发展水产物联网智能技术 提升天津健康养殖水平

○天津市农业发展服务中心 陈 勇 朱祥冒 尚 力

当前，随着人口数量的不断增长，国民经济发展水平和人民生活水平的不断提高，水产品的消费量也持续增加，水产品养殖前景良好。据统计，2013年天津市水产养殖面积为62万亩，全年水产品总产量预计将达到37.5万吨。为让市民吃上“放心鱼”，相关部门正加快实施现代渔业提升工程。

一、天津市水产养殖应用机械化现状

随着天津市水产养殖池塘逐步老化、病害多发、效益下降，如何提高养殖产品的品质、增加养殖户的经济收入，实现高效、生态、安全的现代水产养殖产业成为天津市亟待解决的问题。

目前，在机械化应用方面，天津市现有的设施、设备及机械化技术已不能满足高密度养殖的要求，严重阻碍水产养殖业的发展。以增氧机为例，天津市应用的增氧设备普遍存在功率大、能耗高等问题，数千瓦的功率，浪费了大量电费，并且增氧效果差，不能形成水体整体循环，只能在局部和表层增氧，底层缺氧无法改善，整体增氧效果不理想；噪音污染严重，震动波造成对鱼虾等苗体保护膜的损伤和易造成疲惫、厌食的养殖弊端，使成活率较低；材质选用差，大部分材料使用了铁，铁长时间在水中使用会腐蚀，给水体和维修造成安全隐患。此外，水产品的养殖技术要求较高，需精细化养殖。要达到精细化健康养殖，丰产丰收，提高效益，要求养殖户对水产品的生长发育情况有及时的了解并及时处理，而传统的方法采用养殖水域定点捕捞或潜水观察的方式，既不安全且劳动强度又大，而且很不科学，容易受各种客观因素的限制。

针对以上问题，天津市农机推广部门采取多项举措，引进了一批新型养殖机械化技术并开展的详实的试验示范，取得了良好地应用效果。其中，物联网实时监测技术应用及游弋式水下视频监测试验，通过对水体中水产物种生长及溶解氧等关键指标的监测，实现了科学高效的养殖模式，达到了节本增效的目的。

二、发展水产健康养殖物联网智能监控技术的重要性

传统的粗放养殖模式，采用人工观察，单纯依靠经验进行水产养殖的方法，很容易在养殖过程中造成调控不及时，反馈较慢，出现“浮头”和大面积死亡等现象，造成重大经济损失，已经不能满足现代水产养殖精准化和智能化的发展要求。基于以上问题实施水产养殖水质和环境关键因子立体分布规律和快速检测技术、水产养殖智能化和可视化无线传感网络监系统、水产养殖环境关键因子（温度、PH值、溶解氧、氨氮、盐度和氧化还原电位等）的实施控制技术和智能化管理系统，对提高水产养殖精准化生产和智能化监控具有重要意义，符合天津市“生态、健康、循环、集约”水产养殖业发展要求，对促进天津市水产养殖业健康发展具有重要意义。

物联网技术在水产养殖中的应用，是实现渔业生产经营过程智能化控制、科学化管理、信息化服务、全程化追溯的重要途径，是促进渔业产业转型升级的重要措施。通过实施水产健康养殖水体环境智能化调控技术示范，实现水体水温、PH值、盐度值、氨氮含量等参数的实时监测，通过控制水体调控设备智能换水、智能增氧和智能投喂，提高天津市水产养殖的信息化和智能化水平，提高养殖户养殖效益和水产品的安全性。

水产养殖水体环境综合调控系统通过对水质参数和养殖物种活动状态的准确检测，数据的可靠传输，信息的智能处理以及控制机构的智能控制，实现水产养殖的科学养殖与管理，能够大幅度提高水产养殖业科技含量。

水产养殖环境智能监控系统是面向水产养殖集约、高产、高效、生态、安全的发展需求，基于智能传感技术、智能处理技术及智能控制等物联网技术的智能水产养殖系统，集数据、图像实时采集、无线传输、智能处理和预测预警信息发布、辅助决策等功能于一体，通过对水质参数的准确检测、数据的可靠传输、信息的智能处理以及控制机构的智能化自动控制，实现水产养殖和管理的信息化。养殖户可以通过手机、PDA、计算机等信息终端，实时掌握养殖水质环境信息，及时获取异常报警信息及水质预警信息，并可以根据水质监测结果，实时自动地调整控制设备，实现水产养殖的科学养殖与管理，最终实现节能降耗、绿色环保、增产增收的目标。

三、水产健康养殖物联网智能监控技术的模式

水产养殖环境智能监控系统综合利用了物联网传感技术、智能处理与控制技术，集数据、图像实时采集、无线传输、智能处理和预测预警信息发布、辅助决策等功能于一体，实现现场及远程系统数据获取、报警控制和设备控制。养殖户可以通过手机或Web页面实时了解养殖塘内各项参数和设备启闭状态，真正实现了水产养殖技术的信息化、传感化，使水产品在最适宜的环境下生长，达到智能、节能和增产的目的。

1.工厂化养殖物联网应用模式。建立工厂化养殖物联网示范点一个。工厂化全封闭循环水养殖系统中安装水质在线监控和视频监控系统，实时监测水温、溶解氧、盐度、PH值、氨氮等水质信息，实时查看养殖车间内各设备工作情况，系统对养殖池分类，分别设定不同的标准参数，在采集到的鱼池参数超出标准时可进行报警，从而实现水质的实时监控。终端电脑上的软件对连接的养殖池水质可进行自动监测和手动监测。

自动监测是对一组传感器（也就是多个养殖池）根据设定的时间间隔，按顺序逐一进行数据采集，存入数据库，同时和标准值比较，进行监测；系统配置有多个取样泵，多通道取样阀，传感器流通池，废样水消毒处理系统，人工界面，现场PLC控制及工控机等，并附有GPRS模块，可实现实时现场监控及遥控遥测等功能。

2.池塘养殖物联网应用模式。建立池塘养殖物联网示范点，分别进行池塘养鱼及养虾的试验示范。通过智能传感器自动采集数据并对数据进行预处理，针对水产养殖对水质的要求，同时监测温度、溶解氧、PH值、氨氮和盐度等参数。通过无线传感网络实现现场无线覆盖范围3公里；采用智能信息采集与控制技术，具有自动网络路由选择、自诊断和智能能量管理功能。增氧控制器实现增氧控制的关键部分，它可以驱动叶轮式、水车式或微孔曝气空压机等多种增氧设备。用户通过监控平台可以实施监测水质参数，同时监控计算机对数据进行分析处理，做出控制决策，通过无线接入点向配电箱发送控制指令。

四、水产健康养殖物联网智能监控技术的主要内容

1.水体养殖监测技术。根据对水体温度、溶解氧、PH值等关键参数的自动监测结果，配合渔业生产机械装备实现智能化集中控制；可以根据所养殖的对象所适应溶解氧范围设定溶氧的控制范围，计算机通过溶解氧传感器采集的数据，在设定溶氧的控制范围内控制芯片自动开启关闭增氧机，合理使用配置增氧机，即节约用电，减少机械磨损，又做到以最小的投入换取最大的效率；根据光与溶氧量的变化规律采取补光增加光照让水藻放氧；根据PH值的变化分析水质的恶化和有害物质如氨氮、硫化物、亚硝酸盐等的产生以及残留饵料等有机物腐烂氧化程度，通过报警系统提交水质分析报告并发送警示信息，以便及时启动耕水、增氧及投饵设备，进行相关作业。

2.智能化水体处理技术。通过实时监测水体中病毒和细菌的含量，采用相关自动化消毒设备，对水体进行不定时处理，保持水体水质质量，以此起到有效加快养殖群体生长速度的作用；紫外线消毒机几乎对水体中所有的微生物、细菌、病毒和藻类生物都起杀灭作用，杀菌快、灭菌率高，安装方便，维护简单，运行成本低，无需专职人员留守勘察。

3.机械化增氧及水质调控设备优化配合与智能控制技术。该技术采用超低能耗耕水设备配合多种机械化增氧技术，根据水质参数变化，适时自动作业，在修复与维护水体，提升水质的同时，起到增加溶氧量的目的，在此基础上，通过各类型机械化增氧技术与耕水技术组合及配套应用，开展针对不同养殖物种的试验示范，考证最佳应用模式。

（1）叶轮增氧机与耕水机组合应用。通过两种设备的配合使用，可减少叶轮式增氧机的工作时间20%～30%，鱼苗误伤率减少40%，增加养殖密度20%，除污效果明显，无二次污染，可节省一部分进、排水等费用，水质得到有效改善，使养殖品种的抗病能力和品质明显增强。

（2）水车式增氧机与耕水机组合应用。通过两种设备配合使用，池塘上下层水体都能得到充分的溶氧，且溶氧量分布更加均匀，能促进水体中有益藻类和浮游生物的繁殖生长，使天然饵料增加，节约投放饵料20%以上，同时提高水产品抵抗病害能力，从而提高水产品品质。

（3）网管曝气式增氧机与耕水机组合应用。通过两种设备配套使用，比叶轮式、水车式增氧机节约1/3耗电量，同时有效缩小养殖水体的上下水层温差，增强了水体上下层交换功能，有利于整个水体纵向的能量、物质交换。此外，由于水产物种的生长环境得到改善，且解决了噪声对水产品厌食、蜕壳等不良影响，提高了水产物种的进食率，在提高水产生长速度的同时降低了发病率，从而减少了养殖过程中的药物投放量，有效提高水产品的产量和品质。

（4）涌浪机与耕水机组合应用。涌浪机具有强大的造浪能力，呈现水面扬水的使用效果，大大提高水体与空气接触面积，增氧速度快，溶氧高，适合高密度养殖。在夏季应用时，可加速水体散热，优化水产品生长环境。

经过两种设备的配套使用，可有效降低水体中的氨氮、亚硝酸盐、硫化氢、大肠杆菌、弧菌等有害物质，改善池塘底质。同时可稳定水质，使水体溶氧、温度、盐度等相对均匀，避免天气突变引起应激反应，养殖出的产品品质较高，个体硕大健壮，成色较好，无土腥味，价格更高，亩平均产值提高17%以上。

4.气动式自动投饵技术。采用气动原理，通过智能化定时控制，实现直径达40～50米的全方位自动抛撒作业，节省人工，提高喂食效率。由于可以定时、定范围进行投饵，所以投饵合理，节约饵料，降低养殖成本，增加效益等优点。利用投饵机投饵，饲料抛撒均匀，密度合理，饵料能全部被鱼吃掉，饵料的利用率可比人工投饵节约20%。

5.游弋式水下视频监控。该技术集高度集成化、智能化、光机电一体化，特别在浑浊养殖水域下，能够获取水下目标生长状况的清晰视频图像以及水底生存环境的详细观察；独创的游弋式结构能轻松地游弋到养殖池塘中的任意位置；站在岸上可看清对虾等养殖水产品在浑浊水域活动情况，实现对高附加值水产品的养殖全过程实时监控，实现精细化管理，科学喂养。

五、对发展水产物联网智能监控技术的建议

1.政府部门加大技术推广应用力度。加大资金支持力度，使技术从引进示范阶段进入示范推广阶段。扩大使用面积，使更多的农民了解这一技术，并加以应用，提高水产养殖效益，完善天津市的健康养殖模式。同时，制定相应政策，进一步提高项目技术设备的政府农机购置补贴资金比例或政府使用专项资金购买设备，以实物补贴农民，引导农民应用农机化新技术、新设备。

2.加强人员队伍建设。水产养殖户是水产养殖领域新设备应用的主体，要针对作业人员，培训操作和维修能手，不断加强对设备使用及维修的培训力度，提高从业人员素质，建立一支有文化、懂技术、会操作、能致富、保安全的人员队伍。

3.不断完善技术模式。当前主推的技术中，虽然解决了一定的实际问题，但仍然不够完善。如何将现有技术集成为一种综合体，在解决监测温度、溶氧等数据的同时，又能进行水下视频传输，是今后发展中需要考虑的重要环节。这就需要科研单位要紧密联系实际，在与多部门紧密配合的基础上，加强与水产养殖户的沟通，通过实际生产反映出的问题，不断加以完善，早日开发出实现一机多用的新技术新产品。