深海养殖行业的工业互联网服务平台构建

  深海养殖工业互联网是新一代信息通信技术与渔业深度融合的新型模式和产业生态，旨在通过对物流、信息流、资金流的全面连接，构建起覆盖生产链、供应链、销售链的“三链协调”服务体系，为深海养殖产业数字化、网络化、智能化发展提供实现途径。围绕水产养殖智能化，国内一些海洋科技企业基于“互联网+”等技术进行了初步探索，并形成了相应的智慧渔业服务平台，初步解决了我国水产养殖发展中的一些问题。但主要服务于陆上养殖和近海养殖，深海养殖尚处于探索阶段。

  当前，深海养殖产业发展过程中还存在一些痛点，主要表现在养殖过程智能化、信息化程度偏低，运营成本高，无法精准化养殖、产业链协同差等问题，无法满足深海养殖市场需要。深海养殖智能化发展面临以下挑战。

  (1)深海工业化养殖缺乏顶层规划设计，数据标准体系规范不完备，深海养殖行业存在大量数据孤岛现象，养殖企业(户)-供应商-销售商信息联动还未打通，数据使用率低、维护少，业务未连通，缺少一体化服务平台，难以全面实现信息共享和高效集成。

  (2)深海养殖一体化管控平台技术门槛较高，各单位开发团队规模相对较小，采用的技术栈和工具各有不同，导致整体开发、集成效率较低。现有平台在不同养殖渔场部署时，需要进行大量的定制开发工作，业务数据受制于船岸网络通信带宽及速率，平台稳定性和可用性有待提升。

  (3)目前，工业互联网、大数据、人工智能、5G等新一代信息技术在深海养殖产业应用单一、体系赋能不足。

  以工业互联网为基础，构建深海养殖智能服务平台，是解决上述深海养殖产业智能化快速发展问题的一个有效途径。

  参考工业互联网产业联盟发布的“工业互联网体系架构”，一般包括业务视图、功能架构、实施框架3大板块。根据当前深海养殖产业的发展现状结合未来发展趋势，本文提出了针对于深海养殖产业的业务视图、功能架构和实施框架。

  其中，业务视图明确了养殖企业、养殖联合体、养殖产业链供应商及消费者等群体实现数字化转型的目标方向及具备的数字化能力。功能架构明确了实现深海养殖全产业链协同发展所需的要素，涉及到产业、企业、系统、设备等多层次。实施框架主要描述了各项服务及功能实现所需要的硬件软件系统支撑，网络环境部署，安全保障等。后续章节将从3大板块进行详细介绍。

  深海养殖工业互联网服务平台业务视图包括产业层、商业层、应用层、能力层4个层次。其中产业层主要定位于涉海养殖产业链整体数字化转型的宏观视角。商业层、应用层和能力层则定位于养殖企业数字化转型的微观视角。如图1～4所示。

图１深海养殖工业互联网服务平台业务产业层视图

图2 深海养殖工业互联网服务平台业务商业层视图

图３ 深海养殖工业互联网服务平台业务应用层视图

图４ 深海养殖工业互联网服务平台业务能力层视图

  深海养殖工业互联网服务平台整体功能架构如图5所示，总体上分为IoT接入层、基础设施层(IaaS)、平台层(PaaS)、区块链服务层(BaaS)、软件服务层(SaaS)5层，信息安全保障。

  其中，信息安全保障主要实现平台网络安全、平台应用安全、平台数据安全等功能。

  平台基于先进的工业互联网架构，将信息技术与深海养殖产业充分融合，通过构建统一数据、统一模型、统一平台、统一架构，实现深海养殖各业务系统的设备标准接入、数据融合共享和智能协同管控。

图5 平台功能架构

2.2.1 IoT接入层

  以统一元数据命名规则、数据格式、数据模型、数据元素和数据字典等基础，形成数据仓库系统，实现数据驱动的物理系统与数字空间全面互联与深度协同。获取的数据：(1)深海养殖基础数据，包括养殖资讯、渔业技术、养殖企业信息物流企业信息等数据;(2)深海养殖生产数据，包括养殖过程监测、电子系统、生产物料和设备状态数据等数据;(3)深海养殖集成数据，包括研发设计、生产过程、人力资源、财务管理和运维保障等数据;(4)深海养殖决策数据，基于集成的数据开展分析，得到包括计划决策、协同决策、控制决策、管理决策和优化决策数据。

2.2.2 IaaS层

  通过的虚拟化(计算虚拟化、存储虚拟化)、分布式等云计算技术，建设一个统一管理、统一运维的私有云平台。构建深海养殖工业互联网服务平台虚拟化基础设施内核，采用服务器虚拟化技术、存储虚拟化技术、网络虚拟化等技术，屏蔽底层异构硬件之间的差异性，提供统一的资源调度接口，对虚拟资源进行集中调度和管理。构建深海养殖工业互联网服务平台虚拟化平台的统一管理中心，通过便捷、易用的统一视图交互，轻松实现数据中心的物理资源和虚拟资源的集中管理，实现虚拟化资源的灵活调度、按需扩展。主要功能模块包括数据中心管理模块、集群管理模块、物理机管理模块、虚拟机管理模块、虚拟机模板管理模块、性能监控模块、虚拟存储管理模块、虚拟网络管理模块、系统管理模块。

2.2.3 PaaS层

  提供通用PaaS平台、工业大数据分析平台、工业应用开发工具、工业微服务组件等功能，为深海养殖工业互联网服务平台应用开发提供开发环境、运行环境、运营环境。构建深海养殖工业互联网平台通用PaaS平台，提供深海养殖业务开发环境、运行环境、运营环境。构建深海养殖工业大数据分析平台，用于连接深海养殖离散数据源，对数据进行统一编目、查询、关联和处理，实现数据快速整合、数据管理、数据建模与分析。构建深海养殖工业应用开发工具，为深海养殖开发者提供专用开发工具、应用模块、图形化编程，实现数据可视化与数据价值快速挖掘，为深海养殖应用服务低代码开发提供支撑，支持用户采用拖拽方式进行应用创建、测试、扩展。提供深海养工业互联网平台工业微服务组件，包含机理模型、数据驱动模型、微服务管理等功能。

2.2.4 BaaS层

  实现深海养殖工业机理模型、养殖密度决策模型、疾病预警及自诊断模型、不同鱼种采食量预测模型、营养饲料精准化模型构建。

2.2.5 SaaS层

  针对深海养殖全产业链环节实际需求出发，开发满足用户需求的供应链服务平台、生产链服务平台、销售链服务平台。具体实现功能如下。

  (1)供应链服务平台：针对深海养殖供应链需求，为深海养殖供应方与需求方提供供需发布平台，实现鱼苗、饲料、养殖装备等货物的精准供需匹配与按需供应，使深海养殖供应链中各元素的运行协调起来，从而实现效益最大化。

  (2)生产链服务平台：针对深海养殖生产链客户需求，提供定制化养殖、定制养殖需求、定制养殖品种、养殖数量、养殖品质、养殖鱼类疫病诊断、养殖过程成本效益管理等服务;并构建深海养殖渔获生产计划管理系统，实现销售订单、客户需求、市场预测等信息的及时把控，保证物料需求、采购计划、生产排程等的精准制定，整合、统筹和协调成鱼捕捞、船岸粗加工及精加工的排产管理等，实现深海养殖生产企业协同、生产链渔获加工排产的精准管控。

  (3)销售链服务平台：针对深海养殖销售链用户需求，实现深海水产品销售市场分析服务，提供鱼类信息追溯、市场行情预测、渔获交易等服务。

  2.2.6 信息安全保障

  通过边界隔离、安全防护、企业安全综合管理、安全态势感知、安全风险预警、数据加密、数据防泄漏等技术手段，为深海养殖工业互联网平台提供数据和应用安全保障。

  深海养殖工业互联网服务平台的实施框架设计主要立足于“养殖装备层、边缘系统层、养殖企业层、产业层、基础设置层”5个层次来开展。其中，养殖装备层对应养殖平台(包括典型的养殖网箱、养殖工船、休闲养殖平台等)、保障平台(看护平台、活鱼运输船、饲料运输船等)等大型深远海养殖装备，配套的系统设备(水循环系统、投喂系统、生物量监测系统等)，重点包含装备的智能管理和远程运维等应用。边缘系统层实现车间级别(海上单一的养殖网箱或工船可以视为某个养殖车间)或者产线(海上的初加工生产线及陆地的精加工生产线)级别的运行和维护，重点包含养殖排产排程、鱼资调度、能源调度与管理、鱼类品质管控等应用。养殖企业层主要关注于企业信息化服务平台的能力，重点包括订单管理、成本管理、效益优化等应用，这里可以是企业针对自己养殖业务的私有云服务平台，也可以是第三方提供针对性服务的云服务平台。产业层主要实现与其他产业的资源配置，产业链协同。基础设施层，主要包含适用于深远海养殖的海上能源网构建、海上通信网构建，海上分布式数据中心建设、岸基大数据中心建设。

  重点介绍海上通信网构建，提出一种空天海深远海立体通信与组网架构，融合4G、5G、北斗、卫通、微波等多种方式。主要由船岸通信保障网络、深海集群式自组网网络等组成。养殖平台及保障平台自身的通信需要接入到深海养殖通信网络中，如图6～7所示。

图6 深海养殖船岸通信保障网络建设参考

图7 深海集群式自组网网络建设参考

  深海养殖工业互联网服务平台的建设是渔业数字化转型走向智能化的重要一步。本文，针对深海养殖行业智能化存在的信息孤岛、业务互联互通不足、数据难以利用等问题，提出了一种基于工业互联网的深海养殖智能一体化管控平台，设计了SaaS层、BaaS层、PaaS层、IaaS层、和IoT接入层的5层体系架构，通过有效融合生产链、供应链、销售链上下游产业链条的数据，构建生产链服务平台、供应链服务平台、销售链服务平台等子服务平台，可进行数据资产管理和数据治理，支持智能生产管理、远程控制和智能决策分析。为我国深海养殖行业的数字化发展提供有效的解决方案，未来必将是大势所趋。