【正文】 著作權(quán) 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的漁情預(yù)報系統(tǒng) 袁紅春 袁紅春 上海海洋大學(xué) 軟件著作權(quán) 河蟹生態(tài)養(yǎng)殖全程標(biāo)準(zhǔn)化管理系統(tǒng) 袁紅春 袁紅春 上海海洋大學(xué) 軟件著作權(quán) 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的魚類資源中長期預(yù)報系統(tǒng) 袁紅春 袁紅春 上海海洋大學(xué) 發(fā)明專利 基于物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)品溯源與安全預(yù)警方法及系統(tǒng) 袁紅春 袁紅春 上海海洋大學(xué) 二、項目技術(shù)開發(fā)可行性 （一）項目技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的研究、開發(fā)現(xiàn)狀的介紹、分析（ 1200 字之內(nèi)）： 本世紀(jì)初我國一些高校和科研院所，開始了將智能技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用服務(wù)于漁業(yè)的研究。本課題組合作單位中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院智能機械研究所上世紀(jì)九十年代最早開始了魚病防治專家系統(tǒng)的研發(fā)，收集了常見魚病的防治基本知識，和診斷與防治方法，但只是一般性的知識普及（“農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)及開發(fā)工具” ）。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)（ 2020）研制開發(fā)了“網(wǎng)絡(luò)化魚病診斷專家系統(tǒng)”，根據(jù)魚病診斷流程“現(xiàn)場調(diào)查 +目檢 +鏡檢”，使用基于產(chǎn)生式的正向推理方式，實現(xiàn)魚病診斷輔助決策功能，是魚病診斷專家系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合的開創(chuàng)性研究，但該系統(tǒng)在判別時沒有充分考慮疾病診斷中的不確定性問題。中國農(nóng) 業(yè)大學(xué)（ 2020）研制的網(wǎng)絡(luò)化淡水蝦養(yǎng)殖系統(tǒng)，采用產(chǎn)生式規(guī)則知識表示方法和常規(guī)的正向推理機制，也沒有考慮疾病診斷中的不確定性問題，此外人機界面也較單一。福建水產(chǎn)所也建立了以對蝦為主的水產(chǎn)養(yǎng)殖病害在線診斷與咨詢系統(tǒng)，對疾病有圖片顯示，但只是數(shù)據(jù)庫查詢，缺乏對疾病進(jìn)行較完整的判斷和推理機制，不能分析并生成相應(yīng)的病歷與預(yù)案。 近年來，隨著人們生活水平的提高，水產(chǎn)品在人們的飲食結(jié)構(gòu)中占據(jù)著越來越重要的地位，建立水產(chǎn)品的可追溯體系以保證水產(chǎn)品質(zhì)量安全日趨緊迫。歐盟最先建立水產(chǎn)品追溯體系，在 2020 年 12 月到 2020 年 11 月期間，歐盟制定了關(guān)于水產(chǎn)品供應(yīng)鏈的可追溯性法律法規(guī)，推行了“ TraceFish”計劃，主要目標(biāo)是研究調(diào)查水產(chǎn)品的全鏈可追溯性，建立水產(chǎn)品可追溯體系的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，即水產(chǎn)品從養(yǎng)殖到物流運輸直至最終消費者整個鏈條上所需要記錄的信息以及信息記錄和傳遞的方法等標(biāo)準(zhǔn)。近年來，一些國外專家和學(xué)者致力于水產(chǎn)品追溯體系和追溯技術(shù)方面的研究，并取得了重要的成果。 Parre241。oMarchante 將 RFID 技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到水產(chǎn)品追溯體系中去，結(jié)合 EPC 標(biāo)準(zhǔn)和 LLRP 協(xié)議建立了一套從養(yǎng)殖到餐桌的水 產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)。 Thompson 等通過對水產(chǎn)品追溯系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)并保證了水產(chǎn)品的安全流通。從發(fā)達(dá)國家情況來看，國外對水產(chǎn)品的追溯體系的研究較多，其現(xiàn)有的水產(chǎn)品安全追溯體系無論是法律法規(guī)還是技術(shù)實現(xiàn)都已經(jīng)比較成熟，信息系統(tǒng)的建設(shè)也比較完善。 目前國內(nèi)也有眾多學(xué)者致力于水產(chǎn)品追溯體系的研究。孫傳恒等在比較國內(nèi)外農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)建設(shè)模式的基礎(chǔ)上，提出了一種基于行政監(jiān)管的適合中國國情的水產(chǎn)品追溯系統(tǒng)架構(gòu)模式，設(shè)計了一種基于行政區(qū)域代碼的水產(chǎn)品追溯編碼方法。劉杰等針對水產(chǎn)品的質(zhì)量問題，提出了水產(chǎn)品的生產(chǎn)過程質(zhì)量 安全控制點，并探討運用射頻識別技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)及無線傳感網(wǎng)絡(luò)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來構(gòu)建水產(chǎn)品質(zhì)量安全信息化的過程控制系統(tǒng)，為實現(xiàn)可追溯的水產(chǎn)品質(zhì)量安全控制體系提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)手段。從以上研究來看，目前國內(nèi)學(xué)者都是針對追溯體系中物流或某一個過程進(jìn)行了追溯研究， 缺乏對水產(chǎn)養(yǎng)殖的過程進(jìn)行全程監(jiān)控，且缺乏可以對水產(chǎn)養(yǎng)殖提供指導(dǎo)性意見的水產(chǎn)品疾病預(yù)防和診斷模型 。 （二）項目主要研究內(nèi)容 項目研究開發(fā)內(nèi)容及涉及的關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)指標(biāo)描述（ 1500 字之內(nèi)）： 逐條闡述項目研究開發(fā)的主要內(nèi)容及涉及的關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)指標(biāo)。 本課題利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合本校水產(chǎn)領(lǐng)域?qū)＜姨峁┑聂~病預(yù)防與診斷知識，建立從水產(chǎn)養(yǎng)殖到批發(fā)、零售等各個環(huán)節(jié)一體化的全程服務(wù)平臺，為水產(chǎn)養(yǎng)殖企業(yè)、物流企業(yè)、冷庫企業(yè)、銷售企業(yè)提供信息接入服務(wù)，可實現(xiàn)養(yǎng)殖生產(chǎn)企業(yè)從“池塘到餐桌”全過程的質(zhì)量安全監(jiān)控（包括疾病預(yù)防與智能化在線診斷），為水產(chǎn)品供應(yīng)鏈上的各級用戶提供增值服務(wù)。 主要內(nèi)容： （ 1）水產(chǎn)品溯源編碼體系及追溯信息模型研究 研究分析水產(chǎn)品從種苗到消費者的各個環(huán)節(jié)，找出影響水產(chǎn)品質(zhì)量安全的重要信息及關(guān)鍵控制點，建立種苗、養(yǎng)殖、物流、包裝及銷售等各個環(huán)節(jié)的溯源信息模型，進(jìn)而創(chuàng)建水產(chǎn)品質(zhì)量安全整體追溯模型。 （ 2）基于物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)實時智能監(jiān)控系統(tǒng)研制 研究基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)和環(huán)境信息智能監(jiān)控系統(tǒng)，開發(fā)出低成本、低能耗、高可靠、適合水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)控需要的無線采集節(jié)點和匯聚節(jié)點，實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖場的水質(zhì)與環(huán)境信息實時采集與無線傳輸。 針對水產(chǎn)養(yǎng)殖場的規(guī)模及位置布局差異大、設(shè)備故障風(fēng)險高等問題，研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點參數(shù)與數(shù)量配 置、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等組態(tài)技術(shù)，研究水質(zhì)超標(biāo)與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障等遠(yuǎn)程預(yù)警技術(shù)，開發(fā)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點控制系統(tǒng)程序與監(jiān)控軟件，實現(xiàn)水質(zhì)及環(huán)境信息全天候、數(shù)字化的在線監(jiān)測、預(yù)警和控制。 （ 3）基于物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖信息管理與預(yù)警系統(tǒng)研制 研制水產(chǎn)養(yǎng)殖信息管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；使用 RFID、手持式移動終端或條形碼等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將與水產(chǎn)品的食用安全密切相關(guān)的因素存入該系統(tǒng)，包括水產(chǎn)品基本信息（水產(chǎn)品種類、產(chǎn)地、名稱等）、養(yǎng)殖關(guān)鍵信息（種苗、飼料、藥物、水質(zhì)、分池倒池等信息）、檢驗檢疫信息（藥殘檢測等）及日常管理信息（養(yǎng)殖池的密度、發(fā)病率等）。 針對水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中可能出現(xiàn)的各種問題，分析水產(chǎn)養(yǎng)殖所涉及的知識類型，研究適合于水產(chǎn)養(yǎng)殖的知識表示方法和推理技術(shù)，構(gòu)建基于專家系統(tǒng)技術(shù)的水產(chǎn)品質(zhì)量影響因子超標(biāo)預(yù)警系統(tǒng)。 （ 4）基于 RFID 的水產(chǎn)品物流、銷售信 息管理及預(yù)警系統(tǒng)研制 為保障水產(chǎn)品在物流過程中的食品安全性，根據(jù) HACCP 標(biāo)準(zhǔn)，研究基于 RFID技術(shù)的物流監(jiān)控管理系統(tǒng)。針對 RFID 信息存儲有限以及傳輸距離有限的缺陷，研究如何將無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與 RFID 技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行信息傳輸；針對信息傳輸過程中信息易被截取等缺陷，研究信息的傳輸安全性問題；針對無線通信技術(shù)的能耗問題，研究降低無線通信技術(shù)能耗的方法。 （ 5）基于 Web Service 和二維碼的水產(chǎn)品溯源系統(tǒng)研制 水產(chǎn)品供應(yīng)鏈的各個環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)格式不一，為實現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合、傳遞、存儲和共享，將從實用性、靈活性、 可擴展性和易用性出發(fā)，結(jié)合用戶需求，利用 Web Service 技術(shù)對追溯系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)組織進(jìn)行分析和研究。 為方便最終用戶追溯水產(chǎn)品質(zhì)量安全信息，研究面向水產(chǎn)品的二維碼編碼加密技術(shù)以及研制相應(yīng)的 APP 軟件，實現(xiàn)二維碼的自動生成與識別功能，在手機或多媒體終端上，以文字、圖片、視頻等形式展示水產(chǎn)養(yǎng)殖、物流、銷售等環(huán)節(jié)信息。 關(guān)鍵技術(shù)： （ 1）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的節(jié)能、節(jié)點部署與節(jié)點可視化展示技術(shù)； （ 2）水產(chǎn)品溯源系統(tǒng)的信息可靠與安全采集及傳輸技術(shù)； （ 3）水產(chǎn)品溯源系統(tǒng)的海量、異構(gòu)數(shù)據(jù)的組織、存儲技術(shù)； （ 4）水產(chǎn)品質(zhì)量安全建模技術(shù)； （ 5) 基于專家系統(tǒng)的疾病診斷與安全預(yù)警技術(shù)。 技術(shù)指標(biāo)： （ 1）物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點采用低功耗設(shè)計方案，可連續(xù)或休眠工作。自制主控板平均能耗小于 。采集節(jié)點間距離大于 1km，傳輸錯誤率小于 103。 （ 2）水質(zhì)采集節(jié)點能采集 5 個以上參數(shù)（溫度、鹽度、 PH、氨氮、溶解氧等），采集間隔可動態(tài)調(diào)整，最小可達(dá)分鐘級。 （ 3）搭建能支持至少 50TB 數(shù)據(jù)量的存儲空間；溯源系統(tǒng)能支持 10000 個并發(fā)用戶，在網(wǎng)絡(luò)通暢的情況下平均響應(yīng)時間不高于 5s。 （ 4）開發(fā)出魚、蝦、蟹、貝、藻等系列專家系統(tǒng)，可以自動提供 100 余種常規(guī)淡水魚疾病、 30種蟹病和 38 種蝦病的遠(yuǎn)程診斷服務(wù)； （ 5）提供水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)、用藥和銷售的全過程標(biāo)準(zhǔn)化管理服務(wù)。 （三）項目技術(shù)路線描述 項目技術(shù)路線描述 （ 1200 字之內(nèi)） ： 包括技術(shù)原理圖、工藝流程圖、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖、框架圖等。 智能引導(dǎo) 圖 2 基于物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖信息管理與預(yù)警系統(tǒng)技術(shù) 框架 知識表示方法 知識推理 知識獲取 信息 管理 與預(yù)警 系統(tǒng) 基于物聯(lián)網(wǎng)的 水產(chǎn)養(yǎng)殖 信息管理與預(yù)警術(shù)體系 知識體對象塊構(gòu)件知識表示方法 基于三重蘊涵特征展開的Fuzzy規(guī)則組知識表示方法 水產(chǎn)養(yǎng)殖信息管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 水質(zhì)和環(huán)境信息智能監(jiān)控系統(tǒng) 標(biāo)準(zhǔn)化生態(tài)養(yǎng)殖全程管理系統(tǒng) 水產(chǎn)品質(zhì)量影響因子超標(biāo)預(yù)警系統(tǒng) 基于互聯(lián)網(wǎng)的市場行情可視化信息系統(tǒng) 基于多粒度和模糊CBR相結(jié)合的推理理 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和灰色CBR相結(jié)合的推理 基于CBR和RBR相結(jié)合的推理 基于三重蘊含機制的特征展開模糊推理 基于概念格的關(guān)聯(lián)規(guī)則提取模型 面向漁情預(yù)測的智能數(shù)據(jù)處理模型 元規(guī)則指導(dǎo)下的多層空間關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法 人工獲取 自動半自動獲取 基于Web的信息提取 水產(chǎn)品藥典查詢系統(tǒng) 本系統(tǒng)分為“知識獲取”、“知識表示”、“知識推理”及“信息管理與預(yù)警”四個部分，其中第四個部分是前三個部分的具體應(yīng)用，由此構(gòu)建了“水產(chǎn)養(yǎng)殖信息管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”、“水質(zhì)和環(huán)境信息智能監(jiān)控系統(tǒng)”、“標(biāo)準(zhǔn)化生態(tài)養(yǎng)殖全程管理系統(tǒng)”、“產(chǎn)品質(zhì)量影響因子超標(biāo)預(yù)警系統(tǒng)”等應(yīng)用系統(tǒng)。其技術(shù)原理見圖 3，其中的數(shù)據(jù)采集部分使用了大量物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。 知 識 獲 取知 識 推 理數(shù) 據(jù) 采 集知 識 表 示 決 策 、 預(yù) 警輸 入 圖 3. 基于物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖信息管理與預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)原理 本項目采用鏈?zhǔn)阶匪菽Ｊ?，如圖 4對水產(chǎn)品進(jìn)行跟蹤和追溯。 種 苗 養(yǎng) 殖 捕 撈 包 裝 運 輸 銷 售 消 費 者水 產(chǎn) 品 的 跟 蹤水 產(chǎn) 品 的 追 溯 圖 4. 水產(chǎn)品的鏈?zhǔn)阶匪菽Ｊ? 本項目的水產(chǎn)品溯源體系如圖 5。系統(tǒng)通過對養(yǎng)殖企業(yè)水產(chǎn)品的放養(yǎng)、投喂、病害防治到收獲、運輸?shù)攘鞒踢M(jìn)行剖析，設(shè)計水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)活動、質(zhì)量安全管理及銷售狀況等功能模塊，以滿足養(yǎng)殖企業(yè)日常管理的需要。通過結(jié)合佩戴的 RFID 電子標(biāo)簽，在銷售端生成水產(chǎn)品追溯標(biāo)簽，實現(xiàn)對所購買水產(chǎn)品的追溯。 養(yǎng) 殖 環(huán) 境 信 息育 苗 信 息飼 料 投 喂病 害 防 治捕 撈 運 輸數(shù) 據(jù) 庫網(wǎng) 絡(luò) 追 溯語 音 追 溯短 信 追 溯消 費 者水 產(chǎn) 品 溯 源 系 統(tǒng) 體 系 結(jié) 構(gòu)追 溯碼 圖 5. 溯源系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 涉及到的關(guān)鍵技術(shù)問題，其實現(xiàn)方法如下： （ 1）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的節(jié)能、節(jié)點部署與節(jié)點可視化展示問題 擬采用嵌入式技術(shù)、傳感器信息融合技術(shù)、智能供電與節(jié)點能量管理技術(shù)、多模式數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)（無線 ZigBee、 GPRS/CDMA、互聯(lián)網(wǎng)）建立運行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸可靠的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)信 息、水產(chǎn)品流通銷售環(huán)境信息的自動采集，并且通過節(jié)點主控板的選型與定制、節(jié)點系統(tǒng)的控制策略降低能耗和成本。 以水質(zhì)環(huán)境區(qū)域傳感器網(wǎng)絡(luò)連通性和覆蓋性為依據(jù)設(shè)計綜合評價函數(shù)，建立節(jié)點部署的約束優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，合理地布設(shè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。硬件采用嵌入式編程，服務(wù)器端采用 GIS 技術(shù)、定位技術(shù)和數(shù)理統(tǒng)計概率方法實時地展示環(huán)境區(qū)域內(nèi)的節(jié)點采集的水質(zhì)信息和節(jié)點的工作狀態(tài)和能量模塊等一些信息，方便技術(shù)人員有效地監(jiān)測實時水質(zhì)信息和設(shè)備狀況。 （ 2）水產(chǎn)品溯源系統(tǒng)的信息采集及傳輸?shù)目煽啃院桶踩詥栴} 由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常工作在 惡劣、容易受到人為影響的環(huán)境條件下，從而在采集和傳輸數(shù)據(jù)時往往出現(xiàn)異常現(xiàn)象。對此，擬采用一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)目煽啃员Ｕ戏椒?，包括傳感器網(wǎng)絡(luò)中各傳感器節(jié)點采用基于動態(tài)工作周期調(diào)整的高可靠網(wǎng)絡(luò)組織方法和傳感器網(wǎng)絡(luò)中各傳感器節(jié)點之間及與匯聚節(jié)點之間采用基于２階段重傳的高可靠數(shù)據(jù)傳輸方法。針對信息傳輸過程中信息易被截取等問題，擬采用雙向認(rèn)證技術(shù)和數(shù)據(jù)加密