結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水產(chǎn)養(yǎng)殖信息化模式摘要本文提出了一種結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的信息化水產(chǎn)養(yǎng)殖方案。根據(jù)水產(chǎn)品養(yǎng)殖的生長環(huán)境要求，并考慮目前信息技術(shù)的能力，對水產(chǎn)品養(yǎng)殖環(huán)節(jié)進行分析，設(shè)計了一個集智能化和信息化為一體的水產(chǎn)養(yǎng)殖方案。為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)未來的發(fā)展提供了一個新的方向。關(guān)鍵詞水產(chǎn)養(yǎng)殖；信息化；互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)1引言我國的水產(chǎn)養(yǎng)殖歷史久遠，從1800年前的的稻田養(yǎng)魚開始，到公元1975年的大規(guī)模海水增和養(yǎng)殖，再到現(xiàn)代的信息化養(yǎng)殖13。中間的技術(shù)發(fā)展可以說是飛速，但是飛速發(fā)展的同時也面臨著更多地挑戰(zhàn)和技術(shù)難點。水產(chǎn)品具有高蛋白、低脂肪、營養(yǎng)平衡性好的特點，成為人們攝取優(yōu)質(zhì)動物性蛋白質(zhì)的主要來源。作為漁業(yè)大國，我國率先完成了由捕撈為主向養(yǎng)殖為主的發(fā)展模式轉(zhuǎn)變水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)已經(jīng)成為我國漁業(yè)的重要組成部分與發(fā)展重點，為農(nóng)民就業(yè)、食品安全、貧困程度的減輕和社會福利等作出了重要貢獻。隨著人類社會向信息化時代的快速邁進，利用現(xiàn)代信息技術(shù)改造我國傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，促進工業(yè)化和信息化在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)領(lǐng)域的縱向擴散與深度融合，探索現(xiàn)代化養(yǎng)殖模式，加大科技進步在漁業(yè)經(jīng)濟發(fā)展中的貢獻率，對于促進漁業(yè)和漁業(yè)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。自20世紀80年代以來，國內(nèi)外學者46已經(jīng)對水產(chǎn)養(yǎng)殖信息化關(guān)鍵技術(shù)、發(fā)展模式、支持政策等進行了大量的研究與示范應用。隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算等先進信息技術(shù)的發(fā)展與應用，水產(chǎn)養(yǎng)殖信息化必將進入新的發(fā)展時代?；诖耍疚膶λa(chǎn)養(yǎng)殖信息化中2個關(guān)鍵技術(shù)信息獲取和信息處理技術(shù)進行系統(tǒng)化的文獻整理與綜述，并提出初步的水產(chǎn)養(yǎng)殖信息化模式，以期為新興的信息技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)領(lǐng)域深入應用提供支持。2水生系統(tǒng)參數(shù)生物系統(tǒng)是一個復雜的整體，彼此之間相互聯(lián)系、相互作用，構(gòu)成一個循環(huán)的生物圈。其中，一般生物系統(tǒng)的主要參數(shù)有光、溫度、濕度（相對濕度）、風速或氣流速度、其他氣體、位移、土壤水分等。但屬于水生系統(tǒng)中的2CO特有參數(shù)有溶解氧、值、電導率、氧化還原位、透明度、氨氮等7,8。下面PH簡單介紹生物系統(tǒng)的部分參數(shù)。21溶解氧溶解氧（）是一切好氧性水生生物生命的必需元素DOISOLVEDXYGN，（如人需要氧氣一樣）。一般魚類對的要求如下才能較DODO3MG/LP或好地生長，時會影響生長，當時魚類則會死亡。飽和溶解3PM1P氧受海拔（氣壓）、水溫、水的鹽度等影響，收集了溶解氧飽和濃度隨溫度的變化情況如下表1所示表1飽和溶解氧濃度隨不同溫度變化表溫度0C飽和濃度DOMG/L飽和系數(shù)01020304014641125908755641100100100100100可以觀察到水中飽和溶解氧的含量其實是很低的，這就增大了人工養(yǎng)殖中的要求。目前，測量溶解氧的方法一般有碘量法（化學滴定法）以及膜電極法（能在線檢測）。22值PH值是一個非常重要的綜合性水質(zhì)參數(shù)，水體中的生物、微生物、生化因子、化學離子的狀況都與值相關(guān)。一般養(yǎng)殖水體要求維持堿性水質(zhì)，值PHPH大小為785合適。值被定義為氫離子活度的負對數(shù)，即PH（1）HPLOGA值得測量的系統(tǒng)一般為玻璃電極。PH23氨氮水質(zhì)中的氨氮以及亞硝態(tài)氮對魚類的危害特別大，濃度應控制在標準以下，其濃度升高會對水生魚類造成巨大的毒害。水中的氮一般分為有機氮和無機氮，有機氮包括蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸和腐殖酸等物質(zhì)中所含的氮，無機氮在水中的幾種主要形式為離子氨氮（）對魚類毒性不大；分子氨氮（4NH）對魚類毒性很大，要求；亞硝態(tài)氮（）毒性3NH025MG/L2NO很大，要求；硝態(tài)氮（）毒性不大，都可以。0MG/L3O150MG/L一般總氨氮產(chǎn)出量約為飼料的。目前，測量氨氮的方法有化學試劑比色法和電極法。化學試劑比色法是現(xiàn)在常用的方法，不能實現(xiàn)在線檢測，但又精度不高的快速檢測方法。電極法的技術(shù)尚未成熟，有研發(fā)的適用產(chǎn)品。雖然沒有成熟的在線檢測方法，但是氨氮、亞硝態(tài)氮這一指標非常重要，是解決水產(chǎn)養(yǎng)殖信息化必不可少的一部分。3水產(chǎn)養(yǎng)殖信息化由上可知，在建立水產(chǎn)養(yǎng)殖信息化的過程中需要考慮上述的水質(zhì)指標，我們在日常養(yǎng)殖過程中需要實時知曉這些重要指標參數(shù)的具體情況以及波動范圍，以期能及時決策，或者預測未來一段時間的水質(zhì)變化，達到提前預防的效果。在科學技術(shù)高速發(fā)展的21世紀，高科技所服務的學科面越來越廣，跨學科技術(shù)交叉是時代發(fā)展的大潮和趨勢。當然，也有很多研究者們將電子信息技術(shù)應用到水產(chǎn)領(lǐng)域馬從國等8就提出了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘溶解氧智能監(jiān)控系統(tǒng)，為規(guī)?；a(chǎn)養(yǎng)殖池塘溶解氧的監(jiān)控提供了一個新的控制思路；楊旭輝等10提出基于ZIGBEE的節(jié)能型水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)；蔣建明等11提出基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能型水產(chǎn)養(yǎng)殖自動控制系統(tǒng)；黃建清等12提出基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)和試驗等。下面將提出一個結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水產(chǎn)養(yǎng)殖信息化方案。31信息化水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)方案設(shè)計互聯(lián)網(wǎng)信息化水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)主要有水質(zhì)監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、視頻監(jiān)測、遠程控制、短信通知等功能，該系統(tǒng)綜合利用電子技術(shù)、傳感器技術(shù)13、計算機與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)14，實現(xiàn)對水產(chǎn)養(yǎng)殖各階段的水溫、值和溶氧量等各項PH基本參數(shù)15進行實時監(jiān)測與預警，一旦發(fā)現(xiàn)問題，能及時自動處理或短信通知相關(guān)人員。通過一些控制措施來調(diào)節(jié)水產(chǎn)養(yǎng)殖的溶解氧、溫度、值和水位等養(yǎng)殖水質(zhì)的環(huán)境因子，同時根據(jù)水產(chǎn)品不同生長階段的需求制定出測控標準，通過對水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的實時檢測，將測得參數(shù)和系統(tǒng)設(shè)定的標準參數(shù)進行比較后自動調(diào)整水產(chǎn)養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境各控制設(shè)備的狀態(tài)，以使各項環(huán)境因子符合既定要求。如圖1所示，本系統(tǒng)將采取分散監(jiān)控、集中操作、分級管理的方法。圖1基于互聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖信息化監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖系統(tǒng)綜合利用互聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)、智能處理技術(shù)及智能控制技術(shù)，集數(shù)據(jù)、圖像實時采集、無線傳輸、智能處理和預測預警信息發(fā)布、輔助決策等功能于一體，實現(xiàn)現(xiàn)場及遠程系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取、報警控制和設(shè)備控制。通過遠程控制輸氧設(shè)備及時補充水中的氧氣，啟動水溫調(diào)節(jié)裝置等，從而實現(xiàn)對水產(chǎn)品生長環(huán)境因子的實時監(jiān)控。依靠無線網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸，將檢測數(shù)據(jù)實時傳送到中央處理系統(tǒng)進行處理，中央處理系統(tǒng)再將分析結(jié)果發(fā)送到控制中心，控制中心則根據(jù)各種信息進行全局事務的控制16。養(yǎng)殖戶可以通過手機或頁面17實WEB時了解養(yǎng)殖池內(nèi)各項參數(shù)和啟閉設(shè)備，真正實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)的信息化、傳感化，使水產(chǎn)品在最適宜的環(huán)境下生長，達到智能、節(jié)能和信息化增產(chǎn)的目的。水產(chǎn)品在養(yǎng)殖過程中的環(huán)境因子如水溫、值、溶氧量等數(shù)據(jù)流，采集進PH入信息采集模塊并做進一步處理后通過網(wǎng)絡(luò)通信模塊傳送到中心控制系統(tǒng)，以形成優(yōu)化控制的策略。然后現(xiàn)場監(jiān)控中心或者遠程控制中心進行智能控制或者下達命令讓現(xiàn)場人員進行人工控制，進而對下一時刻的環(huán)境因子數(shù)據(jù)流進行調(diào)控，此過程為一個閉環(huán)系統(tǒng)。系統(tǒng)運行過程中的數(shù)據(jù)信息流程如圖2所示。養(yǎng)殖水質(zhì)環(huán)境因子信息信息采集模塊網(wǎng)絡(luò)通信模塊PC機監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化策略生成系統(tǒng)現(xiàn)場或遠程控制中心智能控制與人工控制圖2基于互聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖信息化監(jiān)控系統(tǒng)流程操作圖在養(yǎng)殖魚池不定點隨意布置適當?shù)臒o線傳感器節(jié)點群，還有匯聚節(jié)點，通過無線傳感器模塊18,19，把養(yǎng)殖環(huán)境因子信息采集之后傳輸?shù)絽R聚節(jié)點，RFID匯聚節(jié)點將信息轉(zhuǎn)換處理后，上傳到網(wǎng)關(guān)；而標簽主要記錄魚的信息（放RFID養(yǎng)的品種、放養(yǎng)的數(shù)量、放養(yǎng)的時間、投飼量、用藥情況、疾病情況），標簽通過天線把匯總的信息傳輸?shù)介喿x器上，同時在此完成對信息II的分析與處理，然后閱讀器把信息上傳到網(wǎng)關(guān)。RFID網(wǎng)關(guān)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)模塊把信息都上傳到機，機監(jiān)控系統(tǒng)ZIGBEPC對輸入的信息整理入數(shù)據(jù)庫，實時監(jiān)控，與預先設(shè)定的指標相比較，如果超出了指標范圍，就發(fā)出警報，現(xiàn)場控制中心、遠程控制中心（如移動手機等）20都會收到，同時短信通知用戶。在現(xiàn)場中心、遠程控制中心用戶可以根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)顯示的即時養(yǎng)殖環(huán)境數(shù)據(jù)，做出人工決策，機可以智能控制養(yǎng)殖環(huán)境的水溫、溶氧量和水位。PC監(jiān)控系統(tǒng)對所有的數(shù)據(jù)信息進行存儲、分析，可以根據(jù)歷史記錄制定出更恰當?shù)目刂撇呗浴?2信息化水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的前景通過與現(xiàn)有的水產(chǎn)品智能化養(yǎng)殖系統(tǒng)的對比研究，提出了適合水產(chǎn)養(yǎng)殖的基于與無線傳感網(wǎng)絡(luò)的智能信息化控制系統(tǒng)架構(gòu)。該系統(tǒng)架構(gòu)通過應用互RFID聯(lián)網(wǎng)，真正地實現(xiàn)了水產(chǎn)養(yǎng)殖的智能化監(jiān)測與控制，滿足了水產(chǎn)養(yǎng)殖的及時監(jiān)控和自動調(diào)整其生態(tài)環(huán)境的要求，該模式可以廣泛應用于水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)，并可以向其他農(nóng)產(chǎn)品行業(yè)推廣。參考文獻1董雙林中國綜合水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展歷史、原理和分類J中國水產(chǎn)科學，201109，18（5）120212092胡有金，王靖杰，張小栓，傅澤田水產(chǎn)養(yǎng)殖信息化關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀與趨勢J農(nóng)業(yè)機械學報，201507,46（7）2512633黃翔峰，王坤，陳國鑫，陸麗君，劉佳水生動植物組合對水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的凈化能力J水處理技術(shù)，201502,41（2）62664EDWARDSP,PULLINRSV,GARTNERJARESEARCHANDEDUCATIONFORTHEDEVELOPMENTOFINTEGRATEDCROPLIVESTOCKFISHFARMINGSYSTEMSINTHETROPICSCICLARMSTUDREV,1988,165MOFFITTCM,CAJASCANOLBLUEGROWTHTHE2014FAOSTATEOFWORLDFISHERIESANDAQUACULTUREJFISHERIES,2014,39115525536王瑋，陳軍，劉晃，何雅萍中國水產(chǎn)養(yǎng)殖水體凈化技術(shù)的發(fā)展概況J上海海洋大學學報，201001,19（1）41497顏波，石平基于物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化監(jiān)控系統(tǒng)J農(nóng)業(yè)機械學報，201401,45（1）2592658LIZHAODONG,CUIGUOXIAN,SHENGCHANG,ETALDEVELOPMENTANDPERSPECTIVEOFAGRICULTURALEXPERTSYSTEMJAGRICULTURENETWORKINFORMATION,20092489馬從國，趙德安，王建國，陳亞娟，李亞洲基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘溶解氧智能監(jiān)控系統(tǒng)J農(nóng)業(yè)工程學報，201504,31（7）19320010楊旭輝，周慶國，韓根亮，鄭礡，張紅霞，卜世杰，徐武德基于ZIGBEE的節(jié)能型水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)測系統(tǒng)J農(nóng)業(yè)工程學報，201509，31（17）18319011蔣建明，史國棟，李正明，史兵，宦娟基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能型水產(chǎn)養(yǎng)殖自動控制系統(tǒng)J農(nóng)業(yè)工程學報，201307,29（13）16617412黃建清，王衛(wèi)星，姜晟，孫道宗，歐國成，盧康櫸基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)與試驗J農(nóng)業(yè)工程學報，201302,29（4）18319013TAIHJ,LIUSY,LIDL,ETALAMULTIENVIRONMENTALFACTORMONITORINGSYSTEMFORAQUICULTUREBASEDONWIRELESSSENSORNETWORKSJSENSORLETTERS,2012,10126527014ZHAODS,HUXMINTELLIGENTCONTROLLINGSYSTEMOFAQUICULTUREENVIRONMENTJCOMPUTERANDCOMPUTINGTECHNOLOGIESINAGRICULTUREIIIIFIPCCTA2009,2009,22523115KAUSHIKSNUTRITIONANDFEEDINGOFFISHUPCOMINGDEVELOPMENTSJCAHIERSAGRICULTURE,2009HENGJIANG,GUOKUNXIAO,WEIXINGWANG,ETALDESIGNOFWIRELESSSENSORNODEFORDROUGHTMONITORINGINTEAPLANTATIONCINTERNATIONALCONFERENCEONELECTRICINFORMATIONANDCONTROLENGINEERING,201132833217WILLIGAWIRELESSSENSORNETWORKSCONCEPT,CHALLENGESANDAPPROACHESJELEKTROTECHNIKANDINFORMATIONSTECHNIK,2006622423118