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物联网在工厂化水产养殖中的应用分析

更新时间:2019-12-21 15:10:21 大小:941K 上传用户:xiaohei1810查看TA发布的资源 标签:物联网 下载积分:1分 评价赚积分 (如何评价?) 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

物联网技术在工厂化水产养殖中的不断应用,有利于养殖信息采集的自动化、养殖设备控制的智能化、养殖过程管理的科学化.本文结合国内外相关文献及实地调研数据,从通信技术、设备和智能化管理3个方面分析了物联网在工厂化水产养殖物中的应用现状,总结出当前发展趋势为NB-IoT无线通信技术、低成本免维护传感技术、基于模型预测的设备控制、全系统架构的低功耗发展模式、高集成度的养殖管理系统,并从国家政策、设备国产化、示范基地建立、应用系统性能、人才培养、企业信息化管理等方面提出了发展建议,以期为物联网技术在工厂化水产养殖中的应用提供参考.

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46 卷第 4 期  
2019 8 月  
Vol. 46ꢀ No. 4  
Aug. 2019  
渔 业 现 代 化  
FISHERY MODERNIZATION  
DOI:10. 3969 / j. issn. 1007-9580. 2019. 04. 002  
物联网在工厂化水产养殖中的应用分析  
赵圣涛,,,王建坤  
(中国水产科学研究院黄海水产研究所,山东 青岛 266071)  
摘要:物联网技术在工厂化水产养殖中的不断应用,有利于养殖信息采集的自动化养殖设备控制的智能化、  
养殖过程管理的科学化本文结合国内外相关文献及实地调研数据,从通信技术设备和智能化管理 3 个方  
面分析了物联网在工厂化水产养殖物中的应用现状,总结出当前发展趋势为 NB ꢁ IoT 无线通信技术低成本  
免维护传感技术基于模型预测的设备控制全系统架构的低功耗发展模式高集成度的养殖管理系统,并从  
国家政策设备国产化示范基地建立应用系统性能人才培养企业信息化管理等方面提出了发展建议,以  
期为物联网技术在工厂化水产养殖中的应用提供参考。  
关键词:物联网;工厂化水产养殖;应用;渔业  
中图分类号:S969ꢀ ꢀ ꢀ 文献标志码:Aꢀ ꢀ ꢀ 文章编号:1007-9580(2019)04-008-06  
ꢀ ꢀ 经过近几年的培育和探索,全球物联网市场  
快速拓展,在诸多领域加速渗透,物联网正处于大  
规模爆发式增长的前夜[1] 联网在现代渔业  
中的应用,可以为渔业发展提供先进实用的解决  
方案和技术手段,实现水产养殖信息采集便携化、  
数字化以及养殖作业自动化精准化,对于保障渔  
业生产高产高效优质安全生态,促进渔业结  
构调整和转型升级具有重要意义[2] 国水产  
养殖业发展迅速,2018 年养殖产量超过 5 000 万  
t[3] 工厂化水产养殖作为一种集约化养殖生产  
模式,近年来发展较为迅速物联网技术的不断  
发展,为工厂化水产养殖带来了更加自动化精准  
智能化的生产条件本文结合国内外相关文  
献及实地调研数据,从通信技术设备和智能化管  
3 个方面分析物联网在工厂化水产养殖中的应  
用现状和发展趋势,并提出相应的发展建议,以期  
为物联网技术在工厂化水产养殖中的应用提供  
参考。  
络架构分为感知层网络层应用层[4] 近几年,  
随着物联网技术的不断发展,水产养殖物联网已  
在中国不少地区进行试验,或进行了产业化初步  
应用,取得明显效果物联网系统在国内水产养  
殖领域的应用和试点已遍布山东江苏上海天  
津等 20 多个省[5 ꢁ 6] 在欧美发达国家,集成  
自动化环境监测功能的循环水养殖系统已广泛应  
用于水产养殖[7] 水产养殖物联网技术的发展,  
有望成为传统水产养殖生产向现代化转变的助推  
器和加速器[8]  
1. 1ꢀ 物联网通信技术应用现状和发展趋势  
1. 1. 1ꢀ 应用现状  
物联网在工厂化水产养殖的应用,需要结合  
行业特点领域特征,选用与之相适应的通信技  
在工厂化水产养殖领域的物联网感知层,传  
感器养殖设备与采集通信设备通常采用 RS ꢁ  
485 通信端口布线直连或 ZigBee 无线组网技术进  
行数据传输[9 ꢁ 13] 感知设备一般采用 Modbus 数  
据通信协议与数据采集节点设备控制节点进行  
数据交互[14 ꢁ 15] 在网络层,根据养殖场地条件的  
不同,传感数据选择有线传输或无线传输方式进  
行通信有线网络方式布线复杂,采用无线传感  
器技术或者多参数水质传感器的研究和应用较  
1ꢀ 国内外应用现状  
物联网是通过智能传感器射频识别(RFID)  
等信息传感设备,按照约定的通信协议,把物品与  
互联网连接起来,进行信息交换和通信,其基础网  
收稿日期:2019-02-08  
基金项目:中国水产科学研究院黄海水产研究所基本科研业务费资助项目(20603022018030)  
万方数据  
作者简介:赵圣涛(1988—),,工程师,研究方向:渔业信息技术。 E-mail:zhaost@ ysfri. ac. cn  
4 期  
赵圣涛等:物联网在工厂化水产养殖中的应用分析  
9
现阶段的应用中,数据采集节点设备控制节  
般 选 择 PLC 设 备 或 是 单 片 机 嵌 入 式 设  
应用水质检测传感器可实现对养殖水质的实时、  
自动检测物联网系统中溶氧传感器应用非常广  
,氨氮传感器因价格较高,应用范围相对较小。  
目前传感器市场主要由美国日本德国的几家龙  
头公司主导,国内传感器产业呈现低端过剩中高  
端被国外垄断的市场格局调研的养殖企业在搭  
建物联网系统时,多选用价格较低的国产品牌传  
感器,虽然能够为养殖过程提供有效的数据参考,  
但在精确度维护性上有待提高。  
[16 ꢁ 21] 设备控制节点采用 PLC 或者嵌入式终  
端进行控制时,带有一定量的本地存储空间,能够  
对感知数据按照周期进行存储和查询带有通信  
协议的透明转发功能,将来自应用系统的数据直  
接转发给感知设备处理,处理结果不做任何改动  
直接返回给应用系统功能较完善的节点带有液  
晶屏及按键,能够现场设置和查看感知设备通信  
参数等功能在应用层的网络通信技术选择方  
,影像设备的视频图片数据传输占用较高的带  
宽和资源,多数情况下采用光纤以太网或 WiFi  
无线网络传输[22 ꢁ 23] 水质传感数据养殖设备交  
互数据通信量较小,网络带宽资源需求不高,选用  
GPRS 或者 ZigBee 组网技术进行物联网数据传输  
工厂化水产养殖中的常见的养殖设备主要有  
增氧机投饲机光照装置蓄水泵微滤机蛋白  
分离器等通过对设备的自动化控制,可以对养  
殖水体和微生态环境的一些重要参数进行调节和  
控制,最大限度地发挥工厂化养殖的效能,达到精  
准控制养殖生产过程的目的相比于以往的人工  
控制,采用物联网自动调控设备能实现水质参数  
的精准调控,自动处理,有效控制投入品的过度使  
,减少水产养殖对环境的污染现阶段,对设备  
运行状态的控制多是通过调控养殖设备接入的继  
电器变频器来实现在调研的企业中,增氧机是  
规模化水产养殖的必备设备,也是最为常见的物  
联网远程调控设备,蓄水泵光照装置在部分企业  
也实现了远程调控,其他设备则多选择本地自动  
调控或者人工控制。  
较为常见[24 ꢁ 28]  
1. 1. 2ꢀ 发展趋势  
无线通信技术在水质监测方面的发展趋势更  
加明显特别是具有广覆盖大连接的窄带蜂窝  
物联网(NB ꢁ IoT) 技术,非常适合水产行业通信  
数据量较低传输延时要求不高的应用场景例  
,宦娟等[29] 使用窄带物联网技术不仅实现了水  
质监测系统,还可远程控制增氧机;安东等[30]  
NB ꢁ IoT 技术实现可远程实时查看水质参数  
的管理系统各种基于 NB ꢁ IoT 技术的水产养  
殖系统,有利于推动该技术在工厂化水产养殖领  
域的发展应用,进而形成海量连接的大数据平台。  
具有传输速率快容量大的 5G 技术商用服务的  
开启,可为水产养殖领域提供大数据高速率的应  
用前景。 5G 技术必然会为水产养殖带来颠覆式  
的变革[31 ꢁ 32] ,进一步赋能物联网工厂化水产养殖  
通信技术的转变。  
1. 2. 2ꢀ 发展趋势  
水质传感器正在往高精度低成本少维护的  
方向发展例如,房景辉等[33] 对不同实现原理的  
溶氧传感器在精度及维护上的对比试验;强  
[34] 研制基于氧敏感膜荧光特性的低成本溶解  
氧传感器;沈杜海[35] 研制高精度和高稳定性传感  
通过技术研究与产品研制,传感器精度和成  
本将持续优化,产品竞争力不断提高随着传感  
器线路结构简化以及清水清洁装置超声波电动  
毛刷喷气清洁等各种方法[36 ꢁ 40] 的深入发展,传  
感器的维护将更加便捷,维护成本不断降低。  
物联网系统可远程调控的养殖设备种类正逐  
渐增多,设备调控策略也逐渐从定时控制阈值判  
断向机器学习模型预测数据分析方向转变例  
,基于主成分分析及神经网络建立预测性强误  
差较小的养殖模型[41 ꢁ 42] ,逐渐改变着养殖调控策  
随着设备智能控制技术的不断成熟,养殖设  
备将逐渐淘汰加装外置控制器的调控方式,向具  
1. 2ꢀ 物联网设备应用现状与发展趋势  
1. 2. 1ꢀ 应用现状  
通过调研,发现在物联网系统搭建中常用到  
的设备有水质检测传感器与可远程调控的养殖设  
工厂化水产养殖中常用的水质检测传感器包  
括溶氧、pH、温度水位氨氮等类型通过传感  
器进行数据采集,可以对温度光照、pH、溶氧浊  
盐度氨氮等水质参数进行实时采集,能够实  
时监测养殖环境信息,预警异常情况,及时采取措  
万方数据  
,降低损失相比于通过人工经验或采集水样,  

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