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水产养殖中农业物联网的应用方案

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摘要:农业物联网是智慧农业和绿色农业的核心组成部分之一。水产养殖智能物联网集在线采集、智能组网、无线传输、智能分析、预警发布、决策支持、远程控制等功能于一体,主要由传感、遥测、传输、控制、终端、预警等子系统组成,可以有效提高水产养殖的生产效率、资源利用率和产品竞争力,符合绿色、集约、高效、安全的现代农业发展方向。

关键词:水产养殖;智慧农业;绿色农业;农业物联网;智能管理

引言

智慧农业是人工智能理论和技术在农业领域的扩展。作为智慧经济体系中至关重要的组成部分,智慧农业充分运用现代科学技术,尤其是信息技术最新成果,实现农业生产的智能感知、远程诊断、远程控制、智能预警、智能分析、智能决策、智能管理。将感应器嵌入农田、公路、电网、桥梁、铁路、隧道、建筑、市场、供水系统、油气管道等构成物联网,与互联网和移动互联网有机整合,实现人工系统与物理系统的协同。现代农业物联网通过生产领域的智能化、经营领域的差异性、服务领域的全覆盖,推动农业产业链改造升级,实现精准、绿色、高效农业,确保农产品安全、农业可持续发展和农业竞争力提升[1]。除了精准感知、定位、监测、分析、调控外,广义的农业物联网还包括信息服务、追踪溯源、流通销售、电子商务、冷链物流、休闲旅游、采摘加工等。随着智慧农业的快速发展,农业物联网正在向越来越多的领域扩展,在水产养殖中的应用方案可为科学管理和决策提供可靠支持。

1系统组成

1.1系统概述

物联网是互联网的延伸和扩展,目的是对物理系统进行智能化管理和控制,提高生产效率和资源利用率。随着世界物联网技术和信息技术不断发展、现代农业自动化需求的不断增长,农业物联网在遥测感知、数据传输、智能处理、应用服务等领域取得重要突破,使智慧养殖成为可能。水产养殖智能物联网系统面向集约、高产、有效、生态、安全的发展需求,集水质环境参数在线采集、智能组网、无线传输、智能分析、预警信息发布、决策支持、远程自动控制等功能于一体,主要由传感器子系统、传输子系统、控制子系统、软件监控平台等组成[2]。

1.2系统成分

1.2.1传感子系统传感器子系统由服务器、远程数据采集器(RTU)、PC终端、网关、传感器、基站、手机终端等组成,可以实时监测水质的各项信息(光照、水温、pH值、溶解氧、氨氮含量、亚硝酸盐含量等)。RTU采集各监测站位的目标数据后,完成组网、暂存、传输、中转等一系列任务。根据距离的不同,RTU可以通过GPRS或Radio2种方式传输,遥测数采之间可以自组网,承担数据采集、缓存、传输、中继的任务,增加有效传输距离[3]。用户终端为手机或PC机,可以不限时间、不限地点登录服务器,随时了解、、处理、分析数据。最新的浊度数字传感器支持MODBUS串行通信,采用散射光原理,抗干扰能力强;采用光纤技术进行可重复的检测,不受环境光线和色度影响,可以有效消除气泡、悬浮物等对测量结果造成的偏差。溶解氧传感器内置温度传感器,自动温度补偿;无需消耗氧,不受流速和硫化物等化学物质干扰;无需电解液,不会凝华;反应快速,测量精准;免于维护,适用周期较长,使用成本更低[3]。pH值传感器配有快速电缆接头,具有防水功能、超长使用寿命和多种安装方式;抗化学腐蚀能力强,整体密封,在有毒离子水溶液中性能良好。

1.2.2遥测子系统软件平台具有展示实时数据的功能,以满足生产单位大屏幕信息显示的需求。分布式监控子系统通过IP网络和监控中心软件进行连接和数据交互。在大型应用场景中,可以组建二级监控分中心,将现场微环境测控器与监控分中心连接,多个监控分中心再与总监控中心软件进行连接和交互。这种智能监控平台具有多路输入输出、以太网接口和通讯串口,便于与其他仪器设备集成使用。

1.2.3传输子系统提供有线(RS232/RS485)、无线(GPRS/GSM/ZIGBEE)、北斗卫星传输等多种方式,支持web浏览和配置,同时支持TCP、SNMP等接口方式,通过IP网络与中心软件交互通讯,方便使用和管理[3]。

1.2.4控制子系统根据传感器采集的环境因子数据,设置相关的发生条件后,可以对增氧机、水泵、电磁阀、风机等设备进行联动开启和关闭,实现远程自动化控制。以增氧机控制器为例,用户能够根据水质参数和现场视频,通过手机APP进行远程启停。

1.2.5终端子系统终端子系统为用品提供多种选择,包括移动应用APP(Andriod、IOS)、标准电商平台、微商城、小程序、中小企业全渠道电子商务云平台(Saas澳门威尼斯网上娱乐、B2B&B2C澳门威尼斯网上娱乐等)、区块链溯源及农业物联网综合解决方案等[4]。PC端采用统一的实时在线人机界面、灵活方便的操作方式。

1.2.6预警子系统针对相关监测指标,以及基于一级监测指标计算的二级指标,进行条件设置,当一项或多项指标达到阈值时,系统发出警报,以短信、微信、电子邮件、网络电话等形式通报目标人群[4]。从业者可及时采取预防应对措施,减少水产养殖灾害损失。

2系统功能

2.1光照监控

光照时间长短、强弱决定着鱼类的繁殖周期、生长状况和生产品质。输入相关模型和算法,光照系统可以自动计算养殖水体中鱼类需要的光照强度,决定天窗的开闭。

2.2温度监控

温度是水产养殖中的重要环境参数之一,包括进水口温度、池内温度、养殖区域空气温度等。智慧物联网系统全天候监测养殖水体温度,当温度高于或低于设定区间时,系统将现场的情况通过短信发到用户手机上,监控界面弹出报警信息。用户可通过远程设置,自动开启水温控制设备,当水温恢复正常值时,系统自动关闭。

2.3溶解氧监控

溶解氧含量与水生动物食量、饵料利用率、生长发育速率等密切相关,当水中溶解氧浓度降低时,智慧物联网系统自动打开增氧泵,保证水生动物必需的溶解氧含量。

2.4pH值监控

过低的pH值使水体呈酸性状态,极易引发鱼类病变(如鱼鳃病变等)。同时会造成溶解氧利用率降低,水中有害微生物大量繁殖,影响鱼类健康。当pH值传感器探测到水体pH值超过正常范围时,自动开启进水口阀门,进行换水。

2.5氨氮含量监控

养殖池塘中的氨氮来源于水生动物排泄物、饵料、肥料、底泥等。当水体中的氨氮浓度过高时,几乎所有水生动物的生长、发育、繁殖都会受到影响,严重时可能造成鱼类、贝类、甲壳类等大范围死亡,使渔业生产产生重大损失。根据氨氮传感器的实时监测数据,及时对养殖水体进行清洁或换水。

3智慧物联网的发展方向

在现代农业物联网的发展中,大量运用新原理、新技术、新材料,突出移动性、微型化、多样化,注重应用性、标准化、产业化。纳米传感器不仅能促进农作物生长,还能大大延长包装食品的保存时间,帮助满足世界人口快速增长对粮食的迫切需求。美国普渡大学研制的新型生物传感器能够检测最低浓度达0.3μmoL的葡萄糖,且不需要昂贵的成本投入和复杂的生产程序,有望用于农产品中葡萄糖含量的精确测定。纳米科学领域涌现的新发现、新技术,不断应用于包装行业,研发防止氧气侵入、微生物污染的新型饮料或食品容器。美国科罗拉多大学研制出类似夹式耳环的智能微芯片,置于农作物叶片上,当植物需水时,向农户的手机发送信息。采用此法可以省水省力省时,灌溉用水减少10%~40%,每个用户每年节省数千美元。农业大数据、农业物联网等农业市场创新商业澳门威尼斯网上娱乐持续涌现,大大降低信息搜索、经营管理的成本[5]。创新型的经营主体将进一步得到发展,相关产业的联合和链接将更加紧密,农业核心资源的配置和利用将更加高效。第一产业与第二、第三产业交叉渗透、融合发展,进一步提升农业竞争力。

4结语

现代物联网是农业现代化和智能化水平最重要的标志之一,将有效改变传统的农业生产和经营澳门威尼斯网上娱乐,向以软件和信息为中心、大量运用自动化、远程化设备的方向发展。智慧农业将生产活动、产品流通、追踪溯源与生态保护融为一体,将显著提高农业环境质量,推动精准、绿色、优质、高效农业,确保“舌尖上的安全”,尽快形成信息资源共享、生产环境稳定、监控网络健全、可持续发展的现代农业新格局。

参考文献

[1]罗彦婷,陆俊百.浅谈智慧农业的内涵与发展路径[J].农业与技术,2017,37(11):148-149.

[2]李卓然.基于嵌入式Linux的水产养殖物联网监测系统设计[J].农机化研究,2019,41(11):229-233.

[3]徐连伟.物联网技术在我国水产养殖上的应用发展对策[J].农业与技术,2018,38(23):117-118.

[4]高霞,邸玉琦,成艳君,等.面向预测的水产养殖物联网数据预处理方法[J].江苏农业科学,2018,46(11):187-192.

[5]唐珂.国外农业物联网技术发展及对我国的启示[J].中国科学院院刊,2013,28(6):700-707.

作者:孙刚 房岩 金丹丹 陈野夫 王雪纯 吴苏欢 杜娟 刘聪 王薇 单位:三明学院

今日农业杂志责任编辑:张雨    阅读:人次

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