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智慧海洋牧场监测平台

申报人:张烘 申报日期:2024-05-29

基本情况

2024年批次
智慧海洋牧场监测平台 学生申报
创业训练项目
理学
地理科学类
学生来源于教师科研项目选题
一年期
智慧海洋牧场监测平台是针对全球海洋资源可持续开发与管理的创新解决方案,响应《"十四五"海洋生态环境保护规划》,旨在通过科技创新强化海洋生态环境监管与资源利用效率。项目聚焦于构建一个集成了物联网、人工智能与大数据分析的智能监测系统,实现海洋牧场环境与生物动态的实时监控,提升管理效率与生态保护能力。系统促进全链路信息化整合,提供智能化决策支持,并构建开放合作生态,推动海洋牧场管理的智能化、多元化与生态化发展,助力海洋养殖业的绿色可持续增长。

1. 中青年科研基础能力提升项目,广西科技厅,2021KY0255,改进DIEOF的北部湾叶绿素a浓度场重构方法研究,2021-01 2022-123万元,在研,主持

2.国家自然科学基金委员会,青年项目,41801071,基于主被动遥感的沼泽植被群丛时空分布与水文情势耦合研究,2019-012021-1225万元,在研,参与

3.国家自然科学基金委员会,地区科学基金项目,41861050,地下管线多尺度几何语义建模研究,2019-012021-1239.7万元,在研,参与

4.广西空间信息与测绘重点实验室项目,基于激光扫描仪快速构建建筑三维模型的技术研究,16-380-25-242017/01-2018/121.5万元,在研,主持。

本项目结合遥感、物联网和人工智能技术对海洋牧场进行监测,对指导政府决策,企业生产具有重要作用。市场前景明朗,创业思路清晰,技术方案可行,融资和发展计划合理,同意推荐。

校级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
张烘 测绘地理信息学院 地理信息科学 2022 总负责人
张宇辰 计算机科学与工程学院 软件工程 2023 质量、安全总监
刘佳明 测绘地理信息学院 地理信息科学 2022 技术开发
韦淑勤 测绘地理信息学院 地理信息科学 2023 市场营销
蒋佳琪 测绘地理信息学院 地理信息科学 2023 资料员

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
范冬林 测绘地理信息学院
徐嘉辉 测绘地理信息学院

立项依据

1、行业历史与发展前景

智慧海洋牧场是指在一定海域内,采用规模化渔业设施和系统化管理体制的现代化水域生态牧场。该行业的发展历程可以追溯到20世纪末,当时主要以传统渔业为主。随着科技进步和智能化技术的应用,智慧海洋牧场逐渐兴起,并在近年来得到了快速发展。

根据《2023-2030年中国海洋牧场发展前景及趋势预测》报告,未来几年,智慧海洋牧场将继续坚持生态、精准、智能、融合的现代化水域生态牧场发展理念,以保护与利用并进、场景空间拓展、核心技术突破、发展模式创新为特征,构建科学选址规划布局。未来,智慧海洋牧场将朝着规模化、集约化、智能化、绿色化方向发展,成为我国海洋经济的新亮点。

2、市场规模分析

截至目前,海洋牧场监测系统技术市场规模已达到数十亿美元。以下是对一些主要市场研究报告的综合分析:

根据Grand View Research的报告,2019年发布的《海洋牧场监测系统市场规模、份额和趋势分析报告》指出,海洋牧场监测系统市场在2019年的规模约为50亿美元,并预计在2025年达到120亿美元,年复合增长率(CAGR)为12%。

Mordor Intelligence2021年发布的报告中指出,海洋牧场监测系统技术市场的规模在2020年达到了60亿美元,并预计到2026年将增长到110亿美元,年复合增长率为9%。该报告还强调了新兴市场和技术的不断创新对市场增长的推动作用。

另一份由MarketsandMarkets2025年发布的报告指出,海洋牧场监测系统技术市场在2024年预计将达到70亿美元,预计在接下来的几年中将以8%的年复合增长率增长。

3、海洋牧场监测系统技术持续发展预测

1.智能化与自动化:随着人工智能和机器学习等技术的不断发展,海洋牧场监测系统将更加智能化和自动化。通过深度学习算法和大数据分析,监测系统可以实现对养殖环境的实时监测和预测,提前识别问题并采取相应措施,从而最大程度地减少损失和风险。

2.多元化的监测指标:除了传统的水质、温度、溶解氧等指标外,未来的监测系统可能还会加入更多元化的监测指标,如养殖动物行为、健康状态、饲料消耗等,以全面评估养殖过程中的各项因素,实现更精准的管理和优化。

3.远程监控与控制:随着物联网技术的普及和发展,海洋牧场监测系统将实现更加便捷的远程监控与控制。养殖企业可以通过手机App或网络平台实时监测养殖场的情况,并进行远程控制和调整,提高管理效率和反应速度。

4.生态环境保护:未来的海洋牧场监测系统将更加注重生态环境保护和可持续发展。除了监测养殖过程中的水质和污染物排放外,监测系统还可能加强对海洋生态系统的监测和评估,为养殖企业提供生态环境保护和修复的方案和建议。

5.数据共享与合作:未来,海洋牧场监测系统技术可能会促进养殖企业间的数据共享与合作。通过建立数据共享平台和标准化数据格式,不同养殖企业可以共享监测数据和经验,共同应对行业挑战,实现互利共赢。

4、竞争行业对手分析

山东富瀚海洋科技有限公司,作为海洋牧场行业的先锋之一,已在环境改善与资源管理技术上取得显著成就,尤其在水下养殖网箱系统与循环水养殖系统的研发上。水下养殖网箱系统相比传统水面网箱,极大减缓水流冲击,降低风浪影响,增强了养殖环境的稳定性和安全性。而其循环水养殖系统通过高效的废水循环利用机制,借助生物过滤与氧化还原技术净化水质,大幅度削减了环境污染,实现了环保与资源节约的双重目标。富瀚海洋科技同样在智能监控与控制系统方面构建了完善体系,利用尖端技术实现实时监测与精确控制,确保养殖环境的健康稳定,技术应用已趋成熟,成为本项目中不可小觑的竞争力量。

獐子岛集团股份有限公司作为海洋牧场行业的领航者,依托其深厚的经验积累、广阔的市场份额及创新经营模式,优势显著。公司推广的公司+基地+渔民模式促进了规模化、集约化经营,强化了企业、基地与渔民间的合作链,推动产业协同发展。管理团队实力雄厚,拥有前瞻性的策略与丰富的实战经验,引领从技术研发到市场拓展的全面进步。獐子岛集团在基地建设上亦不遗余力,遍布各海域的现代化养殖基地,装备精良,为高效生产奠定基石,且与渔民建立了紧密合作,实现共赢,不仅提升整体生产能力,也带动地方经济发展,如在海南东方市的大型基地合作便是成功案例,展示了獐子岛集团模式的强大生命力,构成了对本项目的重大挑战。

山东东方海洋科技股份有限公司,则以其卓越的技术研发、产品创新及海洋牧场的战略布局独树一帜。公司持续投入于技术研发,推出新型养殖技术和设备,如革命性的海水循环系统,有效提升养殖质量和产量,同时,不断优化产品结构,通过品种改良和技术创新,满足市场对高品质海产品的需求。在海洋牧场布局上,山东东方海洋科技股份有限公司科学规划,依据海域特性定制化选择养殖方案,实现了生产效率的最大化。这些努力不仅提升了公司的市场竞争力,也促进了行业的健康发展,成为本项目中一个强有力的竞争对手。

本项目在经过深入调研与精心规划后,已成功完成初步系统设计书的编撰工作,详尽阐述了项目愿景、技术架构、功能模块以及预期成果。为确保技术实施的精确性与高效性,团队对各技术要素进行了全面审查与细化,包括但不限于选用的编程语言、数据库管理系统、中间件及相关技术规范,每项技术细节均经过反复论证以达到最优配置。

考虑到团队成员的专业技能与兴趣方向,团队实施了精细化的任务分配机制,每位成员的职责清晰明确,涵盖了从核心算法程序的创新研发到友好用户交互界面的设计,再到算法所需数据的全方位管理,包括数据的采集、分类、整理、高效存储以及数据处理展示策略的制定与执行。项目主要创新特色如下:

1.    空天海一体监测网络模型与决策

构建空天地海一体化监控网络,结合卫星遥感、无人机巡检、水面及水下机器人等多种手段,实现从宏观到微观的全方位监控覆盖。 通过开发高度交互式的三维地图界面,直观展示这些监控牧场布局、生物分布、环境参数等多维度信息参数,便于管理者一键获取全局概况或深入细节。并集成预测模型和优化算法,如时间序列预测、遗传算法等,为资源调度、灾害预防、市场预测等方面提供定制化建议,帮助管理者快速响应市场变化,降低运营成本,提升竞争力。

2.    基于通用性模型的海洋牧场监测

利用部署在海洋牧场各关键区域的传感器网络,如水质监测浮标、生物行为追踪器等,收集温度、盐度、溶解氧浓度及海洋生物活动等数据,实现对海洋环境参数的连续监测和远程控制。这些数据通过无线传输技术实时传回中央管理系统,然后通过应用机器学习和深度学习算法训练的模型,识别出环境变化趋势、预测海洋生物疾病爆发等,并且结合历史数据和实时监测信息,进行大数据分析,为生态保护措施的制定提供指导依据。比如,通过分析不同季节水质变化对生物生长的影响,调整养殖密度和饲料配比,达到生态平衡与高效生产并重。

3.协同生态系统构建链接上下游的海洋牧场产业

系统设计开放式架构的平台,确保政府、企业、科研机构等多方角色能够无缝接入,共享数据资源,协同工作。政府监管机构可以实时获取合规性报告,养殖企业可以通过平台获得技术支持和市场信息,科研团队可以根据实际需求研发新技术。初期聚焦于为政府部门和养殖企业提供即时预警、资源优化等核心服务,确保海洋牧场运营的安全与高效。长远来看,通过开放APISDK等工具包,鼓励第三方开发者参与创新应用,如特定物种的健康管理软件、自动化投饵系统等,不断丰富平台功能,形成良性循环的创新生态,促进技术创新与服务模式的迭代升级。同时加强行业内外的沟通与合作,共享成功案例,引导资金和人才流向智慧海洋牧场领域,加速整个行业的技术革新和模式转型。

1.运营销售模式
我们的运营销售模式主要有三种:
(1)代理经营:是以提供信息服务为主,由研发团队寻找代理公司,如:海洋气象数据提供商、海钓俱乐部、渔业和海况信息服务提供商,来对产品进行代运营销售,主要对象包括近海和深海的渔业捕捞群体和海钓群体。
(2)会员计划:为会员用户有效地规划一套信息服务,提升用户的参与度。
(3)分销经营:是由公司与其他远洋公司、海洋监测和预警机构、渔业和海况信息服务提供商等合作,将产下服务于其手下船队,并按年收取相关服务费。
本产品定价策略:
(1)捕捞渔船:以30°× 30°/1692元每月为售卖单元,按每年每舰15228元收取费用。提供高时空分辨率的精准海况数据以及提供鱼群类型和渔场分布。
(2)体闲海钓:以10°× 10°/188元每月为售卖单元,按每年每人1128元收取费用。提供高时空分辨率的精准海况数据以及提供鱼群类型和渔场分布。
2.设备需求
平台借助人工智能、大数据、云计算等设备为渔业领域用户提供“一站式”服务的专业。产品需要以下关键技术:
(1)立体协同监测技术,实现海洋海况数据的全面性 。利用陆海空监测网络、自主监测网络以及自采数据实现立体协同监测,确保海况数据的全面性。
(2) 海况大数据融合反演技术,实现海况数据的高精度、高时空分辨率输出 。根据卫星数据特性,以重构、降尺度等方式进行跨卫星数据融合,并建立局部高精度模型。
(3)卫星低带宽通讯技术,实现低流量传输。利用 LOD 切片以及MAE技术,在保证数据精度的同时减小数据传输量,克服卫星通信低带宽的影响。
(4)可视化渲染技术,实现高流畅度海况数据展示。基于WebGL框架采用粒子的动态流法实现海况数据可视化,保证系统运行流畅的同时,有效提高视觉层面上的观感。
3.质量保证
目前国内外市场上虽已有实时海况信息相关产品,但与其相比,本产品具有以下竞争优势: (1)遥感影像空间分辨率高,海况数据精度高。海洋要素数据空间分辨率高于 5km。另外相较卫星产品数据,在局部区域上叶绿素 a、海温等海洋要素数据的精度提高 30%以上。 (2)海况数据全面,可供用户充分分析并辅助做出决策。通过遥感卫星和水面监测网络对海洋实施立体监测,得到风速、风向、洋流、盐度、水温、叶绿素等海况数据。
(3)界面美观,运行流畅。通过卫星低带宽通讯技术和可视化渲染技术,有效克服用户在海面上海况数据渲染卡顿,以及卫星通信低带宽的影响。
(4)支持 Web、APP 等多种形式服务。建立多元化的用户操作系统,提供便捷操作方式,为用户提供更友好的使用体验。 4.生产成本 在公司创立初期,管理层共同投入了480万元资金。这些资金主要用于企业技术研发、直接人工、市场扩展以及其他各项期间费用。此举旨在确保公司早期运营所需的资金充足, 为业务发展奠定坚实基础。
项目总投资:考虑到在线监测系统需要包含雷达、小型气象站、GPS/北斗定位、AIS船舶识别、摄像头、卫星地图、海图等多种先进技术设备,以及后续的系统维护和升级,预计项目总投资将达到一定的规模。具体数额将根据系统的规模和覆盖范围而定。
1.融资方式
(1)地方政府配套资金:争取地方政府对海洋牧场在线监测系统项目的支持,申请地方政府配套资金,以减轻项目初期的资金压力。
(2)地方政府专项债券:根据项目的重要性和可持续性,申请地方政府专项债券作为主要的资金来源,确保项目的顺利实施。
(3)社会资本参与:积极寻求社会资本的合作,通过股权融资、债券发行等方式吸引社会资本参与项目的建设和运营。
(4)银行贷款:根据项目进展和资金需求,适时向银行申请贷款,以满足项目的短期资金需求。
2.政策支持
(1)税收优惠:争取国家和地方政府的税收优惠政策,降低项目的建设和运营成本。
(2)财政补贴:申请国家和地方政府的财政补贴,用于支持项目的建设和运营。
(3)融资支持:争取国家和地方政府对项目的融资支持,包括贷款担保、债券发行等方面的支持。
(4)土地使用政策:争取地方政府在土地使用方面的优惠政策,确保项目的用地需求得到满足。
1、 合作计划
(1)与技术提供商合作:与具备先进海洋牧场在线监测技术的供应商建立合作关系,确保系统的高效运行和可靠性。
(2)与科研机构合作:与海洋、环保等领域的科研机构合作,共同研发和优化在线监测系统,提升系统的科技含量和实用性。
(3)与地方政府合作:积极与地方政府沟通,争取政策支持和资源倾斜,确保项目的顺利推进和运营。
(4)与相关企业合作:与海洋渔业、风电等相关企业建立合作关系,共同推动海洋牧场在线监测系统的应用和发展。
2、实施方案
(1)数据采集:部署各类传感器(如水质传感器、气象站、生物声学监测设备、视频监控系统等)和无人机/无人船等远程监控设备,全面收集海洋牧场的环境参数、生物活动信息及设施状态。
(2)通信传输:利用卫星通讯、4G/5G网络、水下无线通信技术,确保数据从海上实时、稳定地传输至岸基数据中心。
(3)数据处理与分析:建立大数据处理平台,集成机器学习算法,对采集到的数据进行清洗、整合、分析,实现对海洋环境变化、生物生长状况、疾病预警等的智能识别与预测。
(4)应用服务:开发用户界面友好的管理软件和移动APP,为管理者提供环境监测报告、养殖建议、灾害预警、资源调度等信息服务,并支持远程控制设备功能。
3、人员管理

序号 职务 人员安排
1 总负责人 a
2 市场营销 b
3 技术开发 c
4 资料员 d
5 质量、安全总监 e

以下是每个角色的职责和工作安排:
总负责人(a):
  • 设定监测系统的整体技术架构和发展方向。
  • 确保监测系统的稳定性和可靠性,并负责技术方案的制定和实施。
  • 管理整个监测系统的开发团队,协调各部门之间的工作进度和沟通。
市场营销(b):
  • 负责市场调研,了解行业需求和竞争状况,制定营销策略。
  • 推广监测系统,与客户沟通需求,促进系统的推广和销售。
  • 负责与合作伙伴的合作关系维护,寻找新的合作机会。
技术开发(c):
  • 负责监测系统的软件开发和维护,包括系统架构设计、模块开发和测试。
  • 确保系统的安全性和稳定性,及时修复系统漏洞和问题。
  • 与其他部门合作,根据用户需求进行系统功能优化和升级。
资料员(d):
  • 负责项目的商务洽谈和合同签订,与客户沟通项目进展和需求变更。
  • 管理项目相关的资料和文件,包括合同文件、技术文档等。
  • 协助其他部门处理项目中的商务事务,确保项目的顺利进行。
质量、安全总监(e):
  • 负责监测系统的质量管理,建立质量控制体系和流程。
  • 确保监测系统的安全性和数据保护,防范安全风险和数据泄露。
  • 进行系统的质量评估和监督,及时处理质量问题和安全事件。

每个运营和管理人员在海洋牧场监测系统建设中扮演重要角色,监测系统的建设质量、进度需要每位成员的监督,团队之间的合作和协调将确保系统的顺利建设和运行。

海洋牧场作为一种创新的海洋资源开发利用方式,在其构建与运营全过程中同样面临多维度风险,包括但不限于技术、自然、市场和规模等方面。针对这些风险,采取前瞻性策略进行有效管理至关重要,旨在最小化潜在损失并确保项目长期稳健发展。

技术挑战是海洋牧场成功与否的关键。缺乏先进技术和专业操作能力不仅限制了海洋牧场的生产力和竞争力,还可能导致项目延期。为此,积极与高等教育机构及科研单位合作,引进和自主研发创新养殖技术、环境监测体系及疾病防控策略,是提升技术实力的重要途径。同时,强化团队技能培训,确保每位员工都能适应技术要求,对于维持海洋牧场的高效运作同样不可或缺。

自然因素的不确定带来的显著威胁,如极端天气和海洋污染等。为减轻此类风险,需投资建设先进的气象预警系统,并增强设施的抗灾能力,比如改进网箱结构以抵御风暴侵袭。此外,建立健全的应急响应机制,一旦灾害发生,能迅速启动救援行动,减少损失,保证生物资产安全。

市场波动与竞争压力不容忽视。为了在动态变化的市场中立足,必须深入研究市场需求趋势,灵活调整营销策略和定价,拓宽销售路径,增加品牌曝光度。同时,密切关注政策导向,适时调整经营策略,以减少政策变动带来的负面影响。

规模管理不当可能影响海洋牧场的经济效益和可持续性。合理规划牧场规模,依据实际的市场需求、资源承载力及管理效率,既避免资源过度集中导致的环境压力,又确保规模经济效应。实施严格的管理和监控机制,适时根据市场反馈和养殖成效调整规模,保持与外部条件的协调一致。加强与行业内外的知识交流,吸收国际先进经验和最新研究成果,为科学决策提供支撑。

1.销售收入预测

目标市场是管理海洋部门、政府机构、工程建设公司,规划一系列的营销策略。重在于系统服务,包括提供实时数据,风险评估预警,解决方案等。所以在收入方面,也就产生在平台系统与服务上。对于用户所需,平台会将用户需求分类化,将用户分为购买平台,合作等等,以此提供相应的服务。平台按照年进行收费,第一年按照工程标的5%进行收费,以后每年按照数据量进行收费,如每月1000元(包括提供实时监控数据,风险评估解决方案等),长期合作用户为每年5000元。同时,也可以筛选出潜在用户,进行进一步的深层合作。

2.利润预测

初步预测,预计经过一年的发展,平台对接的工程项20项,累计标的经费500万,年纯收入可达20万元,两到三年内售出的平台与系统服务将达到100-200个工程项,年纯收入可达 500万元。当平台使用用户达到一定数量时,团队宣传部门会将本平台向市场放出广告,提高平台知名度,并进行招商

3. 资产回报率预测

若平台运行良好,平台数据内容可适当丰富服务项目增加,以增加收益额度。预测总投资额在未来五年内保持稳定,资产回报率将随着利润的增长而提高。

4、预期成果

预计申请1项软著,并基于本课题成果参加1次挑战杯,1次大学生创新创业大赛。

经费预算

开支科目 预算经费(元) 主要用途 阶段下达经费计划(元)
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 10000.00 5400.00 4600.00
1. 业务费 3200.00 1700.00 1500.00
(1)能源动力费 350.00 电力供应,网络设备供应。 200.00 150.00
(2)会议费 500.00 资料印刷宣传,场地租借。 300.00 200.00
(3)差旅费 1500.00 调研住宿费,旅费,交通费。 800.00 700.00
(4)文献检索费 500.00 获取最新的技术信息等。 200.00 300.00
(5)论文出版费 350.00 论文发表需要的版面费。 200.00 150.00
2. 仪器设备购置费 5500.00 购买或租赁的基本设备与工具。 3000.00 2500.00
3. 材料费 1300.00 购买或租赁的基本设备与工具。 700.00 600.00
结束