海洋捕撈與海水養(yǎng)殖監(jiān)管系統(tǒng)研究

趙樹平 宋維波

摘要：文章針對海洋漁業(yè)由于過度捕撈造成漁業(yè)資源枯竭的問題，提出了一種基于海洋遙感（ORS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）和海洋地理信息系統(tǒng)（MGIS）等高新技術(shù)的海洋捕撈與海水養(yǎng)殖監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，可以遠(yuǎn)程自動對海洋漁業(yè)區(qū)域的水質(zhì)多參數(shù)信息和養(yǎng)殖環(huán)境視頻信息進(jìn)行綜合采集、傳輸及監(jiān)控，也可以自動采集傳輸漁船RFID身份識別信息、漁船AIS自動識別信息、漁船GPS定位信息和捕撈生產(chǎn)視頻信息等，并通過海洋精細(xì)漁業(yè)專家系統(tǒng)ES進(jìn)行漁業(yè)養(yǎng)殖監(jiān)控、漁業(yè)環(huán)境資源監(jiān)測評估、漁船船數(shù)和功率數(shù)控制和海洋捕撈生產(chǎn)漁情監(jiān)測等。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)海洋漁業(yè)精細(xì)化捕撈和海洋漁業(yè)精細(xì)化養(yǎng)殖，促進(jìn)海洋漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：海洋捕撈;海水養(yǎng)殖;精細(xì)漁業(yè);海洋3S;ORS;MGIS;GPS

Abstract：Aiming at the problems of overfishing in marine fisheries and depletion of fishery resources，a high-tech marine fine fishery 3S system design scheme based on ocean remote sensing （ORS），global positioning system （GPS）and marine geographic information system （MGIS）was proposed.It can remotely and automatically collect，transmit and monitor the water quality multi-parameter information and culture environment video information of the marine fishery area，and also automatically collect and transmit the fishing vessel RFID identification information，fishing boat AIS automatic identification information，fishing boat GPS positioning information，video information of fisheries catching and production，etc.，and through the marine fine fishery expert system ES for fishery aquaculture monitoring，fishery environmental resources monitoring and evaluation，fishing vessel number and power number control and marine fishing production fishery monitoring，etc.，to strengthen the protection of marine fishery resources.

Key words：Marine fishing，Mariculture，F(xiàn)ine fishery，Ocean 3S，ORS，MGIS，GPS

0 引言

在世界海洋漁業(yè)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，加大對海洋漁業(yè)精細(xì)化養(yǎng)殖和精細(xì)化捕撈的研究十分必要。本研究將計(jì)算機(jī)、自動化、通信網(wǎng)絡(luò)及海洋遙感（ORS，Ocean Remote Sensing）、全球定位系統(tǒng)GPS和海洋地理信息系統(tǒng)（MGIS，Marine Geographic Information System）等海洋3S技術(shù)與地理生態(tài)學(xué)、海洋漁業(yè)學(xué)等學(xué)科有機(jī)結(jié)合，實(shí)時(shí)對海洋漁業(yè)養(yǎng)殖和捕撈進(jìn)行監(jiān)控與分析，并通過海洋漁業(yè)專家系統(tǒng)ES進(jìn)行決策規(guī)劃和診斷分析的技術(shù)方案[1-5]。

1 系統(tǒng)組成及原理

1.1 系統(tǒng)組成

海洋捕撈與海水養(yǎng)殖監(jiān)管系統(tǒng)是一種可遠(yuǎn)程自動對海洋漁業(yè)區(qū)域的水質(zhì)多參數(shù)信息、養(yǎng)殖環(huán)境視頻信息、漁船RFID身份識別信息、漁船AIS自動識別信息、漁船GPS定位信息和漁業(yè)捕撈生產(chǎn)視頻信息進(jìn)行綜合采集、傳輸及監(jiān)控，并可以對漁業(yè)環(huán)境資源進(jìn)行監(jiān)測評估、漁船船數(shù)和功率數(shù)控制、海洋捕撈生產(chǎn)漁情監(jiān)測等的智能專家系統(tǒng)[6-9]。

系統(tǒng)技術(shù)解決方案是[10-11]：設(shè)有微處理器A（ARM），與微處理器A相接有漁船RFID身份識別裝置、漁船AIS自動識別裝置、漁船GPS船載終端和捕撈生產(chǎn)視頻采集攝像機(jī)，同時(shí)，通過ZigBee網(wǎng)與微處理器A相接有水質(zhì)多參數(shù)傳感器、水下CCD攝像機(jī)、自動投放餌料機(jī)、自動增氧機(jī)、GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，所述微處理器A的輸出通過GPRS/4G（近岸海域）或衛(wèi)星通信（遠(yuǎn)岸海域）與微處理器B（ARM）無線通信相接，微處理器B與海洋地理信息系統(tǒng)MGIS服務(wù)器（嵌入海洋精細(xì)漁業(yè)專家系統(tǒng)ES）相接，海洋遙感ORS數(shù)據(jù)和全球定位GPS坐標(biāo)數(shù)據(jù)存入MGIS服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，海洋地理信息系統(tǒng)MGIS服務(wù)器通過Internet網(wǎng)與遠(yuǎn)程用戶端相接[12-15]，具體實(shí)施方式如圖1所示。與微處理器A相接的水質(zhì)多參數(shù)傳感器，包括水溫傳感器、鹽度傳感器、pH值傳感器、溶解氧傳感器及氨氮傳感器等。

1.2 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)應(yīng)用海洋地理信息系統(tǒng)MGIS、海洋遙感系統(tǒng)ORS、GPS、GPRS/4G（公眾移動通信網(wǎng)）、衛(wèi)星通信、Internet網(wǎng)和自動控制等高新技術(shù)，所采集的水質(zhì)多參數(shù)信息、養(yǎng)殖環(huán)境視頻信息、漁船RFID身份識別信息、漁船AIS自動識別信息、漁船GPS定位信息、捕撈生產(chǎn)視頻信息均可通過GPRS/4G公眾移動通信網(wǎng)或衛(wèi)星通信及Internet網(wǎng)傳輸?shù)胶Ｑ缶?xì)漁業(yè)專家系統(tǒng)ES中心及遠(yuǎn)程用戶端，海洋精細(xì)漁業(yè)專家系統(tǒng)ES可以進(jìn)行漁業(yè)環(huán)境資源監(jiān)測評估、漁船船數(shù)和功率數(shù)控制、海洋捕撈生產(chǎn)漁情監(jiān)測等，遠(yuǎn)程用戶端也對微處理器A和微處理器B發(fā)出監(jiān)控管理指令，根據(jù)收集到的水中參數(shù)信息，包括溶解氧含量、氨氮含量、pH值的大小、鹽度含量、溫度高低等主要水環(huán)境參數(shù)及水中實(shí)時(shí)圖像信息和生物定位信息等數(shù)據(jù)，專家服務(wù)器對于數(shù)據(jù)收集部分得到的所有關(guān)鍵信息進(jìn)行整理、分析、計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對海洋漁業(yè)養(yǎng)殖進(jìn)行精準(zhǔn)投餌和精準(zhǔn)增氧等。具體工作原理：水質(zhì)多參數(shù)傳感器所得到的電信號、水下CCD攝像機(jī)所拍攝的視頻信號、GPS模塊得到的坐標(biāo)信息及自動投放餌料機(jī)、自動增氧機(jī)的狀態(tài)信息（通過ZigBee網(wǎng)）均送至微處理器A，同時(shí)，漁船RFID身份識別信息、漁船AIS自動識別信息、漁船GPS坐標(biāo)信息和捕撈生產(chǎn)視頻圖像也均送至微處理器A，微處理器A將所得到的信號處理后，通過GPRS/4G模塊或衛(wèi)星通信發(fā)射出去，GPRS/4G模塊或衛(wèi)星通信接收端將所得到的信號送至微處理器B與海洋地理信息系統(tǒng)MGIS服務(wù)器相連，通過Internet網(wǎng)絡(luò)送至遠(yuǎn)程用戶端，由海洋精細(xì)漁業(yè)專家系統(tǒng)ES對所得到水質(zhì)多參數(shù)信息、養(yǎng)殖環(huán)境視頻信息、漁船RFID身份識別信息、漁船AIS自動識別信息、漁船GPS定位信息、捕撈生產(chǎn)視頻信息進(jìn)行漁業(yè)環(huán)境資源監(jiān)測評估、漁船船數(shù)和功率數(shù)控制、海洋捕撈生產(chǎn)漁情監(jiān)測等分析處理，再通過互聯(lián)網(wǎng)至遠(yuǎn)程用戶端。遠(yuǎn)程用戶端在獲得上述信息后也可以通過各網(wǎng)絡(luò)向微處理器A發(fā)出控制指令，微處理器A再輸出信號至自動投餌控制系統(tǒng)和自動增氧系統(tǒng)等[16-17]。

2 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)工作流程：①數(shù)據(jù)采集。整個系統(tǒng)了解漁業(yè)生產(chǎn)過程中的環(huán)境問題的重要手段，該部分主要包括對CCD攝像機(jī)、水質(zhì)多參數(shù)傳感器等方面的數(shù)據(jù)收集。也包括水溫、流量、漁場范圍小的水體現(xiàn)象測定和葉綠素濃度分析。②數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸部分主要負(fù)責(zé)將收集上來的數(shù)據(jù)傳輸，讓數(shù)據(jù)流動，是整個系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流通全靠傳輸。③數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)分析部分是整個系統(tǒng)的中樞部分，主要負(fù)責(zé)將傳過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，綜合所有收集到的信息，并作出相應(yīng)操作與計(jì)算。④數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理部分是用戶應(yīng)用的部分，主要是依照數(shù)據(jù)分析部分得到的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的操作，使系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)海洋精細(xì)漁業(yè)養(yǎng)殖，主要包括自動投餌控制系統(tǒng)、自動投苗控制系統(tǒng)、聲音馴化機(jī)、燈光調(diào)節(jié)器、增氧設(shè)備系統(tǒng)。海洋精細(xì)漁業(yè)專家系統(tǒng)ES進(jìn)行漁業(yè)環(huán)境資源監(jiān)測評估、漁船船數(shù)和功率數(shù)控制、海洋捕撈生產(chǎn)漁情監(jiān)測。通過采取伏季休漁、資源增殖、漁船漁具管理、減船轉(zhuǎn)產(chǎn)等措施，實(shí)現(xiàn)對海洋漁業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的直接控制[18-20]。

3 結(jié)束語

本研究提出海洋捕撈與海水養(yǎng)殖監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，采用了海洋遙感系統(tǒng)ORS、海洋地理信息系統(tǒng)MGIS和全球定位系統(tǒng)GPS等海洋3S技術(shù);采用了ZigBee、GPRS/4G、衛(wèi)星通信、Internet網(wǎng)等現(xiàn)代通信技術(shù);采用了水質(zhì)多參數(shù)傳感器、水下CCD攝像機(jī)、漁船RFID身份識別、漁船AIS自動識別、捕撈生產(chǎn)視頻采集裝置等海洋漁業(yè)養(yǎng)殖及環(huán)境生態(tài)數(shù)據(jù)采集技術(shù);應(yīng)用海洋精細(xì)漁業(yè)專家系統(tǒng)ES進(jìn)行漁業(yè)養(yǎng)殖監(jiān)控、漁業(yè)環(huán)境資源監(jiān)測評估、漁船船數(shù)和功率數(shù)控制和海洋捕撈生產(chǎn)漁情監(jiān)測等，實(shí)現(xiàn)海洋漁業(yè)精細(xì)化養(yǎng)殖和精細(xì)化捕撈的目的。加強(qiáng)海洋漁業(yè)環(huán)境資源的養(yǎng)護(hù)，促進(jìn)海洋漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 本刊訊.實(shí)施總量管理制度保護(hù)水生生物資源：于康震副部長解讀《農(nóng)業(yè)部關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)國內(nèi)漁船管控實(shí)施海洋漁業(yè)資源總量管理的通知》[J].中國水產(chǎn)，2017（2）：31-33.

[2] 于訊.農(nóng)業(yè)部漁業(yè)局研究進(jìn)一步完善海洋捕撈雙控制度兼顧資源管理與漁民生活[J].現(xiàn)代漁業(yè)信息，2010，25（6）：28.

[3] 同春芬，黃藝.我國海洋漁業(yè)轉(zhuǎn)產(chǎn)轉(zhuǎn)業(yè)政策導(dǎo)致的雙重困境探析：從“過度捕撈”到“過度養(yǎng)殖”[J].中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），2013（2）：1-7.

[4] 彭道民，王飛.浙江省海洋捕撈產(chǎn)量及漁船數(shù)量動態(tài)預(yù)測與分析：基于灰色系統(tǒng)理論[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（18）：259-261+279.

[5] 李勇，黃澤強(qiáng)，李輝權(quán)，等.廣東海洋捕撈生產(chǎn)發(fā)展概況及漁業(yè)管理分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（31）：62-65.

[6] 張麗梅，王雪標(biāo)，李久奇，等.基于ARMAV模型的國內(nèi)海洋捕撈與海水養(yǎng)殖產(chǎn)量的分析[J].大連海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，26（2）：157-161.

[7] 楊宇峰，王慶，聶湘平，等.海水養(yǎng)殖發(fā)展與漁業(yè)環(huán)境管理研究進(jìn)展[J].暨南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)與醫(yī)學(xué)版），2012，33（5）：531-541.

[8] 吳開軍，俞國平，張澍，等.海洋捕撈漁船分析系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].海洋漁業(yè)，2006（3）：241-245.

[9] 顏尤明.福建省海洋捕撈業(yè)管理地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].福建水產(chǎn)，2005（4）：9-12+21.

[10] 宋偉華，梁振林，佘顯煒，等.海洋捕撈業(yè)管理與發(fā)展智能系統(tǒng)模式優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究[J].海洋水產(chǎn)研究，2003（2）：59-65.

[11] 余心杰，殷姣姣，劉鷹，等.海水養(yǎng)殖多環(huán)境因子在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].海洋科學(xué)，2013，37（11）：48-53.

[12] 虞浩臣，王志錚，呂敢堂，等.海水養(yǎng)殖區(qū)域綜合管理信息系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].浙江海洋學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004（1）：6-13.

[13] 余心杰，殷姣姣，劉鷹，等.海水養(yǎng)殖多環(huán)境因子在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].海洋科學(xué)，2013，37（11）：48-53.

[14] 顏尤明.福建省海洋捕撈業(yè)管理地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].福建水產(chǎn)，2005（4）：9-12+21.

[15] 黃明哲，王巧藝.“3S技術(shù)”在海洋漁業(yè)中的應(yīng)用[J].福建水產(chǎn)，2011，33（1）：77-81.

[16] 蘇奮振，周成虎，杜云艷，等.海洋漁業(yè)資源地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的時(shí)空問題[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2003（9）：1569-1572.

[17] 杜曉明.多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].大連：大連理工大學(xué)，2016.

[18] 李加林.基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)洋漁船船隊(duì)調(diào)度優(yōu)化問題研究[D].上海：上海海洋大學(xué)，2016.

[19] 楊翼，張玉佳，左國成，等.海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)監(jiān)管服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].海洋信息，2018（1）：36-42.

[20] 呂寶強(qiáng)，高元森，陳雷，等.實(shí)現(xiàn)區(qū)域海洋生態(tài)系統(tǒng)有效監(jiān)管的探討[J].海洋開發(fā)與管理，2015，32（5）：110-112.