物联网水产养殖系统综述

第一篇：物联网水产养殖系统综述

物联网水产养殖系统综述

一、海水养殖的分类

1.工厂化养鱼是指运用建筑、机电、化学、自动控制学等学科原理，对养鱼生产实行半自动或全自动化管理，始终维持鱼类的最佳生理、生态环境，从而达到健康、快速生长和最大限度提高单位水体鱼产量和质量，且不产生养殖系统内外污染的一种高效养殖方式。

2.港塭养殖是利用沿海港汊或河口地带的潮间带滩涂，筑堤、蓄水、纳苗进行水生动物粗养的一种养殖方式。港塭的类型：1.天然盆地鱼港2.人工鱼港3.盐田蓄水池作养鱼港4.内湾性鱼港 3.海水网箱养殖：在海水中设置以竹、木、合成纤维、金属等材料等装制成的一定形状的箱体，将鱼等放人其内，投饵养殖的方式。

3.海水池塘养殖：在潮间带或潮上带，修建0.5～5hm２左右的土池，潮差纳入或机械抽入(或两者兼而用之)海水或半咸水，放人人工捕捞的天然苗或人工培育的鱼种，进行半精养或精养的养殖方式。

二、水产养殖重要的水质因子[1]

1、pH值

pH值(酸碱度)是池塘水质的重要指标，不仅直接影响鱼类的生理活动，而且还通过改变水体环境中其他理化及生物因子间接作用于鱼类。鱼类最适宜在pH值为7．8～8．5的中性或微碱性水体中生长，如果pH值低于6或高于10，就会对鱼类生长造成危害。pH值过低，酸性水体容易致使鱼类感染寄生虫病，如纤毛虫病、鞭毛虫病。其次，水体中磷酸盐溶解度受到影响，有机物分解率减慢，天然饵料的繁殖减慢。再者，鱼鳃会受到腐蚀，鱼血液酸性增强，利用氧的能力降低，尽管水体中的含氧量较高，还是会导致鱼体缺氧浮头，鱼的活动力减弱，对饵料的利用率大大降低，影响鱼类正常生长。pH值过高会增大氨的毒性，同时给蓝绿藻水华产生提供了条件，pH值过高也可能腐蚀鱼类鳃部组织，引起大批死亡。

2、氨氮

氨氮对水生动物的危害有急性和慢性之分。慢性氨氮中毒危害为：摄食降低，生长减慢，组织损伤，降低氧在组织问的输送，鱼和虾均需要与水体进行离子交换(钠，钙等)，氨氮过高会增加鳃的通透性，损害鳃的离子交换功能，使水生生物长期处于应激状态，增加动物对疾病的易感性，降低生长速度，降低生殖能力，减少怀卵量，降低卵的存活力，延迟产卵繁殖。急性氨氮中毒危害为：水生生物表现为亢奋、在水中丧失平衡、抽搐，严重者甚至死亡。

3、亚硝酸盐

当水体中亚硝酸盐含量过高时，亚硝酸盐通过水产养殖动物的鳃部进入血液，血液中运输氧气的血红蛋白与亚硝酸盐结合变成不能运输氧气的高铁血红蛋白，鳃部组织的分泌物出现应激性增加，如果养殖水体长时间维持高浓度的亚硝酸盐，则水产养殖动物将出现鳃丝肿胀、黄鳃、烂 鳃等症状。养殖水体中氨氮和亚硝酸盐的积聚会导致水体中藻类非正常死亡，引起水体溶氧急剧下降、有害气体增多，有害细菌和条件致病菌大量滋生，造成鱼、虾、蟹等养殖动物的体质下降，抗应激能力差，易导致各种病原菌的侵袭，造成养殖动物疾病的大量暴发且难以控制。亚硝酸盐还可以与水体中溶解的胺类物质结合，形成具有强烈致癌作用的亚硝胺，对水产养殖动物机体造成直接的损害，如对虾，其主要表现为：多数病虾在池塘表面缓慢流动或紧靠浅水岸边，呈现空胃，触动时反应迟钝，尾部、足部和触须略微发红。刚蜕壳的软虾较容易中毒，蜕壳高峰期常出现急性死亡现象。

4、硫化氢

硫化氢有臭蛋味，具刺激、麻醉作用，对鱼类有很强的毒性。硫化氢在有氧条件下很不定，可通过化学或微生物作用转化为硫酸盐。在底层水中有一定量的活性铁，可被转化为无毒的硫或硫化铁。水体中的硫化氢通过鱼鳃表面和黏膜可很快被吸收，与组织中的钠离子结合形成具有强烈刺激作用的硫化钠，并还可与呼吸链末端的细胞色素氧化酶中的铁相结合，使血红素量减少，血液丧失载氧能力，同时可使组织凝血性坏死，导致鱼类呼吸困难，严重影响鱼类的健康生长，有的甚至大批量死亡。中毒鱼类的主要症状为鳃呈紫红色，鳃盖3胸鳍张开，鱼体失去光泽，漂浮在水面上。在缺氧条件下，硫化氢的来源途径有二：一是含硫有机物经过嫌气细菌分解而成，二是水中硫酸盐丰富，由于硫酸盐还原细菌的作用，使硫酸盐变成硫化物，在缺氧条件下进一步生成硫化氢。

5、水温

水温直接影响水产动物的体温，而体温直接影响着动物体细胞的活动及体内参与代谢的酶的活力。因而水温对水产动物具有极其重要的生物学意义。任何水产动物都有极限耐受温度范围和最适生长温度范围。如果要获得最佳生产效益就要求养殖水温控制在最适合生长温度范围内。对许多养殖品种，在最适生长温度范围内，有可能达到相同的生长速度。另外，鱼类疾病对水温的变化是很敏感的，例如：水霉病在水温低于4℃或高于25。C时就会受到抑制。传染性造血组织坏死病在水温高于15℃时，自然发病消失。

6、溶解氧

溶解氧是池塘水产养殖最重要的一个水质因子，决定了鱼类的生存、生长、病害控制，影响池塘养殖密度和成活率，是提高鱼塘产量的关键因素，关系到池塘高密度养殖的成败。

以上为淡水养殖的几个重要水质因子，海水养殖的重要水质因子与淡水养殖水质因子类似，具体请参见《渔业水质国家标准》。

以上六个影响水产养殖的水质参数在物联网技术、传感器技术发展以前采用试剂或简单仪器测量方法，准确性实时性均无法保障，24 h监测更无从谈起。目前，上述参数都可以通过电极、光电传感器等探头24小时不间断在线检测，相关传感器以进口为主，主要生产厂家在德国、奥地利、加拿大、美国等国家。

三、水产养殖监测管理系统

1、基于GSM的温度、PH、溶解氧测量的海水养殖监测系统[2] 本系统是与GSM 技术结合的监测海水养殖的温度、PH 值、含氧量的系统，系统综合了单片机技术、GSM 网络技术、传感器技术、控制算法技术等。系统是根据无人值班要求设计，应用成熟的GSM短信息技术，灵活方便，可靠廉价。管理员可以远程利用手机来查询现场的温度或PH等数据，灵活方便。当其值超出系统预设的报警范围时，还可以通过GSM短信将温控仪的温度值和状态定时发送给指定的手机上。可及时了解现场温度、PH值以及含氧量等情况并有效预防其大幅度变化带来的损失，满足了养殖区域无人坚守的设计需求。

系统具体框图：

硬件部分主要有：温度测量模块、PH 值测量模块、溶解氧测量模块、存储模块、液晶显示模块、键盘模块、SIM300C 通信模块、控制模块等。

数据通讯采用SIM300C 无线通信模块，这是由单片机发送AT 指令来控制GSM 模块接收和发送手机短消息，我们使用PDU 编码来控制发送短信的内容，并由单片机进行解读，实现了信息的实时交互。

存储模块使用AT24C02，它存储身份认证信息，即将养殖业主的手机号码存入该存储器中，同时将测得的数据实时存储起来。当用户手机号给放置在SIM 卡槽里的卡号打电话时，单片机会从存储器把实时的数据通过SIM300C 通信模块发送给养殖业主，从而实现了信息的实时交互。实现了养殖场地无人坚守就可以了解养殖环境的温度、PH 值、含氧量的性能指标。

显示模块采用液晶LCD 显示器12864 实现温度、PH 值、含氧量三个数据的实时显示。键盘模块采用点阵式键盘，用于存入和修改用户手机号，以及写入温度、PH 值、溶解氧的上下限的值。写入两个温度传感器的ID号。

2、工厂化水产养殖溶解氧自动监控系统[3] 为以曝气增氧方式的养殖系统(养殖平均体重为450 g的虹鳟Oncorhynchusmykiss，养殖密度为27ks／m3)设计了在线自动监控系统，即对水体溶解氧进行在线监测，对增氧设备进行自动控制。该监控系统是以覆膜溶解氧电极作为检测元件，用组态王软件设计在上位机中运行的监控系统完成在线检测，以PLC为下位机直接控制增氧气泵实现溶解氧控制功能。结果表明：该溶解氧在线自动监控系统能直观地在计算机屏幕上显示养殖现场溶解氧的变化情况，并可以储存、打印、记录溶解氧的变化数值，为掌握溶解氧的变化规律，分析溶解氧产生变化的原因提供基础数据。对增氧设备进行控制，可确保水体中的溶解氧维持在适合鱼类生长的最佳范围内，减少了设备的运行时间，降低了生产过程的能源消耗，取得了较好的效果。

系统框图：

3、水产养殖监管物联网应用系统

[4] 本文提出并构建了水产养殖生产过程中的4个子系统：水产养殖环境监控系统、水产品健康养殖智能化管理系统、水产养殖对象个体行为视频监测系统、“气象预报式”信息服务系统。其中，水产养殖环境监控系统是对养殖环境的测控；水产品健康养殖智能化管理系统可以进行精细投喂和水产品的疾病诊断；水产养殖对象个体行为视频监测系统可以对水产品个体行为进行远程测控，进行动物行为诊断；“气象预报式”信息服务系统可以为水产养殖进行天气预报式的预测和采取防范措施。

（1）水产养殖环境监控系统

基于智能感知技术的水质及环境信息智能感知技术：采用具有自识别、自标定、自校正、自动补偿功能的智能传感器，对水质和环境信息进行实时采集，全面感知养殖环境的实际情况。

基于无线传感器网络的水质及环境信息无线传输技术：当前无线传感网络对环境的监控基本处于成熟阶段，可运用无线通信技术、嵌入式测控技术和计算机技术，实现短距离通讯和无线通信；研制系列无线采集节点、无线控制节点和无线监控中心，开发无线网络管理软件，构建适合集约化水产养殖应用的水质及环境信息无线传输系统，将有效解决水产养殖领域应用覆盖范围大、能耗约束强、环境恶劣和维护能力差等条件下信息的可靠传输难题。

水质管理决策模型建设：本系统将根据气温对水温的影响，饵料及水产品的代谢物对养殖水体pH值的影响，养殖密度对日增重量、日生长量和成活率的影响，水体增氧对养殖水体中溶氧量和氨氮的影响，氨氮、亚硝态氮对化学需氧量(COD)的影响，氨氮、亚硝态氮对葡萄糖吸收能力的影响，残饵、粪便对水质的影响等，建立水质参数预测、生物增长等系列定量关系动力学模型，解决水质动态预测问题，为水质预警控制、饲料投喂和疾病预防预警提供数据支持。

基于智能控制技术的环境设备控制技术：针对现有养殖设备(如增氧机)工作效率低、能耗高、难以用精确数学模型描述等问题，通过分析研究控制措施与参数动态变化规律，动态调整环境控制措施，实现养殖设备的智能控制，以降低能量消耗，节约成本。（2）水产品健康养殖智能化管理系统

自动化投饲系统：利用监控软件和网络技术，通过局域网、手机等工具，实现远程异地监控。在人员不在养殖现场的情况下，能实时掌握投料情况、养殖产品的进食情况。利用远程控制系统，进行定时定量精准投喂控制，实现自动化定时精准投料养殖，减少饲料损耗。在相对集中的养殖场所建立监控平台，在零星养殖场所可通过手机进行监控。

水产品疾病诊治系统：从水产品疾病早预防、早诊治的角度出发，在对气候环境、水环境和病源与水产品疾病发生关系研究的基础上，确定各类病因预警指标及其对疾病发生影响的可能程度，建立水产品预警指标体系，根据预警指标的等级和疾病的危害程度，建立水产品疾病预警模型；建立疾病诊断推理网络关系模型，建立水产品典型病虫害图像特征数据库，实现水产品疾病的早预防、及时预警和精确诊治。（3）水产养殖对象个体行为视频监测系统

①水产环境视频采集系统，实现现场环境的采集功能；②传输系统；③远程监测系统；④移动终端，通过手机等移动终端可以异地监测水产养殖场的情况。（4）“气象预报式”信息服务系统

整合当地热线、农业信息网站资源等的水产养殖技术、水产养殖行业新闻及市场动态信息，利用网格技术、数据库异构分布技术、中间件技术、云计算技术、人工智能等技术充分融合现有的水产信息资源，采用三网融合技术，为养殖企业和养殖户提供水产养殖信息服务，解决生产管理、养殖技术推广、市场信息服务等问题。采用手机报、惠农短信、农林电视节目等信息技术手段，为养殖户提供适时的水质环境预测预报、应急防范、技术咨询服务。

4、基于物联网Android平台的水产养殖远程监控系统[5]

该文开发了一种基于物联网Android平台的水产养殖远程监控系统，实现了对多传感器节点的信息（pH 值、温度、水位、溶解氧等环境参数）远程采集和数据存储功能，实现了对多控制节点的远程控制。系统不受时间地域限制，用户可以在任何具备网络覆盖的地方从手机上浏览并获取数据，将数据从数据库中导出到用户的SD 卡上，以TXT 格式存储，系统多手机用户客户端可以共享一台服务器，具有很高的性价比。系统采用CC2430 作为底层管理芯片，控制部分采用模糊PID 控制算法，系统通过在江苏省溧阳长荡湖实验基地系统的实际调试，各项指标均达到要求，温度测量精度达到0.5℃，pH 值测量精度达到0.3，溶解氧的控制精度在±0.3 mg/L 以内，水位波动控制在平均±1 cm 左右，能够满足水产养殖的需要。

系统主要分为底层模块（水质参数实时监测，控制模块），服务器，本地现场监控，远程监控以及Android 手机客户端等模块。系统架构图如图1所示。为了解决系统的野外供电问题，系统采用太阳能供电方式对底层监测模块进行供电。设计选用了SOC 系统芯片CC2430，模块主要负责pH 值、温度、水位、溶解氧等环境参数的实时采集，采用ZigBee协议，将采集到的数据通过无线收发模块发送，同时接收来自服务器的控制命令；溶解氧传感器采用DO-952型溶解氧电极，pH 值传感器采用上海雷磁公司生产的E-201-C型pH 复合电极。

系统总体设计图：

5、构建软硬结合的水产养殖物联网解决方案

[6] 通过该系统，养殖户可以通过手机、PDA、计算机等信息终端，实时掌握养殖水质环境信息，及时获取异常报警信息，并可以根据水质监测结果，实时自动地调整控制设备，实现水产养殖的科学养殖与管理，最终实现节能降耗、绿色环保和增产增收的目标。

该物联网系统由水质监测站、增氧控制站、现场及远程监控中心等子系统组成。

水质监测站可以选装溶解氧传感器、pH 传感器、水位传感器、盐度传感器、浊度传感器等，配合智能数据采集器，主要实现对养殖场水质环境参数的在线采集、处理与传输。

增氧控制站包括无线控制终端、配电箱、空气压缩机与曝气增氧管道（或增氧机）。无线控制终端汇聚水质监测站采集的信息，根据不同养殖品种对溶解氧的需求，通过算法模型控制增氧设备动作。

现场监控中心包括WSN无线接入点和现场监控计算机。无线控制终端汇聚的数据通过无线接入点汇总到现场监控计算机，用户可在本地查询水质参数数据，同时监控计算机对数据进行分析处理，做出控制决策，通过无线接入点向配电箱发送控制指令。

远程监控中心通过GPRS远程接入点接收无线控制终端汇聚的数据信息。用户可以通过手机、PDA、计算机等信息终端远程查询水质信息，同时也可通过对数据进行分析处理，做出控制决策，远程控制增氧设备。

6、基于物联网的水产养殖环境智能监控系统[7] 系统采用ZigBee技术和GPRS技术实现对养殖水质的各类关键指标：温度、溶解氧含量、pH和浊度的实时采集、远程显示和自动报警；同时系统基于养鱼知识库的指导，通过PC或手机终端远程控制喂食器、加热器、过滤和增氧机，实现智能化远程养鱼。

（1）ZigBee无线传感网络由放置在水中的大量检测节点和继电控制节点构成，分别完成温度、pH、浊度、溶氧等水质参数的采集和对增氧机、投食器等设备的控制。各检测节点终端的ZigBee和协调监控器中的协调器，经过多跳路由形式构成ZigBee无线传感自组网络。所有监控量汇聚到协调监控器内ZigBee协调器。

（2）协调监控器接收到监测数据后进行数据处理，再通过串口与GPRS模块相连，并通过GPRS网络，将水质环境检测数据无线传输到监测服务器。

（3）监测服务器除了存储、发布监测数据外，还建立养鱼知识库，内容包括多个鱼种的养殖条件和养殖方法。当养殖环境参数超标时可给出预警并提出指导性建议。

（4）应用层面向养殖户提供手机远程监控终端。可通过安装在手机终端的应用程序对水质环境进行实时监测，并且能够远程控制养殖水域内的加热棒、增氧机、投饲机、过滤器等继电控制器，完成智能化的远程水产养殖环境监控。

系统设计图：

四、水产养殖水质监控技术研究现状及发展趋势[8] 随着我国迈入农业结构调整的关键时期，水产养殖业正从传统的粗放式放养模式逐步向工厂化、集约化养殖模式发展。由于集约化水产养殖密度大，当出现水质问题时，往往已经造成了无可挽回的损失，故水质因素成为集约化水产养殖中最为关键的一环。

介绍了水产养殖监控的技术体系，其体系结构分为终端层、传输层和管理层３个部分，从国内、外两方面分析了各部分的发展及应用研究现状，指出水质参数的采集和处理是目前的攻坚环节，展望了养殖水质监控中感知层的信息融合、远程视频传输的应用、信息处理技术的集成与智能以及物联网技术与集约化养殖的结合将是未来的发展趋势。

1、国内研究现状

（1）水质参数采集

国内的水质参数采集技术起步较晚，由于设计要求和理念的差距，技术相对落后。我国水质监测仪70％以上来自进口，相当大比例的监测机构仍旧依靠采样后实验室分析的方法来对水质进行检测。我国水质监测仪器的国产化研究和产品开发开始于90年代中期，目前生产技术已取得了较大发展，形成了一定的规模。如西安交大研制了能同时检测COD、氨氮和PH等３个参数的国内第一台水质监测样机；上海雷磁公司研制出可测量水温、PH、溶氧和电导率等4个参数的便携式水质检测仪；北京东方德北科研发中心更是研制出能测量水温、PH、溶氧、电导率和浊度等5个水质常规参数的水质检测仪。另外，比较知名的还有江苏电分析仪器厂、北京北分瑞利分析仪器有限公司和北京丰杰兴源科技发展有限公司等生产的水质分析检测仪器。它们一般都具有自动量程转换、遥控、标准输出接口和数字显示、自动清洗、状态自检和报警、断电保护和来电自动恢复等功能。

（2）水质参数传输技术

随着无线通信技术的发展，无线传输在养殖水质监控系统的应用越来越普遍。Lopez等[9]于2009建立了工厂化养鱼环境PH、氨氮和温度的无线传感网络监测系统。Zhu等[10]在2010年建立了集约化养鱼水质远程无线传感器网络系统，该系统可根据水质含氧量的历史数据进行预警预报。陆卫忠等[11]开展了基于GPRS的水产养殖水质监控系统的设计的研究，通过GPRS终端，利GPRS和Internet实现在控制范围较广、工作环境较恶劣条件下的远程数据采集与控制。李道亮等[12]将无线传感器网络应用于宜兴河蟹养殖系统中，整个无线监测系统包括农用无线气象站、水质监测站、溶解氧控制站，并且开发了水产养殖行业应用平台，实现了溶解氧从测量、预测到控制等功能。可见，无线传输以其传输距离远、布置灵活、抗干扰和稳定性强等优势，将成为未来农业信息传输的趋势。（3）水质监控专家系统

20世纪70年代末至80年代初，随着人工智能技术的发展，美国诞生了世界上第一个农业生产管理专家系统。我国水产养殖专家系统的研究开始于20世纪90年代，主要应用于水产养殖病害的预测、诊断和防治以及水产养殖管理、运输等方面[13]，如网络化淡水虾养殖专家系统、渔业资源评估专家系统、鲟鱼养殖专家系统等，在系统的功能、操作性和通用性方面取得了一些进展。2003年，丁文等[14]开发了鱼病诊断专家系统设计，为养鱼户和生产管理部门提供了鱼病诊断与防治的辅助决策工具。2008年，北京林业大学温继文等[15]开发了基于UML的鱼病远程监测预警与诊断系统。该系统主要通过监测水环境，结合鱼得病率和死亡率等指标和专家经验，运用定量方法预报鱼病发生的程度。总而言之，管理层专家系统的对象由单一到全面，适应性由个体到综合，访问平台由单一的PC机拓展到手机，开发工具由Basic、C语言等传统语言到Prolog、OKPS等专门开发工具。可见，开发更加专业、综合和实用的专家系统将是未来的趋势。

3、发展趋势

（1）信息融合与养殖水质监控的结合

感知层传感器作为获取水质信息的唯一途径，采集信息的准确性、稳定可靠性、实时性和抗干扰性等将直接影响到控制器对信息的处理和传输，对整个系统的性能至关重要。多传感器信息融合是指对多个传感器的数据进行多级别、多层次、多方面的处理后而产生单一传感器无法获得的新的有意义的信息的过程。融合的思路大致为：寻求最适合养殖水质监控的一种或多种信息融合方法的组合，将养殖水质的不同参数作为输入量，执行机构的开关状态组合作为输出量，对不同知识源和对按时序获得的若干传感器采集的数据，在一定的准则下加以自动分析、综合而进行一系列的信息处理。由于各种不同的水质参数之间存在着相互影响，多传感器信息融合与水产养 殖水质监控的结合成为感知层面今后研究的趋势。（2）无线视频传输技术与水质监控的结合

随着媒体传输技术和图像压缩技术的发展，视频传输技术正向高清传输方向发展。3G技术的发展和成熟，使无线传输不再受前期传输速率低的局限，传输速率已经可以有效支持视频传输，因此远程无线视频传输有着很大的发展空间，这将使得养殖水质监控中全方位的清晰视频监控成为可能。

（3）养殖水质监控信息处理技术的集成化和智能化

现代水产养殖对信息资源及信息处理技术的综合开发利用需求越来越迫切，单项的信息处理技术往往不能满足需要。因此，数据检测处理、预测预警和智能控制等多种信息技术的结合与集成将成为未来养殖水质信息处理技术的发展方向。智能化是人类思维在信息处理技术上的延伸，智能化系统在养殖水质监控中的应用将使信息获取、推理决策、评价预测等更加自动化，所以智能化也将是养殖水质监控信息处理技术发展的必然趋势。（4）物联网与集约化养殖的结合

物联网与集约化养殖的结合物联网是利用感知技术和智能装备，通过网络传输、计算处理和知识挖掘，实现人与物、物与物信息交互和无缝连接，达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策目的的一种巨大智能网络。农业是物联网技术的重点应用领域之一，水产养殖物联网成为重点研究方向。在物联网的概念还没被提出的时候，国内外专家学者主要致力于农业资源高效利用专家系统的研究，物联网的到来开辟了一条新的思路。单靠专家系统和决策系统无法实现完全自动化，软件和硬件必须一体化，信息采集、传输、处理和控制系统集成在一起才能实现农业的自动化。随着物联网技术的发展，通过感知技术和信息处理技术能获取更多更准确的信息，经过传输网络将信息传送到管理中心或者用户手机，真正实现实时监控，达到节本增效的目的。总之，物联网技术可以有效提升现代水产养殖业的信息化、自动化水平，将其与集约化养殖模式相结合是现代水产养殖业发展的重要方向。

参考文献：

[1]赖年悦，杨粤首，魏泽能.基于物联网的池塘高产养殖水质智能调控技术[J] 2013.05 [2]陈海杰.基于GSM的温度、PH、溶解氧测量的海水养殖监测系统[J] 2011.05 [3] 朱明瑞,曹广斌,蒋树义,韩世成.工厂化水产养殖溶解氧自动监控系统的研究[J] 2007.06 [4] 高亮亮，李道亮，梁勇，李瑾，马晨，陈英义.水产养殖监管物联网应用系统建设与管理研究 2013.[5] 李慧，刘星桥，李景，陆晓嵩，宦娟基于物联网Android平台的水产养殖远程监控系统[J] 2013.07 [6] 刘金权构建软硬结合的水产养殖物联网解决方案[J] 2013.06 [7] 杨琛，白波，匡兴红.基于物联网的水产养殖环境智能监控系统[J] 2014.01 [8]曾洋泱，匡迎春，沈岳，向欢，刘新庭.水产养殖水质监控技术研究现状及发展趋势[J] 2013.[9] M.López,，S.Martínez.Wireless monitoring of the pH, NH4+ and temperature in a fish farm[J] [10]XiunaZhua, Daoliang Li.A remote wireless system for water quality online monitoring in intensivefish culture[J] [11]陆卫忠基于GPRS的水产养殖水质监控系统的设计[J] [12] 李道亮物联网与智慧农业[J] 2012.01 [13] 于 毅，徐 睿.专家系统在水产养殖病害上的应用与发展[J] 2011.08 [14] 丁文 鱼病诊断与鱼病诊断专家系统设计[J] 2003.05 [15] 温继文，李道亮.基于UML 的鱼病远程监测预警与诊断系统[J] 2008.09

第二篇：水产养殖水质物联网监测管理系统

鱼类养殖水质监测管理系统

鱼 类 养 殖 水 质 监 测 管 理 系 统

设计单位：广州莱安智能化系统开发有限公司

地址：广州市天河区中山大道建中路11号103

欢迎来电索取详细方案或来电洽谈机房、机房监控、机房建设、楼宇智能化等各类机房设备业务，免费提供设计方案，价格实惠

目录：

一、鱼类养殖管理监测系统背景............................4

二、鱼类养殖管理监测系统概述............................4

三、建设鱼类养殖水质监测系统目的........................4

四、鱼类养殖水质监测管理系统构成........................5

五、鱼类养殖水质监测管理系统主要功能....................5

六、信息化水产养殖系统的优点............................6

七、水产养殖智能检测系统................................7

八、鱼类养殖中需要监测的几个方面.....................10

九、鱼类养殖需要的环境.................................11

一、鱼类养殖管理监测系统背景

由于鱼塘的地理位置偏僻，经常出现一些偷钓、偷捕的情况，甚至出现了不少鱼塘遭到投毒的恶意事件，不仅给鱼塘养殖户带来的重大损失，并且对当地治安管理来说产生了很大影响。

鱼类养殖已经是十分普遍的养殖项目，但因其肉类鲜美，营养丰富，种类繁多，养鱼业不仅没被众多水产养殖业淘汰，反而呈现出发展上升的态势。随着自然环境的改变，很多珍惜鱼类濒临灭绝，如：娃娃鱼、中华鲟鱼……人工养殖渔业不仅成为满足市场需求的做法，更是保存物种多样性的最佳方式。

随着科技的发展，物联网养殖的出现，传统的养殖模式开始向这一新型养殖方式靠拢。物联网采用无线传感技术、网络化管理等先进管理方法对养殖环境、水质、鱼类生长状况、药物使用、废水处理等进行全方位管理、监测，具有数据实时采集分析、食品溯源、生产基地远程监控等功能。在保证质量的基础上大大提高了产量。

中国水产养殖产量占到了全世界总产量的73%，是名符其实的水产养殖大国。随着物联网养殖技术的出现，传统的养殖模式开始向这一新兴养殖模式靠拢。国家农业智能装备工程技术研究中心农业物联网集成智能水质传感器、无线传感网、无线通信、智能管理系统和视频监控系统等专业技术，对养殖环境、水质、鱼类生长状况等进行全方位监测管理，最终实现节能降耗、增产增收的目标。

二、鱼类养殖管理监测系统概述

目前国内的水产养殖业其水质监测基本上仍处于人工取样、化学分析的人工监测阶段，其耗时费力、精确度不高，并且需要有专业人员进行操作。我们开发的水质监测系统操作简单、数值输出快而精确，并且可以实现水产养殖全过程的连续或适时监测，对于预防极端气候造成极端水质物理指标及各水环境因子综合的病害机理具有重要意义，可以指导我们的水产养殖业规避风险，带来利润。

目前各水产院校、水产研究机构和水产养殖公司除极少数已配备了水质自动监测仪以外，一般单位并没有采用，其原因多是市场上的水质监测（分析）仪器价格昂贵，在目前人力相对廉价的情况下，一般不会采用这种监测仪器。但是随着水产养殖业的发展，整个水产行业在不久的将来必将发生经营观念上的彻底转变，也必将会逐步选择先进的水质监测系统服务于养殖作业流程。

三、建设鱼类养殖水质监测系统目的

对于养殖户来说，鱼塘的安全生产问题必须要高度重视和尽快采取有效的方法手段来解决这一难题。目前养殖户普遍采取的手段是增加人手进行巡逻预防，然而起到的效果有限。利用现代安防科技及物联网，我们可以建立一套安全防范管理及水质监控系统，结合人防与技防手段，实现鱼塘的7X24模式实时监控以达到安全生产的目的

四、鱼类养殖水质监测管理系统构成

鱼类养殖水质监测管理系统利用传感器测量出水中相应的环境因子（如ph值，溶解氧，温度等），然后利用相应参数的在线仪表读出传感器传出的信号，并可将这些信号转化为数字信号或者模拟电流信号，传入现场plc控制系统以及终端，再通过编制的软件实现数据整理和数据分析，并实施预警预报。

（1）、信息采集系统：温度传感器、光照强度传感器，水体溶解氧、PH值、氨氮含量、亚硝酸盐含量、水温探头。用途：用于监测水域影响鱼类生长的各类信息参数，及时消除不利因数。

（2）、无线传输系统

用途：用于远程无线传输数据采集。

（3）、自动控制系统:水口电磁阀、增氧泵、天窗自动开启和关闭。

（4）、软件平台：远程数据实时查看功能；自动化控制功能；各类预警功能；

五、鱼类养殖水质监测管理系统主要功能 鱼类养殖水质监测管理系统目前已完成和实现的

（2）主要功能包括作为下位机的分析仪、现场控制器和作为上位机的终端电脑应用程序的一部分，能监测多种水质参数：水温、水深、酸度、盐度、含氧量等。

使用分析仪来实现数据采集，分析仪的传感器测得原始数据，通过信号分析获得测量的参数值。车间里每个养殖池可放置一个或多个分析仪的传感器，各分析仪之间利用485网络连接，从而可将车间里各养殖池中水环境的多项参数连续不断的采集起来。

终端电脑和下位机的通讯采用的是“主－从”式通讯方式，上位机通过rs232接口主动发出命令或数据，下位机被动响应。

系统对养殖池分类，分别设定不同的标准参数，在采集到的鱼池5参数超出标准时可进行报警，从而实现水质的实时监控。

终端电脑上的软件对连接的养殖池水质可进行自动监测和手动监测。自动监测是对一组分析仪（也就是多个养殖池）根据设定的时间间隔，按顺序逐一进行数据采集，存入数据库，同时和标准值进行比较，进行监测；手动监测是根据设定的时间间隔对一个指定的分析仪进行数据采集，进行监测。

在鱼类养殖水质监测管理系统中还可对各个分析仪进行参数校正，以确保采集数据的准确有效；可修改分析仪的id号，位置信息等，方便分析仪和数据信息的管理与使用。

六、信息化水产养殖系统的优点

智能化多参数养殖水质监测系统的成功研发是电子信息技术与水产养殖技术的完美结合。该系统的推广应用将成为利用现代电子手段改造传统行业的又一成功案例。在水产养殖发展中，随着人们消费水平和环保意识的提高，绿色水产越来越受到消费者的青睐，传统的养殖模式存在的种种弊端，已经难以满足市场的要求。因此发展智能化水产养殖，才能真正从根本上解决现在所面临的问题。

七、水产养殖智能检测系统：

采用具有自识别功能的检测传感器，对水质、水环境信息（温度、光照、深度、PH值、溶解氧、浊度、盐度、氨氮含量等）进行实时采集。

基于现代物联网信息技术的水产养殖整体解决方案，主要包括三个部分：信息采集、自动控制和信息发布与智能决策。

1、鱼类养殖水质监测管理系统：

依据水产品在各养殖阶段的长度与重量关系，养殖环境因素与饵料养分的吸收能力、摄取量的关系建立数据库，进行实施采集。

2、水产养殖视频监控系统：

采用视频监控技术，能直观的把养殖基地的现场情况呈现到我们眼前，为远程管理提供了直观的信息。

在水产养殖区域内设置可移动监控设备，可实现：（1）、现场环境实时查看；（2）、远程实时监控；

（3）、视频资料可查看、传输和存储，积累养殖经验。

3、智能化控制系统：

可实现换水、增氧、增温、喂料等功能。由采集器根据目标参数及与实际参数的偏差以及室内环境的变化进行计算，控制增氧泵、灯光、水泵等设备，可以实现加氧、补光和换水。（1）、增氧、投饲无线远程控制

采用集散式控制模式，中央控制室和室外分布式网络节点之间实现无线数据传输，可设定或采用专家软件灵活设定溶氧范围，实现自动控制增氧；通过控制自动投饲机和增氧机的启动次数、启动时间、运行时间长短控制投饲量和增氧量，同时具有远程控制，数据记录等功能。

控制方式灵活； 可以采取软件在电脑或控制柜上直接控制增氧机和投饵机，也可以设定好自动投饲机和增氧机的启动次数、启动时间、运行时间长短控制投饲量和增氧量，自动化程度高；数据无线传输：可进行远程无线控制。（2）、智能增氧控制

增氧在线控制：利用水质在线监测系统对溶氧进行监测，根据养殖水体中溶解氧的实际情况，由中央控制室发出无线控制信号，控制增氧机开关。通过控制软件，可设定增氧机开关的上下阈值。

4、环境采集

通过采集器和环境气象站可以把水产养殖基地水质的含氧量、温度、光照等参数和现场气象参数传输到互联网平台，通过数据报表、变化曲线和实时图像方式显示。用户登录环境监测管理平台就可以查看基地任何时间段内的环境参数，通过对数据图表的分析可以提供生产管理建议。

5、信息管理平台：

各省、市相关单位（水产局、畜牧水产局、水产技术服务推广中心）通过该信息管理平台可科学化、全方位的进行智能部署，有效减轻管理人员工作量，提升监管工作的及时性、准确性和有效性。

6、、信息发布

信息发布系统分为LED显示屏和大屏幕显示电视墙终端。LED显示屏用于实时显示养殖基地的环境测量值。监控中心或者调度室主要应用大屏幕显示电视终端。

7、智能决策 根据采集到的环境参数通过智能决策管理系统，可以设置报警限值，从而实现短信报警、邮件报警和远程控制。

8、短信报警（可选配置）

当养殖水体中的溶解氧达到临界值时，报警（触控键入设定每个测量单元的最低和最高溶氧值范围。低于最低值或高于最高值，系统将自动报警）。报警信息以短信的形式发送到用户手机。短信报警功能具有价格低，实用方便，管理平台统一、成熟等优点，让用户实现养殖设备的远程管理，使整个自动控制系统更加完善。

八、鱼类养殖中需要监测的几个方面

1、养殖水域环境监测

（1）温度监测

温度是影响水产养殖的重要环境因素之一，这其中包括进水口温度，池内温度，养殖场空气温度等。根据经验总结，在适合的水温范围内：1）水温越高，鱼类摄食量越大，更快生长； 2）水温越高，孵化时间越短。计算好合适的水温，对鱼的生长起到重要作用。物联网监测系统可24小时全天候监测养殖水域水体温度，当温度高于或低于设定范围时，系统自动报警，并将现场情况通过短信发到用户手机上，监控界面弹出报警信息。用户可通过重新设置，自动打开水温控制设备，当水温恢复正常值时，系统又会自动关闭。

（2）光照检测

光照时间长短、强弱决定着鱼类生长的繁殖周期和生产品质，光照系统会自动计算水域养殖时鱼类需要的光照时间长短，是否需要开关天窗。

2、养殖水域水质监测

（1）PH值监测

PH值过低，水体呈酸性，会引起鱼类鱼鳃病变，氧的利用率降低，照成鱼类生病或者水中细菌大量繁殖。系统安装PH值测试探头，当水体PH值超过正常范围时，水口阀门自动开启，进行换水。

（2）溶解氧监测

溶解氧的含量关系着鱼类食欲、饲料利用率、鱼类生长发育速度等，当水体溶解氧含量降低时，系统会自动打开增氧泵增氧。

（3）氨氮含量监测

鱼池塘中的氨氮来源于饵料、水生动物排泄物、肥料及动物尸体分解等，氨氮含量超高，会影响鱼类生长，过高则会造成鱼类中毒死亡，给生产带来重大损失。系统监测氨氮含量，超出正常值范围时，就要对养殖区进行清洁或换水。

九、传统的水产养殖与现代化水产养殖区别传统的水产养殖大量使用人工，浪费人力，增加成本。或者因为信息采集不及时和残缺，导致能源使用的浪费。而物联网智能系统能更好的规避这些问题：

1、根据水质，自动开启、关闭水口电磁阀进行换水；

2、自动检测养殖区含氧量，无需24小时增氧，当氧量不足时，系统会自动打开增氧泵；

3、养殖区温度过高时，天窗自动开启散热。

九、鱼类养殖需要的环境

渔业养殖水域是水产养殖动物的生活环境，每一种水产养殖动物都需要有适合其生存的水质环境。水质环境若能满足要求，水产养殖动物就能生长和繁殖，如果水质环境中的水受到某种污染，某些水质指标超出水产养殖动物的适应和忍耐范围，轻者水产养殖动物不能正常生长，重者可能造成水产养殖动物大批死亡。

溶解氧是指溶解于水中的分子态氧，是水中生物和植物生存不可缺少的条件。我国养殖的几种主要鱼类，在成鱼阶段可允许的溶氧量为3mg／L以上。当溶氧降低到2mg／L以下时，就会发生轻度浮头；降到0．8—0．6mg／L时，出现严重浮头(鱼类发生一次严重浮头就像生一场大病一样)；降到0．5—0．3mg／L时，鱼就会窒息而死[2]。为此能有效地监测和控制水中溶氧量成为水产养殖急需解决的问题。鱼池水质管理，直接影响养鱼效益。衡量鱼池水质好坏的指标主要有：池水温度、酸碱度(PH值)、溶氧值和透明度。现将其测试技术简介如下： 1.温度测试

不同鱼类对水温的要求不同。鲢、鳙、草、鲤、团头鲂等属温水鱼类，适宜生活的水温为20℃～30℃。罗非鱼属热带鱼类，适宜水温为25℃～34℃。为了给鱼创造最适宜的温度环境，就要随时掌握池水的温度变化。监测水温最常用的是水银温度计，但只能测得表层水温。水质分析仪和溶氧测定仪，均有水温测试功能，且可测定不同水层的水温。2.酸碱度测试

池水的酸碱度(PH值)既影响鱼类的生长生活，又影响到池水中的营养素，因此人们常用石灰来调节鱼池水的酸碱度。对于鲢、鳙、草、鲤、团头鲂等温水鱼类，喜偏碱性水，其适宜PH值为7.5～8.5。测定池水酸碱度最简单可靠的方法，是使用石蕊试纸。测定时，将一张试纸浸入水中2～3分钟后取出，再与酸碱度色谱对照，找到其中与试纸颜色相同的一段，就能知道池水的酸碱度了。3.溶氧值测试

一般鱼类适宜的溶氧值为3毫克/升以上，当水中溶氧值小于3毫克/升时，鱼停止摄食和生长；溶氧值小于2毫克/升时，鱼就会浮头；在0.6～0.8毫克/升时开始死亡。过去测试溶氧值大多采用化学方法，即磺量法，这种方法虽然准确性较高，但既麻烦难度又大，一般养鱼户难以掌握。近年来已有不少测量溶氧值的电子仪器投放市场，如水质分析仪、溶氧测定仪等。这些仪器都有一个专用探头，只要把探头放到水中，将转换开关拨到测氧档，经过大约1～2分钟，仪表头上的指针就会指出水中的溶氧值。4.透明度测试

所谓透明度，就是阳光透入水中的程度。透明度与水色直接相关，而水色又标志着水的肥瘦程度和水中浮游生物的多少。测定透明度可以自己制作一只黑白盘：用薄铁皮剪成直径为20厘米的圆盘，用铁钉在圆盘中心打一个小孔，再用黑色和白色油漆把圆盘漆成黑白相间的颜色，在圆盘中心穿一根细绳，并在绳上划上升度记号。将黑白盘浸入鱼池水中，至刚好看不见圆盘平面时为止，这时绳子在水面处的长度标记值就是池水的透明度。如果透明度大于35厘米，说明池水太瘦了，要追肥，可多投饲料；如果透明度小于25厘米，说明池水太肥，要少投饲料，并加注新水。

设计单位：广州莱安智能化系统开发有限公司

地址：广州市天河区中山大道建中路11号103

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第三篇：物联网技术在水产养殖中的作用

物联网技术在渔业生产中的应用

――青岛励图高科

一、物联网技术概述

物联网(The Internet of things)，即“物物相连的互联网”，是新一代信息技术的重要组成部分，包括两层含意：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信

目前较普遍公认的物联网的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

随着渔业现代化进程的快速发展，物联网技术在渔业领域得到了广泛应用，逐渐紧密结合，形成了渔业物联网。渔业物联网关键技术包括：

1．信息感知技术。它是整个渔业物联网链条上最基础的环节。主要涉及传感器技术、RFID技术、GPS 技术等。传感器技术在水产养殖业中常用于测定水体溶解氧、酸碱度、氨氮、电导率和浊度等参数。RFID 技术即Radio Frequency Identification(射频识别)，俗称电子标签，是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。该技术在水产品质量追溯中有着广泛的应用。GPS 技术基于新一代卫星导航与定位系统，具备进行海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力，具有全天候、高精度、自动化和高效益等显著特点。GPS 技术运用到渔业中，利用其实时三维定位和精确定时功能，可以对养殖情况、产品流向、产量等进行实时描述和跟踪。在现有信息感知技术的基础上，目前正在研发基于EPC的物联网，是指在计算机互联网的基础上，利用全球统一的物品编码技术、射频识别技术、无线数据通信技术等，实现全球范围内的单件产品的跟踪与追溯，相信该技术将很快应用于渔业生产。

2．信息传输技术。它是渔业信息传输的必然路径。目前运用最广泛的是无线传感网络(WSN)，是以无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，由部署在监测区域内大量的传感器节点组成，负责感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。如ZigBee 技术是基于IEEE802.15.4 标准的关于无线组网、安全和应用等方面的技术标准，被广泛应用在无线传感网络的组建中，如水环境监测、水产养殖和产品质量追溯等。其次，基于Android 等移动手机平台系统的水产养殖远程监控系统等功能的信息传输技术开发，将使得针对多控制节点的远程控制更为方便快捷。

3．信息处理技术。它是实施渔业自动化控制的技术基础，主要涉及云计算、GIS、专家系统和决策支持系统等信息技术。其中云计算(Cloud Computing)是指将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务。GIS 主要用于空间信息数据库和进行空间信息的地理统计处理、图形转换与表达等，为分析差异性和实施调控提供处方决策方案。专家系统(Expert System，简称ES)，指运用特定领域的专门知识，通过推理来模拟通常由人类专家才能解决的各种复杂的、具体的问题，达到与专家具有同等解决问题能力的计算机智能程序系统。决策支持系统(Decision Support System，简称DSS)，是辅助决策者通过数据、模型和知识，以人机交互方式进行半结构化或非结构化决策的计算机应用系统。

智能控制技术(Intelligent Control Technology，简称ICT)，是控制理论发展的新阶段，主要用于解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题。智能信息处理技术研究内容主要包括 4 个方面：人工智能理论研究，即智能信息获取的形式化方法、海量信息处理的理论和方法以及机器学习与模式识别；先进的人－机交互技术与系统，即声音、视频、图形、图像及文字处理以及虚拟现实技术与流媒体技术；智能控制技术与系统，即给物体赋予智能，以实现人与物或物与物之间互相沟通和对话，如准确的定位和跟踪目标等；智能信号处理，即信息特征识别和数据融合技术。

二、渔业物联网技术应用领域

渔业物联网技术目前已延伸到渔业行业各个环节：水产养殖管理、水产品质量溯源、水产品供应链、水产品加工、海洋渔业资源监控、海洋环境监测、渔港监管、渔船活动信息收集、渔具辅助设备等。

1．水产养殖管理。在水产养殖方面，传感器可以用于水体温度、pH 值、溶解氧、盐度、浊度、氨氮、COD 和BOD等对水产品生长环境有较大影响的水质参数及环境参数的实时采集，进而为水质控制提供科学依据。中国农业大学李道亮团队开发的集约化水产养殖智能管理系统可以实现溶解氧、pH 值、氨氮等水产养殖水质参数的监测和智能调控，并在全国十几个省市开展了应用示范（图１），广东也是示范省之一。2．农产品安全溯源。能够利用RFID 技术快速反应、追本溯源，确定农产品质量问题所在。由于“多宝鱼”、“瘦肉精猪肉”等农产品质量安全事故频发，在北京、上海、南京等地已开始采用条码、IC卡和RFID 等技术建立农产品质量安全追溯系统。一些单位开始研究适合中国国情的基于物联网的可追溯技术和架构方法并部分实现了集成应用。如杨信廷等将RFID 技术与传感器技术有效结合，对水产品供应链中的物流环节进行全程监控与追踪。

3．基于物联网的水产品供应链。在水产品供应链中引入物联网技术，作为新式的信息技术手段，物联网不仅能提高水产品供应链各个环节的作业效率与质量，还集成了供应链中各环节主体的生产运作信息，包括水产品生产者、加工企业以及经销商之间的信息，实现了无缝衔接，提高了每个个体对供应链整体即时信息的可见度，有效地控制了供应链中的信息流，提升了供应链管理的柔性。以冷链运输控制为例：通过实现对水产品在运输过程中的温度、光照等环境的智能控制，从而降低货损率。在车厢中安置车厢控制单元TCU,采用ZigBee技术实现车厢内部传感器与RFID采集数据的传输，并将其传递给车头控制单元OBU，而在OBU中装有全球定位系统、基于RFID/NFC的司机身份验证系统、ZigBee模块和其他管理功能模块，它将采集到的TCU数据、监测到的车辆速度、位置、转速等信息以及RFID扫描的司机识别信息通过互联网传递给分布式数据采集逻辑单元处理，构建起水产品冷链在途运输的无线传感网络，最终实现监控中心对车辆的在途运输实时智能监控，保持运输过程的低温等环境，有效降低水产品的在途货损率，如图２所示。

4．在水产品加工中的应用。一是原材料入库环节,从生产基地运送到加工厂的活体水产品外包装上贴有RFID电子标签，标签中记录了当前批次的生长信息以及健康状况，加工厂检测人员通过扫描电子标签中的信息，对水产品进行筛选和分类，记录原材料检测结果和入库信息，并将读取到的信息传递到生产管理系统中。二是在加工过程中，RFID系统能够实现对整条生产线的自动识别和跟踪，及时获得产品数量、传送路线、质量水平等与生产工艺直接相关的数据，从而确保整个生产计划的顺利进行。三是当水产品加工完毕后，将会对产品进行冷藏。冷藏间的货架上将贴有RFID/EPC标签，水产品成品入库时将会扫描托盘上的RFID/EPC标签，系统将找出对应的货架位置进行存放，在冷藏间还装配数个温度传感器，物联网系统可多点定时采集冷藏间的温度，如果温度超出设定安全范围将自动报警信息。当需要查找产品时，只要在系统中输入产品的名称或条码信息，就可以很快通过物联网生产管理系统系统找到货物存放的位置，方便货物出库。

5．海洋渔业资源监测。在沿海大陆架水域，寒、暖流交汇水域，利用物联网技术部署环境参数传感器、实时图像采集系统、与海事通讯卫星、远洋监测船、遥感航空器、全自动海洋监测站共同组成立体数据传输网络，通过检测海洋水体温度、盐度、溶解氧含量、浮游生物种类等环境数据，处理后得出渔业生物生长状况资料，为渔业决策部门提供实时海洋渔业资源状况信息。

6．海洋环境监测。海洋面积占地球表面积的71%，海水面积广阔。受监测活动区域范围、海上交通和人力的限制，海洋环境监测检测很难做到全面、及时、详尽。物联网以微波通讯和卫星通讯为数据传输介质，打破了地域、时间限制，数据通过卫星实时传输，以传感技术和网络技术为基础，建立自动海洋环境监测站，在海洋监测船无法到达或不能长期驻留地区对周围环境进行24h 不间断监测并实时传输数据。实时反馈污染性质、污染物种类、污染状况、污染来源等一系列信息,提供环境预警信息，为治理和改善海洋环境污染、应对突发海洋环境污染事件、有效保护渔业资源提供帮助。

7．渔港监管。通过射频识别系统、GPS 全球定位系统、渔港设施监管系统等技术关联，实现复杂渔港信息的实时交换和定位跟踪、监控和智能管理。利用互联网，整合冷冻仓储电子化管理系统和渔船生产信息管理系统，为渔港管理提供各类监管和生产信息。

8．渔船活动信息收集。渔船是渔业生产活动的重要组成部分，渔船信息的收集主要采用渔船身份识别传感、渔船载重传感、GPS 定位、视频采集等技术。通过渔船装备内嵌式智能芯片，传感器识别和记录渔船类型、载重吨位、牌号、所属公司等相关信息，方便渔业管理部门和货主监管、查询。载重传感器识别和记录渔船的渔获量，及时为港口冷冻加工、运输提供相关信息。

9．渔具辅助设备物联网。渔具辅助设备泛指渔业生产活动中为提高捕捞效率而为渔具配置的仪器、仪表等辅助设备，其中主要是鱼情探测设备。在捕捞区域部署水下传感器、水下雷达、水下视频采集设备等监控鱼类活动，实时向渔船发送鱼群规模、鱼群种类、鱼群活动范围数据，为选择捕捞地点、捕捞时机、捕捞方式提供数据帮助。

第四篇：水产养殖智能监控系统设计方案

水产养殖智能监控系统设计方案

引言

工厂化水产养殖具有稳产、高产、品质好、耗水少等优点，能有效检测与控制养殖水中的各种环境参数，建立适于鱼类生长的最佳环境。目前国内外学者通过水产品生长营养需求的分析和研究，已得到了很多水产品营养需求的数据。国内养殖场通常利用这些数据结合养殖经验来进行投喂决策，但是如何以最低成本实现最佳的投喂仍然是亟待解 决的问题。

分析国内外学者在水产品智能化养殖方面的研究工作，本文基于物联网设计智能化水产养殖监控系统，采用无线传感器、ＲＦＩＤ、智能化自动控制等先进的信息技术和管理方法对养殖环境、水质、鱼类生长状况、药物使用、废水处理等进行全方位的管理和监测。

方法与过程

基本原理

系统总体硬件架构

物联网智能化养殖监控系统主要有水质监测、环境监测、视频监测、远程控制、短信通知等功能，该系统综合利用电子技术、传感器技术、计算机与网络通信技术，实现对水产养殖各阶段的水温、ｐＨ值和溶氧量等各项基本参数进行实时监测与预警，一旦发现问题，能及时自动处理或短信通知相关人员。通过一些控制措施来调节水产养殖的溶解氧、温度、ｐＨ值和水位等养殖水质的环境因子，同时根据水产品不同生长阶段的需求制定出测控标准，通过对水产养殖环境的实时检测，将测得参数和系统设定的标准参数进行比较后自动调整水产养殖生态环境各控制设备的状态，以使各项环境因子符合既定要求。如图 ２所示，本系统采取分散监控、集中操作、分级管理的方法，硬件架构主要包括 ３部分：信息采集模块、信息处理模块、输出及控制模块。

信息采集模块

已有的水产品智能养殖监控系统都只是用无线传感器网络对水产养殖的环境进行监控，而没有结合之后水产品加工、运输、销售环节的一个追溯需求来对养殖环节中水产品的鱼种、用药情况、饲料情况、患病情况进行记录和做出相关的应对措施。针对上述情况，系统采用 ＺｉｇＢｅｅ技术构建一个信息集输入模块，使无线传感器网络和 ＲＦＩＤ系统互不干扰。由于 ＺｉｇＢｅｅ技术的诸多优点，它与 ＧＰＲ组成的混搭型环境监测系统是目前比较流行和有发展潜力的架构。在监测现场，采集终端采用 ＺｉｇＢｅｅ技术，实现设备的互联互通，数据汇集于网关节点后通过 ＧＰＲＳ与服务器相连，将数据上传到后台数据库服务器。信息采集输入模块的结构如图 ４所示。

信息处理模块、输出及控制模块

信息处理模块是整个系统的智能中心。用户无论是在现场还是在外地，都可以通过现场控制中心、远程 ＰＣ机控制或者通过短信和电话对现场做出控制，实现水产养殖的智能化和自动化。

监控系统服务器是整个系统的控制中心，负责协调所有数据、转发数据、发送收集命令、组网、接收来自网关的各种数据，其中包括汇聚节点的状态、汇聚节点采集回来的数据等。服务器连上有公网静态ＩＰ的 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，与现场控制中心的 ＰＣ机连，把收集到的数据导入 ＰＣ机监控系统的数据库，经化控制系统处理后，给出相应的控制信号。研究过程

试验主要是以罗非鱼为试验对象，试验的养殖鱼池规格为 ５０ｍ２的养殖鱼池，鱼池水深 １５ｍ，大棚环境温度为 ２３～２８℃。试验分为 ２部分：①验证 ＺｉｇＢｅｅ无线传感网络采集养殖环境因子的数据检测和传输误差是否满足项目需要，即数据检测和传输的准确性。②验证进行闭环控制后，各环境因子的变化范围是否满足项目需要，即控制精度问题。选择试验鱼池中溶氧量数据为代表，进行数据检测和传输误差试验。ＺｉｇＢｅｅ无线传感网络的汇聚节点和终端数据误差均在 ±０４ｍｇ／Ｌ范围内，表明无线传感网的数据检测和传输基本能够满足实际需要。

养殖鱼池环境因子参数设置为：温度 ２３℃、溶氧量 ７ｍｇ／Ｌ、ｐＨ值 ７５。水中溶氧量采用微孔曝气式增氧机进行增氧，水温由电磁阀引入热水或冷水进行调节，ｐＨ值由系统控制 ｐＨ值电磁阀来完成。

数据表明，２４ｈ内温度误差在 ±０.５℃范围内，溶氧量误差在 ±０.３ｍｇ／Ｌ范围内，ｐＨ值误差在 ±０.３范围内，闭环控制力度达到了设计目标，基本 满足实际项目的需要。

在试验鱼池中分别布置了温度传感器、溶氧量传感器和 ｐＨ值传感器各 ３个，汇聚节点 １个，其中每个传感器节点能以多跳自组织的方式将数据传送到汇节点。试验证实，系统测试中节点之间的通信距离可达到 １５０ｍ以上，系统启动后 １０ｓ内可完成节点的绑定，形成自组织网络。

该系统将 ＲＦＩＤ与无线传感网络技术应用于水产养殖的智能化监控过程中，替代了传统的经验目测法和固定点参数采集法。通过采集到的精确数据，实现数字化养殖，通过智能化控制系统的使用，实现自动化养殖。

结果与分析

当预先设定的采样时间结束后，采样数据在３０ｓ内可传输完毕，而本系统设定汇聚节点每３ｍｉｎ采集一次终端无线传感器的数据，这里存在一定的延时性，所以在数据检测试验中，数据都滞后了３ｍｉｎ，而且部分数据会受到系统的一些干扰，使得数据传输不可能1００％的正确，不过试验结果表明传输的数据正确率在９８％以上，能达到预期的要求。

在 ＲＦＩＤ系统方面，并没有加入试验部分，考虑到其数据并不会在传输过程中受到系统的干扰，而且项目并不需要它具有实时性，只需它具有完整性和准确性。

结论

（１）通过与现有的水产品智能化养殖系统的对比研究，提出了适合水产养殖的基于 ＲＦＩＤ与无线传感网络的智能控制系统架构。该系统架构通过应用物联网，真正地实现了水产养殖的智能化监测与控制，满足了水产养殖的及时监控和自动调整其生态环境的要求，该模式可以广泛应用于水产养殖行业，并可以向其他农产品行业推广。

（２）在提出水产养殖智能化监控系统方案的基础上，结合企业的实际情况，以罗非鱼为例，结合罗非鱼智能高密度养殖的具体流程对监控系统的实施方案进行了详细分析，同时介绍了水产养殖智能化监控系统的各功能模块，根据水产品不同生长阶段的需求制定出测控标准，通过对水产品养殖环境的实时监测，将测得参数和系统设定的标准参数进行比较后自动调整水产养殖生态环境，试验结果表明温 度 误 差 在 ±０.５℃ 范 围 内，溶 氧 量 误 差 在±０.３ｍｇ／Ｌ范围内，ｐＨ值误差在 ±０.３范围内，系统传输数据的正确率在９８％以上。

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第五篇：生猪养殖与物联网技术结合

生猪养殖过程中的物联网需求分析

当前我国生猪养殖对物联网技术的需求突出表现在以下七个方面：

（1）猪舍环境缺乏有效及时的监测和控制手段；

（2）部分养殖场猪舍已配备空气温度湿度、氨气等传感器，但还不能完全满足封闭式全面控制的需求，对性价比高的传感器需求强烈；

（3）生猪养殖疫病呈多发态势，常见生猪疫病的及时诊断对减少养殖企业损失意义重大，因此有关疫病的防控受到重要关注；

（4）生猪养殖厂缺乏对生猪个体的远程视频监测系统，难以实时自动监测生猪活动状况；

（5）生猪喂养过程中缺乏针对生猪个体的信息统计，无法实现精细饲喂和产品追溯，且缺乏相关的饲喂模型；

（6）生猪粪便对环境污染严重，需要实现自动清理；

（7）缺乏生猪养殖环境感知、传输、控制和应用的相应标准。

猪舍环境监控

猪舍环境监控通过在猪舍内部署 CO2、氨氮、H2S、温度、湿度等各类室内环境监测传感器，将各类传感器节点进行连接构成监控网络，通过各种环境传感器采集养殖场所的主要环境因子数据，并结合季节、猪品种及生理等特点，制定有效的猪舍环境信息采集及调控程序，达到自动完成环境控制的目的。

基于物联网的环境感知测控技术与养殖场的环境控制装备结合，可有效的提升养殖场管理及技术水平。

生猪疾病诊断

生猪疾病诊断涉及的关键技术主要包括疫病诊断模型，其对生猪养殖过程中常见疫病的病症进行采集、分析和收集整理，建立猪病诊治模型、猪病预警模型和专家会诊算法；疫情疫病疾病远程诊断，远程诊断采用 3G、M2M、呼叫中心等现代信息技术与生猪疫病专家相结合，实现网上诊断决策系统、远程会诊等多种模式的猪病诊断，诊断方式支持网络、电话、手机、短信等多种交流方式；生猪疫情预警模型，利用生物传感器及图像信息对可能发生疫病的生猪进行早期诊断，做到疫情早发现、早预警，以控制各种传染病的蔓延。

生猪个体行为视频监测

对与生猪个体行为进行自动视频监控，是分析和发现生猪养殖过程中的异常状况，判断个体生猪发情、进食、生病等行为的有效技术手段。猪舍视频监控主要实现对猪舍环境的远程自动监测管理。视频监控适应于现代集约化养猪场对养猪过程封闭管理的要求，有利于生猪的安全生产，可有效降低现有养殖模式中养殖人员介入过多对生猪生长的不利影响。为方便及时观测生猪个体的行为，需在养殖场布设固定或者可移动视频检测设备，利用视频摄像头的动态可视化特点，将生猪养殖过程予以实时监控。

生猪个体行为视频监测主要涉及视频数据的采集，视频数据的传输，视频数据的分割、边缘提取、形态识别、跟踪等处理过程，用以得到猪只的不同行为与生长状况等信息。视频数据通过网络发送到计算机、手机等终端用以实现养殖场的异地实时监测。

精细喂养

目前，国外已有多家公司开发了自动化的养猪系统，并已成功应用于很多繁殖养猪场甚至商品猪场，取得了十分可观的经济效益和社会效益，中国也有多家先进的养猪企业引进了国外的自动化养猪系统。

荷兰Nedap 公司的 Velos系统打破了定位栏养猪模式，缔造了全新高效的智能化福利养猪模式，大群母猪在一个圈里饲养，可以做到单体母猪的精确饲喂，24小时自动检测母猪是否发情，自动分离发情母猪。

法国 ACEMO MF24母猪多功能自动饲喂系统,1 台电脑可以控制1~24栏，每栏能够饲养50~60 头母猪，其主要功能有:1供应饲料，单独定量供应1~2 种饲料;2饮水，供料时，还可供水同步;3供应激素，便于控制同步发情;4发情识别，自动记录母猪访问公猪的次数、日期及访问的时间，处理这些数据可用来鉴定母猪发情;5母猪自动筛选与分隔;6喷色分类，根据不同类型气压喷色(3 种颜色)。

美国奥斯本工业公司生产全自动母猪饲喂站(TEAM)包括妊娠站和发情探测站。TEAM系统利用电子控制的饲喂站管理群体饲养母猪中的个体采食。饲喂站通过每头母猪佩戴的电子耳牌识别母猪，并根据其胎次、膘情体况和妊娠日龄等相关信息投放相应数量和种类的饲料。电子发情探测站用于检测母猪群体中处于发情状态的母猪，其检测的准确率比人工检测提高 7%。自动分离站(分栏门)用于将需要处理的母猪自动分离到隔离栏。TEAM系统的软件用于收集、传送与母猪相关的数据并据此控制饲喂站、发情探测站及自动分离站的工作，同时根据操作人员的需要形成各种各样的数据报告和图表，帮助管理者提高对母猪的管理水平，进而有效地提高各猪场的经济效益。

国外系统由于技术的垄断，特别是 RFID 技术的高度保密，使得他们可以随意定价，比如 VELOS 系统在国内的价格超过30 万，而 TEAM 系统和法国ACE-MOMF24 母猪多功能自动饲喂系统的价格更是在百万以上，这对于国内的中小型养猪场而言是十分昂贵的，使国内很多养猪户望而却步。

生猪粪便自动清理

生猪排泄物较多，对环境污染严重，建立生猪粪便自动清理模块，能够降低粪便对环境的污染，实现集中粪污处理，对提高疫病控制和污染治理是非常重要的。

生猪粪便自动清理技术涉及关键技术包括：粪便自动收集，宜采用机械类设备对粪便进行收集，不仅可以节省清洗猪舍的人力与用水，而且可以消除养猪场的臭味，实用方便，效果良好；猪舍空气自动净化，根据猪舍环境的实际情况，对猪舍空气进

行净化，可降低全封闭猪舍微生物浓度。同时该模块与环境监控系统可以有效结合，保持良好的猪舍环境。

生猪排泄物无害化处理和综合应用

我国生猪养殖业的管理相对落后、大量的养殖废弃物排放给周围环境带来了较大的压力等问题，生猪养殖物联网采用信息技术、生物化学、智能环保等多种技术，根据猪场环保建设和运营模式，可以建立生猪排泄物无害化处理和综合应用模块。生猪排泄物无害化处理和综合应用涉及关键技术包括区域生猪养殖污染排放预警与控制，建立基于BOD 传感器、COD 传感器、总P传感器以及氨氮传感器的报警装置；根据生猪养殖场分布特点计算各养殖场污染物允许排放量；建立区域生猪养殖污染排放的预警与控制模型；养殖管理者可以根据具体情况对部分或者全部的养殖场进行调控；生猪养殖污染排放控制与方案优化决策管理系统，根据在线检测获得的不同水系、不同位置养殖场污染物排放总量和分布特性启动相应养殖场污染物排放控制系统，减少全区域排放量。对不同调控途径的控制方法进行方案（均摊减排、重点减排或者动态减排）筛选和评估，择优选择有利于养殖业经济发展和区域环境保护的措施。

注：

BOD（Biochemical Oxygen Demand的简写）：生化需氧量或生化耗氧量(五日化学需氧量)，表示水中有机物等需氧污染物质含量的一个综合指示。说明水中有机物由于微生物的生化作用进行氧化分解，使之无机化或气体化时所消耗水中溶解氧的总数量。

COD往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标，COD值越大，说明水体受有机物的污染越严重。