北方池塘物联网智能调控生态养殖模式试验

作为国家水产健康养殖示范场，2016年起，巴彦县呈祥水产良种繁育基地率先在北方高寒地区标准化池塘中配套物联网智能调控系统。通过池塘水质调控，建立基于物联网技术的池塘高产养殖模型和实现方法，对于控制池塘高密度养殖风险、提高生产效益、推进池塘养殖从机械化向信息化的发展有重要现实意义。2017年，5个池塘总面积550亩，共生产商品鱼295100千克，平均产量536.55千克/亩，实现产值282.4万元。

知识运用能力和问题解决能力是学生应该掌握的学习技能，所以，在实际的教学工作中如何利用合适的教学手段培养学生的问题解决能力就成为任课教师应该研究和探讨的问题。类比教学法能通过类比的方法将实际问题与理论知识相互联系，相互印证，成为了教师培养学生问题解决能力的一种非常有效的教学方法。因此，教师可以通过类比将一些问题的共通点进行归纳总结，从中找出适普性的问题解决方式，提高学生的知识解决能力，进而提高学生的学习效率和学习质量。

一、池塘条件

巴彦县呈祥水产良种繁育基地位于哈尔滨市巴彦县松花江乡民胜村。试验池塘均为长方形，为3种类型共5个，分别为常规水面24亩、26亩，中型水面50亩和大型水面170亩、280亩，共计550亩。对池塘的进排水、电力和交通等基础设施全面改造升级，达到应用智能监控系统实施健康养殖技术标准。实施养殖水域环境修复技术，每2年池塘全部清淤1次，淤泥保持10厘米。池塘水深2.5米，并配备相应的增氧机、投饵机等设备。

需求情况：氮肥方面，农业需求总体清淡，各地基本无用肥需求；工业需求一般，下游按需采购，胶板厂受环境污染治理等工作影响，复合肥企业淡季检修，开工率均呈现下降趋势，对尿素采购需求减少。磷肥方面，国内西北地区冬储市场已启动，甘肃地区厂家已将订单签订至次年2月份；长江和云南地区企业仍以出口市场为主，集港发运较快，新订单零星。钾肥方面，复合肥企业开工率下降，对钾肥采购需求减少。复合肥方面，华北地区秋季备肥市场扫尾，华东地区秋季备肥可持续到10月底，南方果蔬用肥需求展开，基层刚性农需释放。

二、鱼种放养

1.放养前的准备 池塘在晴天彻底曝晒至鱼种放养前7天，注水至0.5米，用漂白粉10千克/亩，在木桶中加水完全溶化后全池均匀泼洒。5天后加注新水至2.5米，可以投放鱼苗。

1.养殖产量 养殖周期约155天，2017年9月22日起捕，各池塘商品鱼成活率均达到96.5%以上。2017年共收获商品鱼295100千克，其中主养鲤162000千克，与2016年相比分别增长10.48%和10.84%。以常规池塘为例，2017年与2016年养殖收获情况见表2。

 

表1 常规水面投放模式

  

面积(亩)鲤鲫鲢鳙50模式规格(千克/尾)数量(尾)放养量(千克)密度(千克/亩)0.2 31000 6200 124 0.06 21000 1260 25.2 0.12 12500 1500 30 0.15 5200 780 15.6草鱼0.15 10000 1500 30

三、基于物联网技术的日常管理

物联网智能调控系统包括水质监测、视频监控、信息传输、数据分析和智能调控五个部分。

与2016度年相比，2017年度3类池塘鱼苗投放种类、规格、数量、养殖周期，饲料、渔药及生物制剂等因素基本没有变化，但总体饲料系数同比降低9.49%，渔获物总产量呈显著增加。常规水面、中型水面和大型水面平均产量分别提高了84、34和37千克/亩。2017年渔获物总产量，除常规水面草鱼产量略有下降、中型水面鲢产量持平外，其他鱼类产量提高明显，其中主养鱼类鲤产量比2016年提高了10.84%，收益可观。

(2)远程自动控制：①通过水质监测设备实施监测水体溶解氧，当下降(上升)至设定最低(最高)临界值以下(上)时，可以自动启停增氧机，午间自动补氧；或者设置在规定时间段强制启停增氧机，规避风险；再或者应用手机客户端随时启停增氧机，灵活设定启停维持时间。②依据实时气象、水质和养殖鱼类状况，设置系统自动智能控制或人工远程控制投饵机的饲料投喂。③发现缺氧、仪器故障、突然停电等异常，立即发出预警信号。设备和手机客户端同时报警，科学指导养殖户及时采取有效措施。

(3)设备检测管护：智能调控系统在客户端显示设备名称，并提供设备总数量和在线设备数量，养殖户对已授权设备可进行增加、删除等操作。同时，系统对于相关设备设定不同的保养周期，在设备需要定期保养维护时推送提醒信息，实现精准管理。

张家川县位于天水市东北部，陇山西鹿，地势东高西低，平均海拔2069.5米，1468-2659米左右，县中西部干旱少雨，东部高寒阴湿，年降雨量599mm，多集中在七八九三个月，降雨量平均达333mm，降雨量无论在空间还是时间上分布都及其不均，无灌溉条件，属于纯雨养农业区，年平均气温仅有+7.3摄氏度，无霜期短仅有150天左右，全年日照2080小时，主要种植的农作物有冬小麦，地膜玉米，马铃薯，东部高寒阴湿区种植蚕豆，自然条件较差成为制约张家川农业生产发展的瓶颈。

2.运行方式 通过在池塘内安装的传感器，24小时不间断地采集水温、溶解氧、增氧机电流等数据。通过物联网远程数据传输技术把水质数据和监测设备状态发到互联网的监控中心，经过集云计算、模糊运算和数据挖掘技术于一体的监控平台对各指标数据变化的分析，依据鱼类养殖环境的具体要求，可以智能控制各增氧系统或执行异常预警。同时，也可人为进行远程设备控制，以实现对池塘养殖的日常管理。

(1)实时直观监测：通过平台系统对监测所有参数及其融合数据的处理，可以实时显示池塘气象、水质指标及设备运行情况，且通过报表统计、曲线绘制等方式图形化查询历史采集数据，全面了解池塘环境和养殖鱼类生长状况。

3.智能控制 与互联网相连的电脑或手机客户端，可以实现以下几个养殖管理功能。

四、结果与分析

2.放养模式 投放的苗种均为该基地自育苗种，于2017年5月3－7日分4批投放，投放模式与2016年相同，均主养鲤，搭配养殖鲫、鲢、鳙和草鱼。2017年共投放鲤鱼26350千克，合计放养鱼种70090千克。以常规水面为例，各鱼种具体投放模式见表1。

 

表2 常规水面2017年与2016年养殖产量比较

  

年份鲤鲫鲢鳙合计2017 2016项目规格(千克/尾)产量(千克)单产(千克/亩)规格(千克/尾)产量(千克)单产(千克/亩)1.30 39000 780 1.17 35000 700 0.27 5500 110 0.25 5200 104 0.63 7600 152 0.64 7750 155 1.11 5600 112 1.10 5500 110草鱼0.84 8200 164 0.85 8250 165 65900 1318 61700 1234

1.设备安装 水质监测系统在每个池塘安装2台控制盒及温度传感器、溶解氧传感器中央控制器、接触器等配套设备，料台周围安装4台增氧机。在主场区安装1套360°监控设备，用于实时视频监控及质量追溯清塘管理、苗种投放、饵料投喂、水质调节、渔药施用、日常管理等生产过程记录。终端智能管理在电脑和手机中安装客户端软件，所有功能均可实现远程操控。

车牌识别技术可以准确地识别图像中的阿拉伯数字、字母还有汉字，在识别了车辆之后，还能够将车牌识别的结果传送到云端的交通综合系统，交通综合系统就能够确定车辆在校园内的停留时间，并提示对车辆进行收费。通过使用该机系统，能够促进车辆监控管理进一步自动化和智能化，提高效率的同时，也能减少人力的投入。

2.养殖效益 与2016年度相比，2017年度投入使用物联网智能调控系统，设备成本增加28100元，其中物联网设备投入增加26000元、维护及保养费用增加2100元。其他成本减少76200元，其中减少雇佣工人2人，降低人工费用60000元；减少使用渔药及其他生物制剂4次，降低药物制剂费用16200元。即总成本减少48100元，平均减少87.45元/亩。

五、小结与讨论

1.提高产量方面 传统池塘养殖中，巡塘发现有鱼浮头现象的时候，实际上整个池塘已经缺氧数小时，鱼类便会处于由缺氧造成的亚健康状态，影响生长。并且人工巡塘由于其巡视的范围局限性和时段性，易造成人为经济损失。用物联网技术后，通过智能系统的自动监测与预警机制，使生产管理更加规范，有效预防了养殖中因人为或机器故障引起的缺氧、低温或高温等问题，避免了这种所谓“一朝缺氧浮头、三天只吃不长”状况的发生，成活率和饲料利用率自然提高。3种类型试验池塘的鲤、鲫、鲢、鳙中，除鲢出池规格略小于上一年，其他鱼类出池规格均有提高。总体的饵料系数降低近一成；总产量和单位产量，尤其是主养鲤的总产量和单位产量明显增加。

进行面积核实计算时，需要把控：用于计算建筑面积的建筑物的边长是否采用钢尺或手持测距仪独立测量2次，2次量距较差的绝对值不应大于5mm，结果应取用中数。采用钢尺和手持测距仪无法丈量的边长，可采用坐标解析法施测建筑物各主要角点，并宜通过一站测量完成；计算建筑面积时，依据CJJ/T 8—2011《城市测量规范》，测量边长扣除抹灰和装饰厚度后，与设计边长的较差的绝对值在（0.028m＋0.0014×D）之内（D为边长，m），或规划主管部门规定的条件时，可按设计边长计算。这样作业充分体现的是核实测量的要义是核实。

2.节约成本方面 通过物联网技术和远程控制终端设备，养殖人员可以24小时不间断地获取池塘信息，且通过一个手机客户端可实现监控数十个甚至数百个池塘，简化了日常养殖管理工作，降低劳动强度，提高劳动效率，节省了劳动力。2017年该基地雇工减少2人，降低人工成本60000元。合理控制水体溶解氧等相关参数指标，能够维持池塘浮游生物正常存活，并加速有机物的分解、无机物的氧化，抑制氨、亚硝酸盐和硫化氢产生和转化。有效地改善了池塘水质，降低投入品消耗，减少水体污染物排放，减少鱼病发生和调水次数4次，节省了渔药和生物调水制剂的费用16200元。

3.发展前景方面 目前，制约水产养殖物联网大规模应用的主要因素之一是前期投入成本，涉及的传感器等设备制造成本和建设改造、电缆等工程预算成本价高，超出了普通养殖户的预期，让其望而却步。本示范试验表明，应用物联网智能调控系统后，成本每亩约增加51.09元；而各项成本的降低和产量提升创造的经济效益，仅人工和药物两项就节约成本138.54元/亩，远超物联网设备和系统的费用。同时，物联网技术的应用，减少了因养殖水体排放对环境造成的污染，降低了养殖风险，提升了该基地的水产品质量等级和市场竞争力。并且，根据设计物联网智能系统可以将整个养殖过程的有关信息、数据储存下来，不但利于数字化管理的分析、比较、研究，为科学研究积累了经验与数据，也在养殖业中的环境监测、产品销售、质量安全追溯、加工运输、行业预警及增值服务等其他环节有广阔的应用前景。