智慧物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用方案

摘 要：當(dāng)前我國水產(chǎn)養(yǎng)殖相對較為粗放，為能讓智慧物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中得到更好的應(yīng)用，文中根據(jù)水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展趨勢和現(xiàn)實需要，提出了智慧水產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)的基本原則和主要建設(shè)內(nèi)容等，旨在為水產(chǎn)養(yǎng)殖向集約化、自動化和信息化的智慧生產(chǎn)轉(zhuǎn)型提供參考。該方案利用智能管控平臺，對水質(zhì)、增氧、投餌等方面進行實時監(jiān)控、遠(yuǎn)程遙控、魚病診斷、預(yù)警處理。用戶通過掃描水產(chǎn)品包裝盒的二維碼，即可鏈接到該產(chǎn)品的物聯(lián)網(wǎng)電商平臺，并可對產(chǎn)品的生長周期進行溯源，對基地情況進行實時查看。該方案使得水產(chǎn)養(yǎng)殖疾病發(fā)生概率大大下降，為傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖向智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型提供了方向。為提升水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)管理水平、緩解水資源緊缺、調(diào)整優(yōu)化養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)、提高水產(chǎn)品質(zhì)量等，應(yīng)用智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為實現(xiàn)智慧漁業(yè)、漁業(yè)強國提供支撐。

關(guān)鍵詞：智慧物聯(lián)網(wǎng)；水產(chǎn)養(yǎng)殖；智能管控平臺；實時監(jiān)測；產(chǎn)品溯源；溶氧閾值

中圖分類號：TP277；TN929.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）08-0-02

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.08.033

0 引 言

我國的水產(chǎn)品養(yǎng)殖不僅品種豐富，養(yǎng)殖面積也較為廣闊，2022年全國水產(chǎn)品養(yǎng)殖產(chǎn)量為5 565.46萬噸，占世界總產(chǎn)量的70%。傳統(tǒng)養(yǎng)殖生產(chǎn)在整個行業(yè)占主導(dǎo)地位，養(yǎng)殖過程要消耗大量勞動力對池塘進行管理與調(diào)整，但使用的養(yǎng)殖設(shè)備較為落后，增氧機、投餌機等漁業(yè)機械設(shè)備自動化智能操控程度不高，無法做到實時在線監(jiān)測和線上養(yǎng)殖管理、魚病防控等[1]。面對池塘內(nèi)指標(biāo)不斷變化的情況，養(yǎng)殖系統(tǒng)無法進行及時調(diào)整，更無法及時處理各種問題。

智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成了水質(zhì)傳感、環(huán)境傳感、無線通信、智能管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控和可視化溯源系統(tǒng)等，可實現(xiàn)水體參數(shù)（溶解氧、溫度、pH值、COD、氨氮含量等）和環(huán)境參數(shù)（大氣溫度、大氣濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量、光照等）的在線自動監(jiān)測、傳輸和接收[2-3]，通過各類信息的存儲、分析和管理進行遠(yuǎn)程控制，實現(xiàn)全自動精準(zhǔn)投餌、曝氣增氧、遠(yuǎn)程診斷、安全預(yù)警等，提升水產(chǎn)養(yǎng)殖的工業(yè)化和信息化水平，保障養(yǎng)殖生產(chǎn)效率與養(yǎng)殖安全。智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的集約化、自動化和信息化是漁業(yè)發(fā)展的必然趨勢，也是綠色、安全、高效生產(chǎn)的重要實現(xiàn)途徑[4]。智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)如圖1所示。

1 系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用目標(biāo)

通過智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用，提高了水產(chǎn)品在食品安全方面的質(zhì)量，降低了勞動力和時間成本的投入，增強了水產(chǎn)品在市場上的競爭力，為養(yǎng)殖戶帶來了良好的經(jīng)濟效益，擴大了水產(chǎn)養(yǎng)殖對社會和生態(tài)的影響[5-6]。

2 系統(tǒng)建設(shè)基本原則

智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠?qū)Τ靥羶?nèi)的信息數(shù)據(jù)進行采集、匯總、分析、存儲、管理等，為智能化水產(chǎn)養(yǎng)殖提供數(shù)據(jù)計算庫，為建設(shè)智慧水產(chǎn)提供重要動力。為確保系統(tǒng)建成后能夠穩(wěn)定運行并發(fā)揮作用，必須針對系統(tǒng)建設(shè)的技術(shù)要求和現(xiàn)實需求提出一些必須遵循的原則。

2.1 實用性原則

智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在建設(shè)時按照實際情況，需充分滿足養(yǎng)殖戶需求，做到系統(tǒng)建設(shè)完善且實際使用效果良好，使得系統(tǒng)建設(shè)完成后能夠盡快投用，解決傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中存在的人工投入大、水體環(huán)境不可控、數(shù)據(jù)指標(biāo)實時性差、養(yǎng)殖管理不精細(xì)等問題。系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)該做到功能完善、界面精美、操作方便，充分實現(xiàn)信息資源共享，利于養(yǎng)殖戶更加便利地獲得所需信息[7]。

2.2 先進性原則

智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在借鑒國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)的經(jīng)驗、研究分析相關(guān)技術(shù)及發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，采用先進的技術(shù)和手段，統(tǒng)一規(guī)范智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容[8-9]，合理組織數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)多元空間數(shù)據(jù)的集成化管理，確保系統(tǒng)的科學(xué)性和前瞻性，方便系統(tǒng)進行更新維護，使其能夠適應(yīng)未來技術(shù)發(fā)展的變化。

2.3 開放性原則

智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)必須嚴(yán)格按照國家和行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范開展，結(jié)合實際生產(chǎn)需要，有效整合數(shù)據(jù)資源，方便數(shù)據(jù)及時更新、維護和轉(zhuǎn)換，使用戶能夠隨時隨地直接應(yīng)用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的使用范圍[10]。

2.4 可擴展性原則

智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的更新維護是一個長期而重要的過程。隨著系統(tǒng)業(yè)務(wù)的變更、內(nèi)容的調(diào)整和技術(shù)的不斷進步，對系統(tǒng)的要求也越來越高，要求系統(tǒng)便于管理、維護和升級，并能夠及時更新相關(guān)數(shù)據(jù)。因此，在系統(tǒng)建設(shè)之初，要充分考慮系統(tǒng)的可擴展性，以期在未來的使用過程中能夠方便對系統(tǒng)和數(shù)據(jù)進行擴展和更新[11]。

2.5 安全性原則

智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)存儲了大量基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)[12]，隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)共享愈發(fā)頻繁，數(shù)據(jù)安全的重要性愈發(fā)凸顯。在建設(shè)智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)時應(yīng)設(shè)計一套有效的安全機制，保障數(shù)據(jù)安全。

2.6 應(yīng)急預(yù)案性原則

智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需完善系統(tǒng)異常報警設(shè)施，當(dāng)水質(zhì)指標(biāo)異常、養(yǎng)殖設(shè)備故障等問題發(fā)生時立刻報警，以便人工及時介入進行排查，避免養(yǎng)殖損失。隨著系統(tǒng)設(shè)備使用年限的增加，設(shè)備故障發(fā)生率也會增加，日常管理中要對系統(tǒng)的軟件和硬件進行定期檢修和維護，并且在養(yǎng)殖基地配有發(fā)電機、水泵、氣泵和氧氣瓶等應(yīng)急備用設(shè)施設(shè)備，當(dāng)發(fā)生停電或機械故障時可以及時處理，確保養(yǎng)殖生產(chǎn)正常進行。

3 系統(tǒng)主要建設(shè)內(nèi)容

3.1 水產(chǎn)生態(tài)健康養(yǎng)殖水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)

系統(tǒng)可24小時實時監(jiān)測水體[13]，并自動采集水體中氨氮、亞硝酸鹽、溶解氧等指標(biāo)。當(dāng)指標(biāo)異常時會向手機發(fā)出預(yù)警并給出相應(yīng)的解決方案，減少因信息不及時而造成的養(yǎng)殖損失，提高水體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，促進綠色養(yǎng)殖生態(tài)發(fā)展。

3.2 水產(chǎn)生態(tài)健康養(yǎng)殖增氧、投餌控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)可以根據(jù)養(yǎng)殖的實際情況設(shè)置溶氧量閾值范圍，當(dāng)實時監(jiān)測的水體溶氧量達(dá)到設(shè)定下限時，系統(tǒng)會自行啟動增氧機增氧；當(dāng)水體溶氧量達(dá)到設(shè)定上限時，則系統(tǒng)自行關(guān)閉增氧機[14]。通過設(shè)置投餌機飼料投喂時間、投喂頻率、投喂數(shù)量等系統(tǒng)控制參數(shù)，實現(xiàn)自動精準(zhǔn)投餌，減少飼料浪費、降低水質(zhì)污染、提升養(yǎng)殖效率。

3.3 水產(chǎn)生態(tài)健康養(yǎng)殖網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要用于對養(yǎng)殖環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控，可有效查詢養(yǎng)殖企業(yè)藥物、餌料等入水情況并指導(dǎo)養(yǎng)殖企業(yè)預(yù)防魚病。系統(tǒng)以綜合管理軟件為核心，結(jié)合嵌入式視頻服務(wù)器，實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的點對點、點對多、多對多的遠(yuǎn)程實時現(xiàn)場監(jiān)控、遠(yuǎn)程遙控、魚病診斷、預(yù)警處理等[15]。

3.4 水產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)

建設(shè)水產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管平臺，實現(xiàn)對水產(chǎn)生產(chǎn)全過程的監(jiān)督、檢測、管理和可視化追溯[16]。建立水產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)，記錄水產(chǎn)品從投苗到起捕上市過程中養(yǎng)殖生產(chǎn)環(huán)境、投入飼料情況、用藥情況、起捕情況、產(chǎn)品質(zhì)量、檢驗情況等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量信息。同時建設(shè)完成水產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯管理移動軟件平臺，方便監(jiān)管部門、企業(yè)和消費者使用。通過對水產(chǎn)品捕撈批次的管理，賦予一批一碼，實現(xiàn)生產(chǎn)可視化溯源。消費者掃描追溯碼，即可顯示養(yǎng)殖過程圖像、養(yǎng)殖場實景、原產(chǎn)地信息、捕撈信息、養(yǎng)殖戶信息、水產(chǎn)品介紹、檢驗證明等全養(yǎng)殖過程信息，突出產(chǎn)品品牌與品質(zhì)。

3.5 手機遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)

手機控制是一種便捷的控制方式，用戶預(yù)先在智能手機上下載物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用程序，通過手機客戶端可遠(yuǎn)程查看養(yǎng)殖環(huán)境數(shù)據(jù)和設(shè)備運行情況，還可以分析數(shù)據(jù)，管理靈活。

3.6 水產(chǎn)品物聯(lián)網(wǎng)電商平臺

用戶通過掃描水產(chǎn)品包裝盒的二維碼，即可鏈接到該產(chǎn)品的物聯(lián)網(wǎng)電商平臺，對產(chǎn)品進行溯源，查看基地情況[17]。下單信息通過后臺發(fā)送給基地，便于其接單、發(fā)單等，建立起消費者與基地的直接聯(lián)系，實現(xiàn)產(chǎn)銷對接。

4 結(jié) 語

我國是水資源緊缺型國家，水產(chǎn)養(yǎng)殖水域面積日益緊張，水產(chǎn)養(yǎng)殖病害問題多發(fā)，傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式逐漸無法滿足人民群眾對高質(zhì)量水產(chǎn)品的需求。傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖向智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)方向轉(zhuǎn)型，是提升緩解水資源緊缺、調(diào)整優(yōu)化養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)、提高水產(chǎn)品質(zhì)量等的現(xiàn)實需要。智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用對實現(xiàn)智慧漁業(yè)、漁業(yè)強國具有重大意義。

注：本文通訊作者為連靜。

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收稿日期：2023-08-28 修回日期：2023-10-09

基金項目：2023年度長沙市農(nóng)業(yè)科研攻關(guān)專項；長沙市自然科學(xué)基金項目（kq2202316）

作者簡介：毛 棟（1973—），湖南長沙人，農(nóng)藝師，主要從事畜牧、水產(chǎn)養(yǎng)殖新技術(shù)的研究與應(yīng)用工作。

連 靜（1974—），女，正高級農(nóng)藝師，主要從事水產(chǎn)養(yǎng)殖新技術(shù)的研究與推廣應(yīng)用、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟管理工作。