農業物聯網在水產養殖的應用

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摘要:農業物聯網是智慧農業和綠色農業的核心組成部分之一。水產養殖智能物聯網集在線采集、智能組網、無線傳輸、智能分析、預警、決策支持、遠程控制等功能于一體，主要由傳感、遙測、傳輸、控制、終端、預警等子系統組成，可以有效提高水產養殖的生產效率、資源利用率和產品競爭力，符合綠色、集約、高效、安全的現代農業發展方向。

關鍵詞:水產養殖;智慧農業;綠色農業;農業物聯網;智能管理

1系統組成

1.1系統概述

物聯網是互聯網的延伸和擴展，目的是對物理系統進行智能化管理和控制，提高生產效率和資源利用率。隨著世界物聯網技術和信息技術不斷發展、現代農業自動化需求的不斷增長，農業物聯網在遙測感知、數據傳輸、智能處理、應用服務等領域取得重要突破，使智慧養殖成為可能。水產養殖智能物聯網系統面向集約、高產、有效、生態、安全的發展需求，集水質環境參數在線采集、智能組網、無線傳輸、智能分析、預警信息、決策支持、遠程自動控制等功能于一體，主要由傳感器子系統、傳輸子系統、控制子系統、軟件監控平臺等組成［2］。

1.2系統成分

1.2.1傳感子系統

傳感器子系統由服務器、遠程數據采集器(RTU)、PC終端、網關、傳感器、基站、手機終端等組成，可以實時監測水質的各項信息(光照、水溫、pH值、溶解氧、氨氮含量、亞硝酸鹽含量等)。RTU采集各監測站位的目標數據后，完成組網、暫存、傳輸、中轉等一系列任務。根據距離的不同，RTU可以通過GPRS或Radio2種方式傳輸，遙測數采之間可以自組網，承擔數據采集、緩存、傳輸、中繼的任務，增加有效傳輸距離［3］。用戶終端為手機或PC機，可以不限時間、不限地點登錄服務器，隨時了解、統計、處理、分析數據。最新的濁度數字傳感器支持MODBUS串行通信，采用散射光原理，抗干擾能力強;采用光纖技術進行可重復的檢測，不受環境光線和色度影響，可以有效消除氣泡、懸浮物等對測量結果造成的偏差。溶解氧傳感器內置溫度傳感器，自動溫度補償;無需消耗氧，不受流速和硫化物等化學物質干擾;無需電解液，不會凝華;反應快速，測量精準;免于維護，適用周期較長，使用成本更低［3］。pH值傳感器配有快速電纜接頭，具有防水功能、超長使用壽命和多種安裝方式;抗化學腐蝕能力強，整體密封，在有毒離子水溶液中性能良好。

1.2.2遙測子系統

軟件平臺具有展示實時數據的功能，以滿足生產單位大屏幕信息顯示的需求。分布式監控子系統通過IP網絡和監控中心軟件進行連接和數據交互。在大型應用場景中，可以組建二級監控分中心，將現場微環境測控器與監控分中心連接，多個監控分中心再與總監控中心軟件進行連接和交互。這種智能監控平臺具有多路輸入輸出、以太網接口和通訊串口，便于與其他儀器設備集成使用。

1.2.3傳輸子系統

提供有線(RS232/RS485)、無線(GPRS/GSM/ZIGBEE)、北斗衛星傳輸等多種方式，支持web瀏覽和配置，同時支持TCP、SNMP等接口方式，通過IP網絡與中心軟件交互通訊，方便使用和管理［3］。

1.2.4控制子系統

根據傳感器采集的環境因子數據，設置相關的發生條件后，可以對增氧機、水泵、電磁閥、風機等設備進行聯動開啟和關閉，實現遠程自動化控制。以增氧機控制器為例，用戶能夠根據水質參數和現場視頻，通過手機APP進行遠程啟停。

1.2.5終端子系統

終端子系統為用品提供多種選擇，包括移動應用APP(Andriod、IOS)、標準電商平臺、微商城、小程序、中小企業全渠道電子商務云平臺(Saas模式、B2B＆B2C模式等)、區塊鏈溯源及農業物聯網綜合解決方案等［4］。PC端采用統一的實時在線人機界面、靈活方便的操作方式。

1.2.6預警子系統

針對相關監測指標，以及基于一級監測指標計算的二級指標，進行條件設置，當一項或多項指標達到閾值時，系統發出警報，以短信、微信、電子郵件、網絡電話等形式通報目標人群［4］。從業者可及時采取預防應對措施，減少水產養殖災害損失。

2系統功能

2.1光照監控

光照時間長短、強弱決定著魚類的繁殖周期、生長狀況和生產品質。輸入相關模型和算法，光照系統可以自動計算養殖水體中魚類需要的光照強度，決定天窗的開閉。

2.2溫度監控

溫度是水產養殖中的重要環境參數之一，包括進水口溫度、池內溫度、養殖區域空氣溫度等。智慧物聯網系統全天候監測養殖水體溫度，當溫度高于或低于設定區間時，系統將現場的情況通過短信發到用戶手機上，監控界面彈出報警信息。用戶可通過遠程設置，自動開啟水溫控制設備，當水溫恢復正常值時，系統自動關閉。

2.3溶解氧監控

溶解氧含量與水生動物食量、餌料利用率、生長發育速率等密切相關，當水中溶解氧濃度降低時，智慧物聯網系統自動打開增氧泵，保證水生動物必需的溶解氧含量。2.4pH值監控過低的pH值使水體呈酸性狀態，極易引發魚類病變(如魚鰓病變等)。同時會造成溶解氧利用率降低，水中有害微生物大量繁殖，影響魚類健康。當pH值傳感器探測到水體pH值超過正常范圍時，自動開啟進水口閥門，進行換水。

2.5氨氮含量監控

養殖池塘中的氨氮來源于水生動物排泄物、餌料、肥料、底泥等。當水體中的氨氮濃度過高時，幾乎所有水生動物的生長、發育、繁殖都會受到影響，嚴重時可能造成魚類、貝類、甲殼類等大范圍死亡，使漁業生產產生重大損失。根據氨氮傳感器的實時監測數據，及時對養殖水體進行清潔或換水。

3智慧物聯網的發展方向

在現代農業物聯網的發展中，大量運用新原理、新技術、新材料，突出移動性、微型化、多樣化，注重應用性、標準化、產業化。納米傳感器不僅能促進農作物生長，還能大大延長包裝食品的保存時間，幫助滿足世界人口快速增長對糧食的迫切需求。美國普渡大學研制的新型生物傳感器能夠檢測最低濃度達0.3μmoL的葡萄糖，且不需要昂貴的成本投入和復雜的生產程序，有望用于農產品中葡萄糖含量的精確測定。納米科學領域涌現的新發現、新技術，不斷應用于包裝行業，研發防止氧氣侵入、微生物污染的新型飲料或食品容器。美國科羅拉多大學研制出類似夾式耳環的智能微芯片，置于農作物葉片上，當植物需水時，向農戶的手機發送信息。采用此法可以省水省力省時，灌溉用水減少10%～40%，每個用戶每年節省數千美元。農業大數據、農業物聯網等農業市場創新商業模式持續涌現，大大降低信息搜索、經營管理的成本［5］。創新型的經營主體將進一步得到發展，相關產業的聯合和鏈接將更加緊密，農業核心資源的配置和利用將更加高效。第一產業與第二、第三產業交叉滲透、融合發展，進一步提升農業競爭力。

4結語

現代物聯網是農業現代化和智能化水平最重要的標志之一，將有效改變傳統的農業生產和經營模式，向以軟件和信息為中心、大量運用自動化、遠程化設備的方向發展。智慧農業將生產活動、產品流通、追蹤溯源與生態保護融為一體，將顯著提高農業環境質量，推動精準、綠色、優質、高效農業，確保“舌尖上的安全”，盡快形成信息資源共享、生產環境穩定、監控網絡健全、可持續發展的現代農業新格局。

參考文獻

［1］羅彥婷，陸俊百．淺談智慧農業的內涵與發展路徑［J］．農業與技術，2017，37(11):148－149．

［2］李卓然．基于嵌入式Linux的水產養殖物聯網監測系統設計［J］．農機化研究，2019，41(11):229－233．

［3］徐連偉．物聯網技術在我國水產養殖上的應用發展對策［J］．農業與技術，2018，38(23):117－118．

作者：孫剛 房巖 金丹丹 陳野夫 王雪純 吳蘇歡 杜娟 劉聰 王薇 單位：三明學院 長春師范大學 國藥中生長春生物制品研究所有限責任公司