為了更好地處理淡水水產養殖過程中出現的各類問題，該系統在應用LoRa技術、物聯網傳感器技術的基礎上，還結合了大數據分析技術，通過遠程操作實現對魚塘或水庫中檢測設備的控制，比如，魚料自動投喂、水池自動增氧[7]、魚塘無人值守。這可以減少人員的流動并實時監控魚塘，在減少人力的同時又降低了生產成本，可以更加高效地獲得優質的水產。

2.2 環境遠程監測系統設計

環境遠程監測系統一是利用立桿、水池制氧機、4G網絡球機攝像頭、投料機、自動操控控制板等智能化水產養殖實用設備；二是加入中控板、單相三相固態繼電器、前端智能硬件、監測傳感器、自動投喂控制單元、組網部件等可視化遠程監控設備。通過對設備集成、裝配、編程、調試和運行，完成了產品的整體研發。

前端智能硬件是感知水體環境的“皮膚”，在智能養殖過程中起到環境檢測的作用。通過水質溶解氧傳感器、水溫傳感器、鹽度傳感器、光照傳感器、氮氧傳感器、pH值傳感器等設備，及時獲取精確數據[8]。

物聯網環境遠程監測系統投入使用時，在每個池塘均勻投放水溫傳感器、水質溶解氧傳感器、光照傳感器、氮氧傳感器、pH值傳感器等檢測裝置，以精確采集池塘含氧量、溫度、pH值、氮氧含量等數據信息。此外，在距離魚塘2 m處安裝攝像頭，遠程監控智能化監測設備的運行情況。

2.3 設備遠程智能控制系統設計

設備遠程智能控制系統是真正實現智能化水產養殖的關鍵，主要通過軟件技術來實現。采用4G物聯網網關實現串口設備之間的雙向、透明、安全，通過無線傳輸實現對整個智能化水產養殖系統運行的控制，如對水體信息的采集、輸入、輸出、遠程和聯動控制等。結合LoRa技術與物聯網傳感器技術，實現對設備遠程智能控制。LoRa技術將模擬信號轉換成數字信號，在無線通信鏈路覆蓋廣泛，實現低功耗、遠距離傳輸。相比傳統的調制技術，避免了數據延遲或數據丟失等情況。擁有LoRa技術的池塘遠程監控系統，可以高效地實現數據接收的準確性，進而提高魯棒性。

2.4 環境遠程監測系統與遠程智能控制系統的整體實現

本系統關聯環境監測系統設備，使用LoRa技術實現水體環境監測，遠程接收精準采集的含氧量、溫度、pH值、圖像等數據信息，將獲取的數據經傳感器技術把模擬信號轉換成數字信號。再通過4G物聯網網關讀取并通過網關發送到服務器中，將多次采集的數據利用大數據技術進行專業化處理，通過微信小程序進行信息交換和通信，生成可視化圖表，通過LED顯示屏為養殖戶提供實時可視化數據。使用者可通過微信小程序隨時對這些數據進行查看，分析魚塘目前的養殖環境，對養殖過程涉及的關鍵信息進行規律總結。在發現養殖環境存在隱患或者環境缺失時，用戶可以通過手機或電腦等平臺遠程控制繼電器的開關來控制水泵、投飼機等設備，從而實現對魚塘或水庫的遠程智能化控制與管理等功能，為水產品提供最佳養殖環境。

3 智能化優勢及行業改進措施

3.1 發揮智能化養殖的優勢

3.1.1 精準采集水體數據

良好的水質環境是水產養殖生產力提高的前提。光照、水溫、溶氧量、酸堿度和氮氨等微量元素直接關系著魚類的生長狀態。研究團隊走訪官橋鎮當地個體養殖戶，發現個體養殖戶如果需要獲取詳細的水體數據或是采集水體樣本，則需要前往最近的大型水產養殖地測量。

本系統具備環境遠程監測功能，利用大數據采集技術，用戶可根據自身需求，安裝相應的水體傳感器，在微信小程序實時采集水質微量元素、光照、水溫、溶氧量、酸堿度等數據，并根據掌握的水質變化情況來確定最佳的養殖策略和收產日期。

3.1.2 節約人力成本，提高工作效率

運用設備遠程智能控制系統，能大大降低人力成本。魚塘遠處安放的攝像頭用于監控漁場狀況。個體養殖戶通過微信小程序控制繼電器的開關來控制水泵、投飼機等設備，實現魚塘無人值守、魚料自動投喂、魚塘自動增氧。個體養殖戶無需請專業人員分析，也無需雇傭養殖人員，僅憑自己便可以實現對魚塘、水庫的管控。不僅節約了人力成本，同時也大大提高了工作效率。

3.1.3 提高抗風險能力

智能化水產養殖環境遠程監測系統與遠程智能控制系統實現了養殖自動化，能實時為養殖戶提供第一手信息。在自然災害或突發情況到來時，能及時做出預警，提醒養殖戶制定應對風險的相關措施，從而提前規避風險，減少風險帶來的經濟損失，提高了養殖的安全系數。當水產養殖行業的風險性整體下降時，便會吸引更多對漁業有興趣的人員從事該行業，帶動水產養殖業向規模化發展。

3.2 加大產業改造力度

茂名市水產養殖模式主要是魚塘和水庫養殖。政府部門要發揮自身優勢帶動產業改造，因地制宜、抓住特色，結合養殖戶的養殖現狀，采用農村與企業結合、以企業帶農村的模式，同時宏觀調控茂名市水產養殖行業未來的發展方向，將水產養殖設備在養殖行業中推廣開來，加快智能化設備的發展與應用，用信息化建設提高茂名當地水產養殖行業的現代化水平[9]。地方政府可利用貸款等財政政策對實施生態養殖的水產養殖地區給予資金支持。對存在問題的地區進行標準化改造，鼓勵當地水產養殖個體戶推動池塘水庫現代化建設，促進規模化、標準化養殖。

3.3 加強人才培育

大多數水產養殖從業者受年齡、文化水平等的限制，不愿重新再學一項技能。所以，加大對養殖戶的培訓力度成為提升農村地區水產養殖現代化水平必不可缺的一環。要建立專門的培訓機制，打造一支知識儲備豐富、專業技術強硬的培訓隊伍。加大技術宣傳與解讀力度，引導和推動漁業領軍企業和行業協會等發揮自身優勢，有針對性地對個體養殖戶進行指導與培訓，加強對鄉村實用型人才的培養，打造一批懂科學且技術過硬、經營有方、思想前衛的新型個體養殖戶，推動產學技與產學研相結合[10]。要充分展現新型個體養殖戶的知識儲備，發揮其示范作用，調動個體水產養殖戶的學習積極性，讓其了解技術優勢，推動形成現代化養殖管理觀念和養殖模式，提高個體水產養殖戶的創新意識和專業技術，使茂名市水產養殖向健康化、規范化、集約化、標準化轉變，提高茂名市水產品的經濟效益和行業競爭力。

3.4 電商興農

2022年中央一號文件發布，其中提到要鼓勵拓展農業多種功能，重點發展農村電商、農產品加工等產業。目前借助網絡直播的方式銷售產品已成為大勢所趨，這表明農村電商已成為推動農業農村現代化、鄉村振興和美麗鄉村建設的重要途徑。未來要繼續開展電商進農村綜合示范，以“直播+電商”的模式宣傳水產養殖設備，為農戶提供相對優質的購買渠道及價格上的優惠，拓寬產品流通和銷售渠道，對愿意分享與反饋的養殖戶進行嘉獎，實現人人參與、人人分享的推廣局面。推動水產品在網絡購買平臺出村進城，打造自主水產養殖品牌，提升產品競爭力。將經營理念、產品價值注入水產養殖品牌中，發揮智能化淡水養殖優勢，用新技術促進個體養殖戶增產增收。

4 結束語

當前社會發展與科學技術不斷更新迭代，加強水產養殖行業現代化建設已是必然趨勢。推廣現代智能化水產養殖技術，一方面，能夠有效提高魚塘水庫資源利用率，減少各種浮游生物生長，防止水體富營養化及水質惡化，防控各類魚類傳染性疾病的盛行，走綠色漁業發展道路，響應“雙碳”戰略。另一方面，也能夠降低人力成本，提高勞動生產率與產量，興農富民，提高淡水養殖行業的經濟效益。智能化水產養殖設備的廣泛宣傳與普及應用，將會加快推進茂名市官橋鎮淡水養殖行業高質量發展，推動鄉村水產行業振興取得新進展，促進茂名市淡水養殖業向現代智能化建設邁出新步伐。