大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于海洋養(yǎng)殖的措施探討

劉 凱

（龍口市海洋與漁業(yè)監(jiān)督監(jiān)察大隊，山東 龍口 265700）

近年來我國海洋養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，海洋養(yǎng)殖產(chǎn)量保持穩(wěn)定增長的態(tài)勢，已經(jīng)成為海洋漁業(yè)全新的增長點。在看到海洋養(yǎng)殖發(fā)展的同時，我們也需要意識到當(dāng)前存在的問題，由于當(dāng)前海洋養(yǎng)殖的科技含量不高，在規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、環(huán)境保護等方面還存在一定程度的問題[1]。隨著5G時代的到來，互聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)網(wǎng)中爆炸式的信息數(shù)據(jù)增長，大數(shù)據(jù)逐漸成為各行各業(yè)研究的核心技術(shù)，綜合利用大數(shù)據(jù)處理信息數(shù)據(jù)就成為研究的重點。對海洋養(yǎng)殖來說，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，能夠為海洋養(yǎng)殖業(yè)提供更為完善的監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析，解決海洋養(yǎng)殖中諸多不確定因素，切實提升海洋養(yǎng)殖水平，實現(xiàn)智能化養(yǎng)殖的目標(biāo)。在上述背景下，如何將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于海洋養(yǎng)殖就成為當(dāng)前研究的重要內(nèi)容。

1 海洋養(yǎng)殖大數(shù)據(jù)來源

海洋養(yǎng)殖本身較為特殊，面臨的外部環(huán)境相對較為復(fù)雜，且存在較高的變化程度，這個過程中涉及諸多復(fù)雜的信息數(shù)據(jù)，包括管理數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、生長數(shù)據(jù)等等。與此同時，在海洋養(yǎng)殖過程中，各種互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、知識庫數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等也是海洋養(yǎng)殖中不可或缺的重要數(shù)據(jù)資料[2]。通過科學(xué)合理的數(shù)據(jù)分析，能夠全面提升計算機學(xué)習(xí)效率，針對各種問題進行準(zhǔn)確的分析，同時針對發(fā)展趨勢進行有效的服務(wù)，為海洋養(yǎng)殖提供有效的支持。大數(shù)據(jù)技術(shù)在海洋養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，相應(yīng)的數(shù)據(jù)主要源自于下面幾點：（1）物聯(lián)網(wǎng)信息數(shù)據(jù)，主要是包含相關(guān)的傳感器，如視頻監(jiān)控設(shè)施、光照傳感器、pH、水質(zhì)、溫度等；（2）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，綜合利用網(wǎng)絡(luò)接口，從互聯(lián)網(wǎng)中獲取海洋養(yǎng)殖相關(guān)的信息數(shù)據(jù)；（3）其余數(shù)據(jù)，主要指的是系統(tǒng)當(dāng)中已經(jīng)存儲的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括海洋養(yǎng)殖相關(guān)的專業(yè)數(shù)據(jù)庫、水產(chǎn)養(yǎng)殖知識庫等。通過針對這些信息數(shù)據(jù)進行梳理，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進行挖掘分析，為海洋養(yǎng)殖提供更多的決策支持。

2 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用的在線監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建

大眾對海洋養(yǎng)殖產(chǎn)品的需求呈現(xiàn)出不斷增長的態(tài)勢，傳統(tǒng)海洋養(yǎng)殖模式受限于技術(shù)水平不足，已經(jīng)無法滿足大眾對海洋養(yǎng)殖產(chǎn)品高質(zhì)量、高產(chǎn)量的需求。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，針對海洋養(yǎng)殖水質(zhì)、環(huán)境、產(chǎn)品生長情況實施全面的信息數(shù)據(jù)采集，為海洋養(yǎng)殖提供有效的決策參考，提升海洋養(yǎng)殖的科學(xué)性、規(guī)范性，從而有效保障海洋養(yǎng)殖產(chǎn)量、質(zhì)量的穩(wěn)步提升[3]。

對于海洋水質(zhì)的監(jiān)測系統(tǒng)來說，主要是由無線傳輸通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制模塊、傳感器模塊等共同組成。通過傳感器動態(tài)采集海洋溫度、溶解氧、pH值、渾濁度，然后將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元針對相關(guān)的信息數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換處理，轉(zhuǎn)換為更為標(biāo)準(zhǔn)的信息數(shù)據(jù)，利用無線通信傳輸?shù)皆破脚_或者系統(tǒng)，同時針對數(shù)據(jù)進行儲存。對于控制模塊來說，主要是由單片機、PLC構(gòu)成，其是海洋養(yǎng)殖在線監(jiān)測系統(tǒng)的核心，以此來對系統(tǒng)進行控制。

我國當(dāng)前現(xiàn)有的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)主要包含以下幾點內(nèi)容：（1）多點在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，能夠針對海洋養(yǎng)殖區(qū)域6個不同區(qū)域的水質(zhì)實施監(jiān)測；（2）通過工控機建設(shè)水質(zhì)在線監(jiān)測虛擬儀器，優(yōu)勢在于操作便捷、響應(yīng)速度快、輸出圖形形象等優(yōu)勢；（3）基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，綜合利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所具備的自動學(xué)習(xí)作用，以此來建立更為適合的預(yù)測模型參數(shù)，能夠在海洋養(yǎng)殖監(jiān)測過程中，不斷采集數(shù)據(jù)、優(yōu)化數(shù)據(jù)，與大數(shù)據(jù)技術(shù)進行有效的聯(lián)動。

基于上述研究，可以嘗試?yán)脝纹瑱C與其余集成類芯片，針對傳感器信息數(shù)據(jù)進行動態(tài)收集，然后在系統(tǒng)中進行短期儲存，利用大數(shù)據(jù)實施計算，網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)施將對應(yīng)的信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)平臺，平臺利用系統(tǒng)、程序，針對相關(guān)數(shù)據(jù)實施制圖、匯總處理。最終，針對數(shù)據(jù)實施研究，研究數(shù)據(jù)是否超出或者低于設(shè)定的閾值，相應(yīng)的數(shù)據(jù)需要定期更新，詳細(xì)的結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 海水監(jiān)測大數(shù)據(jù)共享平臺

3 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用的海洋養(yǎng)殖監(jiān)測硬件

水溫作為海洋養(yǎng)殖當(dāng)中的重要數(shù)據(jù)，不同類型的生物對于水溫方面的需求存在明顯的差異性。大部分情況下，隨著水溫的增高，生物的生長速度能夠得以一定程度的提升，同時受精卵孵化時間也會在一定程度的縮短，然而水溫與氮氧總量表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，必須要針對水溫進行科學(xué)合理的監(jiān)測，同時參考海洋養(yǎng)殖區(qū)域歷年的水溫信息，利用大戶數(shù)技術(shù)進行動態(tài)的分析，為海洋養(yǎng)殖提供有效的參考。對于海水溫度傳感器的選擇來說，可以選擇水體溫度傳感器WQ101B來完成海水溫度測量與數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ鳎髷?shù)據(jù)技術(shù)能夠針對養(yǎng)殖品種密度、區(qū)域特征、季節(jié)特征等相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，對報警的閾值進行設(shè)計，只要溫度超出閾值，則能夠通過系統(tǒng)報警或者自動化處理[4]。

因為酸性水質(zhì)的影響，會導(dǎo)致海產(chǎn)養(yǎng)殖生物感染蟲病，也會引發(fā)天然餌料繁殖效率大幅降低，甚至導(dǎo)致養(yǎng)殖生物大范圍的死亡。溶解氧與海洋養(yǎng)殖生物健康生長之間存在密切的聯(lián)系，理想的溶解氧環(huán)境下，能夠促進生物食欲的顯著提升，全面提升飼料使用的效率，在改善水質(zhì)的同時，促進海洋養(yǎng)殖生物的快速發(fā)育。對于pH值所進行的測量，主要選擇玻璃電極法進行測量，復(fù)合電極主要包含特制玻璃與Ag/Ag CI參考凝膠電極。與此同時，溶解氧選擇化學(xué)反應(yīng)生成的電壓，針對海水含氧量進行全面的測量，選擇特殊酸性電解液，陰極選擇惰性金屬金，陽極選擇金屬鉛，氧氣通過擴散的模式，綜合利用氟樹脂膜參與氧化還原反應(yīng)，最終建立氧鉛蓄電池，綜合利用內(nèi)部把氧化還原反應(yīng)生產(chǎn)的電流流轉(zhuǎn)成電壓輸出。通過大數(shù)據(jù)進行動態(tài)分析、監(jiān)控，在發(fā)現(xiàn)海水溶氧量相對較低的情況下，系統(tǒng)能夠自動運行增氧泵，使得水體當(dāng)中具備重復(fù)的溶解氧。

海水濁度所進行的測量，主要是選擇光學(xué)傳感器實施測量，根據(jù)構(gòu)成方法180.1濁度測量，WQ730濁度傳感器設(shè)置為90°散射濁度計。運行過程中，通過聚焦束光強度測量濁度傳感器的光電探測器定位在90度的光束。水體的壓力測量可以通過壓力傳感器測得，此部分可以通過壓力的變換，經(jīng)過系統(tǒng)程序的計算可以得出在水體的具體深度，這樣可以測量不同深度的水體環(huán)境下水體的數(shù)據(jù)，這樣就可以對生活在不同水深的海產(chǎn)品所需的水質(zhì)進行檢測，使得系統(tǒng)的應(yīng)用更加廣泛[5]。

對于供能系統(tǒng)來說，當(dāng)前新興技術(shù)的不斷應(yīng)用，科技水平的不斷提升，傳感器本身的能耗越來越低，可以選擇鋰電池的方案進行供能。在此基礎(chǔ)上，綜合參考海洋養(yǎng)殖地區(qū)的用電成本、環(huán)境特征，分別選擇在對應(yīng)節(jié)點采用針對性的供能系統(tǒng)，如選擇太陽能一體充電電池，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)供能成本控制的目標(biāo)，同時又能夠兼顧環(huán)保方面的需求，通過太陽能充電電池與鋰電池的合理搭配，能夠兼顧不同天氣環(huán)境下的功能需求。

上述系統(tǒng)設(shè)計可以根據(jù)海水養(yǎng)殖需求進行針對性的優(yōu)化改裝，可以在系統(tǒng)當(dāng)中添加多元化的傳感器種類、數(shù)量，系統(tǒng)將獲取的數(shù)據(jù)上傳到對應(yīng)的平臺，利用大數(shù)據(jù)開展針對性的分析與制圖處理。因為海洋養(yǎng)殖本身的特殊性，系統(tǒng)采集整理的信息數(shù)據(jù)量較為龐大，需要全面納入硫化物、氨氮、濁度、溶解氧、pH值、水溫等相關(guān)信息數(shù)據(jù)，相應(yīng)的大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用還應(yīng)當(dāng)與云計算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)進行有效的整合，通過多元化的新興信息技術(shù)應(yīng)用，以此來進行動態(tài)、實時的監(jiān)測分析。此外，系統(tǒng)本身也具有較高的自由度，利用單片機的集成模塊進行設(shè)計，同時系統(tǒng)程序選擇matlab編寫、開源，能夠適用于不同區(qū)域的海洋養(yǎng)殖情況、海洋養(yǎng)殖規(guī)模，滿足更多領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

4 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代技術(shù)的迅猛發(fā)展，為海洋養(yǎng)殖業(yè)提供了有效的支持，能否將新興技術(shù)應(yīng)用于海洋養(yǎng)殖，直接關(guān)系到海洋養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)的有效應(yīng)用，能夠全面提升海洋養(yǎng)殖的智能化水平，針對各方環(huán)境數(shù)據(jù)進行自動化、智能化管理，從而有效保障海洋養(yǎng)殖的科學(xué)性、合理性。[6]