基于水产养殖现状的智能化研究及推广——以广东省茂名市官桥镇为例

熊兰湘 ， 许婉玲 ， 岳 坤 ， 蔡秋栋 ， 林炜铭 ， 万世明

（广州工商学院工学院，广东 广州 510850）

随着现代化科技的不断发展与进步，智能化水产养殖系统已被大规模应用于海水养殖行业[1]，但可供鱼塘、水库类淡水养殖零散个体养殖户使用的智能化设备较少。采用开放式养殖模式的个体养殖户，受传统的养殖制度与落后的养殖设备制约，已难以满足消费者日益增长的购买需求[2]，增产增收受限，个体水产养殖行业陷入发展瓶颈。本文提出并研究了个体养殖户在生产过程需要的两个系统：基于物联网的水产养殖环境远程监测系统与基于物联网的水产养殖远程智能控制系统。其中，水产养殖环境远程监测系统实现了对鱼塘、水库的含氧量、酸碱度、氮氨含量、光照强度等数据的监测；水产养殖远程智能控制系统实现了对鱼塘和水库的无人值守、水质自动增氧、鱼料自动投喂。应用上述两个系统，可在节约人力成本的同时，实现远程智能化养殖与管理，推动乡村振兴稳步前行，更能促进当地淡水养殖产业向现代智能化迈出新步伐。

1 渔业淡水养殖现状

1.1 “靠天吃饭”

茂名市化州市官桥镇淡水养殖多采用鱼塘、水库等水域进行水产品养殖，从事淡水养殖的人员普遍是个体养殖户，其以传统的人工养殖为主。在遭受自然灾害时，主要依赖养殖户的自身经验，但仅凭养殖户的经验往往难以规避自然灾害，使得部分养殖水域的水质被污染，水产病害时常发生[3]。自然灾害的发生不仅会给养殖户造成直接的经济损失，而且也打击了水产养殖个体户来年养殖的积极性，间接打破了水产品市场中的供求平衡，导致水产品销售价格产生波动，市场走势向不乐观的方向发展。虽然国家财政划拨了对水产养殖业事后灾害的专项补偿资金，但这也难使水产养殖业恢复至灾害前的生产水平。财政经济补偿只能暂时缓解水产养殖行业的困境，如果后续的休整重建工作缺乏规划性的投入与整体性的建设，在休整过程中就容易出现资金周转问题和项目瓶颈，无法从根源上提高淡水养殖业整体抗风险能力。

1.2 人才短缺

改革开放以来，城镇化建设的速度逐渐加快。相对于从事水产养殖等劳动密集型的工作，大部分年轻人和农民更愿意选择去发展更有前景的大城市拼搏，水产养殖业面临“从业少，用工难”的现状。人才大量流失，使得农村中缺乏宣传新思想、表达新观点、引入新文化的与时俱进型人才，农村群体整体文化程度和素质止步不前。水产养殖行业现代化建设过程中缺乏正确的引领者，建设速度不得不放缓，整体的建设水平不高。目前在水产养殖一线服务的渔医越来越少，年轻工作者外流，更加剧了淡水养殖业人才短缺之困。

1.3 科技和设施装备落后

淡水养殖行业自主创新能力不强，机械化、设施化、生产信息化、智能化水平偏低。大部分养殖户缺少对专业水产技能和养殖规范知识的系统学习。水产养殖技术更新缓慢，科技和设施装备投入使用率低[4]，水产品产量难以满足市场的需求。

以官桥镇为例，当地淡水养殖的智能化普及率较低。不论天气好坏，养殖业人员都需要亲自到鱼塘或水库投食饲料、增添化学用药，极大地耗费了人力、物力。大部分从业人员受年龄和文化水平等的限制，缺乏对水产养殖信息的采集、分析与管理能力。养殖户认为人工饲料和化学肥料的堆砌能带来高产高收，多养殖就会带来多产。殊不知，这也会引起养殖密度过大，致使水生生物与浮游生物疯狂生长，加速水质富营养化，破坏水域原有的生态平衡，损害养殖环境自我的净化能力，最终导致水产养殖环境严重恶化。水产品的质量得不到保障[5]、产量也达不到预期，养殖户只能通过更换水体来维持水域生态平衡，这无疑又提高了人力成本。部分习惯于传统养殖方式的个体养殖户，受思想文化的限制，难以接受和适应淡水养殖向现代智能化转变，不愿意投入科技和设施装备，阻碍了渔业现代化建设的进程。

2 智能化水产养殖环境远程监测与智能控制系统研究及实现

2.1 总体设计

水产养殖环境的四大需求依次是溶氧值要求、温度要求、透明度要求、酸碱度要求。在水产养殖中应用水产养殖环境远程监测与智能控制系统，能实时获取水质环境变化的第一手信息，并根据数据实时预警，防患于未然，解决水产业在养殖过程中“获取信息难”“做出应对难”“预防风险难”等问题。

物联网水产养殖环境远程监测与智能控制系统总体分为两大系统模块，即环境远程监测系统、设备远程智能控制系统。水产养殖环境远程监测与智能控制系统作为水产养殖户搭建的养殖智能化平台的全范围系统，其保证水产养殖智能化管理得以实现的根本前提是将软件和硬件结合起来，以水产养殖产业的实际需求为基点，进行系统研发，运用物联网传感器等技术建立起网络和养殖场之间的桥梁。养殖户借助桥梁与养殖产物隔空交流，从而满足养殖户远程智能化养殖的需求。在物联网技术的高速发展下，利用物联网技术打造的智能化水产养殖系统具备鱼塘环境监测和设备远程控制等功能[6]。该系统总设计架构图如图1所示。

图1 系统总设计架构图

为了更好地处理淡水水产养殖过程中出现的各类问题，该系统在应用LoRa技术、物联网传感器技术的基础上，还结合了大数据分析技术，通过远程操作实现对鱼塘或水库中检测设备的控制，比如，鱼料自动投喂、水池自动增氧[7]、鱼塘无人值守。这可以减少人员的流动并实时监控鱼塘，在减少人力的同时又降低了生产成本，可以更加高效地获得优质的水产。

2.2 环境远程监测系统设计

环境远程监测系统一是利用立杆、水池制氧机、4G网络球机摄像头、投料机、自动操控控制板等智能化水产养殖实用设备；二是加入中控板、单相三相固态继电器、前端智能硬件、监测传感器、自动投喂控制单元、组网部件等可视化远程监控设备。通过对设备集成、装配、编程、调试和运行，完成了产品的整体研发。

前端智能硬件是感知水体环境的“皮肤”，在智能养殖过程中起到环境检测的作用。通过水质溶解氧传感器、水温传感器、盐度传感器、光照传感器、氮氧传感器、pH值传感器等设备，及时获取精确数据[8]。

物联网环境远程监测系统投入使用时，在每个池塘均匀投放水温传感器、水质溶解氧传感器、光照传感器、氮氧传感器、pH值传感器等检测装置，以精确采集池塘含氧量、温度、pH值、氮氧含量等数据信息。此外，在距离鱼塘2 m处安装摄像头，远程监控智能化监测设备的运行情况。

2.3 设备远程智能控制系统设计

设备远程智能控制系统是真正实现智能化水产养殖的关键，主要通过软件技术来实现。采用4G物联网网关实现串口设备之间的双向、透明、安全，通过无线传输实现对整个智能化水产养殖系统运行的控制，如对水体信息的采集、输入、输出、远程和联动控制等。结合LoRa技术与物联网传感器技术，实现对设备远程智能控制。LoRa技术将模拟信号转换成数字信号，在无线通信链路覆盖广泛，实现低功耗、远距离传输。相比传统的调制技术，避免了数据延迟或数据丢失等情况。拥有LoRa技术的池塘远程监控系统，可以高效地实现数据接收的准确性，进而提高鲁棒性。

2.4 环境远程监测系统与远程智能控制系统的整体实现

本系统关联环境监测系统设备，使用LoRa技术实现水体环境监测，远程接收精准采集的含氧量、温度、pH值、图像等数据信息，将获取的数据经传感器技术把模拟信号转换成数字信号。再通过4G物联网网关读取并通过网关发送到服务器中，将多次采集的数据利用大数据技术进行专业化处理，通过微信小程序进行信息交换和通信，生成可视化图表，通过LED显示屏为养殖户提供实时可视化数据。使用者可通过微信小程序随时对这些数据进行查看，分析鱼塘目前的养殖环境，对养殖过程涉及的关键信息进行规律总结。在发现养殖环境存在隐患或者环境缺失时，用户可以通过手机或电脑等平台远程控制继电器的开关来控制水泵、投饲机等设备，从而实现对鱼塘或水库的远程智能化控制与管理等功能，为水产品提供最佳养殖环境。

3 智能化优势及行业改进措施

3.1 发挥智能化养殖的优势

3.1.1 精准采集水体数据

良好的水质环境是水产养殖生产力提高的前提。光照、水温、溶氧量、酸碱度和氮氨等微量元素直接关系着鱼类的生长状态。研究团队走访官桥镇当地个体养殖户，发现个体养殖户如果需要获取详细的水体数据或是采集水体样本，则需要前往最近的大型水产养殖地测量。

本系统具备环境远程监测功能，利用大数据采集技术，用户可根据自身需求，安装相应的水体传感器，在微信小程序实时采集水质微量元素、光照、水温、溶氧量、酸碱度等数据，并根据掌握的水质变化情况来确定最佳的养殖策略和收产日期。

3.1.2 节约人力成本，提高工作效率

运用设备远程智能控制系统，能大大降低人力成本。鱼塘远处安放的摄像头用于监控渔场状况。个体养殖户通过微信小程序控制继电器的开关来控制水泵、投饲机等设备，实现鱼塘无人值守、鱼料自动投喂、鱼塘自动增氧。个体养殖户无需请专业人员分析，也无需雇佣养殖人员，仅凭自己便可以实现对鱼塘、水库的管控。不仅节约了人力成本，同时也大大提高了工作效率。

3.1.3 提高抗风险能力

智能化水产养殖环境远程监测系统与远程智能控制系统实现了养殖自动化，能实时为养殖户提供第一手信息。在自然灾害或突发情况到来时，能及时做出预警，提醒养殖户制定应对风险的相关措施，从而提前规避风险，减少风险带来的经济损失，提高了养殖的安全系数。当水产养殖行业的风险性整体下降时，便会吸引更多对渔业有兴趣的人员从事该行业，带动水产养殖业向规模化发展。

3.2 加大产业改造力度

茂名市水产养殖模式主要是鱼塘和水库养殖。政府部门要发挥自身优势带动产业改造，因地制宜、抓住特色，结合养殖户的养殖现状，采用农村与企业结合、以企业带农村的模式，同时宏观调控茂名市水产养殖行业未来的发展方向，将水产养殖设备在养殖行业中推广开来，加快智能化设备的发展与应用，用信息化建设提高茂名当地水产养殖行业的现代化水平[9]。地方政府可利用贷款等财政政策对实施生态养殖的水产养殖地区给予资金支持。对存在问题的地区进行标准化改造，鼓励当地水产养殖个体户推动池塘水库现代化建设，促进规模化、标准化养殖。

3.3 加强人才培育

大多数水产养殖从业者受年龄、文化水平等的限制，不愿重新再学一项技能。所以，加大对养殖户的培训力度成为提升农村地区水产养殖现代化水平必不可缺的一环。要建立专门的培训机制，打造一支知识储备丰富、专业技术强硬的培训队伍。加大技术宣传与解读力度，引导和推动渔业领军企业和行业协会等发挥自身优势，有针对性地对个体养殖户进行指导与培训，加强对乡村实用型人才的培养，打造一批懂科学且技术过硬、经营有方、思想前卫的新型个体养殖户，推动产学技与产学研相结合[10]。要充分展现新型个体养殖户的知识储备，发挥其示范作用，调动个体水产养殖户的学习积极性，让其了解技术优势，推动形成现代化养殖管理观念和养殖模式，提高个体水产养殖户的创新意识和专业技术，使茂名市水产养殖向健康化、规范化、集约化、标准化转变，提高茂名市水产品的经济效益和行业竞争力。

3.4 电商兴农

2022年中央一号文件发布，其中提到要鼓励拓展农业多种功能，重点发展农村电商、农产品加工等产业。目前借助网络直播的方式销售产品已成为大势所趋，这表明农村电商已成为推动农业农村现代化、乡村振兴和美丽乡村建设的重要途径。未来要继续开展电商进农村综合示范，以“直播+电商”的模式宣传水产养殖设备，为农户提供相对优质的购买渠道及价格上的优惠，拓宽产品流通和销售渠道，对愿意分享与反馈的养殖户进行嘉奖，实现人人参与、人人分享的推广局面。推动水产品在网络购买平台出村进城，打造自主水产养殖品牌，提升产品竞争力。将经营理念、产品价值注入水产养殖品牌中，发挥智能化淡水养殖优势，用新技术促进个体养殖户增产增收。

4 结束语

当前社会发展与科学技术不断更新迭代，加强水产养殖行业现代化建设已是必然趋势。推广现代智能化水产养殖技术，一方面，能够有效提高鱼塘水库资源利用率，减少各种浮游生物生长，防止水体富营养化及水质恶化，防控各类鱼类传染性疾病的盛行，走绿色渔业发展道路，响应“双碳”战略。另一方面，也能够降低人力成本，提高劳动生产率与产量，兴农富民，提高淡水养殖行业的经济效益。智能化水产养殖设备的广泛宣传与普及应用，将会加快推进茂名市官桥镇淡水养殖行业高质量发展，推动乡村水产行业振兴取得新进展，促进茂名市淡水养殖业向现代智能化建设迈出新步伐。