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。