農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在水產(chǎn)養(yǎng)殖的應(yīng)用

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摘要:農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是智慧農(nóng)業(yè)和綠色農(nóng)業(yè)的核心組成部分之一。水產(chǎn)養(yǎng)殖智能物聯(lián)網(wǎng)集在線采集、智能組網(wǎng)、無線傳輸、智能分析、預(yù)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(yù)警等子系統(tǒng)組成，可以有效提高水產(chǎn)養(yǎng)殖的生產(chǎn)效率、資源利用率和產(chǎn)品競爭力，符合綠色、集約、高效、安全的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞:水產(chǎn)養(yǎng)殖;智慧農(nóng)業(yè);綠色農(nóng)業(yè);農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng);智能管理

1系統(tǒng)組成

1.1系統(tǒng)概述

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴展，目的是對物理系統(tǒng)進行智能化管理和控制，提高生產(chǎn)效率和資源利用率。隨著世界物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息技術(shù)不斷發(fā)展、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)自動化需求的不斷增長，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在遙測感知、數(shù)據(jù)傳輸、智能處理、應(yīng)用服務(wù)等領(lǐng)域取得重要突破，使智慧養(yǎng)殖成為可能。水產(chǎn)養(yǎng)殖智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)面向集約、高產(chǎn)、有效、生態(tài)、安全的發(fā)展需求，集水質(zhì)環(huán)境參數(shù)在線采集、智能組網(wǎng)、無線傳輸、智能分析、預(yù)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(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)、軟件監(jiān)控平臺等組成［2］。

1.2系統(tǒng)成分

1.2.1傳感子系統(tǒng)

傳感器子系統(tǒng)由服務(wù)器、遠程數(shù)據(jù)采集器(RTU)、PC終端、網(wǎng)關(guān)、傳感器、基站、手機終端等組成，可以實時監(jiān)測水質(zhì)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(jiān)測站位的目標數(shù)據(jù)后，完成組網(wǎng)、暫存、傳輸、中轉(zhuǎn)等一系列任務(wù)。根據(jù)距離的不同，RTU可以通過GPRS或Radio2種方式傳輸，遙測數(shù)采之間可以自組網(wǎng)，承擔數(shù)據(jù)采集、緩存、傳輸、中繼的任務(wù)，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(wù)器，隨時了解、統(tǒng)計、處理、分析數(shù)據(jù)。最新的濁度數(shù)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(shù)進行可重復(fù)的檢測，不受環(huán)境光線和色度影響，可以有效消除氣泡、懸浮物等對測量結(jié)果造成的偏差。溶解氧傳感器內(nèi)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(xué)物質(zhì)干擾;無需電解液，不會凝華;反應(yīng)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(xué)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(tǒng)

軟件平臺具有展示實時數(shù)據(jù)的功能，以滿足生產(chǎn)單位大屏幕信息顯示的需求。分布式監(jiān)控子系統(tǒng)通過IP網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心軟件進行連接和數(shù)據(jù)交互。在大型應(yīng)用場景中，可以組建二級監(jiān)控分中心，將現(xiàn)場微環(huán)境測控器與監(jiān)控分中心連接，多個監(jiān)控分中心再與總監(jiān)控中心軟件進行連接和交互。這種智能監(jiān)控平臺具有多路輸入輸出、以太網(wǎng)接口和通訊串口，便于與其他儀器設(shè)備集成使用。

1.2.3傳輸子系統(tǒng)

提供有線(RS232/RS485)、無線(GPRS/GSM/ZIGBEE)、北斗衛(wèi)星傳輸?shù)榷喾N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(wǎng)絡(luò)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(tǒng)

根據(jù)傳感器采集的環(huán)境因子數(shù)據(jù)，設(shè)置相關(guān)的發(fā)生條件后，可以對增氧機、水泵、電磁閥、風機等設(shè)備進行聯(lián)動開啟和關(guān)閉，實現(xiàn)遠程自動化控制。以增氧機控制器為例，用戶能夠根據(jù)水質(zhì)參數(shù)和現(xiàn)場視頻，通過手機APP進行遠程啟停。

1.2.5終端子系統(tǒng)

終端子系統(tǒng)為用品提供多種選擇，包括移動應(yīng)用APP(Andriod、IOS)、標準電商平臺、微商城、小程序、中小企業(yè)全渠道電子商務(wù)云平臺(Saas模式、B2B＆B2C模式等)、區(qū)塊鏈溯源及農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)綜合解決方案等［4］。PC端采用統(tǒng)一的實時在線人機界面、靈活方便的操作方式。

1.2.6預(yù)警子系統(tǒng)

針對相關(guān)監(jiān)測指標，以及基于一級監(jiān)測指標計算的二級指標，進行條件設(shè)置，當一項或多項指標達到閾值時，系統(tǒng)發(fā)出警報，以短信、微信、電子郵件、網(wǎng)絡(luò)電話等形式通報目標人群［4］。從業(yè)者可及時采取預(yù)防應(yīng)對措施，減少水產(chǎn)養(yǎng)殖災(zāi)害損失。

2系統(tǒng)功能

2.1光照監(jiān)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(chǎn)品質(zhì)。輸入相關(guān)模型和算法，光照系統(tǒng)可以自動計算養(yǎng)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(jiān)控

溫度是水產(chǎn)養(yǎng)殖中的重要環(huán)境參數(shù)之一，包括進水口溫度、池內(nèi)溫度、養(yǎng)殖區(qū)域空氣溫度等。智慧物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)全天候監(jiān)測養(yǎng)殖水體溫度，當溫度高于或低于設(shè)定區(qū)間時，系統(tǒng)將現(xiàn)場的情況通過短信發(fā)到用戶手機上，監(jiān)控界面彈出報警信息。用戶可通過遠程設(shè)置，自動開啟水溫控制設(shè)備，當水溫恢復(fù)正常值時，系統(tǒng)自動關(guān)閉。

2.3溶解氧監(jiān)控

溶解氧含量與水生動物食量、餌料利用率、生長發(fā)育速率等密切相關(guān)，當水中溶解氧濃度降低時，智慧物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)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(jiān)控過低的pH值使水體呈酸性狀態(tài)，極易引發(fā)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(jiān)控

養(yǎng)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(fā)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?jié)O業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生重大損失。根據(jù)氨氮傳感器的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時對養(yǎng)殖水體進行清潔或換水。

3智慧物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中，大量運用新原理、新技術(shù)、新材料，突出移動性、微型化、多樣化，注重應(yīng)用性、標準化、產(chǎn)業(yè)化。納米傳感器不僅能促進農(nóng)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(xué)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(fù)雜的生產(chǎn)程序，有望用于農(nóng)產(chǎn)品中葡萄糖含量的精確測定。納米科學(xué)領(lǐng)域涌現(xiàn)的新發(fā)現(xiàn)、新技術(shù)，不斷應(yīng)用于包裝行業(yè)，研發(fā)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(xué)研制出類似夾式耳環(huán)的智能微芯片，置于農(nóng)作物葉片上，當植物需水時，向農(nóng)戶的手機發(fā)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(jié)省數(shù)千美元。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等農(nóng)業(yè)市場創(chuàng)新商業(yè)模式持續(xù)涌現(xiàn)，大大降低信息搜索、經(jīng)營管理的成本［5］。創(chuàng)新型的經(jīng)營主體將進一步得到發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)業(yè)的聯(lián)合和鏈接將更加緊密，農(nóng)業(yè)核心資源的配置和利用將更加高效。第一產(chǎn)業(yè)與第二、第三產(chǎn)業(yè)交叉滲透、融合發(fā)展，進一步提升農(nóng)業(yè)競爭力。

4結(jié)語

現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和智能化水平最重要的標志之一，將有效改變傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營模式，向以軟件和信息為中心、大量運用自動化、遠程化設(shè)備的方向發(fā)展。智慧農(nóng)業(yè)將生產(chǎn)活動、產(chǎn)品流通、追蹤溯源與生態(tài)保護融為一體，將顯著提高農(nóng)業(yè)環(huán)境質(zhì)量，推動精準、綠色、優(yōu)質(zhì)、高效農(nóng)業(yè)，確?！吧嗉馍系陌踩?，盡快形成信息資源共享、生產(chǎn)環(huán)境穩(wěn)定、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)健全、可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)新格局。

參考文獻

［1］羅彥婷，陸俊百．淺談智慧農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵與發(fā)展路徑［J］．農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2017，37(11):148－149．

［2］李卓然．基于嵌入式Linux的水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計［J］．農(nóng)機化研究，2019，41(11):229－233．

［3］徐連偉．物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我國水產(chǎn)養(yǎng)殖上的應(yīng)用發(fā)展對策［J］．農(nóng)業(yè)與技術(shù)，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(xué)院 長春師范大學(xué) 國藥中生長春生物制品研究所有限責任公司