摘要：設計了一套基于物聯網的生態稻漁管理平臺，平臺主要由前端設備、傳輸網關應用系統和后臺管理系統組成。平臺實現了氣象數據、水質信息、視頻圖像信息、物流車信息采集與管理，具備實時監測與預警的功能，實現了田間稻漁生產管理過程的全息化管理，有效提高了種、養殖效率和產品質量;開發了基于手機平臺的網絡認養子系統，實現了生產者與消費者的直接對接，有效拓展了銷售渠道;通過企業示范應用，取得了良好的經濟效益，為傳統農業數字化轉型提供可借鑒的案例。

　　關鍵詞：稻田養魚;物聯網;傳感器;遠程監控;網絡認養

　　中國稻田養魚歷史悠久。稻田養魚是一種種養結合稻魚共生的立體農業，通過魚吃草、除蟲、活水、松土、增肥等作用，既能減少水稻的病蟲害，又可節省農藥化肥的使用，達到生物防治的效果，被認為是農村調整生產結構中綠色種養的較好方式。稻田養魚能夠實現一水兩用、一田多用、一田多收、一季多收和穩糧增效的效果，經濟效益顯著[1-3]，國內很多地方實行稻田養魚，帶動當地農民致富，實現鄉村振興[4]。

　　隨著種養規模的擴大，如何加強種養過程的科學管理，如何掌握成魚銷售運輸途中的實時情況，如何把產品賣出去，是生產者面臨的新形勢。正值數字農業興起和應用，物聯網很好地解決這一問題。本文設計一套基于物聯網的生態稻漁管理平臺，輔助生產者對種養過程進行科學管理，實時掌握成魚運輸的動態，打通與消費者直接聯系的渠道。平臺還能對種養及成魚運輸過程的數據進行記錄、存儲、分析，做到實時及歷史數據的查詢，依據設定閥值發出實時告警提示。2017年該系統開始應用于光澤縣聯農農業專業合作社開展的生態稻漁產業生產中，助力合作社稻漁產業高質量發展和稻花漁米品牌行銷，取得良好成效。

　　1 總體技術架構

　　系統的整體架構分為四層，感知層、傳輸層、服務層、應用層。第一層(底層)是感知層，主要是利用各種感知設備(溫濕度傳感器、pH值傳感器、電導率傳感器、光照度傳感器、風速傳感器、風向傳感器等)、攝像頭、全球定位系統GPS感知和采集稻魚種養過程中的環境信息、土壤信息、水質信息、生長信息及產品在流通過程中的物流信息。感知層，用于原始數據的采集，是物聯網應用的源頭，在整個系統起到非常重要的作用，采集的數據正確 與否直接關系到后續的分析與決策管理，影響物聯網的實際應用成效。

　　第二層是傳輸層，負責感知層和應用層之間的數據傳輸，是“物與物”之間信息流通的通道，由各種網絡傳輸方式組成，包括互聯網、移動通訊網、局域網、網關等，可以是一種也可以是多種方式組合。第三層是服務層，主要作用是對門戶和權限進行統一管理，接入采集數據并進行分析等。第四層是應用層，是物聯網在實際業務中的具體應用，是物聯網價值的集中展現。應用層利用服務層處理過的數據為生產者提供多類型的應用，如環境監控、預測預警、統計分析、物流信息監控等。應用層還提供API接口，連接各類管理應用系統，使用戶可以通過PC端、APP端、微信端等訪問系統。總體技術架構如圖1。

　　2 應用系統設計

　　基于物聯網的生態稻漁管理系統，包含氣象數據采集子系統、水質信息采集子系統、視頻圖像采集子系統、物流車運輸監管子系統、網絡認養子系統。系統功能包括數據的收集、存儲、分析、上傳下載、前端展示;用戶權限的統一管理;認養平臺產品信息查詢、用戶注冊、網絡訂單的下單。系統對各種傳感器傳回的數據進行存儲，結合大數據技術進行統計分析，以圖形圖表的形式顯示各類傳感器收集的實時數據和歷史數據，設置數據閥值，超過限定數值時產生報警信息，做到環境數據可視化，風險報警。

　　視頻監控作為數據信息的有效補充，平臺通過開放的API接口調取視頻并嵌入到web端，展示關聯的攝像頭畫面。通過實時獲取的物流車GPS位置信息結合地理信息技術及第三方地圖服務接口，將物流車位置信息實時顯示在平臺上，實現物流車輛軌跡管理和調度規劃等功能。系統僅對授權用戶開放，授權用戶通過web瀏覽器、手機APP等方式訪問平臺，實現授權用戶隨時隨地查看各項環境數據、歷史曲線、視頻監控畫面、物流車運輸動態等信息。

　　平臺在識別環境參數突破預設閾值的情況下，發出相應的報警數據，依靠短信等模式向授權用戶傳遞報警數據，用戶接收報警信息后，根據當前環境做出相應措施。網絡認養作為一種新的銷售模式，通過定制認養不僅增強消費者對農產品的信任度，買到放心、質優的農產品，而且為生產者細分市場保障或增強農業資本投入，以需定產大大降低生產者滯銷積壓風險，減少生產資料的浪費。消費者在認養平臺成功下單，將獲取物聯網信息查詢權限，實時獲取稻花魚米的生長情況，實現采購的產品從田間到餐桌的全過程監控。

　　2.1 氣象數據采集子系統

　　自然條件是水稻能否實現高產的重要影響因素之一。人工影響氣象的形式可降低氣象條件對水稻生長的影響，但這種方式難度大作用小。另一種形式是通過采集氣象數據，研究氣象變化的規律性，采用科學的水稻種植管理技術，降低氣象因素對水稻生長的影響。氣象數據通過氣象站采集。建立氣象站，搭配不同類型的傳感器，實現戶外空氣溫濕度、光照、風速風向、雨量、氣壓等數據的采集、存儲、顯示、查詢分析統計，方便用戶遠程監測田間氣象信息[5]。各類傳感器采集的最基礎信息，為之后的數據分析和利用提供數據支撐。采集的數據通過互聯網傳輸到管理平臺，用于研究分析。

　　2.2 水質信息采集子系統

　　世界萬物繁衍生息都離不開水，稻魚的生長更是離不開水。水即是稻魚的命，也是稻魚的病。好水才能種好稻，養好魚。水稻各生育期對水位的需求是不一樣的[6]，水位過高或過低都會影響水稻的生長。水中的氨氮含量、水溫、pH值、電導率、溶解氧等會影響魚的生長。過去通過人為觀察魚類生長狀況來判定水質變化，根據個人經驗改善水質，這便造成了生產效率底下、勞動力成本增加，無法達到精準調控。

　　將物聯網技術引入到水環境調控中，利用物聯網技術中的感知設備(溫度傳感器、氨氮傳感器、pH值傳感器、電導率傳感器、溶解氧傳感器、水位傳感器等)對水質溫度、水位、氨氮含量、pH值、電導率、溶解氧等參數進行實時監控，通過無線網絡將采集到的數據上傳并存儲在管理平臺。管理平臺對數據進行實時分析，衡量水域的環境質量，針對水質問題提前預警，向生產者發出預警信息，生產者收到預警信息后對水環境進行調控，這樣能夠在更大程度上有效減少生產者到田間去巡查的次數和頻率，使其工作效率得到最大程度的提升。

　　2.3 視頻圖像信息采集子系統

　　對稻魚生長全過程進行實時、全方位、動態監控的圖像采集系統，由攝像頭、硬盤錄像機、流媒體服務器、光纖、交換機等組成。攝像頭采集圖像，硬盤錄像機存儲數據，流媒體服務器解決信號傳遞、轉換等需求[7]，光纖、交換機等負責數據傳輸。我們可根據監控對象合理布置監控節點，進行24h不間斷監測，實時將采集信息傳到存儲介質，強化信息集中存儲和管理，聯網條件下可通過計算機、智能手機、平板電腦等，隨時調閱視頻，做出快速應對。視頻圖像采集系統是現代信息技術在農業現代化的具體應用，是田間管理的一種創新，可有效降低人工成本，提升經濟效益，減少工作量，增強管理效能。通過本視頻圖像采集系統，管理者可隨時遠程查看田間實況，了解稻魚生長狀態，遠程指導田間作業。

　　2.4 物流車信息采集子系統

　　魚的品質關乎魚的價值。減少魚體損傷、提高活魚質量是活魚運輸過程中必須解決的問題，影響活魚運輸效率和存活率的因素眾多，主要有水中溶氧、二氧化碳濃度、溫度、魚的自身條件等[8]。物流車運輸監管系統可以很好的解決這些問題，實現對物流車進行精準定位、監測和實時跟蹤，實時掌握物流車運輸動態，運輸過程魚的狀況，有效提升物流配送精細化管理水平，增強物流運輸全過程把控。

　　系統由4G路由器、攝像頭、傳感器、GPS模塊及觸摸屏組成。攝像頭監控魚的運動狀態，各類傳感器采集水中溶氧、二氧化碳濃度、溫度數據，GPS模塊采集車輛地理位置信息，采集的各項信息通過移動通訊網，實時傳回管理平臺，管理平臺對收集的數據進行處理，實現遠程實時了解物流車運輸過程魚的健康情況及物流車位置信息。安裝在物流車的觸摸屏，能實時顯示傳感器采集的重要數據，供駕駛員隨時掌握魚的狀態，出現異常狀態，觸摸屏會發出報警信息，提醒駕駛員采取緊急應對措施。

　　2.5 網絡認養子系統

　　如今不缺優質的農產品，愁的是如何把這些優質的農產品給銷售出去。隨著消費者對健康、安全、環境等問題認識的提高，消費者的消費習慣已經由過去“吃飽”向“吃好”轉變，優質農產品有大量的市場需求。然而，市場在供需方面存在明顯的信息不對稱，生產者生產的優質農產品因找不到合適的銷售渠道而大量滯銷，造成資源浪費。消費者缺乏與生產者直接聯系的渠道，無法買到物美價廉的優質農產品。隨著信息技術的發展和消費升級，越來越多的消費者習慣通過網絡進行購物。

　　網絡認養作為一種新的消費模式，可實現生產者與消費者直接對接，打破信息不對稱的障礙，解決生產者銷售、消費者采購渠道缺乏的問題。消費者拿起手機登陸網絡認養平臺就可以訂購稻花魚米。有認養意向的消費者通過認養平臺進行認養，認養成功后，在種植期間，可以在物聯網平臺上查看稻花魚米的生產環境等實時情況，也可以暢游種植基地，親自體驗安全種養。生產者根據認養人的需求將稻花魚米分批次或一次性送到家。認養平臺的推廣有利于生產者準確把握市場需求信息，進而更好地安排生產計劃。

　　3 應用成效

　　2017年光澤縣聯農農業專業合作社開展生態稻漁產業生產全過程物聯網可視化監管及網絡認養，從該合作社2016年至2020年生態水稻經營面積和大米銷售增長情況看，這項技術有助于增強消費者對合作社的生態稻漁產品質量安全的依賴度，帶動了品牌行銷和產業高質量發展，呈現出數字農業科技對數字經濟和生態農業發展的巨大驅動作用。

　　據統計，實施可視化監管的2018年至2020年，合作社經營規模由2016—2017年約10hm2增長到2018—2020年約55.6hm2，增長率達到451.9%。2018—2020年每667m2大米銷售額比2016—2017年增長了66.31%，2018—2020年每公斤大米銷售單價也比2016—2017年增長了66.27%。

　　2019年12月上旬、2020年12月上旬，連續2a開展光澤縣稻花魚米食味鑒評暨網絡認養科技示范活動，推廣網絡認養模式，成效顯著。翌年1月的網絡認養銷售額分別占當月銷售額的59.75%和73.50%，翌年1月的網絡認養銷售額占12月至翌年3月累計銷售額的42.00%、40.91%。2019年底開展的網絡認養，幫助合作社實現2020年1月銷售額116萬元，占全年總銷售額373.1萬元的31.1%，明顯高于2020年全年月平均銷售額。

　　4 結語

　　科學技術的快速發展，傳統的農業生產經營模式已經不能適應當下時代發展。農業物聯網的發展為加速推動中國實現農業現代化提供了動力引擎[9]，對改造中國傳統農業、推動現代化農業具有重要作用。農業物聯網技術的應用，打破了傳統的農業管理方式，實現標準化、精細化管理，降低農業投入成本，減少損失，提高產量，提升了農業生產效率，加快了傳統農業現代化的步伐。網絡認養模式讓生產者與消費者直接對接，減少了中間環節，降低了滯銷難買的風險，生產者的直接利潤顯著提升，消費者也便捷的購買到優質的農產品。

　　參考文獻

　　[1]李君保，黎萍.山區稻田綜合種養現實意義分析[J]. 農業與技術，2018(14)：14，16.

　　[2]孔勇.稻田綜合種養模式對水稻病蟲草害的控制作用及機理[J].農村經濟與科技，2019(4)：13-14.

　　[3]董在杰.福瑞鯉系列良種選育及其綠色健康養殖示范(下)[J].科學養魚，2020(11)：24-25.

　　[4]謝春鳳，鄧凌云，盧明，等.湖南省稻田養魚產業扶貧研究[J].農學學報，2020(9)：103-108.

　　[5]武文強.基于物聯網技術的智慧農業云平臺[J].物聯網技術，2020(6)：106-107，110.

　　[6]吳建兵.浦城山區稻田養魚模式技術[J].福建稻麥科技，2018(2)：8-9.

　　[7]劉宇健.流媒體網絡視頻監控系統的研究與開發[J].電子技術與軟件工程，2020(18)：15-17

　　作者：張鐘