智慧渔业物联网解决方案

近年来,在渔业发展中,传统的养殖模式曾对我国水产品产量的快速增长起了重大作用。随着人们消费水平和环保意识的增强,群众的饮食习惯和结构已经发生了很大的变化,绿色水产品越来越受消费者的青睐,传统的养殖模式在现如今的生产实践中存在着种种弊端,养殖密度不断加大,养殖环境日益恶化,养殖成本持续上涨,传统养殖方式已经不能适应水产养殖的发展需求,为满足现如今水产品的市场需求。设施智能化养殖势在必行。

具体的表现如以下几个方面:

1、养殖产品单一化,常规化

2000年我国水产品人均占有量为33.8kg,比世界平均水平高50%。目前各种高常规水产品市场已出现供大于求的局面,如2009年春节,我国各大城市的淡水鱼市场普遍存在不同程度的压塘现象,随着人们需求结构和消费偏好的改变,传统的养殖品种单一化,常规化将逐渐被市场所淘汰。

2、养殖水域环境与条件不断恶化

夏季高温,影响鱼类生存环境。水温上升,滋生病菌。水质和池塘底质恶化,池水交换不足。炎热的夏季是水产养殖的黄金季节,也是水产病害多发、鱼类死亡率高的阶段,连续高温天气会导致池塘内的有机质大量腐败分解,厌氧微生物生长繁殖速度加快,池水中氨氮、亚硝酸盐等有害有毒物质明显增加。危害养殖鱼类的健康。

3、养殖水域的二次污染极其严重

在淡水养殖方面,据测算,养殖1t淡水鱼的排污量相当于20头肥猪的粪便量。以北京密云水库网箱养鲤为例,亩产在20t以上,似乎经济效益可观。但是其后果却导致水库水质转肥,其中氨态氮增加了7.3倍,活性磷酸盐增加了10.3倍,不得已而禁止网箱养鱼,而且其后的治理费用,超过了网箱养鱼的利润,在海水养殖方面,人类过度开发养殖业已经大大超过了海水的自净能力,对虾病的泛滥就是典型的事例。

针对以上问题,结合,在设施智能化养殖势中,若解决渔业全产业链升级,达到高质、高产、广销的现代化“智慧渔业”。需要解决几个方面的问题:

一是互联网+监管。采集、上传水产养殖单位的产销信息至“水产品质量安全可追溯信息平台”,实现“生产有记录、来源可查询、流向可跟踪、产品可召回、质量有保障”的监管模式。从生产到出产一体系的数据面向客户。  平台同时服务于政府、水产品企业和消费者,实现政府监管水产品企业向消费者提供水产品的整个过程。

二、是互联网+技术。普及自动水循环、微孔管增氧、水体监测和自动投喂等现代养殖技术设备,利用无线传感技术全天候监测养殖区气候环境,检测采集ph值、溶解氧、盐度等水质参数,并上传至监控中心和云服务器,方便养殖户通过手机、PDA、电脑等终端实时查看养殖信息。 建立智能鱼塘管理系统,实现手机遥控自动投喂,远程调节监控鱼塘生态环境。

结合水产养殖中存在的问题,若能够很好的解决,设备需有以下特点: 

1、星形组网,在一定范围内,所有的节点都直接与中心节点通讯,减少中间环节; 
2、低功耗设计,特别是传输端的低功耗设计。对不方便供电的设备可以通过软件配置将供电方式从电源供电转变为电池供电,满足现场不同安装的需要; 
3、设备拆装方便,采用无线的管理与传输方式,拆装简单、便捷; 
4、通信必须采用无线通讯方式,并且因水产养殖对特殊环境的,要保障信号的稳定性;

在了解需求后,我们再了解下市场主流的无线通信技术: 
1、NB-IOT 
NB-IOT是电信运营商主导的物联网应用技术,相对于传统的蜂窝无线技术,最大的优势在于容量和低功耗。随着运营商投入的不断加大,NB-IOT在国内的很多城市均已部署。但对于广大的农业生产区域,实现全覆盖还需要很长的路去走。 
2、SIGFOX 
sigfox是由一家公司提供相应技术,在全球推广的运营级物联网技术。基本的思路是所有的部署于运营均需要于sigfox的公司合作。 
3、ZIGBEE 
zigbee是相对成熟的物联网技术,因其传输距离限制,主要应用于智能家具行业。为突破这种限制,zigbee提供mesh的技术方案,最多实现9级,传输距离达到1公里。但mesh组网多级跳转后,网络稳定性存在风险。 
4、LoRa 
LoRa是美国升特公司(semtech)提供的低功耗、广域网解决方案。升特公司提供芯片(SX1301、SX1278、SX1276),可自行组网。具有功耗低、抗干扰、距离远等特性。 
5、蓝牙 
蓝牙是很成熟的物联网应用技术,目前应用主要的难点在于传输距离太近,在水产养殖中,难以实现广域的覆盖; 
6、WIFI 
WiFi是大家最为熟悉的无线传输技术,其特点为传输距离较近,并且功耗相对其他技术来说比较高。

在了解水产养殖的需求及部分无线技术的特点后,在水产养殖应用中,因养殖环境较为偏僻,运营商网络覆盖难以保障,并且相对费用较高,不建议采用运营商的网络,而WIFI、蓝牙因距离近首先排除,而ZIGBEE因传输距离较近,多采用mesh的问题,而一旦中间节点存在问题,造成运维管理成本较高,所以建议采用LoRa网络。

而在应用LoRa网络中也存在部分问题: 
1、组网问题 
虽然LoRa能够有效实现覆盖,但在建设中也存在选址、信号测试等情况; 
2、设备读取问题 
水田渔业的众多设备采用的是485或模拟量的方式,需要提供相应的读取设备; 
3、低功耗的问题 
虽然LoRa支持低功耗,但是如何与前端传感设备共同使用,达到低功耗的效果; 
舜为互联公司结合自身在LoRa方面的优势以及水产养殖信息化(智慧渔业、物联网)推出DP109系列数传电台,其特点为IP67设计,可以有效的防尘、防水,并且支持低功耗模式,若1个小时取一次数据,4节5号碱性电池即可使用2年以上。同时DP109还支持对传感器供电,即在传感器读取前1s给传感器供电,从而实现整个设备的低功耗管理。而DP109(RTU)自身带有电量监测及预警的功能,实现低电量报警,从而保证前端设备的供电安全。为广大渔业信息化公司提供最为便捷的传感设备接入方案。针对网关选址及信号的问题,舜为互联公司提供网关、节点双向的信号强度管理,即实时可查看网关、节点的信号强度、信噪比等数据,无需借助专业的设备即可实现网关的选址工作。在传感器的支持上,DP109系列支持485、模拟量、IO量等设备的输入与输出,可以很好的满足当前的水产养殖中数据采集及设备控制的要求。具体的网络TOP图如下:

 
 

舜为互联公司为水产养殖病害预测及防控措施 ,结合自身在物联网LoRa等方面的优势,提供基于LoRa的智能渔业解决方案。

 方案说明:

 LoRa数传电台与采集设备直接连接,在养殖水体的不同深度的水层、同一水深的区域和不同角度安装可测全部指标的探头,然后通过传感器传送给中央处理器,处理器将收集到的数据与对比参数进行对比分析,得出结论,并根据需要发出指令,直接发送给控制端或者在通过传感器发送给控制端的器具,作出投饲、增氧、投药、净化、水体循环、水温控制等操作、最终实现养殖的精准化和自动化、并且实现污染物排放的最低化,达到健康养殖的目标。

方案优势

 

1、布网简单

采用星形组网,布网简单方便,只需建设网关,在网关覆盖范围内的DTU设备均可实现数据采集。

2、覆盖范围广

基于LoRa技术,采用免授权的433MHz频段,传统能力强,城市内最远可覆盖2.5kM,一个园区基本一个网关即可实现网络覆盖。

3、集成方便

集成商应用中,最头疼的事情就是软硬件间的系统集成,舜为互联公司提供全流程的基于LoRa的通讯解决方案,与集成商对接可直接通过Socket进行纯软件层面对接,并且支持TCP\UDP\MQTT等多种协议,集成更简单。

4、成本更低

基于星形组网的LoRa物联网能源采集方案,无需布线,安装、施工简单方便,成本更低。同时,后续无需流量卡的费用,且节点一旦出现问题,系统自动报警,仅维护处故障的点即可,无论安装、运维成本均更低。

同时,舜为互联公司在实际项目中发现部分传感器供电不方便的情况,创新性的提供基于电池供电的LoRa数传电台(RTU)产品,此产品休眠功耗 <15ua,若每1个小时取一次数据,普通的2节锂亚电池即可使用一年以上,安装、管理更方便,同时还可通过数传电台向传感器供电,实现传感器的低功耗管理。

 

应用价值

通过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,快速有效因应各种状况,能够降低人力、饲料及电力等成本,同时提升养殖渔业产值。实现高密度、高产值、高效益的标准化养殖模式。

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