海洋牧場5S集成系統(tǒng)研究

趙樹平 周婉瑩

摘要 ?針對海洋牧場的資源和建設(shè)現(xiàn)狀，探討了海洋遙感系統(tǒng)（ORS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、海洋地理信息系統(tǒng)（MGIS）、數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)（DPS）和專家系統(tǒng)（ES）等海洋5S技術(shù)，論述了海洋5S集成系統(tǒng)的組成及相互關(guān)系，提出了海洋牧場5S集成系統(tǒng)解決方案，通過對海洋牧場5S集成系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程的研究，使海洋牧場的建設(shè)方案得以完善，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)現(xiàn)代生態(tài)漁業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞 5S技術(shù);海洋牧場;監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號 S 127 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）12-0245-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.12.067

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Abstract In view of ?the current situation of marine ranch resources and construction， ?the marine 5S technologies including remote sensing system （ORS）， global positioning system （GPS）， marine geographic information system （MGIS）， digital photogrammetry system （DPS） and expert system （ES）， were discussed， the composition and relationship of the ocean 5S integrated system was elaborated， the solution of the ocean ranch 5S integrated system was put forward. Through the research on the data processing flow of the 5S integrated system of marine ranch， the construction scheme of marine ranch can be perfected， and the development of sustainable modern ecological fishery can be realized.

Key words 5S technology;Marine ranch;Monitoring system

目前，世界海洋水產(chǎn)資源陸續(xù)減少和海洋生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)惡化的大環(huán)境下，資源管理型漁業(yè)的海洋牧場將是新世紀(jì)海洋養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的主要方向。本文提出海洋牧場5S集成系統(tǒng)方案，在對海洋牧場5S集成系統(tǒng)原理和海洋牧場5S集成系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程的研究的基礎(chǔ)上，建立完整的海洋生態(tài)系統(tǒng)模型，對海洋牧場的養(yǎng)殖環(huán)境信息和養(yǎng)殖參數(shù)信息進(jìn)行遠(yuǎn)程綜合采集，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制海洋牧場，其意義是改善海洋牧場的整體格局，促進(jìn)海洋漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 相關(guān)技術(shù)

海洋遙感系統(tǒng)（ORS，Ocean Remote Sensing）是在電磁波理論的研發(fā)前提上，通過利用各種各樣的硬件設(shè)施對海洋遠(yuǎn)距離的物體進(jìn)行輻射，并對反射過來的波進(jìn)所帶的訊息進(jìn)行收集、處理、分析，并對海洋的各種事物進(jìn)行監(jiān)測和辨別的技術(shù)。用于展現(xiàn)海洋景象圖像以及信息，主要用于對海洋的很多領(lǐng)域進(jìn)行探測[1-3]。

全球定位系統(tǒng)（GPS，Global Positioning System）是一種利用導(dǎo)航衛(wèi)星對時間和距離進(jìn)行測量，它是將衛(wèi)星技術(shù)與通訊技術(shù)相結(jié)合的新型技術(shù)。它在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用體現(xiàn)在對海上定位及測量上，如在海洋牧場中養(yǎng)殖筏區(qū)的測量等，提供了準(zhǔn)確的位置信息，提高了海上工作的安全和工作效率。

海洋地理信息系統(tǒng)（MGIS，Marine Geographic Information System）是在計算機(jī)、電子信息技術(shù)等學(xué)科的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的以計算機(jī)為主體的系統(tǒng)，能夠?qū)Ｑ罂臻g中的訊息、產(chǎn)生的現(xiàn)象、發(fā)生的事情進(jìn)行分析、解釋說明，并讓它以圖集、表等形式表現(xiàn)出來、可以把信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫與地理信息和圖

像相結(jié)合，并對其進(jìn)行分析，使之不僅具有視覺化效果，還擁有信息系統(tǒng)有利的剖析能力。可以通過對海洋各個層面以及自然和人類的活動的研究加之結(jié)合擁有強(qiáng)大資源的空間數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、展示、集成處理，進(jìn)而為用戶提供空間分析，預(yù)測，輔助分析等智能服務(wù)的平臺，還可以通過對Web技術(shù)的應(yīng)用，幫助用戶達(dá)到海洋數(shù)據(jù)實(shí)時共享等功能。

數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)（DPS，Digital Photogrammetry System）以數(shù)字圖像和攝影測繪為基礎(chǔ)，多種學(xué)科如影像類學(xué)科，和數(shù)字處理類學(xué)科等學(xué)科的原理與方式中篩選出所攝取的目標(biāo)，并以表達(dá)式和幾何學(xué)科，攝影學(xué)科以及拍照等為補(bǔ)充的學(xué)科就是數(shù)字?jǐn)z影測量。在數(shù)字?jǐn)z影測量的過程中，中間訊息的收集是基礎(chǔ)，輔助信息是數(shù)字的成果物，處理的源始材料，它們都是數(shù)字形式。在海洋牧場非常極端的環(huán)境中應(yīng)用時，具有三維測量的準(zhǔn)確度高、測量的速度快，機(jī)動性非常好的特點(diǎn)[4-6]。

專家系統(tǒng)（ES，Expert System）非常的擬人化，因?yàn)樗菍＜覀兊恼J(rèn)知，專家們處理問題的辦法及想法，或是很好的習(xí)慣錄入計算機(jī)系統(tǒng)中，在其他人需要使用時可以隨時被提取出來。海洋牧場專家系統(tǒng)根據(jù)最優(yōu)化理論和模糊關(guān)系原理取得知識進(jìn)而建立知識庫系統(tǒng)，制定基本事實(shí)數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫結(jié)構(gòu)，完成面向?qū)ο蟮乃枷氲脑拖到y(tǒng)。充分利用了海洋牧場領(lǐng)域研究成果并與海洋生態(tài)環(huán)境應(yīng)用結(jié)合起來，為海洋牧場可持續(xù)化建設(shè)提供專家信息支持。

2 海洋牧場5S集成系統(tǒng)原理及流程

2.1 海洋牧場5S集成系統(tǒng)原理

海洋牧場5S集成系統(tǒng)是由海洋遙感系統(tǒng)ORS、全球定位系統(tǒng)GPS、海洋地理信息系統(tǒng)MGIS、數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)DPS和專家系統(tǒng)ES等5S集成系統(tǒng)共同組成的，其之間雖各自獨(dú)立，但卻又互有聯(lián)系[7-8]。如圖1所示。

海洋5S集成系統(tǒng)是利用海洋遙感以及全球定位技術(shù)作為信息的來源，通過它們?nèi)〉脤?shí)時的海洋遙感影像信息和準(zhǔn)確的位置信息，再結(jié)合GIS這個強(qiáng)而有力的平臺，對海洋牧場的水質(zhì)、投餌等訊息進(jìn)行研究。對所得的水質(zhì)信息及投餌情況加以分析利用和研究，再加上最新起的數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)對信息的數(shù)字化處理以及海洋牧場專家系統(tǒng)對海洋牧場各方面數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的分析，五者緊密的組合在一起，經(jīng)由互相之間的信息交流，為用戶提供實(shí)時準(zhǔn)確的訊息。

從海洋地理信息系統(tǒng)MGIS的角度來看，海洋遙感系統(tǒng)ORS與海洋牧場區(qū)域的位置定位GPS系統(tǒng)是它所分析數(shù)據(jù)的關(guān)鍵來源，它們所供給的海洋牧場信息、數(shù)據(jù)、圖集都是及時動態(tài)，是MGIS獲取海洋牧場數(shù)據(jù)必不可缺的手段。數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)（DPS）又可以將信息在數(shù)字層面上進(jìn)行處理，而專家系統(tǒng)（ES）則可以對所取得的海洋牧場數(shù)據(jù)訊息進(jìn)行接近人工智能水平的分析。

從GPS和MGIS組合在一起來講，它們的結(jié)合算是一種非常互補(bǔ)的方式，在各自功能充分發(fā)揮的前提下，又能各取對方的長處進(jìn)行工作，這不僅使海洋牧場各部分系統(tǒng)的功能得到了提高，也使得本集成系統(tǒng)的性能得到了提升。

MGIS和ORS的組合，它們的組合也與其他系統(tǒng)、技術(shù)的組合有相似的地方，都是MGIS提供一個分析的平臺，另一種作為海洋牧場信息源，用它強(qiáng)大的能力對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和研究，不同的只是信息的來源不同罷了。而DPS和MGIS的結(jié)合在于都是對所獲得的信息進(jìn)行測量等處理，不同的是處理信息的類別和層面不同，ES與MGIS的結(jié)合則又與DPS與MGIS的結(jié)合相似，但是在這里是ES為MGIS提供更為人性化且準(zhǔn)確的解決方案，以及更貼近人工智能的操作系統(tǒng)，使MGIS能進(jìn)行更為有效的分析。而ES則從MGIS處得到更為完善的投餌信息與水質(zhì)數(shù)據(jù)，這可以使它本身的數(shù)據(jù)庫更完善。這些技術(shù)的結(jié)合，可以使我國的科學(xué)技術(shù)水平的得到飛躍性的發(fā)展。它們各自為政，又互幫互助[9-11]。

2.2 海洋牧場5S集成系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程 海洋牧場數(shù)據(jù)處理流程應(yīng)用傳統(tǒng)的計算機(jī)語言進(jìn)行編撰，整個過程包括多個模塊，從一開始的設(shè)備初始化，到數(shù)據(jù)的采集，預(yù)處理，以及各種通信方式等模塊，都體現(xiàn)了它是模塊化設(shè)計。下機(jī)位是定時對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，可以約定30分鐘一次，之后關(guān)閉電源，這可以減少成本和能源的消耗，并在同一時刻開啟定時器，記錄本地數(shù)據(jù)采集的時間，時間一到，下機(jī)位開始運(yùn)作，數(shù)據(jù)存儲入庫。除此之外還有一些人性化的設(shè)計，如語言設(shè)置等的安裝，這可以使用戶更直觀的進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，處理及研究，海洋牧場5S集成系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理具體流程如圖2所示。系統(tǒng)內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)主要是通過全球定位系統(tǒng)和遙感系統(tǒng)取得的，主要為了實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）數(shù)據(jù)采集：數(shù)據(jù)的采集是通過遙感技術(shù)，GPS，以及GIS共同完成的完整的數(shù)據(jù)信息，主要是對水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)傳輸過來的水質(zhì)參數(shù)等，以及投餌機(jī)傳輸過來的投餌數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。

（2）數(shù)據(jù)處理：用戶需要通過對所得的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，這需要用到地理信息系統(tǒng)，以及專家系統(tǒng)，因?yàn)樗梢蕴岢龈玫姆治龇绞胶徒鉀Q方式。在數(shù)據(jù)處理階段主要會得到的成果物有兩種，一種是水質(zhì)曲線圖，其數(shù)據(jù)來源主要是數(shù)據(jù)采集階段傳過來的水質(zhì)參數(shù)，可以實(shí)時的對水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控和掌管，防止水質(zhì)過度惡化帶來的大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)損失。另一種地水質(zhì)、投餌的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化的分析，目的是為下次的投餌計劃和對水質(zhì)的管理計劃做出提前的規(guī)劃，使得工作更有效率。

（3）數(shù)據(jù)管理：對歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，分類，篩選等。對各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分門別類的處理，以及方便日后需要用到這些資料的時候可以快速的進(jìn)行查詢。再加上專家系統(tǒng)給出的各項(xiàng)意見，可以得到很合理的數(shù)據(jù)管理報告。

（4）報警設(shè)置：用來對水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并設(shè)定上下限，當(dāng)監(jiān)測到的值越過我們定的警戒值時，就會被人們發(fā)現(xiàn)。在這里主要分為上警戒線和下警戒線兩種 。

（5）用戶管理：對用戶信息通過程序語句數(shù)據(jù)庫等基礎(chǔ)操作來進(jìn)行用戶管理。

（6）語言設(shè)置：系統(tǒng)擁有兩種語言，用戶可根據(jù)自身需要進(jìn)行自主的選擇，簡潔且易于操作，并且避免了很多理解問題。

3 結(jié)論與討論

海洋牧場5S集成系統(tǒng)的研發(fā)和實(shí)施，可以使海洋漁業(yè)的總資源得到提升，保護(hù)環(huán)境和提高海洋生態(tài)資源的發(fā)展相結(jié)合，優(yōu)化海洋生態(tài)資源的產(chǎn)業(yè)架構(gòu)。要對海洋牧場5S集成系統(tǒng)的研發(fā)付出更多的關(guān)注，擴(kuò)大它的規(guī)模。可以通過對技術(shù)的深化研究，努力建設(shè)一個環(huán)境健康，資源友好的現(xiàn)代海洋漁業(yè)發(fā)展模式，努力實(shí)現(xiàn)可持續(xù)生態(tài)漁業(yè)的發(fā)展的同時，我們既要利用好海洋資源，又要維護(hù)好海洋生態(tài)系統(tǒng)[12-14]。

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