敢問水產養殖路在何方？智慧漁場是發展方向

文|李道亮 中國農業大學信息與電氣工程學院教授

水產養殖業是我國農村經濟發展的重要產業，對保障國家食物安全發揮了重要作用。但傳統水產養殖模式帶來的環境污染、資源浪費問題越發嚴重，加上勞動生產率低下，已成為水產養殖業發展的制約因素。我國水產養殖產業的發展必須朝著高效生態精準智能養殖轉型。在互聯網、大數據、新一代人工智能不斷發展的過程中，我國的水產養殖必須加大創新力度，走綠色發展之路。

我國水產養殖業經過30多年的發展，取得了輝煌的業績，目前中國水產產量占全世界的65%，提供了市場上三分之一的肉蛋白，為改善國人營養膳食結構做出了突出貢獻，對保障國家食物安全發揮了重要作用，已成為農村經濟的重要產業。然而，傳統水產養殖模式的粗放發展，帶來的環境污染、資源浪費問題越發嚴重，已引起社會關注，成為水產養殖業發展的制約。突破水產養殖產業發展的制約，走科技創新、綠色發展之路，是當前水產養殖產業發展的必由之路。

我國水產養殖業面臨的基本國情

（一）漁業發展從以捕撈為主轉向以養殖為主。

依據中國統計年鑒1980年至2016年農產品產量統計結果（表1），近年來，我國水產品養殖業不斷發展壯大，雖然野生捕撈量業在逐年上升，但水產養殖的產量增幅更高，在1990年至1995年超越了野生捕撈量，截至2016年，人工養殖水產品產量將近達到野生捕撈量的3倍（圖1）。水產養殖業的發展，使得我國漁業二三十年來在增長方式上發生了質的轉變和突破，從以捕撈為主轉向以養殖為主，從“牧漁”變成“養殖”，這是了不起的進程。

表1. 1980-2016年野生捕撈及人工養殖水產品統計量

圖1. 1980～2016年中國水產品來源組成

圖2. 1980～2016年水產品來源產量對比圖

（二）當前我國水產養殖業存在的不足和短板。

雖然我國水產養殖業在過去30多年里取得了輝煌的業績，但是由傳統水產養殖模式而產生的生態、資源問題也日益突出。當前我國水產養殖業面臨的挑戰主要有以下方面：

一是產業發展與資源、環境的矛盾加劇。我國是一個淡水缺乏的國家。我國人均水資源占有量僅為2300m3左右，僅為世界平均水平9200m3的四分之一。不僅如此，近年來我國水污染狀況不容樂觀。《2015中國環境狀況公報》顯示，全國423條主要河流、62座重點湖泊(水庫)的968個國控地表水監測斷面中較差級的監測點比例為45.4%，極差級的監測點比例為16.1%。近10年來我國水污染事件高發，水污染事故每年都在1700起以上，隨著國家對生態文明建設的重視程度與日俱增，水產養殖造成的環境污染問題是不得不面對的問題。相關統計顯示，在淡水養殖過程中，飼料中能被魚體吸收占比大約為30%-35%，水產養殖對水體產生的污染較大。而且，我國養殖水利用率僅為0.84kg/m3，而歐盟已達到了30kg/m3。水體惡化、水資源的短缺將阻礙水產養殖業的發展。

二是水產養殖的勞動生產率低下的問題。就勞動力生產率而言，與同是水產養殖強國的挪威相比，挪威平均單位勞動力可產出195噸水產品，而我國僅為7噸。同時，由于勞動力成本持續提高、勞動力來源老齡化嚴重，進一步加深了因粗放生產方式而導致的生產率低下的窘境。

近年來，我國勞動力生產成本逐年增高，當前，農村勞動力的平均年齡已超過50歲，作為傳統水產養殖的主要勞動力來源，農村人口老齡化趨勢加劇，同時由于傳統水產養殖業工作環境差、勞動強度高，原本就偏低的水產養殖勞動力薪資面對逐年增高的農村居民人均消費水平，其從業吸引力大打折扣。目前農村居民人均消費水平的增長趨勢仍然強勁，意味著我國傳統水產養殖業所依賴的農村勞動力成本仍會不斷上升，如果依舊不思進取改進勞動力結構，必然會被迫提升水產品價格，甚至面臨虧損。勞動力老齡化的趨勢也是我國水產養殖業急需轉型的原因。水產養殖作為我國農業的重要分支，正處于農業現代化的重要階段，對資源緊缺、環境問題日益嚴峻、勞動力問題突出的水產養殖業而言，是必須抓住的歷史契機。

（三）我國水產養殖產業的發展必須朝著高效生態精準智能養殖轉型。

生產過程過度粗放、生產信息與科學決策滯后、生產流程銜接不暢、管理覆蓋面有限。粗放的生產過程導致資源利用率低、環境污染；滯后的生產信息與科學決策導致勞動的盲目性與不確定性，降低了勞動生產率；不暢通的生產流程、不全面的管理則威脅到養殖水產品的質量，甚至引發生產事故。因此，高效生態精準智能養殖是我國水產養殖業未來的發展方向，根據國外水產養殖的發展經驗來看，國外基本是走從水產養殖設施化到設施裝備化，再到裝備智能化，最后實現智能生態化的路線，而我國目前基本還處于第一階段。

實現水產養殖高效生態精準的人工智能化，智慧漁場技術是關鍵

（一）什么是智慧漁場技術？

要實現智能生態化的跨越式發展，必須首先突破水產養殖物聯網、大數據、人工智能、機器人與智能裝備的研究，這4個方面的研究相輔相成，水產養殖物聯網是水產養殖大數據獲取的基礎，水產物聯網大數據技術的研究將推動水產養殖人工智能技術的研究，大數據技術與人工智能技術是水產養殖物聯網的智能化運作的核心，水產養殖物聯網的智能化運作是實現水產養殖精準化、養殖水質生態化的關鍵，水產養殖物聯網驅動的智能水產養殖裝備則是精細養殖的機器代替勞動力的本質，最終有效改善水產養殖造成的環境、資源問題，解決勞動力問題。這 4個相輔相成的關鍵技術在水產養殖基地、車間、網箱中的集成，即智慧漁場技術。

智慧漁場技術能夠提高資源利用率，解放和提高勞動生產力，大幅提高水產品質量，降低水產品成本。首先，養殖的集約化、精準化可以提高廢物排放量、循環利用廢物、提高資源利用率；其二，基于智能化裝備為勞動力輸出，基于海量數據搭建智能模型，搭建水產養殖物聯網覆蓋水產養殖全過程的自動化作業，可以轉變當前水產養殖以勞動力為主，以機器、科技為輔的局面，開創以機器、數據、信息為主，以人為輔的生產模式，可以解放和提高生產效率；其三，智慧漁場技術能夠大幅提高水產品產量、質量、安全化水平、市場透明度，全面降低水產品生產經營成本。

（二）智慧漁場技術包含四個方面。

水產養殖物聯網技術。水產物聯網技術是物聯網技術在漁業生產、經營、管理和服務中的具體應用，就是運用各類傳感器、RFID、視覺采集終端等感知設備，廣泛的采集水產養殖及水產品物流等領域的現場信息；通過建立數據傳輸和格式轉換方法，充分利用無線傳感器網絡、電信網和互聯網等多種現代信息傳輸通道，實現水產信息的多尺度的可靠傳輸；最后將獲取的海量水產信息進行融合、處理，并通過智能化操作終端實現漁業的自動化生產、最優化控制、智能化管理、系統化物流、電子化交易，進而實現漁業集約、高產、優質、高效、生態和安全的目標。物聯網技術首當其沖的是感知與控制技術，為解決水產養殖池環境因子的人工監測存在的隨機性大、難以控制，池塘、陸基工廠、網箱精準智能測控基礎研究是首要研究的重點內容，也即養殖水質在線監測與精準調控技術。

水質環境因素對水質精準調控極為重要，水質精準調控技術則需要展開研究探索水質、營養、病害因子作用定量關系，以此為基礎，構建多因子水質關系模型，進而為水質調控提供依據，從而利用傳感器技術采集和獲取水產養殖的水質各要素信息，通過對采集信息的分析決策來指導水產養殖水質的調控，實現高產高效。目前已有眾多針對水產養殖精準調控的研究，并取得實際生產效益。

水產大數據技術。水產大數據技術主要是基于物聯網、互聯網等信息技術獲取各種來源數據和信息，對這些不同來源、不同結構、不同維度的數據進行處理、分析、挖掘、加工，構建水產養殖系統模型、經濟模型、專家系統為基礎和核心所形成的智能決策支持系統，實現水產養殖過程的精準預測預警、智能控制、診斷推理、無人化作業等，實現對復雜系統的精準預測、預警、監測、控制是大數據分析的最終目的所在。

水產大數據技術有以下應用需求：一是水產養殖動物表型分析，其實質是水產表型信息與遺傳信息融合，獲取優良遺傳性狀，實現育種優化；二是基于多源信息融合的養殖決策；三是水產動物生長調控與優化；四是水產品物流與質量溯源。

水產新一代人工智能。新一代人工智能是基于重大變化的信息新環境，去實現新目標的人工智能。其中，信息新環境是指：互聯網的普及、傳感網的滲透、大數據的涌現和群體社區的崛起。新目標是指：智能城市、智能經濟、智能制造、智能醫療、智能農業、智能家居、智能駕駛等從宏觀到微觀的智能化新領域。可望升級的新技術有：大數據智能、跨媒體智能、自主智能、混合智能、和群體智能等。

水產養殖機器人與智能裝備。水產養殖機器人是具備精準導航與控制、變量作業、智能識別功能的自動化作業裝置，是能夠代替人從事水產養殖勞動的重要生產力來源，目前重點研究的水產養殖機器人和智能裝備包括水下魚類監測機器人、海參捕撈機器人、網衣清洗機器人、魚類收獲機器人。

智慧漁場的核心研究內容是水質在線監測與精準調控、水產信息化與精準生產決策、水產養殖智能裝備、水產市場分析與質量溯源。智慧漁場在準確信息與業務模型指導下，能夠實現智能化作業，擺脫人的約束，以優于人為控制的合理性與準確性保持更長時間的運行。

我國正處于跨越式發展智慧漁場技術的關鍵時期，隨著傳感器國產化、通信低成本化、信息處理智能化和物聯網平臺的云化，將技術成果落實到工廠養殖、網箱養殖、池塘養殖，革新目前的養殖模式，實現工廠數字化養殖、網箱自動化養殖、池塘精準養殖，最終將有效改善水產養殖造成的環境、資源問題，解決水產養殖行業勞動力結構問題。

智慧漁場