物联网技术在渔业生产中的应用 |
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2013-12-13 17:00:00 水产养殖网 出处：《海洋与渔业》杂志社
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■ 广东省水产技术推广总站 钟金香 冯天乔/文
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。
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