水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

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摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我國水產(chǎn)養(yǎng)殖中起到了非常重要的作用，它通過傳感器技術(shù)、通信技術(shù)等多種技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測和管控。本文分析了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用和存在的問題，并為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展提出了合理性建議，以期提高經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；水產(chǎn)養(yǎng)殖；發(fā)展現(xiàn)狀；問題；建議

《世界漁業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖狀況》顯示，到2030年，魚類總產(chǎn)量將增至2.04億t，較2018年增長15%，水產(chǎn)養(yǎng)殖的份額也將較目前的46%有所增長。同時，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，養(yǎng)殖產(chǎn)量一直處于世界領(lǐng)先地位，但我國傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)仍占很大比重。傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)存在養(yǎng)殖密度高、魚病頻發(fā)、藥物濫用、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題；并過于依賴人為經(jīng)驗(yàn)來調(diào)節(jié)水質(zhì)環(huán)境，造成生產(chǎn)力低下，環(huán)境管控科學(xué)化低，水產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量均較低?！褒垷o云不行，魚無水不生”。水質(zhì)影響著水生動物的生長狀況，其中主要是水中的溶解氧、pH值和鹽度起到關(guān)鍵作用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在近幾年飛速發(fā)展，為使水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)管理更加簡約化、科學(xué)化，達(dá)到解放生產(chǎn)力、創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益的目的，應(yīng)將信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)。

1物聯(lián)網(wǎng)的概述

物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings）主要依靠互聯(lián)網(wǎng)，通過各式各樣的傳感器采集數(shù)據(jù)，根據(jù)各種通信技術(shù)和協(xié)議達(dá)到聯(lián)網(wǎng)的目的，準(zhǔn)確地將信息傳輸?shù)皆破脚_進(jìn)行存儲、分析，滿足用戶足不出戶就能調(diào)控水質(zhì)環(huán)境的需求，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)包括射頻技術(shù)、ZigBee技術(shù)、WiFi技術(shù)等。采用適當(dāng)?shù)男畔踩Ｕ蠙C(jī)制，提供安全可控乃至個性化的實(shí)時在線監(jiān)測、定位追溯、報(bào)警聯(lián)動、調(diào)度指揮、遠(yuǎn)程控制、安全防范、遠(yuǎn)程維保等管理和服務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)“萬物互聯(lián)”。

2國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀

在水質(zhì)監(jiān)測方面，目前國內(nèi)外均已達(dá)到多參數(shù)實(shí)時監(jiān)測，同時當(dāng)數(shù)據(jù)超出閾值時，以短信的方式將預(yù)警信息發(fā)送到用戶。張國強(qiáng)等[1]設(shè)計(jì)了一種養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，主要對水質(zhì)的溫度和pH值進(jìn)行實(shí)時無線動態(tài)監(jiān)測。楊英等[2]設(shè)計(jì)了一款以LoRa為基礎(chǔ)的超遠(yuǎn)距離低功耗的水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)，主要結(jié)合GPRS、4G、云計(jì)算技術(shù)、App等對水質(zhì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和預(yù)警。Khalid等[3]設(shè)計(jì)了一種基于霧計(jì)算的循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)。在設(shè)備控制方面，目前國內(nèi)外已經(jīng)研發(fā)出將控制系統(tǒng)與監(jiān)測系統(tǒng)相結(jié)合，采用合適的控制策略精準(zhǔn)調(diào)控設(shè)備運(yùn)行，降低功耗。熊宗成等[4]設(shè)計(jì)了基于NB-IoT水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，主要通過NB-IoT通信技術(shù)進(jìn)行底層與上位機(jī)的通信，傳感器檢測水質(zhì)參數(shù)，電機(jī)驅(qū)動模塊運(yùn)行閾值驅(qū)動設(shè)備改善水質(zhì)。Ullah等[5]設(shè)計(jì)了一套智能水泵控制方案，主要通過選擇適當(dāng)?shù)某樗髁亢凸嘌b水位，保持理想的養(yǎng)魚場水位，并采用卡爾曼濾波算法消除傳感器讀數(shù)中的誤差。

3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用

3.1在環(huán)境調(diào)控中的應(yīng)用

在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中，魚類生長情況與水質(zhì)情況有著密切的聯(lián)系。傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)通過人為觀察魚類生長狀況來判定水質(zhì)變化，對水質(zhì)的改善也完全根據(jù)以往的養(yǎng)殖經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行調(diào)節(jié)，這便造成了生產(chǎn)效率低下、勞動成本增加和環(huán)境污染。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境調(diào)控中，主要分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層3個部分。感知層的主要作用是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的感知設(shè)備（溫度傳感器、溶解氧傳感器、pH值傳感器等）對水質(zhì)的溫度、溶氧量、pH值等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。網(wǎng)絡(luò)層的主要作用是將采集到的環(huán)境參數(shù)經(jīng)匯聚節(jié)點(diǎn)采用合適的無線通信方式將數(shù)據(jù)上傳至云平臺和移動端。數(shù)據(jù)分析主要在應(yīng)用層中進(jìn)行，得到合適的控制策略，然后根據(jù)數(shù)據(jù)的變化來對執(zhí)行機(jī)構(gòu)下放指令，自動指揮執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行。

3.2在水產(chǎn)品溯源中的應(yīng)用

近年來，食品安全受到了社會的極大關(guān)注，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到水產(chǎn)品溯源中，可將數(shù)據(jù)庫綜合信息管理與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)一步聯(lián)系，利用RFID技術(shù)建立生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，實(shí)時存儲生產(chǎn)過程中相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的溯源信息[6]，將水產(chǎn)品的產(chǎn)、作、售和運(yùn)等四方面進(jìn)行全方位監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)品全生命周期的信息管理，使水產(chǎn)品安全管理更趨于精細(xì)化。

4物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖應(yīng)用中存在的問題

4.1技術(shù)層面

任何行業(yè)都需要統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。物聯(lián)網(wǎng)目前沒有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這就造成了該行業(yè)各企業(yè)各自為政的弊端，制約了我國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要包括傳感、射頻識別、通信網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，其中傳感技術(shù)和射頻技術(shù)為核心內(nèi)容，由于國外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)起步較早，我國90%的射頻技術(shù)芯片依賴國外進(jìn)口，缺乏芯片自主知識產(chǎn)權(quán)，造成了我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展一直處于壓制狀態(tài)。安全和隱私性問題也是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主要限制因素，因?yàn)镽FID當(dāng)初的設(shè)計(jì)是完全開放的，所以信息安全機(jī)制存在嚴(yán)重缺陷；對RFID標(biāo)簽加密會使標(biāo)簽成本增加。云服務(wù)的透明度也是安全隱患，黑客正是通過操作系統(tǒng)的漏洞來攻擊它所服務(wù)的應(yīng)用程序載入內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。同時制約我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的還有產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不均衡、產(chǎn)業(yè)鏈薄弱、業(yè)務(wù)運(yùn)行不成熟等因素。此類問題的存在，使我國物聯(lián)網(wǎng)研發(fā)存在大量的成本浪費(fèi)和難度。

4.2水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的自身問題

雖然現(xiàn)在的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)慢慢向規(guī)?；?、精準(zhǔn)化的方向發(fā)展[2]，但大部分仍采用傳統(tǒng)粗放式的養(yǎng)殖方式。一是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不完全，如果完全轉(zhuǎn)型包括后期的維護(hù)，需要大量資金支持，這給一些小型水產(chǎn)養(yǎng)殖企業(yè)帶來很大的困難。二是許多養(yǎng)殖區(qū)處于偏遠(yuǎn)地帶，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面不全，阻礙了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的發(fā)展。三是水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)在勞動力資源方面存在不足，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)需要依靠人力資源進(jìn)行生產(chǎn)、管理、銷售等，但由于工作環(huán)境惡劣、工資較低、社會評價(jià)不高等因素的影響，造成從事此行業(yè)的人員很少。四是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)專業(yè)技術(shù)人才較少，現(xiàn)有養(yǎng)殖人員難以達(dá)到信息化、精準(zhǔn)化養(yǎng)殖的要求。

5水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展建議

5.1快速出臺行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

由于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)是新興產(chǎn)業(yè)，標(biāo)準(zhǔn)化、制度化混亂是影響行業(yè)發(fā)展的重要因素，國家應(yīng)該盡快出臺行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，全面建立水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系，使水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)得到標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化的規(guī)范管理。同時針對我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，農(nóng)業(yè)相關(guān)部門要與各地企業(yè)積極溝通，合理打造標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)代化的物聯(lián)網(wǎng)管理體系。

5.2技術(shù)研發(fā)的快速跟進(jìn)

各地政府、企業(yè)要緊跟行業(yè)發(fā)展方向，投入資金成立相關(guān)項(xiàng)目，組建研發(fā)團(tuán)隊(duì)。加快技術(shù)研發(fā)，突破行業(yè)瓶頸，重點(diǎn)在于掌握核心技術(shù)，以科技創(chuàng)新為抓手，推進(jìn)漁業(yè)轉(zhuǎn)方式、調(diào)結(jié)構(gòu)。在新品種培育、魚病防治、水產(chǎn)疫苗研發(fā)和推廣、生態(tài)健康養(yǎng)殖技術(shù)、漁業(yè)節(jié)能減排、漁業(yè)信息化、低成本、高精度傳感器等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新的技術(shù)突破，形成研發(fā)中心、企業(yè)的相互合作，加強(qiáng)協(xié)同攻關(guān)。

5.3加快相關(guān)政策的出臺

由于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)由傳統(tǒng)型向精準(zhǔn)化、信息化過渡，應(yīng)用成本高，養(yǎng)殖戶可操控資金有限，為促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)盡快應(yīng)用到水產(chǎn)業(yè)中，政府可盡快制定、出臺有利于養(yǎng)殖戶發(fā)展信息化水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的資金扶持政策[7]。

5.4加強(qiáng)行業(yè)宣傳和培訓(xùn)力度

基于行業(yè)現(xiàn)狀，政府可以組建專業(yè)團(tuán)隊(duì)，從專業(yè)特色、經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景等3個方面宣傳水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)的優(yōu)勢，使養(yǎng)殖戶跳出固有思維模式。同時為養(yǎng)殖戶講解物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)并實(shí)地指導(dǎo)，提高養(yǎng)殖戶的技術(shù)能力[8]。

6結(jié)語

水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)由粗放型傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式向精準(zhǔn)化、科學(xué)化、信息化發(fā)展的趨勢已經(jīng)勢不可擋，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)又在其中起到了不可或缺的作用，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以進(jìn)一步提高水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。但該技術(shù)還不成熟，需要加強(qiáng)核心技術(shù)的研發(fā)，加強(qiáng)養(yǎng)殖戶培訓(xùn)力度，從而促進(jìn)整個水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)的蓬勃發(fā)展。

作者：朱家瑋 孟洪兵 米合日阿依·阿卜力克木 楊廣召 王家碩 雍飛 單位：塔里木大學(xué)信息工程學(xué)院