水產養(yǎng)殖行業(yè)中物聯(lián)網技術的應用

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摘要：物聯(lián)網技術在我國水產養(yǎng)殖中起到了非常重要的作用，它通過傳感器技術、通信技術等多種技術結合實現(xiàn)遠程監(jiān)測和管控。本文分析了物聯(lián)網技術在我國水產養(yǎng)殖業(yè)中的應用和存在的問題，并為水產養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展提出了合理性建議，以期提高經濟效益和生態(tài)效益。

關鍵詞：物聯(lián)網技術；水產養(yǎng)殖；發(fā)展現(xiàn)狀；問題；建議

《世界漁業(yè)和水產養(yǎng)殖狀況》顯示，到2030年，魚類總產量將增至2.04億t，較2018年增長15%，水產養(yǎng)殖的份額也將較目前的46%有所增長。同時，我國水產養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，養(yǎng)殖產量一直處于世界領先地位，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)境污染嚴重等問題；并過于依賴人為經驗來調節(jié)水質環(huán)境，造成生產力低下，環(huán)境管控科學化低，水產品產量和質量均較低?！褒垷o云不行，魚無水不生”。水質影響著水生動物的生長狀況，其中主要是水中的溶解氧、pH值和鹽度起到關鍵作用。物聯(lián)網技術在近幾年飛速發(fā)展，為使水產養(yǎng)殖業(yè)管理更加簡約化、科學化，達到解放生產力、創(chuàng)造更好的經濟效益的目的，應將信息技術和物聯(lián)網技術應用于水產養(yǎng)殖行業(yè)。

1物聯(lián)網的概述

物聯(lián)網（InternetofThings）主要依靠互聯(lián)網，通過各式各樣的傳感器采集數(shù)據(jù)，根據(jù)各種通信技術和協(xié)議達到聯(lián)網的目的，準確地將信息傳輸?shù)皆破脚_進行存儲、分析，滿足用戶足不出戶就能調控水質環(huán)境的需求，物聯(lián)網相關技術包括射頻技術、ZigBee技術、WiFi技術等。采用適當?shù)男畔踩Ｕ蠙C制，提供安全可控乃至個性化的實時在線監(jiān)測、定位追溯、報警聯(lián)動、調度指揮、遠程控制、安全防范、遠程維保等管理和服務功能，實現(xiàn)“萬物互聯(lián)”。

2國內外物聯(lián)網在水產養(yǎng)殖業(yè)的應用現(xiàn)狀

在水質監(jiān)測方面，目前國內外均已達到多參數(shù)實時監(jiān)測，同時當數(shù)據(jù)超出閾值時，以短信的方式將預警信息發(fā)送到用戶。張國強等[1]設計了一種養(yǎng)殖水質監(jiān)測系統(tǒng)，主要對水質的溫度和pH值進行實時無線動態(tài)監(jiān)測。楊英等[2]設計了一款以LoRa為基礎的超遠距離低功耗的水質監(jiān)控系統(tǒng)，主要結合GPRS、4G、云計算技術、App等對水質各項參數(shù)進行實時監(jiān)控和預警。Khalid等[3]設計了一種基于霧計算的循環(huán)水產養(yǎng)殖系統(tǒng)。在設備控制方面，目前國內外已經研發(fā)出將控制系統(tǒng)與監(jiān)測系統(tǒng)相結合，采用合適的控制策略精準調控設備運行，降低功耗。熊宗成等[4]設計了基于NB-IoT水產養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，主要通過NB-IoT通信技術進行底層與上位機的通信，傳感器檢測水質參數(shù)，電機驅動模塊運行閾值驅動設備改善水質。Ullah等[5]設計了一套智能水泵控制方案，主要通過選擇適當?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)網技術在水產養(yǎng)殖中的應用

3.1在環(huán)境調控中的應用

在水產養(yǎng)殖業(yè)中，魚類生長情況與水質情況有著密切的聯(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變化，對水質的改善也完全根據(jù)以往的養(yǎng)殖經驗來進行調節(jié)，這便造成了生產效率低下、勞動成本增加和環(huán)境污染。將物聯(lián)網技術引入水產養(yǎng)殖環(huán)境調控中，主要分為感知層、網絡層和應用層3個部分。感知層的主要作用是通過物聯(lián)網技術中的感知設備（溫度傳感器、溶解氧傳感器、pH值傳感器等）對水質的溫度、溶氧量、pH值等參數(shù)進行實時監(jiān)測。網絡層的主要作用是將采集到的環(huán)境參數(shù)經匯聚節(jié)點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)分析主要在應用層中進行，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)行機構下放指令，自動指揮執(zhí)行機構運行。

3.2在水產品溯源中的應用

近年來，食品安全受到了社會的極大關注，將物聯(lián)網技術應用到水產品溯源中，可將數(shù)據(jù)庫綜合信息管理與物聯(lián)網技術進一步聯(lián)系，利用RFID技術建立生產數(shù)據(jù)庫，實時存儲生產過程中相應節(jié)點的溯源信息[6]，將水產品的產、作、售和運等四方面進行全方位監(jiān)控，實現(xiàn)水產品全生命周期的信息管理，使水產品安全管理更趨于精細化。

4物聯(lián)網技術在水產養(yǎng)殖應用中存在的問題

4.1技術層面

任何行業(yè)都需要統(tǒng)一的標準。物聯(lián)網目前沒有統(tǒng)一的技術標準，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)網的發(fā)展。物聯(lián)網技術主要包括傳感、射頻識別、通信網絡等技術，其中傳感技術和射頻技術為核心內容，由于國外物聯(lián)網技術起步較早，我國90%的射頻技術芯片依賴國外進口，缺乏芯片自主知識產權，造成了我國物聯(lián)網發(fā)展一直處于壓制狀態(tài)。安全和隱私性問題也是物聯(lián)網發(fā)展的主要限制因素，因為RFID當初的設計是完全開放的，所以信息安全機制存在嚴重缺陷；對RFID標簽加密會使標簽成本增加。云服務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的應用程序載入內存中的數(shù)據(jù)。同時制約我國物聯(lián)網發(fā)展的還有產業(yè)鏈發(fā)展不均衡、產業(yè)鏈薄弱、業(yè)務運行不成熟等因素。此類問題的存在，使我國物聯(lián)網研發(fā)存在大量的成本浪費和難度。

4.2水產養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的自身問題

雖然現(xiàn)在的水產養(yǎng)殖業(yè)慢慢向規(guī)?；?、精準化的方向發(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)網產業(yè)鏈發(fā)展不完全，如果完全轉型包括后期的維護，需要大量資金支持，這給一些小型水產養(yǎng)殖企業(yè)帶來很大的困難。二是許多養(yǎng)殖區(qū)處于偏遠地帶，網絡覆蓋面不全，阻礙了物聯(lián)網技術在水產養(yǎng)殖中的發(fā)展。三是水產養(yǎng)殖行業(yè)在勞動力資源方面存在不足，水產養(yǎng)殖業(yè)需要依靠人力資源進行生產、管理、銷售等，但由于工作環(huán)境惡劣、工資較低、社會評價不高等因素的影響，造成從事此行業(yè)的人員很少。四是水產養(yǎng)殖業(yè)專業(yè)技術人才較少，現(xiàn)有養(yǎng)殖人員難以達到信息化、精準化養(yǎng)殖的要求。

5水產養(yǎng)殖發(fā)展建議

5.1快速出臺行業(yè)標準

由于物聯(lián)網產業(yè)是新興產業(yè)，標準化、制度化混亂是影響行業(yè)發(fā)展的重要因素，國家應該盡快出臺行業(yè)標準，全面建立水產養(yǎng)殖物聯(lián)網技術體系，使水產養(yǎng)殖業(yè)得到標準化、專業(yè)化的規(guī)范管理。同時針對我國水產養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，農業(yè)相關部門要與各地企業(yè)積極溝通，合理打造標準化、現(xiàn)代化的物聯(lián)網管理體系。

5.2技術研發(fā)的快速跟進

各地政府、企業(yè)要緊跟行業(yè)發(fā)展方向，投入資金成立相關項目，組建研發(fā)團隊。加快技術研發(fā)，突破行業(yè)瓶頸，重點在于掌握核心技術，以科技創(chuàng)新為抓手，推進漁業(yè)轉方式、調結構。在新品種培育、魚病防治、水產疫苗研發(fā)和推廣、生態(tài)健康養(yǎng)殖技術、漁業(yè)節(jié)能減排、漁業(yè)信息化、低成本、高精度傳感器等領域實現(xiàn)新的技術突破，形成研發(fā)中心、企業(yè)的相互合作，加強協(xié)同攻關。

5.3加快相關政策的出臺

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

5.4加強行業(yè)宣傳和培訓力度

基于行業(yè)現(xiàn)狀，政府可以組建專業(yè)團隊，從專業(yè)特色、經濟效益和應用前景等3個方面宣傳水產養(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)網相關技術并實地指導，提高養(yǎng)殖戶的技術能力[8]。

6結語

水產養(yǎng)殖業(yè)由粗放型傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式向精準化、科學化、信息化發(fā)展的趨勢已經勢不可擋，物聯(lián)網技術又在其中起到了不可或缺的作用，物聯(lián)網技術可以進一步提高水產養(yǎng)殖業(yè)的生產效率、經濟效益和生態(tài)效益。但該技術還不成熟，需要加強核心技術的研發(fā)，加強養(yǎng)殖戶培訓力度，從而促進整個水產養(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：塔里木大學信息工程學院