漁業(yè)智能化管理系統(tǒng)在加州鱸苗種繁育中的應(yīng)用

周心菲，王佩佩，陸健，孫建國(guó)，王明華

（1.南京混沌信息科技有限公司，江蘇 南京 211153；2.南京市水產(chǎn)科學(xué)研究所，江蘇 南京 210036；3.泗陽(yáng)縣雙高水產(chǎn)科技有限公司，江蘇 宿遷 223734；4.江蘇省淡水水產(chǎn)研究所，江蘇 南京 210017）

加州鱸（Micropterus salmoides）是我國(guó)重要的淡水優(yōu)質(zhì)養(yǎng)殖魚類，因其肉質(zhì)鮮嫩肥美，無(wú)肌間剌，特別適合老人小孩以及家庭消費(fèi)。近年來，由于旺盛的市場(chǎng)需求和良好的市場(chǎng)前景，加州鱸苗種的需求量大，特別是非常規(guī)繁育季節(jié)加州鱸苗種更是一苗難求。現(xiàn)階段，加州鱸全季節(jié)育苗技術(shù)已有較大突破，但智能化、標(biāo)準(zhǔn)化程度還不高，而智能化工廠育苗對(duì)提高加州鱸成活率和馴食率有顯著效果，與一般土池育苗成活率（10%～20%）相比，智能化工廠育苗的苗種成活率可達(dá)30%（水花至大規(guī)格苗）。除此之外，智能化的高精度養(yǎng)殖模式，可實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)育種、繁苗、養(yǎng)殖等生產(chǎn)過程水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)與投飼等日常管理的智能化控制，做到精準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)化操作，極大地降低了勞動(dòng)力成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

由于我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)起步較晚，特別是在水產(chǎn)上的應(yīng)用范圍更是非常狹窄。國(guó)內(nèi)智慧農(nóng)業(yè)在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面的應(yīng)用還處在初級(jí)階段，主要集中在單個(gè)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，而對(duì)整體水環(huán)境、養(yǎng)殖對(duì)象行為學(xué)以及環(huán)境因子對(duì)養(yǎng)殖對(duì)象影響的大數(shù)據(jù)采集與利用還基本空白，缺乏對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖影響因素系統(tǒng)性和整體性的研究；并且現(xiàn)階段應(yīng)用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)化和智能化程度較低，缺乏系統(tǒng)協(xié)同作業(yè)能力，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性并不強(qiáng)，難以大規(guī)模復(fù)制推廣。因此，如何構(gòu)建智能化管理的工廠化養(yǎng)殖生產(chǎn)方式，成為亟須解決的問題。現(xiàn)依托蘇北科技專項(xiàng)，在泗陽(yáng)縣雙高水產(chǎn)科技有限公司鱸繁育基地，構(gòu)建了加州鱸智能化苗種繁養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，探索了智能化管理模式在加州鱸苗種繁育中的應(yīng)用，從而為實(shí)現(xiàn)加州鱸苗種繁育的高度集約化、精準(zhǔn)化提供技術(shù)支撐。

1 智能化管理系統(tǒng)的平臺(tái)構(gòu)建

1.1 環(huán)境因子數(shù)據(jù)采集平臺(tái)

基地共建成1 600 m智能化繁育車間，采購(gòu)及安裝加州鱸繁育環(huán)境因子數(shù)據(jù)采集設(shè)施6 套、30 組全高清攝像頭，對(duì)加州鱸繁育關(guān)鍵環(huán)境因子包括水溫、pH 值、氨氮、溶解氧、亞硝酸鹽氮等參數(shù)以及圖像等數(shù)據(jù)自動(dòng)實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)全天候在線監(jiān)測(cè)。采集到的數(shù)據(jù)通過終端設(shè)備進(jìn)行展示并傳送至加州鱸繁育智慧管理平臺(tái)，技術(shù)人員可通過電腦、手機(jī)或相關(guān)配套大屏等隨時(shí)查看。

1.1.1 水溫監(jiān)測(cè)

水溫是影響加州鱸苗種繁育的最重要環(huán)境因子之一，不僅會(huì)影響水質(zhì)，還會(huì)影響加州鱸的生長(zhǎng)發(fā)育。在一定溫度范圍內(nèi)，水溫越低，加州鱸活躍性越差，進(jìn)食等活動(dòng)的頻率越低，生長(zhǎng)發(fā)育也越慢；而水溫越高，鱸活躍性越強(qiáng)，進(jìn)食等活動(dòng)的頻率越高，生長(zhǎng)發(fā)育越快，餌料系數(shù)也越小。加州鱸苗種最適繁育水溫為20～26 ℃，結(jié)合可控性及成本因素，技術(shù)人員將溫度控制系統(tǒng)設(shè)定為20～23 ℃，當(dāng)水溫超過設(shè)定閾值時(shí)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，對(duì)養(yǎng)殖水進(jìn)行降溫或升溫處理，同時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)傳遞給終端。

1.1.2 溶解氧監(jiān)測(cè)

養(yǎng)殖水體中的溶氧量對(duì)于加州鱸苗種的生長(zhǎng)至關(guān)重要。傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)，一般24 h 全天開啟增氧，或者早晚各開1 次，水體中的溶氧量無(wú)法保持在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。溶解氧濃度較高時(shí)，會(huì)造成能源浪費(fèi)，溶解氧濃度過低時(shí)，又會(huì)影響魚苗生長(zhǎng)。通過安裝水體溶解氧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用高精度溶解氧探頭進(jìn)行養(yǎng)殖水體溶氧量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)平臺(tái)溶氧量設(shè)定值為6.0～9.0 mg/L。一旦溶氧量過低，溶解氧系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)增氧機(jī)進(jìn)行增氧，無(wú)須人工開啟增氧；當(dāng)水體溶解氧達(dá)標(biāo)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉增氧，水體溶氧量可保持在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

1.1.3 氨氮監(jiān)測(cè)

養(yǎng)殖水體中的氨氮主要來源于水生生物的排泄物、投料的剩餌以及施加的肥料等。當(dāng)水體中氨氮超標(biāo)時(shí)，可影響加州鱸魚苗的生長(zhǎng)，輕者導(dǎo)致攝食量減少，生長(zhǎng)速度緩慢，重者引起魚苗中毒死亡。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到氨氮含量超標(biāo)時(shí)，會(huì)自動(dòng)預(yù)警，同時(shí)通過設(shè)備聯(lián)動(dòng)裝置，減少飼料投喂系統(tǒng)的投喂量及投喂次數(shù)，以控制由于飼料投喂造成的水體氨氮含量升高。

1.1.4 水位監(jiān)測(cè)

在傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式中，養(yǎng)殖池的給排水都得靠人工操作實(shí)施，對(duì)于大型水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)，靠人工進(jìn)行給排水不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且一旦工作人員疏忽，會(huì)造成水溢出或排干水的情況，將對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)造成不必要的損失。平臺(tái)通過安裝水位控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了水位自動(dòng)控制。設(shè)定水位閾值為0.8～1.2 m，當(dāng)水位超過1.2 m 或低于0.8 m 時(shí)，水泵自動(dòng)啟動(dòng)；水位過低時(shí)自動(dòng)加水，水位過高時(shí)自動(dòng)排水，無(wú)須人工操作。

1.1.5 pH 值監(jiān)測(cè)

pH 值代表水體酸堿度，加州鱸習(xí)慣于生活在酸堿度相對(duì)穩(wěn)定的水體中，酸堿度過高或是過低、變化幅度過大都會(huì)對(duì)成魚及魚苗造成影響。當(dāng)pH值過低時(shí)，會(huì)導(dǎo)致飼料消化率低，生長(zhǎng)速度緩慢，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致加州鱸在水體不缺氧的情況下呼吸困難；而pH 值過高時(shí)，會(huì)增大氨的毒性，導(dǎo)致加州鱸中毒。系統(tǒng)通過安裝檢測(cè)探頭，對(duì)水體pH 值實(shí)時(shí)報(bào)送，超限報(bào)警，并自動(dòng)聯(lián)動(dòng)給排水系統(tǒng)進(jìn)行換水，確保水體pH 值的穩(wěn)定。

1.2 決策與控制平臺(tái)

根據(jù)加州鱸生物學(xué)特性與各監(jiān)測(cè)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)模型，通過分析與計(jì)算參數(shù)閾值，利用閾值控制等機(jī)制，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和超限自動(dòng)預(yù)警，并實(shí)現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的智能化聯(lián)動(dòng)控制?；诩又蓣|繁育的智能決策模型，對(duì)參數(shù)、閾值進(jìn)行不斷學(xué)習(xí)及修正，建立智能化學(xué)習(xí)系統(tǒng)，以便提供最優(yōu)決策方案和有效的數(shù)據(jù)支撐。

1.3 智能化馴食系統(tǒng)

除環(huán)境因子以外，加州鱸苗種培育成敗的關(guān)鍵因素，在于人工配合飼料馴化率。系統(tǒng)通過模擬人工馴食投餌速率、時(shí)間、投餌量，在馴食過程中探索最佳參數(shù)，明確各項(xiàng)參數(shù)值，最終實(shí)現(xiàn)加州鱸飼喂的標(biāo)準(zhǔn)化，極大地提高了可復(fù)制、可推廣性。智能化馴食系統(tǒng)包括硬件和軟件2 部分，硬件部分主要由步進(jìn)電機(jī)、導(dǎo)料盤、泡沫板和氣囊組成，投料時(shí)由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)料盤轉(zhuǎn)動(dòng)，使出料孔與導(dǎo)料孔相通，導(dǎo)料盤中的食料即向下掉落，通過步進(jìn)電機(jī)，控制導(dǎo)料盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，可控制食料的拋灑量，并且能夠控制拋灑的范圍，從而避免了浪費(fèi)食料；軟件部分主要控制投料時(shí)間點(diǎn)及時(shí)長(zhǎng)，確保定時(shí)、定點(diǎn)投喂。

2 管理系統(tǒng)應(yīng)用

采用智能化管理平臺(tái)，通過對(duì)加州鱸苗種數(shù)量和環(huán)境因子全程合理監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)適量投餌，避免浪費(fèi)，減少水體污染，并有效監(jiān)控魚苗生長(zhǎng)過程，適時(shí)調(diào)控相關(guān)設(shè)備（尤其是增氧設(shè)備），最終達(dá)到促進(jìn)共生長(zhǎng)、提高存活率的目的，實(shí)現(xiàn)了加州鱸繁育季節(jié)與非繁育季節(jié)育苗，從而可進(jìn)行加州鱸苗種錯(cuò)季銷售。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，泗陽(yáng)縣雙高水產(chǎn)科技有限公司，在2020 年全年生產(chǎn)加州鱸水花苗1.41 億尾，培育出大規(guī)格苗種120 萬(wàn)尾；大規(guī)格苗種成活率，從原來的28.71%提高到了31.58%，提高了10%；受精率保持在60%～80%，與之前50%～60%的受精率相比，有較大提升。此外，因提高了餌料系數(shù)，共節(jié)省飼料16%，降低養(yǎng)殖尾水排放量10%，全年新增銷售額256 萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3 結(jié)語(yǔ)

采用智能化管理系統(tǒng)，能夠更好地實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化和精細(xì)化管理，對(duì)提高管理效率有著不可替代的作用。能夠精確控制養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中的適宜水溫、溶解氧、pH 值等，并能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氨氮、亞硝酸鹽氮等對(duì)苗種生產(chǎn)影響較大的水質(zhì)指標(biāo)。在苗種生產(chǎn)過程中，提前設(shè)定各相關(guān)環(huán)境因子閾值，通過智能預(yù)警與聯(lián)動(dòng)控制，自動(dòng)控制增氧、投飼、溫控、進(jìn)排水等設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖生產(chǎn)的高度集約、高效生態(tài)發(fā)展。

苗種繁育效率、苗種培育成活率和人工配合飼料馴食成活率是影響加州鱸苗種生產(chǎn)的重要指標(biāo)。從苗種入手，采用智能化管理系統(tǒng)操作平臺(tái)，精準(zhǔn)控制相關(guān)生產(chǎn)指標(biāo)，以提高加州鱸養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)人工配合飼料替代冰鮮飼料的應(yīng)用比例，從而提升加州鱸苗種整體生產(chǎn)效率。智能化管理系統(tǒng)在加州鱸苗種生產(chǎn)中的成功應(yīng)用，對(duì)推動(dòng)高效、生態(tài)、安全的加州鱸現(xiàn)代養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展，構(gòu)建優(yōu)良生態(tài)環(huán)境有著顯著的作用。