防城港市海水養(yǎng)殖智慧氣象服務(wù)系統(tǒng)研究

李新華

（廣西壯族自治區(qū)防城港市氣象局，廣西 防城港 538000）

隨著市場(chǎng)需求的不斷增長(zhǎng)，近年來，防城港市的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，日趨規(guī)?；?。主要涵蓋南美白對(duì)蝦、斑節(jié)蝦、石斑魚、鱸魚、羅非魚等水產(chǎn)養(yǎng)殖品種。防城港作為全國(guó)暴雨中心之一，臺(tái)風(fēng)、高溫、低氣壓、強(qiáng)降雨等影響海水養(yǎng)殖的災(zāi)害性天氣頻發(fā)，給當(dāng)?shù)厮a(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展帶來嚴(yán)重的影響。并且，目前廣西沿海的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)總體水平還處在初級(jí)階段，總體技術(shù)水平和科技手段發(fā)展比較滯后，對(duì)氣象災(zāi)害及其次生災(zāi)害的預(yù)警預(yù)防和抗災(zāi)減災(zāi)能力非常有限，單位產(chǎn)量和效益相對(duì)也不高。

海水養(yǎng)殖智慧氣象服務(wù)系統(tǒng)的建成旨在改變傳統(tǒng)對(duì)蝦海水養(yǎng)殖的觀念和方式，將主觀粗放的海水養(yǎng)殖方式轉(zhuǎn)變?yōu)榭陀^精細(xì)的科學(xué)養(yǎng)殖方式，在降低海水養(yǎng)殖氣象風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，有效節(jié)省人力、物力、時(shí)間和資金投入，明顯提高養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益。

1 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)集成了氣象數(shù)據(jù)、養(yǎng)殖水體要素、氣象預(yù)報(bào)產(chǎn)品、水質(zhì)預(yù)報(bào)、物聯(lián)網(wǎng)管控技術(shù)、用戶養(yǎng)殖自動(dòng)管理等信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和氣象服務(wù)（圖1），主要有6個(gè)方面的功能。

圖1 系統(tǒng)模塊功能框架

1.1 養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測(cè)

通過安裝監(jiān)控設(shè)備和軟件開發(fā)對(duì)養(yǎng)殖水體要素進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)（圖2）。監(jiān)測(cè)的要素主要包括了水溫、溶氧量、酸堿度（pH值）等幾個(gè)對(duì)養(yǎng)殖影響比較大的水體要素，用戶可以通過電腦、手機(jī)App對(duì)水質(zhì)要素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，方便快捷，提高了工作效率和養(yǎng)殖的科學(xué)性。

圖2 水質(zhì)要素監(jiān)測(cè)

1.2 養(yǎng)殖外部環(huán)境監(jiān)控

手機(jī)App和服務(wù)終端集成了攝像頭功能，用戶可以通過手機(jī)和電腦軟件對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控，并且實(shí)現(xiàn)了攝像頭遠(yuǎn)程可控，通過軟件控制攝像頭角度、遠(yuǎn)近。同時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫開發(fā)，系統(tǒng)集成了養(yǎng)殖場(chǎng)及附近周圍自動(dòng)站氣象要素自動(dòng)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了氣象要素實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。

1.3 閾值自動(dòng)告警

系統(tǒng)支持用戶對(duì)水質(zhì)要素、氣象要素進(jìn)行閾值設(shè)置，當(dāng)要素監(jiān)測(cè)值超出閾值范圍時(shí)，App軟件通過短信發(fā)送等方式對(duì)用戶進(jìn)行自動(dòng)提醒，用戶可以根據(jù)情況合理安排養(yǎng)殖管理工作。一定程度上避免了由于工作人員疏漏或錯(cuò)誤經(jīng)驗(yàn)造成的養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 養(yǎng)殖設(shè)備遠(yuǎn)程控制

通過物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)應(yīng)用，用戶可以根據(jù)水體要素的變化或者閾值告警提醒，遠(yuǎn)程控制開關(guān)打氧機(jī)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)養(yǎng)殖要素進(jìn)行精準(zhǔn)、方便的管控，一定程度上解放了勞動(dòng)力。例如，水體氧含量過低時(shí)會(huì)影響魚蝦生長(zhǎng)，管理人員用手機(jī)App可以自動(dòng)開啟打氧設(shè)備，當(dāng)氧含量達(dá)標(biāo)的時(shí)候關(guān)閉設(shè)備。也可以通過遠(yuǎn)程攝像頭來查看打氧機(jī)的工作狀態(tài)。一方面節(jié)省了一部分人力，另一方面，通過合理地控制打氧設(shè)備數(shù)量和時(shí)間，能有效節(jié)省電力。

1.5 水質(zhì)要素模式預(yù)報(bào)

通過人工—儀器對(duì)比觀測(cè)，積累了約18個(gè)月的水質(zhì)要素資料，根據(jù)水質(zhì)—?dú)庀笠氐南嚓P(guān)性，對(duì)資料進(jìn)行回歸分析，建立了pH酸堿度、水溫和溶氧量的預(yù)報(bào)方程，通過實(shí)際應(yīng)用檢驗(yàn)，pH酸堿度和水溫預(yù)報(bào)誤差小，效果較好。由于溶氧量原始資料收集時(shí)受人為開機(jī)打氧的干擾，導(dǎo)致擬合模式預(yù)報(bào)結(jié)果誤差較大。

2 水質(zhì)要素預(yù)報(bào)回歸方程

系統(tǒng)根據(jù)水質(zhì)—?dú)庀笠氐南嚓P(guān)性，對(duì)資料進(jìn)行回歸分析，建立了pH酸堿度、水溫和溶氧量的預(yù)報(bào)方程。

2.1 pH酸堿度回歸預(yù)報(bào)方程

Y=41.5981558+ 0.265553916 * X1 -0.20420322 *X2+0.000488005*X3 -0.00907851*X4-0.03414349* X5。其中Y為pH預(yù)報(bào)值；X1為前一時(shí)次萬尾自動(dòng)站的氣溫；X2為前一時(shí)次萬尾自動(dòng)站的最低氣溫；X3為前一時(shí)次萬尾自動(dòng)站的10分鐘平均風(fēng)向；X4為前一時(shí)次萬尾自動(dòng)站的觀測(cè)濕度；X5為前一時(shí)次萬尾自動(dòng)站的氣壓。

2.2 水溫回歸預(yù)報(bào)方程

Y=579.9453-0.219031*X1 +0.1532932*X2-0.548615*X3。其中Y為水溫的預(yù)報(bào)值；X1為前一時(shí)次萬尾自動(dòng)站的降雨量；X2為前一時(shí)次萬尾自動(dòng)站的10分鐘平均風(fēng)速；X3為前一時(shí)次萬尾自動(dòng)站的氣壓。

2.3 溶解氧回歸預(yù)報(bào)方程

Y=264.93509-0.222331*X1 -0.084099*X2-0.249496*X3。其中Y為溶氧量的預(yù)報(bào)值；X1為前一時(shí)次萬尾自動(dòng)站的10分鐘平均風(fēng)速；X2為前一時(shí)次萬尾自動(dòng)站的濕度；X3為前一時(shí)次萬尾自動(dòng)站的氣壓。

系統(tǒng)利用回歸方程對(duì)2017年5月的數(shù)據(jù)中的pH酸堿度、水溫、溶解氧進(jìn)行試報(bào)，測(cè)試結(jié)果為：pH值預(yù)測(cè)誤差的標(biāo)準(zhǔn)差為0.304933302，中位數(shù)為-0.414778561，預(yù)報(bào)效果較好；水溫預(yù)測(cè)誤差的標(biāo)準(zhǔn)差為4.186254935，中位數(shù)為2.300200449；溶氧量預(yù)測(cè)誤差的標(biāo)準(zhǔn)差為1.209893327，中位數(shù)為-1.546012347。

3 系統(tǒng)應(yīng)用情況

2015年防城港市氣象局在東興市核心漁業(yè)示范區(qū)江源水產(chǎn)養(yǎng)殖公司試點(diǎn)，結(jié)果不但增產(chǎn)及節(jié)電效益明顯（每畝塘增加產(chǎn)值超過2000元，每個(gè)養(yǎng)殖塘一個(gè)養(yǎng)殖季可節(jié)省電費(fèi)約2700元），而且有效減少勞動(dòng)力，降低了成本。

4 結(jié)語

防城港市海水養(yǎng)殖智慧氣象服務(wù)系統(tǒng)緊貼現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展需求，探索從傳統(tǒng)氣象為農(nóng)服務(wù)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)轉(zhuǎn)變，利用智能傳感技術(shù)、智能處理技術(shù)及智能控制技術(shù)與現(xiàn)代氣象觀測(cè)、氣象科學(xué)技術(shù)融為一體，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)景監(jiān)控、無線傳輸、智能處理、預(yù)測(cè)預(yù)警信息發(fā)布和水產(chǎn)氣象適宜條件預(yù)報(bào)服務(wù)等功能。

系統(tǒng)在海水養(yǎng)殖生產(chǎn)中具有良好的應(yīng)用推廣價(jià)值。一方面可以隨時(shí)監(jiān)控水質(zhì)和周圍天氣變化，根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)隨時(shí)調(diào)整生產(chǎn)安排，提高了海水養(yǎng)殖的科學(xué)性和可操作性；另一方面，對(duì)海水養(yǎng)殖的精準(zhǔn)把控和遠(yuǎn)程操控，提高了行業(yè)抵御養(yǎng)殖氣象災(zāi)害的能力，同時(shí)減少了養(yǎng)殖人力物力成本；再有，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化養(yǎng)殖的同時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況合理增加養(yǎng)殖密度，提高水產(chǎn)品成活率，進(jìn)而提高了養(yǎng)殖單位產(chǎn)量，體現(xiàn)了一定的經(jīng)濟(jì)效益價(jià)值。

系統(tǒng)除用于對(duì)蝦的池塘養(yǎng)殖外，還可應(yīng)用于有限環(huán)境的咸、淡水體各種魚類養(yǎng)殖。此外，系統(tǒng)預(yù)留數(shù)據(jù)接口，可根據(jù)需要增加監(jiān)測(cè)要素，更換不同的感應(yīng)探頭和控制設(shè)備后，便可拓展到環(huán)境可控的農(nóng)業(yè)種植，如大棚農(nóng)業(yè)，以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)種植智慧氣象服務(wù)，從而完善防城港市智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)系統(tǒng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。