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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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第 46 卷第 4 期

2019 年 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,常ꢀ 青,刘ꢀ 慧,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]。物联网在现代渔业

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]。中国水产

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

化、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

理 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、市^{[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

术。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—),男,工程师,研究方向:渔业信息技术。 E-mail:zhaost@ ysfri. ac. cn

第 4 期

赵圣涛等:物联网在工厂化水产养殖中的应用分析

多。现阶段的应用中,数据采集节点、设备控制节

点一般选择 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

泛,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。

备

^{[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

面,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

用,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

如,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]

采

用 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;陈强

等^[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

器。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

如,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

略。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

备。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

度、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

施,降低损失。相比于通过人工经验或采集水样,

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