李妍 許祝華
1緒論
1.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)是利用互聯(lián)網(wǎng)把控制器、傳感器、人和物等聯(lián)在一起,形成人與物、物與物相聯(lián),實現(xiàn)信息化、遠程管理控制和智能化的網(wǎng)絡。這是美國麻省理工學院在1999年最先提出的概念。隨后,國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005:物聯(lián)網(wǎng)》,進一步明確了物聯(lián)網(wǎng)的定義是傳感技術(shù)、射頻識別技術(shù)、智能芯片嵌入技術(shù)三位一體,在物體與物體之間實現(xiàn)信息交換和共享。近年來,衛(wèi)星通訊等長距離通訊技術(shù)得到快速發(fā)展,信息從有線傳輸向無線傳輸發(fā)展,這使在海洋領(lǐng)域應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為可能。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為構(gòu)建數(shù)字化、智能化、自動化海洋與漁業(yè)提供了技術(shù)支撐。
1.2物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)牧業(yè)中的應用
2009年,歐洲智能系統(tǒng)集成技術(shù)平臺提交了物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展報告,將“農(nóng)業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”作為最重要的發(fā)展方向之一。此外,還將農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)分為三個層次:信息感知層、信息傳輸層和信息應用層。信息感知層由各種傳感器節(jié)點組成,通過先進傳感器技術(shù),獲取多種支持過程精細化管理的參數(shù),如土壤肥力、作物苗情長勢,動物個體產(chǎn)能、健康、行為等信息。在信息傳輸層中,傳感器將各類數(shù)據(jù)通過有線或無線方式,向局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)發(fā)布。信息應用系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行融合、處理后用于制定科學的管理決策,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程進行控制。
1.3保護區(qū)概況
海州灣主要分布在江蘇省連云港市沿岸,灣口北起山東省日照市嵐山鎮(zhèn)的佛手咀(35°05′55″N,119°21′53″E),南到江蘇省連云港市連云港區(qū)的高公島(34°45′25″N,119″29′45″E),面臨黃海,寬42 km,岸線長86.6 km。海灣面積876.39km2,其中0 m以深面積687.9 km2,5 m以深面積340.67 km2,10 m以深面積63.01 km2。保護區(qū)的主要保護對象為中國對蝦。2007年12月,經(jīng)農(nóng)業(yè)部批準,成立海州灣中國對蝦國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)(見圖1、圖2)。
1.3.1保護區(qū)管理處工作開展情況 2009年3月連云港市人民政府批準成立了海州灣中國對蝦國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)管理處。近年來,建設(shè)和管理工作得到了逐步推進?;A(chǔ)設(shè)施建設(shè):設(shè)置保護區(qū)概況標牌、界碑、界樁、指示牌、浮標等。建設(shè)海州灣海上管護平臺,配備相關(guān)的交通、通訊、監(jiān)控和巡護設(shè)備,包括全球定位儀(GPS)、雙筒望遠鏡、海上遠程監(jiān)控系統(tǒng)、水質(zhì)在線自動監(jiān)測儀、跟蹤監(jiān)測車等。開展保護區(qū)定期和不定期巡航執(zhí)法:聯(lián)合市海監(jiān)支隊完成岸線巡查任務,為海監(jiān)執(zhí)法提供確鑿的數(shù)據(jù)支持;針對盜采海砂、伏季休漁、重點用海工程開展日常監(jiān)管,作為重要的違法信息來源,及時將聯(lián)動系統(tǒng)上報的疑點疑區(qū)信息通報市海監(jiān)支隊、漁政支隊等有關(guān)部門,實現(xiàn)違法事件、突發(fā)情況的及時處理。
1.3.2保護區(qū)建設(shè)管理中面臨的主要矛盾和問題盡管保護區(qū)建設(shè)和管理取得了一定的成效,但從總體上看,保護區(qū)的建設(shè)標準、發(fā)展水平和管理能力還比較低,未能實現(xiàn)對保護區(qū)的有效管理。三方面矛盾比較突出:
一是任務艱巨和手段薄弱的矛盾。長期以來由于不加管理,酷捕濫采,致使有限的海珍品資源遭到嚴重破壞。中國對蝦的捕撈產(chǎn)量從20世紀80年代以來,產(chǎn)量銳減。雖然進行了人工魚礁、人工放流等資源養(yǎng)護措施,但是生態(tài)修復和種質(zhì)資源保護仍然任重而道遠。而保護區(qū)要充分履行職責,必須具備必要的機構(gòu)、人員、裝備和工作經(jīng)費。但是考察保護區(qū)管理處的現(xiàn)狀,還有許多不足之處:一、管理機構(gòu)不健全。目前,保護區(qū)管理處與連云港市海域使用保護動態(tài)管理中心合署辦公,增掛一塊牌子,缺乏專職人員,機構(gòu)設(shè)置中缺乏漁政執(zhí)法、科研、監(jiān)測和宣傳教育等部門。二是保護區(qū)管理經(jīng)費有限。保護區(qū)與陸地上的保護區(qū)不同,對基礎(chǔ)設(shè)施、科研水平要求相對來說要高很多。資金是保護區(qū)工作開展以及正常運行的首要保證。資金投入不足將會直接影響到保護區(qū)日常工作的展開。
二是管理目標和實現(xiàn)手段的矛盾?!侗Wo區(qū)規(guī)劃》中保護區(qū)管理的指導思想為合理規(guī)劃、強化保護、科學管理。而作為管理的依據(jù)的法律法規(guī),尚未出臺。日常主要依據(jù)《中華人民共和國漁業(yè)法》《水產(chǎn)資源保護區(qū)管理暫行辦法》《海洋自然保護區(qū)管理辦法》等進行保護區(qū)的管理工作。保護區(qū)建立的重要目標任務之一是提供開展保護區(qū)的環(huán)境監(jiān)測。目前,保護區(qū)已建成200 m2海上平臺,主要進行保護區(qū)動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測,偏向于用海工程。海洋環(huán)境的監(jiān)測依托于連云港市海洋環(huán)境監(jiān)測中心,也只是局限于對排污口和基礎(chǔ)水文監(jiān)測??傮w而言,保護區(qū)的環(huán)境監(jiān)測工作長期裹足不前。受經(jīng)費、人員、裝備所限,保護區(qū)巡視也未常態(tài)化。日常巡護需要大量的人力,而管理處實際在崗工作人員20人,除去后勤、女職工,實際可能出海巡護的人員非常有限。目前,只局限在有限的幾個監(jiān)測點的動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測和與海監(jiān)、漁政的聯(lián)合執(zhí)法,未形成巡視工作的常規(guī)化、常態(tài)化和規(guī)范化。
三是經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)保護的矛盾。目前,包括“30萬噸級航道工程”、贛榆港區(qū)前期工程、徐圩港區(qū)前期工程等在內(nèi)的幾個國家、省、市重點工程都在臨近保護區(qū)的區(qū)域,如何在保護海洋生態(tài)和種質(zhì)資源的前提下促進經(jīng)濟發(fā)展還是一個長期的課題。
2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在保護區(qū)管理中的應用
2.1中國對蝦資源監(jiān)控
管理處制定規(guī)范性文件、確定發(fā)展規(guī)劃、管理目標、管理范圍及權(quán)限必須準確把握保護區(qū)內(nèi)的海洋漁業(yè)的資源狀況。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以在保護區(qū)管轄范圍內(nèi)和周邊沿海大陸架水域和寒暖流交匯水域布置環(huán)境參數(shù)傳感器、實時圖像采集器,組成數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡,通過檢測保護區(qū)管轄范圍和臨近海域水體溫度、鹽度、溶解氧含量、浮游生物種類等環(huán)境數(shù)據(jù)、處理后得出漁業(yè)生物生長狀況,為管理處和上級海洋漁業(yè)管理部門提供實時海洋漁業(yè)資源狀況信息。
一直以來,保護區(qū)資源調(diào)查采用的一般方法為:潛水員水下攝影、捕撈、人工取樣等,存在準確性差、不能實時監(jiān)控資源變動情況等問題。應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),以上問題迎刃而解。
根據(jù)中國對蝦分布區(qū)域和物種特點,設(shè)置調(diào)查站位,通過對中國對蝦資源海上動態(tài)監(jiān)測調(diào)查,了解中國對蝦增殖資源的數(shù)量變動與生長、遷移規(guī)律跟蹤監(jiān)測。
2.1.1站位設(shè)置 根據(jù)中國對蝦的分布、洄游、繁殖和生長分布區(qū)域和物種特點,確定其調(diào)查范圍為海洲灣人工魚礁區(qū)、海洲灣中國對蝦保護區(qū)以及中國對蝦增殖放流周邊水域,共布設(shè)11個站位,位置如圖3。
2.1.2調(diào)查方法 在各站位設(shè)置水下紅外線計數(shù)器,在中國對蝦洄游期、繁殖期、重點污染期加密監(jiān)控。并結(jié)合當?shù)厝罕娡暇W(wǎng)漁船進行底拖網(wǎng)調(diào)查。
2.1.3樣品分析 中國對蝦及其主要經(jīng)濟生物的漁獲量,測定其體長、體重、雌雄比、性腺成熟度、胃飽滿度等生物特性。
2.1.4數(shù)據(jù)分析 物種相對重要性指數(shù)采用Pinkas模式,從各種類在數(shù)量、重量中所占比例和出現(xiàn)頻率3個方面進行綜合評價,判斷其在種群中的重要程度,即:
N為在數(shù)量中所占的比例,W為在重量中所占的比例,F(xiàn)為出現(xiàn)頻率。
物種豐富度指數(shù)采用Margalef模式,即:
D為物種豐富度指數(shù),S為種類數(shù),N為總尾數(shù)。
物種多樣度指數(shù)采用Shannon-Wiener模式,即:
H為物種多樣度指數(shù),Pi為i種魚的群落中所占的比例。
2.2保護區(qū)內(nèi)海洋環(huán)境監(jiān)測
面向海洋環(huán)境保護、海洋環(huán)境監(jiān)測預報、海洋生態(tài)系統(tǒng)健康評價等管理需求,構(gòu)建保護區(qū)的海洋環(huán)境監(jiān)測與管理系統(tǒng),為保護區(qū)管理部門及時關(guān)注、處理、分析海洋環(huán)境狀況提供依據(jù),為海洋環(huán)境保護提供數(shù)據(jù)支撐和決策支持。
2.2.1排污口監(jiān)測 綜合應用在線監(jiān)測技術(shù)、GIS技術(shù)和網(wǎng)絡傳輸技術(shù),實現(xiàn)對人海排污口和河口監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時采集、傳輸、存儲、分析和發(fā)布,及時準確掌握污染物排放的流量、濃度、特征污染因子等信息,并對超標實現(xiàn)實時預警,為排污口達標排放和總量控制管理提供數(shù)據(jù)支撐。
2.2.2水文監(jiān)測 通過自動環(huán)境監(jiān)測設(shè)備實現(xiàn)保護區(qū)氣象、水文、水質(zhì)的實時監(jiān)測,監(jiān)測指標包括風速、風向、水位(潮汐)、pH值、溶解氧、水溫等。利用網(wǎng)絡技術(shù)使管理人員能從電子顯示屏上直觀了解監(jiān)測水域內(nèi)的氣象、水文、水質(zhì)等實時數(shù)據(jù),同時具備自動報警及統(tǒng)計分析等功能。
2.2.3海洋生態(tài)健康評價 利用海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù),采用時空關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)挖掘方法,進行海洋生物質(zhì)量分析、營養(yǎng)鹽時空分布規(guī)律分析、重金屬沉降轉(zhuǎn)移規(guī)律分析等海洋專題分析;通過構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系和評價模型,從物理化學屬性、生態(tài)學屬性、社會經(jīng)濟屬性等方面全面評價保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康情況;根據(jù)歷年海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù),可分析保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康情況的發(fā)展態(tài)勢和演變趨勢,為加強海洋生態(tài)環(huán)境保護與管理提供決策依據(jù)。
2.3人為因子監(jiān)控
2004年12月農(nóng)業(yè)部出臺《水產(chǎn)苗種管理辦法》規(guī)定:“我國有計劃地搜集、整理、鑒定、保護、保存和合理利用水產(chǎn)種質(zhì)資源。禁止任何單位和個人侵占和破壞水產(chǎn)種質(zhì)資源。該辦法規(guī)定,未經(jīng)農(nóng)業(yè)部批準,任何單位或者個人不得在水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)從事捕撈活動。建設(shè)項目對水產(chǎn)種質(zhì)資源產(chǎn)生不利影響的,依照《中華人民共和國漁業(yè)法》第三十五條的規(guī)定處理。”依照該管理辦法,管理處應當加強對保護區(qū)的人為因子監(jiān)控。
在保護區(qū)范圍選取12點監(jiān)控點,架設(shè)高清探頭,對該海域發(fā)生用海行為進行動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測,在管理處指揮中心建設(shè)視頻監(jiān)控平臺,將現(xiàn)場圖像實時傳輸?shù)街笓]中心,實現(xiàn)對保護區(qū)的相關(guān)活動實施動態(tài)監(jiān)控。
2.4物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在保護區(qū)海洋生態(tài)修復中的應用
海州灣海洋生態(tài)修復中對于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用主要體現(xiàn)在三個方面,其一是海洋環(huán)境與魚群活動信息的實時在線監(jiān)測與數(shù)據(jù)傳輸,運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)海洋監(jiān)測技術(shù)的測量參數(shù)綜合化、系統(tǒng)模塊化、數(shù)據(jù)傳輸實時化、監(jiān)測服務一體化,便于科學決策和管理。其二,在人工魚礁建設(shè)中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),可以實現(xiàn)“制作——運輸——投放——維護”一體化管理。其三可以將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與綠色海珍品生產(chǎn)和銷售緊密集合,打造優(yōu)質(zhì)特色品牌。具體說明如下:
人工魚礁建設(shè)中應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。利用二維碼技術(shù)將制作完成的人工魚礁進行編碼標記,實現(xiàn)從制作——運輸——海上投放的全程監(jiān)管。通過二維碼把礁體類型、投放的經(jīng)緯度、投放的時間等信息記錄并錄入數(shù)據(jù)庫,便于日后查詢和管理。
綠色海珍品生產(chǎn)銷售的應用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綠色水產(chǎn)品溯源追蹤以及打造品牌效應上,與人工魚礁制作編碼類似,可以將海州灣生態(tài)修復區(qū)內(nèi),出產(chǎn)的高品質(zhì)野生海珍品采捕之后打上二維碼標記,可以實現(xiàn)從采捕——運輸——市場——餐桌的一條龍追蹤服務,對于塑造品牌效應貢獻巨大。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在海洋環(huán)境和生物信息獲取中的應用。建立控制中心,建立起修復海域設(shè)置海洋環(huán)境、海洋氣象、魚群動態(tài)監(jiān)測和海況信息服務系統(tǒng),以島礁、海上平臺等為依托,建立信息服務基站,便于海上監(jiān)測浮標監(jiān)測信息的傳輸以及與對監(jiān)測設(shè)備運行狀況實施監(jiān)控。每天發(fā)布海況和氣象信息。
2.5建立保護區(qū)海洋生態(tài)信息庫(種質(zhì)資源庫)
建立海州灣生態(tài)共享信息數(shù)據(jù)庫,定期對海州灣海岸帶生境基礎(chǔ)資料進行收集和整理,東海區(qū)和黃海區(qū)的科研機構(gòu)也可以編輯獲取信息?;A(chǔ)數(shù)據(jù)庫是海洋信息傳輸與交換的樞紐,包括基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫和專題數(shù)據(jù)庫,以滿足保護區(qū)數(shù)字化管理與服務信息系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的需求。
2.5.1保護區(qū)地理信息空間數(shù)據(jù)庫 包括基礎(chǔ)地理信息,包括行政區(qū)劃圖、地形圖、遙感影像等,生態(tài)環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù),社會經(jīng)濟調(diào)查數(shù)據(jù);開發(fā)地理信息服務平臺,支持空間和屬性信息的檢索、交互式瀏覽、分析評估、歷史數(shù)據(jù)的動態(tài)展示和專題圖制作及輸出;與監(jiān)測監(jiān)視設(shè)備集成,實現(xiàn)監(jiān)視監(jiān)測信息與地理空間信息的高度整合與深化應用。
2.5.2保護區(qū)海域環(huán)境數(shù)據(jù)庫 海洋環(huán)境子數(shù)據(jù)庫包括海洋動力環(huán)境、海洋環(huán)境質(zhì)量、海洋環(huán)境動態(tài)監(jiān)測、海洋生物和生態(tài)、海洋地質(zhì)地球物理、海洋工程等海洋環(huán)境專題數(shù)據(jù)。
2.5.3保護區(qū)生態(tài)修復項目數(shù)據(jù)庫 包括海洋保護區(qū)數(shù)據(jù)、生態(tài)敏感區(qū)數(shù)據(jù)、重大生態(tài)修復項目數(shù)據(jù)等專題數(shù)據(jù),以及海洋漁業(yè)項目數(shù)據(jù)。
2.5.4保護區(qū)海洋信息數(shù)據(jù)庫 海洋信息子數(shù)據(jù)庫包括歷史時期的海底地形數(shù)據(jù)、海岸線變遷數(shù)據(jù)、海洋資源數(shù)據(jù)、海洋人文地理數(shù)據(jù)、海洋管理數(shù)據(jù)等各類海洋專題數(shù)據(jù)。
2.5.5建立海洋人才專家?guī)?存儲各個專家的姓名、工作單位、研究領(lǐng)域、聯(lián)系方式等信息,以便為海洋管理決策提供咨詢、服務。
3對策和建議
3.1針對保護區(qū)管轄范圍開展動態(tài)監(jiān)視
利用海域動態(tài)監(jiān)測與管理系統(tǒng)充分利用海域使用動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測中心軟硬件和傳輸網(wǎng)絡設(shè)備,將已有海域使用動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測管理系統(tǒng)納入“保護區(qū)”信息基礎(chǔ)框架中,并保留與海域使用動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸與交換的接口,實現(xiàn)海域使用動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測業(yè)務管理。
3.2開展資源本底調(diào)查,建立海洋生態(tài)資源動態(tài)變化模型
保護區(qū)資源的本底調(diào)查與評價是開展保護區(qū)管理工作的基礎(chǔ)和常態(tài)內(nèi)容。本底調(diào)查內(nèi)容包括:海洋生物資源、海岸帶空間資源、濱海旅游資源;開展保護區(qū)資源開發(fā)利用狀況、生態(tài)適宜度評價。分析現(xiàn)有海洋生態(tài)資源修復與保護手段、效果與不足(如江蘇省海洋牧場示范區(qū)建設(shè)、海洋保護區(qū)建設(shè)、海岸線整治、海洋災害預警預報系統(tǒng)建設(shè)、灘涂濕地環(huán)境整治與生態(tài)開發(fā)示范工程建設(shè)等),明確海州灣生態(tài)修復的目標定位,篩選建立評價海洋生態(tài)資源修復效果的指標評價體系,在海州灣生態(tài)資源本底調(diào)查和評價的基礎(chǔ)上,結(jié)合實際,分析、整合、提高,建立更加科學、有效、系統(tǒng)的基于生態(tài)系統(tǒng)的海州灣生態(tài)資源修復與保護體系。通過年度調(diào)查數(shù)據(jù),綜合考慮各種生態(tài)資源的影響因子,進行分類,建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫,并實時更新,定量化描述各生態(tài)因子的生態(tài)過程及相互關(guān)系,闡明生態(tài)機制、規(guī)律與趨勢,利用數(shù)學、物理、化學公式及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等手段建立海洋生態(tài)資源動態(tài)模型,立體、實時、可視、系統(tǒng)化展示海州灣生態(tài)系統(tǒng),由此推演相關(guān)結(jié)論,為科學決策提供模型參考依據(jù)。
3.3基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)保障
加強包括海域動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測系統(tǒng)、海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)節(jié)點和無人機基地等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。建議購置固定式保護區(qū)專用無線視頻監(jiān)控系統(tǒng),提升管理處動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測能力,避免原始人工巡視監(jiān)察的局限,實現(xiàn)保護區(qū)實時監(jiān)控的數(shù)字化、科學化、全時化、智能化,減少日常維護所帶來的高成本的多難題的問題。與國家海洋局國家衛(wèi)星海洋應用中心對接,建設(shè)連云港市建立海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收站,接收國家海洋衛(wèi)星實時發(fā)送的數(shù)據(jù),進一步提升保護區(qū)對海洋管理、海洋環(huán)境監(jiān)測以及海洋風暴潮、赤潮等海洋災害的預警預報的能力。應加快建設(shè)無人機基地建設(shè),包括基地指揮中心(實現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場快速采集、處理、衛(wèi)星傳輸)、培訓中心(用于無人機的操手、圖像處理的相關(guān)業(yè)務培訓)、無人機機場、無人機展示館等,為海域海島使用保護日常監(jiān)視監(jiān)管工作提供技術(shù)手段,對海域重大突發(fā)事件提供應急測繪保障。
3.4設(shè)立保護區(qū)管理專項資金
建立保護區(qū)專項資金,??顚S?,充分滿足保護區(qū)的基礎(chǔ)建設(shè)、機構(gòu)設(shè)置和日常管理的需要。還應積極拓展資金來源,引人民間資本,廣泛吸納社會資金,投人生態(tài)環(huán)境保護與建設(shè)。建立生態(tài)補償機制,臨近保護區(qū)的重點用海項目的資源補償資金應全部用于保護區(qū)的管理、科研和宣傳教育等工作,以解決投入不足的問題。
3.5人才培養(yǎng)
保護區(qū)的建設(shè)和管理,在很大程度上取決于管理人員的素質(zhì)。目前,保護區(qū)管理處的工作人員現(xiàn)狀為專業(yè)背景不一、技術(shù)能力參差不齊,專業(yè)人員所占比例少。針對這一情況,應該大力加強人才引進和培養(yǎng),通過積極參加各類相關(guān)培訓班、鼓勵在職人員參加自學和函授學習、加強與各高校和相關(guān)科研院交流合作等措施,提高管理人員的業(yè)務素質(zhì)和各項技能。