基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)模型設(shè)計

胡瓊

摘 要：傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖方式既浪費資源，養(yǎng)殖效率又低下。文章針對傳統(tǒng)粗放養(yǎng)殖的低效、耗費資源等問題，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提出了一種智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的設(shè)計方案。該系統(tǒng)通過無線傳感、射頻識別、物聯(lián)網(wǎng)通信等技術(shù)實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控、養(yǎng)殖水產(chǎn)動物生長狀況監(jiān)控、自動投喂、水產(chǎn)品自動分類、水產(chǎn)品安全追溯等功能，從而實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的自動化監(jiān)控和管理。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；水產(chǎn)養(yǎng)殖；無線傳感網(wǎng)；射頻識別

我國是水產(chǎn)養(yǎng)殖大國，據(jù)統(tǒng)計，水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量占全世界的60%以上[1-2]。但是，一直以來，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)主要沿用比較傳統(tǒng)的粗放經(jīng)營方式。這種粗放經(jīng)營方式往往人力和物力等資源消耗大，而產(chǎn)量卻較低[3]。我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)正面臨著從傳統(tǒng)的粗放式養(yǎng)殖模式向自動化、集約化、精準(zhǔn)化養(yǎng)殖模式轉(zhuǎn)變。如何適應(yīng)發(fā)展需求，方便、實時、有效地監(jiān)控養(yǎng)殖環(huán)境和養(yǎng)殖生物的生長，構(gòu)建智能養(yǎng)殖系統(tǒng)，已成為當(dāng)前我國水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展的熱點[4-5]。而推動這種產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的最為關(guān)鍵的技術(shù)正是物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）。

物聯(lián)網(wǎng)指的是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)[6]。所謂物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，其實有兩層含義：首先，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展仍然離不開互聯(lián)網(wǎng)[7]，它是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；其次，其用戶端由互聯(lián)網(wǎng)中的PC客戶端、移動客戶端等延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，即物物相連。物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，信息技術(shù)發(fā)展的又一次浪潮[8]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計思路

目前的粗放經(jīng)營水產(chǎn)養(yǎng)殖方式主要存在以下幾方面問題：（1）水產(chǎn)養(yǎng)殖管理主要是以養(yǎng)殖經(jīng)驗為指導(dǎo)（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(rèn)是否有死的水產(chǎn)動物等）。（2）水產(chǎn)養(yǎng)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(chǎn)品進(jìn)入市場之前的質(zhì)量好壞分類也是養(yǎng)殖員憑經(jīng)驗進(jìn)行的，這種憑經(jīng)驗的判斷往往不可靠，沒有說服力。（4）消費者很難快速準(zhǔn)確地查到投入市場的水產(chǎn)品的來源及水產(chǎn)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(lián)網(wǎng)的智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)設(shè)計方案，該方案主要利用物聯(lián)網(wǎng)中的無線傳感技術(shù)、射頻識別技術(shù)等實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的自動化管理與監(jiān)控。

為了自動監(jiān)測水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境，系統(tǒng)通過部署各種傳感器來監(jiān)測水溫、水的溶氧量、水的pH等養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)分析水質(zhì)情況，供養(yǎng)殖管理人員及時采取相應(yīng)的措施。

為了自動監(jiān)控水產(chǎn)動物的生長狀況，系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)將水產(chǎn)動物的各項生命體征指標(biāo)定期發(fā)送到系統(tǒng)的云服務(wù)器上，然后系統(tǒng)將這些數(shù)據(jù)與以往數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，判斷水產(chǎn)動物是否生長異常（如生病、死亡等）。

為了實現(xiàn)對水產(chǎn)動物的自動投喂，系統(tǒng)將結(jié)合餌料投放機(jī)，通過設(shè)置一定的閾值實現(xiàn)對餌料投放機(jī)的自動控制。

為了實現(xiàn)水產(chǎn)品進(jìn)入市場前對水產(chǎn)品質(zhì)量好壞進(jìn)行自動分類，系統(tǒng)通過統(tǒng)計水產(chǎn)動物的各項指標(biāo)（如體重、品種、健康狀況等）來對水產(chǎn)動物進(jìn)行分類。

為了使水產(chǎn)品賣向市場時，消費者能快速準(zhǔn)確查到投入市場的水產(chǎn)品的來源，系統(tǒng)將水產(chǎn)動物養(yǎng)殖過程中相關(guān)信息記錄并存儲在云服務(wù)器上，并給賣向市場的水產(chǎn)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(chǎn)品的相關(guān)信息。

2 智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)功能

本文提出的智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)主要有五大功能：養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控功能、養(yǎng)殖水產(chǎn)動物生長狀況監(jiān)控功能、自動投喂功能、自動分類功能、水產(chǎn)品安全追溯功能。

2.1 養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控功能

本文提出的智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)，為了實現(xiàn)養(yǎng)殖環(huán)境的監(jiān)控功能，精心挑選了各種監(jiān)測水環(huán)境指標(biāo)的傳感器。如水溫傳感器用來監(jiān)測水的溫度、水pH傳感器用來監(jiān)測水的pH、水含氧量傳感器用來監(jiān)測水中的含氧量、水位傳感器用來監(jiān)測水位、水渾濁度傳感器用來監(jiān)測水的渾濁程度等。

當(dāng)傳感器監(jiān)測到水環(huán)境相應(yīng)指標(biāo)超出正常范圍（提前設(shè)定好）時，將發(fā)出警報提示。系統(tǒng)接收到警報提示后，給對應(yīng)的子系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)信息通知子系統(tǒng)自動調(diào)整相應(yīng)的水環(huán)境指標(biāo)。例如：當(dāng)水含氧量不足時，系統(tǒng)將給增氧機(jī)發(fā)送消息通知其增加水中含氧量，從而實現(xiàn)智能增氧；當(dāng)水位過低或過高時，系統(tǒng)會自動打開出水口或進(jìn)水口，從而實現(xiàn)智能調(diào)節(jié)水位等。

2.2 水產(chǎn)養(yǎng)殖動物生長狀況監(jiān)控功能

為了實現(xiàn)對水產(chǎn)養(yǎng)殖動物的生長狀況進(jìn)行監(jiān)控，本系統(tǒng)主要采用射頻識別技術(shù)，給水產(chǎn)動物賦予一個可唯一識別其身份的標(biāo)簽，此外，水產(chǎn)動物的生命體征可通過醫(yī)療檢測設(shè)備進(jìn)行定期監(jiān)測。

整個監(jiān)控過程描述如下：利用導(dǎo)引設(shè)備，使所有水產(chǎn)動物定期經(jīng)過醫(yī)療監(jiān)測設(shè)備，醫(yī)療監(jiān)測設(shè)備識別附在水產(chǎn)動物身上的標(biāo)簽后，對水產(chǎn)動物各項生命體征參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，然后將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到云服務(wù)器上，系統(tǒng)將接收到的數(shù)據(jù)與以往數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，從而判斷水產(chǎn)動物是否生長異常。由于長期監(jiān)測數(shù)據(jù)可能過于龐大，所以，此處可對系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化：如果某一段時期水產(chǎn)動物各項生命體征參數(shù)相差不大時（設(shè)定一個差值范圍），系統(tǒng)將自動對這段時期的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并（取平均值）以減少數(shù)據(jù)冗余。

2.3 自動投喂功能

實現(xiàn)自動投喂食物的功能，關(guān)鍵是實現(xiàn)系統(tǒng)對餌料投放機(jī)的控制。控制方式主要有3種：手機(jī)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(guān)閉餌料投放機(jī)即可，這種控制方式主要是預(yù)防系統(tǒng)出現(xiàn)故障時不能自動控制餌料投放機(jī)的開啟或關(guān)閉。手機(jī)端或PC端的自動控制和定時控制這兩種控制方式的關(guān)鍵是實現(xiàn)系統(tǒng)與餌料投放機(jī)間的通信，即系統(tǒng)自動化控制餌料投放機(jī)。定時控制需要系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定好時間值，當(dāng)滿足設(shè)定的時間要求時系統(tǒng)將自動控制餌料投放機(jī)的開啟或關(guān)閉。手機(jī)端或PC端的自動控制需要養(yǎng)殖管理人員登錄后臺養(yǎng)殖管理系統(tǒng)，通過點擊相應(yīng)的按鈕去通知系統(tǒng)控制餌料投放機(jī)的開啟或關(guān)閉。

2.4 水產(chǎn)品自動分類功能

為了實現(xiàn)水產(chǎn)品進(jìn)入市場前對水產(chǎn)品質(zhì)量好壞進(jìn)行自動分類，系統(tǒng)將通過統(tǒng)計水產(chǎn)動物的各項指標(biāo)（如體重、品種、健康狀況等）來對水產(chǎn)動物進(jìn)行分類。

該功能的具體實現(xiàn)描述如下：系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置好分類等級，如A，B，C 3個等級，假設(shè)A等級代表質(zhì)量最好的、B等級次之、C為最差等級，并給每個等級設(shè)定閾值范圍（綜合水產(chǎn)品的體重、品種、健康狀況等指標(biāo)進(jìn)行設(shè)定）。這些數(shù)據(jù)指標(biāo)之前都已經(jīng)記錄保存在系統(tǒng)中的，系統(tǒng)只需根據(jù)劃分的等級分析水產(chǎn)品屬于哪個等級并做好相應(yīng)標(biāo)記即可，最后在水產(chǎn)品包裝的標(biāo)簽上打印出對應(yīng)水產(chǎn)品的等級。

2.5 水產(chǎn)品安全追溯功能

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

該功能的具體實現(xiàn)過程描述如下：水產(chǎn)品在賣向市場之前，養(yǎng)殖人員會將水產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)中記錄的相關(guān)信息錄入后臺服務(wù)器系統(tǒng)，并給水產(chǎn)品賦予一個二維碼用來唯一識別水產(chǎn)品。消費者購買水產(chǎn)品時，通過手機(jī)掃描二維碼即可查詢到水產(chǎn)品的生產(chǎn)地、生產(chǎn)日期、水產(chǎn)品的檢驗報告等信息。

3 結(jié)語

本文提出的智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)主要是利用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（無線傳感技術(shù)、射頻識別技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)等）實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的自動化監(jiān)控和管理，相比傳統(tǒng)的養(yǎng)殖方式，智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)提高了養(yǎng)殖的質(zhì)量以及效率。

智能水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢，確保水產(chǎn)養(yǎng)殖的高產(chǎn)和水產(chǎn)品的安全健康?？偠灾?，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)在中國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)具有廣闊的發(fā)展前景，是實現(xiàn)中國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的極其有效的途徑。

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