海洋牧场是指在一定海域内，通过人工鱼礁建设和藻类增养殖营造一个适宜海洋生物栖息的场所，在其中施行人工放流，并利用人工投饵、环境监测、水下监视、资源管理等技术进行渔场的运营管理，以增加和恢复渔业资源的生态养殖渔场。从1977年日本建成世界上第一个海洋牧场至今，海洋牧场迅速在世界各国得到广泛应用，为海洋渔业可持续发展和海洋环境保护做出了巨大贡献。但是，近年来海洋牧场建设运营过程中也面临着一系列问题：海洋生态环境的不断恶化、养殖密度不断增大提高了面对自然灾害的风险成本、监控手段落后带来的外部性问题等。因此，未来的海洋牧场必须进一步走智能化和可持续发展的道路。智慧化是继工业化、电气化、信息化之后，世界科技革命又一次新的突破，在城市建设、交通规划、畜牧养殖等领域掀起一股智慧化浪潮。从目前部分家禽、奶牛肉牛等领域的实践来看，在养殖领域引入智慧化，能够有效提高生产效率，减少养殖过程对环境的破坏，提高食品质量安全等。因此，将智慧化引入海水养殖领域，尤其是海洋牧场建设中，建设海洋牧场2.0版本—智慧型海洋牧场，必将成为海洋牧场下一步发展的新趋势。

一、智慧型海洋牧场的内涵

（一）智慧海洋牧场概念

“智慧”一词来源于IBM“智慧地球”战略和在此基础上引申出的“智慧城市”概念，“智慧”是数字化、网络化和智能化的形象比喻，被公认为是未来社会发展的大趋势。所谓“智慧海洋牧场”，是指在海洋牧场建设中引入物联网、传感、云计算等新技术，在运行中高度智能化、数字化、网络化和可视化，从而具有更高生产效率、环境亲和度和抗风险能力的新型海洋牧场。

从功能上说，智慧海洋牧场是海洋牧场的一种，它可以更好地平衡海洋牧场的经济效益、社会效益和环境效益，优化海洋牧场生产要素组成、生产流程和最终产品质量，促进海洋牧场自身扩张繁衍的可持续性，为经营者及海洋牧场所依托海域的生态环境带来更好的效益。

（二）智慧海洋牧场建设目的

智慧海洋牧场建设本质上是依靠现代技术和管理制度创新，破解海洋牧场发展中的各类问题，从而提升海洋牧场的生态功能、增强海洋牧场的经济效益、拉动海洋牧场的社会效益，使其真正成为未来海水养殖产业的主要运营模式。

通过智慧海洋牧场的建设和推广普及，从国家海洋经济发展角度，可以拉动国内海洋基础设施投入，推动海洋第一产业转型升级；从政府角度，可以吸纳“失海”渔民再就业，保障沿海地区经济社会可持续发展；从企业角度，利用“智慧”手段，可以提升企业自身运营效力、降低运营成本、提升养殖产品竞争力；从普通百姓角度，基于智慧海洋牧场带来的海水养殖品质量可回溯能力以及养殖效率的提高，可以使国民享受到更安全、更实惠的海洋生物产品。

（三）智慧海洋牧场功能特征

1．可视化，即全面感知能力。通过遍布海洋牧场及其陆域配套设施各处的传感器和智能设备组成“物联网”，综合利用RFID、传感器、二维码，及其他感知设备对海洋牧场各参与元素进行标识，随时随地对其进行信息采集，对海洋牧场运行的核心元素进行测量、监控和分析，以此实现对海洋牧场的全面感知。

2．网络化，即联通整合能力。“物联网”与互联网系统完全连接融合，将海洋牧场内分散的、相对独立的人工鱼礁及其相关的传感器，甚至同一海域内不同的海洋牧场通过统一通用的标准整合起来，提升为一个具有良好协同能力和处理能力的有机整体，融合海洋牧场基础数据、时空数据等，为海洋牧场运营提供智慧化的基础设施。

3．数字化，即量化存储能力。通过全面感知能力获得的海洋牧场运行期间产生的所有数据都能够被精确量化，通过联通整合能力被汇总、积聚在统一的数字化存储设备中。数字化可以更精确地记录、考核海洋牧场的运营状态，为实智能化提供数据积累。

4．智能化。智能化是智慧海洋牧场的根本特征。当代计算机大数据挖掘技术的诞生和逐步成熟为智能化提供了技术支撑。依托于数字化积累下的海洋牧场历史运营数据，通过科学的算法建模，可以为当下海洋牧场运转状态提供更科学有效的评估，甚至对下一步的运转状态进行预判，从而帮助经营者更好地控制成本投入、规避风险损失、提高养殖产品质量。

二、智慧海洋牧场的体系架构

（一）智慧海洋牧场体系架构的定义

所谓智慧海洋牧场的体系结构，是指智慧海洋牧场的总体构成、不同层次的划分以及相互之间的关系，从而准确形象地描绘出智慧海洋牧场的结构组成和层次关系。明确智慧海洋牧场的体系结构是建设智慧海洋牧场的基础。智慧海洋牧场体系结构的重要性，主要表现为：体系架构有助于加强智慧海洋牧场建设的指导作用；体系架构突出了早期设计决策，对随后的工作具有深远影响，同时对智慧海洋牧场生态系统作为一个可运行实体的成功发挥重要作用。

（二）智慧海洋牧场体系架构的设立思路

根据智慧海洋牧场特征和组成，其体系架构建设应通过综合运用现代科学技术、整合信息资源、统筹各项海洋牧场运营管理应用系统，服务海洋牧场的规划、建设和管理。通过建设信息通信基础设施、公共信息平台项目等，将物联网应用与互联网应用整合，以实现各类信息高度共享、各类要素全面感知、各类系统互联互通和协同运作的目标。从而构建起海洋牧场运行的智慧环境，并在此基础上不断进行养殖技术和管理的创新，形成智能、高效、优质海洋牧场。

（三）智慧海洋牧场体系架构的内容

从功能上划分，智慧海洋牧场体系架构可划分为：传统海洋牧场模块+智慧化实现模块。其中所谓智慧化实现模块，也可称之为信息网，是指使得智慧海洋牧场区别于传统海洋牧场的、能够实现智慧化功能的信息科技设备及其应用。从物理上划分，智慧海洋牧场体系架构可划分为软件和硬件两大部分，其中软件包含智慧海洋牧场建设的配套政策与标准、生产管理体制、目标物种的养殖技术以及智慧应用软件等；硬件包括人工鱼礁等传统海洋牧场的基础设施、传感器网络、信息处理设备等。智慧海洋牧场体系架构区别于标准海洋牧场体系架构最核心的地方是智慧海洋牧场基础设施中的信息网。信息网是智慧海洋牧场“智慧”的实现者。根据前述智慧海洋牧场体系架构的依据，参考计算机网络分层理论，我们可将智慧海洋牧场分为四层结构。

1．感知层。感知层是智慧海洋牧场区别于普通海洋牧场的基础设施。感知层采用信息采集和识别、无线定位系统、RFID、条形码识别等各类传感设备，对海洋牧场中的生物、船舶、渔具、人工鱼礁、水文环境、气象甚至各类能源、饲料等的供给和消耗、海洋牧场经营企业运行信息等各类要素进行智能感知、自动数据采集。“自动感知、自动组网、智能化处理”应该是未来智慧海洋牧场基础设施建设对感知层的基本要求。

2．网络层。网络层的任务是将感知层采集到的信息通过各种网络汇总、传输，将海洋牧场的相关信息进行整合，进行处理和应用。网络层要能够将智慧海洋牧场的各个子系统、甚至不同海域的智慧海洋牧场互联互通，打破信息孤岛，及时、可靠地完成数据信息的传输和处理。

3．数据层。数据层是智慧海洋牧场“智慧”的来源，亦即将海洋牧场运行中的海量数据进行汇总、处理，在此基础上依托大数据挖掘技术为各类智慧应用提供数据支撑。具体而言，数据层可以划分为多个子系统、多层次的网络结构；这些子系统或汇聚节点，组成一级数据处理平台，对下汇聚底层提供的各类感知数据进行处理，对上提供本节点的各类数据，经过数据处理模块或系统汇聚转换并加载到云存储数据仓库，从而形成智慧海洋牧场数据中心。

4．平台层。一方面，“智慧海洋牧场”自身可被视为一个多元异构的复杂系统，另一方面，对一片海域而言，往往要承载多个海洋牧场。为了充分利用各个智慧海洋牧场运营产生的大量数据，将不同海洋牧场之间的正向协同效应最大化，需要不同海洋牧场之间的互联互通。所谓平台层的，即在于通过将一系列共性支撑技术独立出来，提供标准化和共享程度高的通用性服务能力，从而能够确保智慧海洋牧场自身不同层次、不同智慧海洋牧场之间的互通，并在此基础上产生更多提高海洋牧场生产效率的智慧应用。

三、智慧海洋牧场发展的关键技术

（一）物联网技术

物联网（TheInternetofthings）是实现物物相连的互联网络，其内涵主要包括两个方面：第一，物联网的核心仍是互联网，实在互联网基础上延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，使其进行信息交换和通信。具体而言，物联网是通过射频识别技术（RFID）、功能传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把物体与互联网连接起来，进行物体与网络之间的信息交换和通信，以实现物体智能识别、定位、跟踪、监控和管理的一种信息网络。

在智慧海洋牧场中，物联网是一切“智慧”功能实现的基础设施。借助物联网技术，海洋牧场管理突破了传统的人与自然互动方式，通过“物—物”通信与集成，海洋牧场中的自然元素，如人工鱼礁、海洋生物等，成为海洋牧场运行的主动参与者：通过感知环境信息和交换数据，实现物体和物体、物体和环境之间的互动和交流，从而触发相应地动作或者服务，使其自主地对海洋牧场运营中的各种情况作出反应。

（二）云计算技术

云计算（CloudComputing）是指通过网络把多个成本相对较低的计算实体整合成一个具有强大计算能力的计算机系统，并借助SaaS、Paa、IaaS、MSP等先进的商业模式，将强大的计算能力分享给终端用户的计算机技术。借助于物联网技术，智慧海洋牧场的运营会产生巨量数据存储与计算的需求，靠智慧海洋牧场的投资方投资相配套的计算资源，会使投资成本过高，甚至难以承受。云计算技术为智慧海洋牧场相关数据存储与计算提供了廉价可靠的解决方案。

（三）大数据与数据挖掘技术

大数据（Bigdata），一般包含三个特征，可总结归纳为“3V”：即量（Volume）、类（Variety）、时（Velocity）。量，即数据容量大，数据单位已经跃升至ZB级别；类，即数据种类多，主要来自业务系统；时，即处理速度快，时效性要求高，从传统的事务性数据到实时或准实时数据。

数据挖掘，是通过分析每个数据，从大量数据中寻找其规律的技术。数据挖掘通常由数据准备、规律寻找和规律表示3个阶段组成。数据准备是从数据中心存储的数据中选取所需数据并整合成用于数据挖掘的数据集；规律寻找是用某种方法将数据集所含规律找出来；规律表示则是尽可能以用户可理解的方式（如可视化）将找出的规律表示出来。

在海洋牧场运营过程中，必然会伴随产生大量的数据积累，如海洋牧场海域在不同季节、不同时间段的物理数据，某些自然条件变化时海洋牧场内生物的应激变化等。这些数据是以离散的形式被保存在各个数据库中，而大数据挖掘技术就是利用科学的算法，从这些看似离散、互不关联的数据中找出内在的客观规律，并对未来趋势进行合理预测。由此指导智慧海洋牧场运营企业做出更科学的管理方案。智慧海洋牧场之所以区别于传统海洋牧场，本质在于通过大数据挖掘技术使智慧海洋牧场具有对于规律性问题自主反应或提供最优解决方案的能力。

总体上看，在智慧海洋牧场的建设运营中，物联网技术为数据采集提供了技术手段，云计算技术为数据处理提供了能力支撑，二者是并列的支撑手段，用于帮助大数据及数据挖掘技术的实现，从而实现海洋牧场运营管理的智能化。

四、发展智慧海洋牧场的政策建议

智慧海洋牧场目前尚处于研究探索阶段。在其孕育发展过程中，需要各级政府加大支持力度，广泛吸引社会资本参与，以加快智慧海洋牧场的推广及相关技术的应用。

（一）创新体制机制，完善政策保障能力

一是要在海域使用审批上加大对智慧海洋牧场项目用海倾斜力度；二是要在海域使用费用上给予税费优惠。目前海洋牧场用海补偿费用收取标准较高，影响了社会投资海洋牧场的积极性。三是要出台相关规划，保障智慧海洋牧场项目科学合理建设。通过合理规划航道走向、沿岸污水无害化处理后集中排放、科学布局牧场分布等措施，给智慧海洋牧场建设营造更科学的海域使用环境；四是要加大管理服务力度，成立专门机构对智慧海洋牧场的建设管理进行监督，为海洋牧场运营提供系统性服务。

（二）加强科技创新，提高技术支撑能力

智慧海洋牧场养殖属于技术密集型产业，建设智慧海洋牧场，既需要传统海洋牧场建设领域的养殖技术、海洋环境技术等，更需要物联网、云计算等相关信息技术。目前，我国智慧养殖方面重点仍放在畜牧养殖上，海洋水产养殖科技含量不高，今后需要相关企业和科研院所在智慧海洋牧场相关技术上加大投入，完善相关技术，为海洋牧场建设提供可靠技术保障。

（三）加大扶持力度，拓展融资渠道

海洋牧场建设也属于资金密集型产业，平均每亩投入约在几十万元。智慧海洋牧场建设对资金需求更大，仅物联网相关硬件建设投入就不低于人工鱼礁建设成本。巨大的资金投入，抬高了智慧海洋牧场建设领域的门槛。加大金融扶持力度，创新融资渠道，采用农业保理业务、渔业贷款、推动相关公司在中小板上市等手段，降低市场进入者的资金成本，充分调动社会资金进入智慧海洋牧场建设领域的积极性。

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