防城港市海水养殖智慧气象服务系统研究

李新华

（广西壮族自治区防城港市气象局，广西 防城港 538000）

随着市场需求的不断增长，近年来，防城港市的水产养殖业发展迅速，日趋规模化。主要涵盖南美白对虾、斑节虾、石斑鱼、鲈鱼、罗非鱼等水产养殖品种。防城港作为全国暴雨中心之一，台风、高温、低气压、强降雨等影响海水养殖的灾害性天气频发，给当地水产养殖业的发展带来严重的影响。并且，目前广西沿海的水产养殖业总体水平还处在初级阶段，总体技术水平和科技手段发展比较滞后，对气象灾害及其次生灾害的预警预防和抗灾减灾能力非常有限，单位产量和效益相对也不高。

海水养殖智慧气象服务系统的建成旨在改变传统对虾海水养殖的观念和方式，将主观粗放的海水养殖方式转变为客观精细的科学养殖方式，在降低海水养殖气象风险的同时，有效节省人力、物力、时间和资金投入，明显提高养殖经济效益。

1 系统功能

本系统集成了气象数据、养殖水体要素、气象预报产品、水质预报、物联网管控技术、用户养殖自动管理等信息网络技术和气象服务（图1），主要有6个方面的功能。

图1 系统模块功能框架

1.1 养殖水质监测

通过安装监控设备和软件开发对养殖水体要素进行实时在线监测（图2）。监测的要素主要包括了水温、溶氧量、酸碱度（pH值）等几个对养殖影响比较大的水体要素，用户可以通过电脑、手机App对水质要素进行实时监控，方便快捷，提高了工作效率和养殖的科学性。

图2 水质要素监测

1.2 养殖外部环境监控

手机App和服务终端集成了摄像头功能，用户可以通过手机和电脑软件对养殖环境进行实时远程监控，并且实现了摄像头远程可控，通过软件控制摄像头角度、远近。同时，通过网络技术和数据库开发，系统集成了养殖场及附近周围自动站气象要素自动监测，实现了气象要素实时监控功能。

1.3 阈值自动告警

系统支持用户对水质要素、气象要素进行阈值设置，当要素监测值超出阈值范围时，App软件通过短信发送等方式对用户进行自动提醒，用户可以根据情况合理安排养殖管理工作。一定程度上避免了由于工作人员疏漏或错误经验造成的养殖风险。

1.4 养殖设备远程控制

通过物联网的技术应用，用户可以根据水体要素的变化或者阈值告警提醒，远程控制开关打氧机。实现了对养殖要素进行精准、方便的管控，一定程度上解放了劳动力。例如，水体氧含量过低时会影响鱼虾生长，管理人员用手机App可以自动开启打氧设备，当氧含量达标的时候关闭设备。也可以通过远程摄像头来查看打氧机的工作状态。一方面节省了一部分人力，另一方面，通过合理地控制打氧设备数量和时间，能有效节省电力。

1.5 水质要素模式预报

通过人工—仪器对比观测，积累了约18个月的水质要素资料，根据水质—气象要素的相关性，对资料进行回归分析，建立了pH酸碱度、水温和溶氧量的预报方程，通过实际应用检验，pH酸碱度和水温预报误差小，效果较好。由于溶氧量原始资料收集时受人为开机打氧的干扰，导致拟合模式预报结果误差较大。

2 水质要素预报回归方程

系统根据水质—气象要素的相关性，对资料进行回归分析，建立了pH酸碱度、水温和溶氧量的预报方程。

2.1 pH酸碱度回归预报方程

Y=41.5981558+ 0.265553916 * X1 -0.20420322 *X2+0.000488005*X3 -0.00907851*X4-0.03414349* X5。其中Y为pH预报值；X1为前一时次万尾自动站的气温；X2为前一时次万尾自动站的最低气温；X3为前一时次万尾自动站的10分钟平均风向；X4为前一时次万尾自动站的观测湿度；X5为前一时次万尾自动站的气压。

2.2 水温回归预报方程

Y=579.9453-0.219031*X1 +0.1532932*X2-0.548615*X3。其中Y为水温的预报值；X1为前一时次万尾自动站的降雨量；X2为前一时次万尾自动站的10分钟平均风速；X3为前一时次万尾自动站的气压。

2.3 溶解氧回归预报方程

Y=264.93509-0.222331*X1 -0.084099*X2-0.249496*X3。其中Y为溶氧量的预报值；X1为前一时次万尾自动站的10分钟平均风速；X2为前一时次万尾自动站的湿度；X3为前一时次万尾自动站的气压。

系统利用回归方程对2017年5月的数据中的pH酸碱度、水温、溶解氧进行试报，测试结果为：pH值预测误差的标准差为0.304933302，中位数为-0.414778561，预报效果较好；水温预测误差的标准差为4.186254935，中位数为2.300200449；溶氧量预测误差的标准差为1.209893327，中位数为-1.546012347。

3 系统应用情况

2015年防城港市气象局在东兴市核心渔业示范区江源水产养殖公司试点，结果不但增产及节电效益明显（每亩塘增加产值超过2000元，每个养殖塘一个养殖季可节省电费约2700元），而且有效减少劳动力，降低了成本。

4 结语

防城港市海水养殖智慧气象服务系统紧贴现代农业发展需求，探索从传统气象为农服务向现代农业气象服务转变，利用智能传感技术、智能处理技术及智能控制技术与现代气象观测、气象科学技术融为一体，实现了数据实时监测、实景监控、无线传输、智能处理、预测预警信息发布和水产气象适宜条件预报服务等功能。

系统在海水养殖生产中具有良好的应用推广价值。一方面可以随时监控水质和周围天气变化，根据监控数据随时调整生产安排，提高了海水养殖的科学性和可操作性；另一方面，对海水养殖的精准把控和远程操控，提高了行业抵御养殖气象灾害的能力，同时减少了养殖人力物力成本；再有，实现科学化养殖的同时，可以根据实际情况合理增加养殖密度，提高水产品成活率，进而提高了养殖单位产量，体现了一定的经济效益价值。

系统除用于对虾的池塘养殖外，还可应用于有限环境的咸、淡水体各种鱼类养殖。此外，系统预留数据接口，可根据需要增加监测要素，更换不同的感应探头和控制设备后，便可拓展到环境可控的农业种植，如大棚农业，以实现农业种植智慧气象服务，从而完善防城港市智慧农业气象服务系统，具有广阔的应用前景。