基于物聯網的智慧水產養殖系統模型設計

胡瓊

摘 要：傳統的水產養殖方式既浪費資源，養殖效率又低下。文章針對傳統粗放養殖的低效、耗費資源等問題，基于物聯網技術，提出了一種智慧水產養殖系統的設計方案。該系統通過無線傳感、射頻識別、物聯網通信等技術實現水產養殖環境監控、養殖水產動物生長狀況監控、自動投喂、水產品自動分類、水產品安全追溯等功能，從而實現水產養殖的自動化監控和管理。

關鍵詞：物聯網；水產養殖；無線傳感網；射頻識別

我國是水產養殖大國，據統計，水產養殖產量占全世界的60%以上[1-2]。但是，一直以來，我國水產養殖業主要沿用比較傳統的粗放經營方式。這種粗放經營方式往往人力和物力等資源消耗大，而產量卻較低[3]。我國水產養殖業正面臨著從傳統的粗放式養殖模式向自動化、集約化、精準化養殖模式轉變。如何適應發展需求，方便、實時、有效地監控養殖環境和養殖生物的生長，構建智能養殖系統，已成為當前我國水產養殖發展的熱點[4-5]。而推動這種產業轉型升級的最為關鍵的技術正是物聯網（Internet of Things，IoT）。

物聯網指的是物物相連的互聯網[6]。所謂物物相連的互聯網，其實有兩層含義：首先，物聯網的發展仍然離不開互聯網[7]，它是在互聯網基礎上延伸和擴展的網絡；其次，其用戶端由互聯網中的PC客戶端、移動客戶端等延伸和擴展到了任何物品與物品之間，即物物相連。物聯網是繼計算機、互聯網之后，信息技術發展的又一次浪潮[8]。

1 系統總體設計思路

目前的粗放經營水產養殖方式主要存在以下幾方面問題：（1）水產養殖管理主要是以養殖經驗為指導（靠鼻子聞眼睛觀察來判斷水的清潔度，靠觀察和捕撈來確認是否有死的水產動物等）。（2）水產養殖動物的喂食也主要是依靠人工，這種依靠人工喂食比較浪費人力資源，效率低。（3）水產品進入市場之前的質量好壞分類也是養殖員憑經驗進行的，這種憑經驗的判斷往往不可靠，沒有說服力。（4）消費者很難快速準確地查到投入市場的水產品的來源及水產品是否存在安全問題等。

針對上述問題，本文提出一種基于物聯網的智慧水產養殖系統設計方案，該方案主要利用物聯網中的無線傳感技術、射頻識別技術等實現水產養殖的自動化管理與監控。

為了自動監測水產養殖環境，系統通過部署各種傳感器來監測水溫、水的溶氧量、水的pH等養殖環境參數，并根據這些參數分析水質情況，供養殖管理人員及時采取相應的措施。

為了自動監控水產動物的生長狀況，系統通過物聯網通信技術將水產動物的各項生命體征指標定期發送到系統的云服務器上，然后系統將這些數據與以往數據進行對比分析，判斷水產動物是否生長異常（如生病、死亡等）。

為了實現對水產動物的自動投喂，系統將結合餌料投放機，通過設置一定的閾值實現對餌料投放機的自動控制。

為了實現水產品進入市場前對水產品質量好壞進行自動分類，系統通過統計水產動物的各項指標（如體重、品種、健康狀況等）來對水產動物進行分類。

為了使水產品賣向市場時，消費者能快速準確查到投入市場的水產品的來源，系統將水產動物養殖過程中相關信息記錄并存儲在云服務器上，并給賣向市場的水產品賦予一個二維碼，這樣，消費者只需掃碼就能查到自己所買水產品的相關信息。

2 智慧水產養殖系統功能

本文提出的智慧水產養殖系統主要有五大功能：養殖環境監控功能、養殖水產動物生長狀況監控功能、自動投喂功能、自動分類功能、水產品安全追溯功能。

2.1 養殖環境監控功能

本文提出的智慧水產養殖系統，為了實現養殖環境的監控功能，精心挑選了各種監測水環境指標的傳感器。如水溫傳感器用來監測水的溫度、水pH傳感器用來監測水的pH、水含氧量傳感器用來監測水中的含氧量、水位傳感器用來監測水位、水渾濁度傳感器用來監測水的渾濁程度等。

當傳感器監測到水環境相應指標超出正常范圍（提前設定好）時，將發出警報提示。系統接收到警報提示后，給對應的子系統發送相應信息通知子系統自動調整相應的水環境指標。例如：當水含氧量不足時，系統將給增氧機發送消息通知其增加水中含氧量，從而實現智能增氧；當水位過低或過高時，系統會自動打開出水口或進水口，從而實現智能調節水位等。

2.2 水產養殖動物生長狀況監控功能

為了實現對水產養殖動物的生長狀況進行監控，本系統主要采用射頻識別技術，給水產動物賦予一個可唯一識別其身份的標簽，此外，水產動物的生命體征可通過醫療檢測設備進行定期監測。

整個監控過程描述如下：利用導引設備，使所有水產動物定期經過醫療監測設備，醫療監測設備識別附在水產動物身上的標簽后，對水產動物各項生命體征參數進行監測，然后將監測數據發送到云服務器上，系統將接收到的數據與以往數據進行對比分析，從而判斷水產動物是否生長異常。由于長期監測數據可能過于龐大，所以，此處可對系統進行進一步優化：如果某一段時期水產動物各項生命體征參數相差不大時（設定一個差值范圍），系統將自動對這段時期的數據進行合并（取平均值）以減少數據冗余。

2.3 自動投喂功能

實現自動投喂食物的功能，關鍵是實現系統對餌料投放機的控制。控制方式主要有3種：手機端或PC端的自動控制、定時控制、手動控制。

其中手動控制比較簡單，就是人工手動開啟或關閉餌料投放機即可，這種控制方式主要是預防系統出現故障時不能自動控制餌料投放機的開啟或關閉。手機端或PC端的自動控制和定時控制這兩種控制方式的關鍵是實現系統與餌料投放機間的通信，即系統自動化控制餌料投放機。定時控制需要系統預先設定好時間值，當滿足設定的時間要求時系統將自動控制餌料投放機的開啟或關閉。手機端或PC端的自動控制需要養殖管理人員登錄后臺養殖管理系統，通過點擊相應的按鈕去通知系統控制餌料投放機的開啟或關閉。

2.4 水產品自動分類功能

為了實現水產品進入市場前對水產品質量好壞進行自動分類，系統將通過統計水產動物的各項指標（如體重、品種、健康狀況等）來對水產動物進行分類。

該功能的具體實現描述如下：系統預先設置好分類等級，如A，B，C 3個等級，假設A等級代表質量最好的、B等級次之、C為最差等級，并給每個等級設定閾值范圍（綜合水產品的體重、品種、健康狀況等指標進行設定）。這些數據指標之前都已經記錄保存在系統中的，系統只需根據劃分的等級分析水產品屬于哪個等級并做好相應標記即可，最后在水產品包裝的標簽上打印出對應水產品的等級。

2.5 水產品安全追溯功能

水產品安全追溯功能，主要是通過記錄水產品整個生產過程的相關信息，使得水產品賣向市場時消費者能夠快速準確地查詢到水產品的來源以及是否安全等。這部分功能的實現主要是通過二維碼技術來實現的。

該功能的具體實現過程描述如下：水產品在賣向市場之前，養殖人員會將水產品生產環節中記錄的相關信息錄入后臺服務器系統，并給水產品賦予一個二維碼用來唯一識別水產品。消費者購買水產品時，通過手機掃描二維碼即可查詢到水產品的生產地、生產日期、水產品的檢驗報告等信息。

3 結語

本文提出的智慧水產養殖系統主要是利用了物聯網技術（無線傳感技術、射頻識別技術、物聯網通信技術等）實現水產養殖的自動化監控和管理，相比傳統的養殖方式，智慧水產養殖系統提高了養殖的質量以及效率。

智能水產養殖系統充分利用物聯網技術的優勢，確保水產養殖的高產和水產品的安全健康。總而言之，基于物聯網的智能水產養殖系統在中國水產養殖業具有廣闊的發展前景，是實現中國水產養殖業可持續發展的極其有效的途徑。

[參考文獻]

[1]曹鑫磊，趙銘武，葛麗婷，等.水產養殖業中物聯網技術應用現狀、存在問題及發展對策[J].水產科技情報，2014（4）：201-204.

[2]楊寧生，袁永明，孫英澤.物聯網技術在我國水產養殖上的應用發展對策[J].中國工程科學，2016（3）：57-61.

[3]蔡加豪.基于物聯網的水產養殖監控系統的設計與研究[D].長沙：湖南師范大學，2016.

[4]李慶艷，黃澤龍，張湘東，等.基于物聯網的智能水產管理系統設計方案[J].廣東通信技術，2017（10）：2-5.

[5]ZHU H B，YANG L X，ZHU Q.Survey on the Internet of Things[J].Journal of Nanjing University of Posts & Telecommunications，2011（6）：949-955.

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[8]王勝男.物聯網技術在現代水產養殖業的應用[J].福建質量管理，2017（2）：66.