物联网技术在天津渔业中的应用

文/刘皓李灏邵蓬汪庆亚周劲峰张勤



物联网技术在天津渔业中的应用

文/刘皓1李灏2邵蓬2汪庆亚3周劲峰4张勤2

自2009年8月温家宝总理提出“感知中国”以来，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”，尤其是2015年李克强总理在政府工作报告中更加明确的提出了制定“互联网+”行动计划，互联网、物联网在中国受到了全社会极大的关注。

近年来，全国各行各业都在进行物联网技术的研究、探索与应用，并取得了可喜的效果。物联网的应用将信息化、智能化等普通百姓感到陌生、遥远的事情变为触手可及、得心应手的工作及生活必不可少的工具，如网上购物、网上银行、网上购车票飞机票等，极大地提高了人民群众的工作效率和生活质量，是社会的一大进步。同样，物联网技术在我国渔业上的应用也同样展现出强劲的发展劲头，自2010年起天津市渔业主管部门及相关技术部门就开始探索物联网技术在我市渔业上的应用，目前天津市渔业物联网应用的基本雏形业已显现，并收到了一定的效果。为了使渔业物联网技术在我市得到更好的应用，现对我市几年来渔业物联网的建立及应用进行分析、总结，以期对今后的工作有所帮助。

针对天津渔业发展现状及前景，结合物联网技术的特点，天津市渔业物联网初建框架结构为：建立天津市渔业物联网管理中心，包括：基于互联网的水产养殖生产信息管理记录系统；养殖环境水质在线监测系统；水产养殖视频监控系统；水产健康养殖智能化管理系统；水产品质量安全追溯及身份识别系统；水生动物病害远程诊疗系统；水产养殖移动管理系统等。

天津市渔业物联网管理中心

天津市渔业物联网管理中心是根据天津市渔业物联网管理需求建立的系统管理平台，是通过中心服务器平台，利用移动互联网技术把各个水产养殖企业现有的物联网自动化管理及养殖设施串联起来，形成系统化、规模化的监管平台，可以有效提高水产品的生产效率，提高现代渔业养殖管理水平，加强渔业主管部门对水产品质量安全的监管力度，对渔业现代化发展有着重要的意义。

天津市渔业物联网管理中心建设内容包括：

1.建立一个资源库：通过横向整合各业务部门数据资源，形成存量数据，通过纵向连接各生产基地数据资源，形成增量数据，通过合理设计数据结构，建立数据资源库。

2.构建七大应用系统：以数据资源库为基础，充分调研各主体的不同应用需求，构建基于互联网的水产养殖生产信息管理记录系统；养殖环境水质在线监测系统；水产养殖视频监控系统；水产健康养殖智能化管理系统；水产品质量安全追溯及身份识别系统；水生动物病害远程诊疗系统；水产养殖移动管理系统等七大应用系统，各个应用系统全部实现在本地服务器上的运行与集中维护。

3.采用四种终端：重点开发手机应用服务、显示屏展示等终端资源，形成计算机、移动终端、显示屏、电话等四种终端并存的方式，便于各主体快速获取信息。

4.管理中心硬件是由中心服务器、服务器端硬件防火墙、网络交换机、多业务综合光端机、大屏幕显示系统、UPS及配套网络设备等组成，是整个渔业物联网管理系统的核心，并通过固定IP光纤实现外网访问。开发渔业物联网管理平台软件，支持多种渔业现代化设施的无缝连接，利用各个水产养殖企业现有的物联网自动化养殖设施，完成传感器及控制信号的统一对接，将各子平台（系统）集成至渔业物联网管理控制中心大平台，达到渔业主管部门实时在线监管的目的。

5.管理中心运行方式：天津市渔业物联网将实行市、区县、养殖企业三级管理，各级分配有不同的权限，各养殖企业的自动化设施和信息化管理是渔业物联网的基础，企业的基本情况和所有的养殖行为通过子平台上传到管理中心大平台；市级和区县级渔业行政管理部门通过渔业物联网管理大平台分别对全市和各区县养殖企业上传的信息进行分析判断，有针对性地进行服务指导与监督管理；消费者可以通过渔业物联网信息平台，对所购买的水产品质量进行追溯，以保证消费安全。

基于互联网的水产养殖生产信息管理记录系统

目前，我市水产养殖业同全国一样从分散的、原始的、劳动密集型的生产模式正在向集约化、现代化和高效（智能）自动化的生产模式转变，渔业现代化进程明显加快。但养殖新技术应用的滞后、养殖管理的不规范、养殖病害的频发、养殖环境的恶化及水产品质量安全的不稳定性等问题也在制约着我市渔业的健康发展。因此，规范水产从业者的养殖行为，提高他们的科学理念和管理水平，是解决制约产业发展瓶颈问题的最基础工作。

建立基于互联网的水产养殖生产信息管理记录系统就是将养殖者按照健康养殖技术规范，在生产过程当中采用的所有管理措施录入到生产信息管理记录系统，建立电子档案，以便于今后的查询。根据水产养殖生产信息化管理的需要，生产信息管理记录系统在设计上划分为6个功能模块，分别为：基础信息管理，包括企业基本信息、养殖基础设施信息等；苗种管理，包括苗种名称、苗种来源、进苗时间、苗种数量、苗种规格、苗种检疫等；投入品管理，包括药品和饲料信息，如：药品和饲料名称、生产厂家、进货渠道、进货时间、数量、企业GMP认证情况等；日常管理，包括养殖记录、投喂记录、用药记录、水质监测记录等；质量检测管理，包括样品名称、样品来源、检测时间、检测项目、检测结果、检测单位等；销售记录管理，包括销售批次号、池塘编号、产品名称销售时间、数量、单价、联系人等。

通过对以上管理信息实现数据的即时传递和反馈，使养殖者的生产行为都能在电子记录上得到体现，并通过信息管理系统上传到渔业生产管理部门，使之随时掌握全市各渔业生产企业的生产动态，有针对性的进行管理，从而改变了传统纸质生产记录统计繁琐、时效性差、容易丢失等缺点，减少了管理者对各项数据搜集、整理的工作量。这样做不但规范和约束了养殖者的生产行为，也起到了企业规避风险的作用，同时也积累了大量的生产数据。养殖生产数据的积累和管理是养殖企业信息化管理的基础，也是渔业主管部门进行宏观管理的重要科学依据。基于互联网的水产养殖生产信息管理记录系统的应用使我市水产养殖信息化管理水平有了大幅度提高。

水产养殖环境水质在线监测系统

水生动物的生存环境是水，水体各项生物生化指标是否正常直接影响到水生动物的生长及生存。人们以往的做法是现场采样实验室测定，或采用快速检测设备现场测定，费时费力，缺乏实时、准确、快速的将水质的各项指标传输给管理者以便采取相应措施的有效手段。水质在线监测技术的研发与应用在很大程度上解决了这方面的问题。目前，采用计算机自动监控系统监测水质在一些发达国家受到普遍重视，一套完整的多参数水质实时检测监控系统能连续、及时、准确地监测目标水域的水质及其变化状况。许多科研机构和企业正在对其进行研究和开发，如美国、法国、澳大利亚和荷兰等国环境水质在线检测系统，检测精度和智能化程度较高，处于国际领先水平。

多参数水质实时检测监控就是利用现代传感器技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通讯网络所组成的系统，该系统通过对养殖水体中一些主要影响鱼类生长和健康的参数进行量化分析，进而采取相应措施调控水质，确保水质符合养殖生产需要。以我市目前应用较多的苏州捷安信息科技有限公司生产的水产养殖水质在线监测设备为例，其主要功能包括：多参数采集功能，根据养殖生产的需要选择不同的传感器如溶解氧、水温、盐度、pH值等，对养殖水体的各项指标实时、分时、定时进行在线采集、处理与传输。多渠道查看功能，由于信息传输采用先进的WI-FI物联网无线共享技术，养殖户、监管者随时随地均可通过互联网、个人手机等信息终端设备及时了解养殖水体的各项监测指标的变化。太阳能供电及无线传输功能，系统采用无线、无源、主动抗干扰设计，最大限度保障安装的施工方便和数据的准确性，同时具有抗雷电破坏作用，解决了养殖池塘布局分散、距离较远的问题，并做到监测设备可移动使用。图表分析功能，对水环境的不同参数变化提供多种图表分析功能，如曲线图、趋势图、直方图等，使管理者更能直观的了解养殖水体水质变化趋势。水产养殖水质在线监测技术的应用在很大的程度上提高了从业者的管理水平，降低了管理成本，避免了不必要的经济损失。

水产养殖智能化管理系统

我国渔业现代化的重要标志之一是渔业智能化。渔业智能化包含内容较多，目前我市渔业生产尝试应用的有水质在线监测自动报警与控制、增氧机远程自动控制、投饵机自动控制与投饵等。

1.水质在线监测自动报警与控制

水质在线监测自动报警就是应用水质在线监测设备，实时监测水产养殖水环境中的水温、溶解氧、pH、盐度等水化指标及水位控制指标，并根据养殖生物的生理生化特点，设定适宜其快速生长的水质水化指标范围，当养殖水体水化指标低于或超出限定值的时候，移动端系统通过手机、电脑发出报警，提示管理人员迅速采取措施，使水质回归正常范围。如池塘养殖水体中的溶解氧一般要求不低于5mg/L，当养殖水体中的溶解氧达到临界值时，报警信息以短信的形式发送到用户手机上，提醒管理者注意，并可利用手机进行远程控制、或者采用手动开启或关闭增氧设备。在工厂化养殖中，由于养殖模式不同，水体增氧一般采用气泵不间断气石充气或液态氧增氧，一般情况下不容易出现缺氧，如果出现溶解氧报警，就有可能是增氧设备出现故障，须马上现场排查修复。

2.投饵机自动控制与投饵

目前我市水产养殖生产中使用的自动投饵机一般是人工上料，人工设置投料时间和投料频率，即使用时间设置间接代替投喂量设置，而不能准确地确定在单位时间内喂出的饲料量，不但劳动强度大，还容易造成饵料的浪费，不能做到真正的科学投饵。因此，普及应用水产养殖饲料投喂自动控制是提高生产效率和管理水平的有效手段。为探索自动投饵机的使用效果，我们进行了池塘养殖自动投饵试验和海水工厂化养殖自动投饵试验。池塘养殖自动投饵系统采用的是中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所研发的气力自动投饵系统，该系统通过采用远程气力输送自动化分配技术，集饲料储存、输送、中转、分配、投饵为一体，实现上料投喂控制自动化。该投饵系统的设计基于低压压送式气力输送原理，整套投饵系统由进料机构、分配机构、输送机构、控制机构等组成，并基于可编程控制器（PLC）进行远程自动控制，触摸屏进行人机交互操作，可以实现对多个养殖池塘的定时、定量准确投饵。海水工厂化养殖自动投饵系统采用的是由烟台惠通网络技术有限公司研发的设备，该系统主要由送料机、输料管道、喷料机构、称重器、控制系统及上位机管理系统组成，具备定量投喂、360°旋转喷料、实时称量、恒温恒压控制、异常报警等五大功能模块，集成定时定量投喂、数据实时统计显示、历史数据查询、系统故障自动预警、自动控制与手动控制自由切换、缺料自动报警、远程实时控制等功能。养殖管理人员可根据养殖实际情况对投喂量进行设置，系统将自动定量对养殖池塘进行饵料的投喂工作；当投喂量达到预设数值之后，系统将自动停止，从而减少了残饵对养殖水体的污染，提高了饵料投喂效率。

水产养殖视频监控系统

水产养殖视频监控系统包含两个部分，即水产养殖动物行为视频监控和水产养殖管理视频监控。

1.水产养殖动物行为视频监控系统。该系统采用水下视频监控设备在养殖水域下监控鱼、虾、蟹等的生长及活动情况，尤其是病害发生时的实时画面。水下视频监控系统包括驱动装置和载体装置，可利用游弋式结构轻松地游弋到养殖池塘中的任意位置，实现对水产品养殖全过程实时监控，实现精细化管理，科学喂养。水下采集系统包括采集补偿装置、视频采集装置、信息传感器、定位定向装置等，采用高度集成的控制模块化设计，实现了控制器的小型化。防渗漏设计，电源指示，实现了全天候水下视频监控。利用水下微光摄像技术能够在高浑浊水域中看到清晰的目标视频图像，通过对高浑浊水域视频摄像镜头进行综合设计，根据水域情况进行视频图像调整，使其在高浑浊水质中能够获得三级及三级以上的视频图像。信息处理系统包括信息发射装置、信息接收装置、无线控制装置、显示部分等，利用信息发射装置将水下采集到的视频图像发送到水下监控系统中，采用图像分辨处理技术，使视频图像更加清晰。水下摄像头采集到的水产养殖动物摄食、游动及应激反应等行为可实时呈现在用户手机上，无论养殖用户身在何处，均可精确掌握水产养殖动物的生长、生活情况，为采取有效的管理措施提供科学依据。

2.水产养殖管理视频监控系统。该系统采用远红外360☒旋转摄像头，24小时全方位、远近距离的监控养殖场生产管理情况、设施设备运行情况、养殖动物活动情况及场区安保情况等。同时支持专线、互联网、局域网、无线网的视频通信终端，可以和其它系统无缝对接，监控中心、PC、手机同时收看摄像机覆盖的相应区域的实施视频画面，尤其是智能化远程控制的管理措施，如开启增氧机、换水、自动投饵等的效果监控。

水产品质量安全追溯及身份识别系统

水产品质量安全可追溯工作实际上是一个复杂的系统工程，它包含了水产养殖及产品流通两大环节。天津市从2008年迎奥运保证水产品安全进京开始就在探索进行水产品质量安全可追溯试点工作，经过几年的不断探索总结出一套适合天津地区的水产品质量可追溯技术操作要点，取得了较好的效果。具体做法是：将把握水产品质量安全的关口前移，从养殖源头抓起。在全市各区县选择具代表性的养殖单位，实施从产地环境要求、养殖过程中的技术操作、养殖过程的卫生管理、病害防治技术的实施、投入品的质量控制、网络电子化记录、产品质量检测的养殖全程质量安全控制与监管，实行水产品产地准出证制度。为保证水产品在流通环节的质量安全，采取水产品运输专用车，实现养殖基地与超市专销点、批发市场、农贸市场及产品质量可追溯专销店等四种对接模式，以实名制的方式销售经质量检测合格的水产品，销售的水产品将带有产品标识的“电子身份证”。建立“天津市水产品质量安全追溯平台”，消费者可以通过网站查询、手机短信查询、触摸屏查询、手机二维码查询等四种实名可追溯方式，对所购水产品进行产品及产地信息查询，做到产品质量可追溯。为使水产养殖从业者了解水产品质量安全的重要性并能掌握操作要点，我们根据天津地区的实际情况，制定了《池塘（工厂化）养殖良好操作规范》、《池塘（工厂化）养殖卫生标准操作程序》、《无公害水产品养殖全程监管技术操作规程》、《水产品产地准出及追溯流程》、《无公害鲜活水产品安全运输操作要点》、《可追溯水产品安全销售管理注意事项》等规章制度，做到依标生产，从而建立起我市较为完善的从养殖产地源头到市场销售全程质量安全控制、监管与可追溯体系。

水生动物病害远程诊疗系统

随着水产养殖业迅速发展，养殖过程中的病害也日渐突出，成为制约产业发展的主要瓶颈之一。与水产养殖工业化程度较高的国家相比，我国的水产养殖业具有养殖品种多、养殖模式多、疾病种类多、病原数量多、发病时间长、涉及面广、呈暴发性流行等特点。如何快速、有效的解决养殖过程中病害流行的问题是渔业健康可持续发展所面临的瓶颈问题。针对天津市水产养殖现状，利用互联网构建一个能够覆盖乡镇等主要养殖区，并能够集聚国内先进技术和人才资源的水生动物疾病远程诊疗系统，将是解决天津市水产养殖中疾病问题最有效、最便捷的途径之一。目前我市应用的水生动物病害远程诊疗系统是苏州捷安信息科技有限公司同全国水产技术推广总站共同研发的，其主要功能有：远程会诊功能，基层病防工作者在遇到疑难杂症时，可首先选择上传给国家或各省、市、县会诊中心的专家，请求会诊，专家在收到短信提示后就近上网进行会诊；辅助诊断功能，软件可根据基层工作者提供的文字信息、图片信息和系统自带的标准病例进行对比，给出辅助的判断和相应的诊疗方法；安全用药监督和药残追溯功能，各级渔业主管部门及用药指导部门可对本辖区内所有诊疗点的电子病例进行实时监控、指导并可对所有养殖点曾用药进行追溯监管，另软件自带500多种符合安全用药规范的常见病诊疗处方模板，并对违禁药品有拒绝录入处方的功能，从而在源头有效地保障水产品的质量安全；疫情监控和电子病例监管功能，每个客户终端可对辖区内所有养殖池塘的水生动物的发病情况、用药情况进行存档，建立所有池塘健全的电子病历及历史用药档案，在将来的诊断过程中做到有据可查。

目前我市已初步建成市、区县、乡镇三级诊疗体系，即市级中心站和区县、乡镇诊疗服务工作站。全市的水生动物疾病远程诊疗系统管理最高权限为市级中心站，中心站派专人负责诊疗系统的运行、维护和值班工作，并负责管理全市的水生动物疾病诊疗信息。同时为养殖户发放水产养殖诊疗信息服务卡（IC卡），将养殖户的基本信息录入IC卡中，以方便再次就诊时的身份识别及查询。

水产养殖移动管理系统

渔业现代化的实现有很大程度是体现在物联网技术在渔业生产中的应用效果。渔业生产的特点是地域广阔、人员分散、设备不集中，管理起来困难较多，水产养殖移动管理系统的应用充分体现出她的灵活、便捷、可操作性，将渔业物联网技术在小小手机上充分的体现出来。天津市在水产养殖移动管理系统建设方面应用的是苏州捷安信息科技有限公司J-SCM01水产养殖手机管理系统（养殖智能手机），其主要作用是将养殖环境监控、水质在线监测、养殖智能控制、病害测报及远程诊断、产品质量追溯等功能集于小小的智能手机上，使养殖者足不出户就可以通过视频观察养殖现场的情况，水化指标超标预警及远程控制增氧、自动投饵等。同时还可以无缝对接“全国水生动物远诊网”（www.adds.org.cn），实现病害自助诊断，并得到专家提供的远程会诊服务。连接“全国水产品质量追溯网”（www.scpzs.org.cn），配备追溯标签打印机，使所生产的产品具有质量可追溯的身份证，保障了群众餐桌上水产品的质量安全。另外，在智能手机移动管理系统中还可以开通渔技服务、渔业资讯查询、养殖微求助、电子商务等功能，将水产养殖生产中的关键环节可以做到远程控制与智能管理，向真正实现渔业现代化迈进。

目前，天津市渔业物联网建设与应用还处于初始阶段，存在许多的不完善，如设备的使用和更新、人员的接受能力和管理能力的提高、推广力度需加强等，但物联网技术在各行各业的应用已成不可阻挡的趋势，相信在不远的将来，更加完善的物联网技术在我市渔业上的应用会促进行业发展，为农民增收、为农业增效。

作者单位：1.天津渤海水产研究所 2.天津市水产技术推广站 3.苏州捷安信息科技有限公司 4.天津市水产局