物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的應(yīng)用

王勝男

(北京物資學(xué)院 北京 101149)

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物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的應(yīng)用

王勝男

(北京物資學(xué)院 北京 101149)

水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)綜合利用了物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)、智能處理技術(shù)及智能控制技術(shù)，集數(shù)據(jù)、圖像實(shí)時(shí)采集、無(wú)線(xiàn)傳輸、智能處理和預(yù)測(cè)預(yù)警信息發(fā)布、輔助決策等功能于一體，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)及遠(yuǎn)程系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取、報(bào)警控制和設(shè)備控制。養(yǎng)殖管理人員可以通過(guò)電子計(jì)算機(jī)或其他客戶(hù)端實(shí)時(shí)了解養(yǎng)殖塘內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)和啟閉設(shè)備，在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上大大提高了產(chǎn)量。

水產(chǎn)養(yǎng)殖；物聯(lián)網(wǎng)；智能化

隨著物聯(lián)網(wǎng)、下一代通訊網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)日趨成熟，其在水產(chǎn)業(yè)養(yǎng)殖環(huán)境、生產(chǎn)信息管理、加工運(yùn)輸、信息查詢(xún)、銷(xiāo)售、追溯、信息管理平臺(tái)和產(chǎn)品價(jià)格信息反饋等方面的運(yùn)用也在日益普及和完善，對(duì)建立水產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)，提升水產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的智能化水平和效率，促進(jìn)水產(chǎn)業(yè)高效發(fā)展，具有重大研究意義。

一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給水產(chǎn)業(yè)帶來(lái)的益處

漁業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)優(yōu)質(zhì)的水域環(huán)境，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。基于物聯(lián)網(wǎng)的漁業(yè)水質(zhì)參數(shù)多點(diǎn)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)并自動(dòng)報(bào)警為漁業(yè)的大力發(fā)展提供了保障。將物聯(lián)網(wǎng)引入水產(chǎn)業(yè)既是大勢(shì)所趨也是我國(guó)水產(chǎn)業(yè)發(fā)展的確實(shí)需要，有利于改善傳統(tǒng)水產(chǎn)業(yè)中存在的依靠經(jīng)驗(yàn)生產(chǎn)、問(wèn)題發(fā)現(xiàn)滯后，解決方案遲緩等狀況。目前先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用于水產(chǎn)業(yè)的各個(gè)方面，如智能養(yǎng)殖，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)漁場(chǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程增氧、智能投喂、預(yù)警資訊等種種功能一旦發(fā)現(xiàn)某區(qū)域溶氧指標(biāo)預(yù)警，只需點(diǎn)擊相應(yīng)選項(xiàng)就可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。

現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展向著規(guī)模化、高度集約化、高效生態(tài)安全的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的養(yǎng)殖模式已無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展要求，因此結(jié)合現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，研究水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)和環(huán)境關(guān)鍵因子立體分布規(guī)律和快速檢測(cè)技術(shù)、水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化和可視化無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境關(guān)鍵因子(溫度、pH值、溶解氧、氨氮、鹽度和氧化還原電位等)的實(shí)時(shí)控制技術(shù)和智能化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的智能化監(jiān)控，對(duì)發(fā)展高效、生態(tài)、安全的現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，構(gòu)建具有鮮明特色的現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖新格局，促進(jìn)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)具有重要推動(dòng)作用。

二、目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖應(yīng)用中存在的問(wèn)題

(一)技術(shù)還不夠成熟。目前，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究相對(duì)還比較滯后，特別是在農(nóng)業(yè)用智能傳感器、RFID等感知設(shè)備的研發(fā)和制造方面，許多應(yīng)用項(xiàng)目還主要依賴(lài)進(jìn)口感知設(shè)備。

中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程中心、中國(guó)農(nóng)科院等單位已開(kāi)始進(jìn)行農(nóng)業(yè)專(zhuān)用感知設(shè)備的研制工作，但大部分產(chǎn)品還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，產(chǎn)品在穩(wěn)定性、可靠性、低功耗等性能參數(shù)方面還和國(guó)外產(chǎn)品存在不少差距，離產(chǎn)業(yè)化推廣還有一定的距離。

(二)成本總體偏高。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用所需要的傳感器、電纜等比較貴，成本較高，一般養(yǎng)殖戶(hù)難以承受。現(xiàn)在90%依靠項(xiàng)目資金來(lái)扶持，養(yǎng)殖戶(hù)大規(guī)模使用還有一定難度。

三、信息網(wǎng)絡(luò)傳輸

水產(chǎn)養(yǎng)殖信息傳輸屬于網(wǎng)絡(luò)傳輸層，既可有線(xiàn)也可無(wú)線(xiàn)。傳感器網(wǎng)絡(luò)主要包括無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)、中心基站、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)器和遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)節(jié)點(diǎn)等。為了網(wǎng)絡(luò)管理和維護(hù)方便，將無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)分成若干個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感簇團(tuán)，每個(gè)傳感簇團(tuán)構(gòu)成一個(gè)傳感子網(wǎng)，由多個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)和一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)組成。傳感節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集、存儲(chǔ)其所在地點(diǎn)的各種信息、數(shù)據(jù)。傳感節(jié)點(diǎn)通過(guò)多級(jí)通訊方式將數(shù)據(jù)傳輸給匯聚節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)傳感簇團(tuán)內(nèi)數(shù)據(jù)的采集、濾波和存儲(chǔ)，并適時(shí)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給管理基站。管理基站可連接網(wǎng)絡(luò)，并定時(shí)向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器發(fā)出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存請(qǐng)求和一系列數(shù)據(jù)操作。在一定訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限許可下，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器可以向遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)提供數(shù)據(jù)檢索服務(wù)。

系統(tǒng)通信模塊主要采用Socket網(wǎng)絡(luò)通信方式。套接字(Socket)是通信的基石，是支持TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元。創(chuàng)建Socket連接時(shí)，可以指定使用的傳輸層協(xié)議，Socket支持兩種不同的傳輸層協(xié)議：TCP和UDP協(xié)議。TCP協(xié)議：首先連接接收方，然后發(fā)送數(shù)據(jù)，保證成功率，速度慢；UDP協(xié)議：把數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)包，然后直接發(fā)送到對(duì)應(yīng)的IP地址，速度快，但是成功率得不到保證，并且數(shù)據(jù)大小有限。考慮到數(shù)據(jù)安全，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用TCP協(xié)議，為了提高系統(tǒng)的通信效率，Socket接收采用消息機(jī)制接收，保證了響應(yīng)的快速性。

四、信息感知系統(tǒng)

信息實(shí)時(shí)感知屬于感知層子系統(tǒng)。感知層子系統(tǒng)通過(guò)水質(zhì)參數(shù)采集單元采集PH值、水質(zhì)混濁度、水位、溫度、氧氣濃度等參數(shù),經(jīng)傳感網(wǎng)絡(luò)上傳到傳輸層子系統(tǒng),再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上傳到應(yīng)用層子系統(tǒng)通訊服務(wù)器；感知層子系統(tǒng)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控單元所采集的視頻信息通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)方式上傳到應(yīng)用層子系統(tǒng)通訊服務(wù)器。應(yīng)用層子系統(tǒng)通過(guò)水質(zhì)監(jiān)控信息管理系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行分析、通過(guò)計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)等其它終端瀏覽數(shù)據(jù)，并下發(fā)反饋指令，經(jīng)傳輸層子系統(tǒng)下達(dá)到水質(zhì)參數(shù)調(diào)節(jié)單元，調(diào)節(jié)水質(zhì)管理系統(tǒng)。智能養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分：氣象環(huán)境檢測(cè)，水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)管，養(yǎng)殖設(shè)備控制，數(shù)據(jù)化養(yǎng)殖管理。

五、應(yīng)用效益分析

傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖方式，采用人工觀(guān)察，主要靠經(jīng)驗(yàn)，很容易在養(yǎng)殖過(guò)程中因信息反饋較慢、調(diào)控不準(zhǔn)確而影響?zhàn)B殖產(chǎn)量、品質(zhì)，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)能較好地克服這一弊端。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖有以下幾方面優(yōu)勢(shì)：

一是通過(guò)養(yǎng)殖信息的自動(dòng)檢測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的啟動(dòng)，使管理更加規(guī)范，并能有效預(yù)防養(yǎng)殖中因機(jī)器故障引起的缺氧、溫度過(guò)低或過(guò)高等問(wèn)題。如出現(xiàn)增氧系統(tǒng)故障、停止運(yùn)行，預(yù)警系統(tǒng)即發(fā)出預(yù)警信息，提醒相關(guān)工作人員，有效預(yù)防因機(jī)械故障等引起的養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)。

二是利用自動(dòng)控制增氧和加溫、降溫等系統(tǒng)，可減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)效率，促進(jìn)節(jié)能減排。

三是利用物聯(lián)網(wǎng)后，能較好地控制溫度、水質(zhì)，減少了病害，提高了水產(chǎn)品產(chǎn)量與品質(zhì)。

四是有利于數(shù)字化管理和科學(xué)研究。

六、現(xiàn)有實(shí)際運(yùn)用的不足和建議

目前，在水產(chǎn)養(yǎng)殖中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還沒(méi)有成熟，尚處于摸索和嘗試階段。問(wèn)題主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面。

一是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)本身還需發(fā)展，如統(tǒng)一物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提升傳感器的研發(fā)水平等；

二是水產(chǎn)養(yǎng)殖的特點(diǎn)給應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)提出了更高的要求。如實(shí)施地點(diǎn)相對(duì)分散，基礎(chǔ)條件不同，有些現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信條件和電力供應(yīng)條件比較差，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響；水產(chǎn)養(yǎng)殖一般要求低成本、高實(shí)用性、高通用性等集為一體，但由于物聯(lián)網(wǎng)是新興技術(shù)，低成本和高通用性暫時(shí)還不能得到滿(mǎn)足。

通過(guò)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步探索和研究，根據(jù)各領(lǐng)域的實(shí)際情況，提出更加切實(shí)可靠的方案，減少應(yīng)用過(guò)程的魯棒性。

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王勝男(1993-)，女，漢族，山東煙臺(tái)人，學(xué)生，碩士研究生在讀，北京物資學(xué)院，研究方向：資源優(yōu)化配置。