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《智慧渔业》课程论文推送8

  • 2026-10-27 16:22:54
《智慧渔业》课程论文推送8

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透视深蓝:遥感、机器学习与区块链在渔业落地三例

   向一可 胡戴玉 吴玉娇 王思嘉  

导语:

从近海网箱的星罗棋布,到远洋渔场的浩渺无垠,再到养殖车间的精细管控,传统渔业长期依赖靠经验、跑现场、凭运气的生产管理模式,正面临成本高、效率低、监管难等现实瓶颈。当大数据、人工智能、区块链等新一代信息技术潜入深蓝,一场渔业变革悄然发生。我们以深海网箱智慧养殖、印度洋金枪鱼智能渔场预报、河豚养殖区块链溯源三个案例,探索渔业大数据如何从高空卫星穿透海浪,从海洋深处预判鱼群,从池塘底端守护舌尖安全,真正在产业一线落地生根。

01

海水网箱大数据智慧养殖

近海海水网箱养殖是海洋渔业重要组成部分,传统依靠实地出海勘测、遥感人工目视判读的信息采集方式,存在巡查周期长、人力成本高、大范围海域普查难度大、小型零散网箱统计遗漏多等难题,难以适配现代渔业精细化管控需求。依托卫星遥感与人工智能技术开展养殖信息自动提取,是落实渔业大数据建设、发展智慧渔业的关键技术手段。

研究以多源高分辨率卫星遥感影像为基础数据,综合不同季节、风浪、光照、海水反光等复杂海域环境影像,标注海量网箱样本,构建适配近海复杂场景的网箱遥感数据集。常规 FCN、原始 UNet 等分割模型受海面波浪、海上漂浮杂物、水体光影干扰严重,对零散小规格网箱识别精度偏低,网箱轮廓分割残缺,难以满足实际渔业统计标准。文章在经典 UNet 网络基础上优化结构,融入轻量化注意力机制与分层特征融合模块,构建 SLA-UNet 改进模型,强化网络对网箱细微特征的捕捉能力,削弱海面无用噪声干扰,提升复杂海况下目标识别稳定性。

选取我国典型沿海网箱养殖海域作为试验区,采用准确率、交并比、召回率等量化指标,将 SLA-UNet 与多种主流语义分割算法进行对照试验。试验数据显示,改进后的模型各项评价指标全面优于对比算法,既能精准识别连片大规模养殖区,也可有效检出近海零星分布的小型网箱,精准提取网箱空间位置、分布范围与养殖水域面积。利用训练成熟的模型可批量自动化解译大范围遥感影像,短时间完成片区养殖资源摸底,大幅缩减野外调研工作量。

研究成果生成的网箱空间数据可接入渔业大数据管理平台,用于养殖产能测算、养殖用海确权审核、非法超范围养殖排查,为渔业主管部门开展海域规划、水环境管控、产业调控提供客观数据支撑。该研究融合遥感大数据与深度学习智能技术,实现海水养殖信息智能化获取,切实落地智慧渔业数字化监管理念,为我国沿海近海网箱常态化动态监测提供高效可行的技术方案,对推动海洋渔业数字化转型升级具备重要参考价值。

图1 流程图

02

印度洋黄鳍金枪鱼大数据

智能渔场精准预报

依托中国水产科学研究院东海水产研究所科研成果,以印度洋黄鳍金枪鱼远洋捕捞产业为落地场景,构建三维海洋环境大数据+机器学习智能渔场预报体系,是渔业大数据在远洋捕捞领域智能化落地的典型实践案例。项目整合多年远洋渔获数据与多维度海洋立体环境数据,破解传统远洋捕捞盲目寻渔、燃油损耗高、碳排放与海洋污染突出、捕捞效率偏低等行业痛点,推动金枪鱼渔业高效清洁化、可持续化生产。

项目采集2000–2023年印度洋IOTC官方黄鳍金枪鱼延绳钓渔获大数据,数据包含作业船队、经纬度、捕捞年月、捕捞挂钩数、渔获吨位等捕捞作业信息;同步接入哥白尼海洋服务平台三维海洋环境数据,覆盖表层海水温度、盐度、海面高度、洋流流速,以及0~300m分层垂向水温、水温垂直梯度等立体化环境指标,形成时空匹配的渔业多源数据库,通过皮尔逊相关性筛选剔除冗余变量,完成大数据预处理,为模型搭建筑牢数据基础。

研究选取RF、Extra Trees、AdaBoost、XGBoost、LightGBM、CatBoost六种主流树模型,设置60:40、70:30、80:20三种训练集与测试集划分比例,借助网格搜索完成超参寻优,经多维度指标(准确率、精确率、F1、AUC)验证,80:20数据划分下Extra Trees模型性能最优,准确率75.54%、F1分数75.83%。区别于传统黑箱机器学习,引入SHAP全局+局部解释、LIME样本本地化解释双重可解释算法,量化纬度、经度、年份、分层水温等关键环境因子对金枪鱼分布的驱动作用,厘清变量交互规律,解决智能模型决策不可视、渔民不信任算法结果的落地难题。

图2 项目设计框架

依靠大数据智能渔场预报精准锁定高丰度金枪鱼作业海域,减少渔船大范围盲目搜寻渔群,减少因无效航行带来的船只废弃物及潜在污染风险,实现清洁捕捞。依托历年渔获大数据复盘2000–2023年黄鳍金枪鱼“峰值-下滑-回升”资源变动规律,结合环境驱动因子变化特征,为IOTC渔业资源养护条例落地、远洋捕捞配额管控提供数据支撑,缓解过度捕捞带来的种质资源衰退问题;通过SHAP依赖图、力值图、LIME特征贡献图直观展示单海域、单船次渔场形成的关键条件,一线船长可依据环境阈值精准规划作业海域,规避低效捕捞水域。

此项目将远洋渔业资源大数据、立体海洋环境大数据与可解释机器学习技术深度融合,打通科研算法到远洋捕捞实际生产的转化链路,既能提升远洋金枪鱼捕捞经济效益,又能从源头减少捕捞活动带来的海洋环境污染,为全球大洋性金枪鱼渔业智能化、低碳化可持续发展提供可复制的大数据应用范本。

03

基于区块链大数据的河豚

养殖可信存储与溯源应用

项目背景

我国水产养殖产量全球领先,但传统养殖数据集中存储易篡改、海量音视频与传感数据全量上链存储成本高、产销监管信息割裂、人工抽检成本高,制约水产品溯源与行业规范化管理。依托区块链、IPFS 分布式存储、大数据压缩、智能合约搭建养殖溯源系统,以江苏中洋河豚养殖基地为试点,落地渔业大数据全流程管控。

关键大数据应用方案

系统分为应用、网关、合约、网络、数据五层架构,采用链上链下分级存储处理养殖多源大数据:

(1) 非结构化数据(监控视频、质检图片):原始文件存入 IPFS,仅加密后的 IPFS 哈希地址上链;采用 AES+RSA 混合加密保障文件与地址安全。

(2) 结构化水质传感大数据(水温、溶氧、氨氮等):传感器按小时批量归集数据,采用 Delta+DEFLATE 双层无损压缩后上链存储,压缩率 91.6%,大幅缩减链上空间。

(3) 智能合约大数据自动核验:合约内置河豚养殖水质阈值,数据上链自动比对,链上自动比对后,通过应用层实时推送告警,合规数据自动归档上链。

(4) Fabric 联盟链分主体管理:分为养殖厂、消费者、监管机构三个链上组织,实现数据分权共享。

落地应用成效

(1)存储优化:三组不同布设密度传感器实测,压缩后存储体积仅为原数据 8.4% 左右,数据解压缩毫秒级完成,满足实时调取。

(2)运行性能:系统最优稳定吞吐量 300TPS,平均交易延迟 0.5s,交易成功率 99.9%,满足商业化使用。

(3)产业实效

① 监管:依托链上真实大数据线上核查,减少野外巡查工作量,精准排查违规养殖;

② 养殖:水质异常提前预警,降低病害损耗,溯源品牌实现产品溢价;

③ 消费:扫码全链条溯源,数据不可篡改,提升消费信任。

产业价值与展望

(1)应用价值

方案可复用至鱼虾、近海网箱等水产养殖,结合前文卫星遥感网箱大数据,形成宏观海域资源普查 + 微观单塘生产溯源一体化渔业大数据平台,数据接入渔业管理平台,支撑产能核算、水域管控、产业规划,还可延伸水产保险、供应链金融。

(2)优化方向

现有未做采集传感器上链认证,后续新增硬件设备区块链身份认证,完善全链路数据可信体系。

04

结语

三个场景,三把钥匙,打开了渔业大数据的多维应用空间。

遥感与AI,让万顷海面上的小小网箱无所遁形,结束了靠人眼扫海的粗放普查;环境大数据与可解释机器学习,让远隔重洋的金枪鱼渔场有据可循,破解了盲目寻渔的能耗困局;区块链与IPFS可信存储,让每一条河豚都带着不可篡改的数字身世游向餐桌,弥合了产销信任的断层。

从宏观资源摸底到微观品质溯源,从经济效益提升到绿色低碳发展,数据要素正深刻重构水产养殖与捕捞业的每一个环节。这不仅是技术的单点突破,更是一幅天上看、云端算、链上存、水里用的智慧渔业全景图正徐徐铺开。未来,随着更多数据资源的汇聚融通,渔业大数据必将继续乘风破浪,为大国渔业的高质量发展注入强劲的数字动能。

图片来源于网络 非商用

作者|向一可 胡戴玉 吴玉娇 王思嘉

编辑|唐仟

审核|唐琴

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