生態(tài)循環(huán)水高效工廠化養(yǎng)殖智能管控技術(shù)探討

摘 要 隨著全球人口增長和經(jīng)濟發(fā)展，傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)面臨水資源消耗和環(huán)境污染的挑戰(zhàn)，高效生態(tài)循環(huán)水技術(shù)和智能管控技術(shù)應(yīng)運而生。為進一步推動養(yǎng)殖業(yè)高效、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展，簡要介紹高效生態(tài)循環(huán)水技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、工廠化養(yǎng)殖智能管控技術(shù)的系統(tǒng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)，提出將高效生態(tài)循環(huán)水技術(shù)與智能管控技術(shù)相融合的方案。

關(guān)鍵詞 水產(chǎn)養(yǎng)殖；工廠化養(yǎng)殖；生態(tài)循環(huán)水；智能管控技術(shù)

中圖分類號：S951.2 文獻標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2025.02.048

高效生態(tài)循環(huán)水技術(shù)和智能管控技術(shù)作為當(dāng)前水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)革新的兩大熱點，正日益受到業(yè)界的關(guān)注。推廣應(yīng)用高效生態(tài)循環(huán)水技術(shù)能夠有效節(jié)約水資源，同時減少養(yǎng)殖廢水的排放，從而實現(xiàn)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。而推廣應(yīng)用智能管控技術(shù)則能夠通過精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)監(jiān)測和智能決策，提高養(yǎng)殖效率，降低運營成本。深入探討這兩種技術(shù)的融合應(yīng)用，以期借助智能化手段提升水產(chǎn)養(yǎng)殖效率和環(huán)保水平，引領(lǐng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)高效、可持續(xù)發(fā)展。

1 高效生態(tài)循環(huán)水技術(shù)

高效生態(tài)循環(huán)水技術(shù)是近年來水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中出現(xiàn)的一項重要技術(shù)，其核心原理在于構(gòu)建一個閉環(huán)的水循環(huán)系統(tǒng)，利用先進的生物過濾和水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)，實現(xiàn)水資源的最大化利用和水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的優(yōu)化。該技術(shù)的應(yīng)用不僅可提高養(yǎng)殖效率，而且可顯著降低水產(chǎn)養(yǎng)殖活動對環(huán)境造成不良的影響。

生物過濾是高效生態(tài)循環(huán)水技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。在傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖方式中，大量的養(yǎng)殖廢水往往被直接排放，不僅浪費了寶貴的水資源，還對周圍環(huán)境造成了污染。而生物過濾技術(shù)的引入，使得養(yǎng)殖廢水得以有效處理和再利用。具體而言，生物過濾器內(nèi)部填充有特定的生物濾料，這些濾料上附著有大量的微生物。當(dāng)廢水流過生物過濾器時，微生物通過生物降解作用將廢水中的有機物分解為無害的物質(zhì)，從而達到凈化水質(zhì)的目的。這種生物過濾技術(shù)不僅去除了廢水中的有害物質(zhì)，還為水產(chǎn)養(yǎng)殖水體提供了穩(wěn)定的生態(tài)環(huán)境[1]。

除生物過濾之外，水質(zhì)監(jiān)測與調(diào)節(jié)也是高效生態(tài)循環(huán)水技術(shù)的重要組成部分。在傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖模式中，水質(zhì)的監(jiān)測和調(diào)節(jié)往往依賴人工，不僅效率低下，而且難以及時準(zhǔn)確掌握水質(zhì)狀況。然而，在高效生態(tài)循環(huán)水系統(tǒng)中，通過安裝先進的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，系統(tǒng)可以實時監(jiān)測水體的pH值、溶解氧含量、氨氮含量、亞硝酸鹽含量等關(guān)鍵指標(biāo)。一旦水質(zhì)出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會自動報警，并通過調(diào)節(jié)設(shè)備如增氧機、水泵等及時調(diào)整水質(zhì)，確保養(yǎng)殖動物健康生長。

2 工廠化養(yǎng)殖智能管控技術(shù)

2.1 智能管控系統(tǒng)架構(gòu)

智能管控系統(tǒng)的基本框架是一個高度集成的體系，其以數(shù)據(jù)采集為起點，通過各種傳感器如溫濕度傳感器、水質(zhì)傳感器等，實時捕獲水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境中的關(guān)鍵參數(shù)，為后續(xù)的分析和決策提供堅實基礎(chǔ)。采集到的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)，如4G、5G、Wi-Fi或有線網(wǎng)絡(luò)，被迅速且準(zhǔn)確地傳輸?shù)街醒胩幚硐到y(tǒng)，確保數(shù)據(jù)的實時性和準(zhǔn)確性，對系統(tǒng)的即時響應(yīng)起著至關(guān)重要的作用[2]。中央處理系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進行清洗、整合和深度分析，這一階段常常借助大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，以從海量的數(shù)據(jù)中提煉出對水產(chǎn)養(yǎng)殖實踐有指導(dǎo)意義的信息。這些經(jīng)過精心處理的數(shù)據(jù)被最終應(yīng)用于實際水產(chǎn)養(yǎng)殖操作，如自動調(diào)整養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)、預(yù)測潛在的疾病風(fēng)險及優(yōu)化飼料的投喂策略等，從而提升養(yǎng)殖效率和質(zhì)量。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)剖析

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為實現(xiàn)智能管控的核心，通過無縫連接各類設(shè)備和傳感器，確保能夠?qū)崟r、精確地收集和傳輸水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的多種參數(shù)，從而顯著提升水產(chǎn)養(yǎng)殖過程的透明度和可控性。同時，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在處理養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)時，展現(xiàn)出強大的能力，其能夠深入挖掘數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和趨勢，為水產(chǎn)養(yǎng)殖決策提供科學(xué)依據(jù)，例如，通過深入分析歷史數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以精準(zhǔn)預(yù)測某種魚類的最佳生長環(huán)境，進而對養(yǎng)殖環(huán)境進行優(yōu)化。此外，云計算技術(shù)為智能管控系統(tǒng)賦予了強大的計算和存儲功能，使得水產(chǎn)養(yǎng)殖戶能隨時隨地訪問并管理養(yǎng)殖數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。云計算技術(shù)具有彈性資源分配特性，其應(yīng)用有助于有效應(yīng)對水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中可能出現(xiàn)的各種突發(fā)狀況。

3 高效生態(tài)循環(huán)水與智能管控技術(shù)融合方案

3.1 構(gòu)建智能化的生態(tài)循環(huán)水系統(tǒng)

在構(gòu)建智能化的生態(tài)循環(huán)水系統(tǒng)過程中，關(guān)鍵在于如何將高效生態(tài)循環(huán)水技術(shù)與智能管控技術(shù)緊密結(jié)合，以創(chuàng)造出一個既環(huán)保又高效的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境。這一系統(tǒng)的構(gòu)建，遠非簡單地將兩種技術(shù)相加，而是需要進行深度的技術(shù)整合與優(yōu)化（見圖1）。

1）智能化的生態(tài)循環(huán)水系統(tǒng)應(yīng)配備先進的智能傳感器網(wǎng)絡(luò)，這些傳感器能夠高精度地監(jiān)測水質(zhì)參數(shù)，如pH值、溶解氧含量、氨氮含量、濁度及有害物質(zhì)含量等。這些傳感器應(yīng)被布置在養(yǎng)殖池的關(guān)鍵位置，以確保數(shù)據(jù)的全面性和準(zhǔn)確性。傳感器的選擇應(yīng)考慮其穩(wěn)定性、響應(yīng)時間和長期可靠性，以保證系統(tǒng)能夠持續(xù)、穩(wěn)定地運行。2）數(shù)據(jù)的采集與傳輸是智能化系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)[3]。為了確保數(shù)據(jù)的實時性和準(zhǔn)確性，應(yīng)采用高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，如無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）或物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）技術(shù)。這些數(shù)據(jù)通過安全可靠的通信協(xié)議傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)，以供進一步的分析和處理。在中央控制系統(tǒng)中，智能算法和模型發(fā)揮著重要作用。這些算法和模型能夠?qū)κ占降臄?shù)據(jù)進行深度挖掘和分析，以識別水質(zhì)變化的趨勢和潛在風(fēng)險。例如，通過機器學(xué)習(xí)算法，系統(tǒng)可以學(xué)習(xí)并預(yù)測水質(zhì)參數(shù)的變化規(guī)律，從而提前進行必要的調(diào)整和優(yōu)化。3）智能化的生態(tài)循環(huán)水系統(tǒng)應(yīng)具備自動調(diào)節(jié)和控制功能。當(dāng)系統(tǒng)檢測到水質(zhì)參數(shù)偏離預(yù)設(shè)范圍時，其應(yīng)能夠自動觸發(fā)相應(yīng)的控制機制，如調(diào)整水泵的流量、增氧機的運行時間或生物過濾器的處理效率等，以確保水質(zhì)迅速恢復(fù)到最佳狀態(tài)。這種自動調(diào)節(jié)和控制功能不僅可提高水質(zhì)管理的效率，還可大幅降低對人為干預(yù)的需求和錯誤率。

3.2 提供精準(zhǔn)養(yǎng)殖決策支持

在現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中，提供精準(zhǔn)養(yǎng)殖決策支持是提升養(yǎng)殖效益和風(fēng)險管理能力的關(guān)鍵。借助大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以對水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中積累的海量數(shù)據(jù)進行深度挖掘和分析，從而揭示養(yǎng)殖生物的生長規(guī)律、環(huán)境因素的影響及疾病發(fā)生的先兆等關(guān)鍵信息（見圖2）。

大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在此領(lǐng)域的應(yīng)用涉及多個層面。1）在數(shù)據(jù)采集方面，需要建立一個全面的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，以捕獲水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中的各種數(shù)據(jù)，包括但不限于水質(zhì)參數(shù)、飼料消耗量、養(yǎng)殖生物的生長數(shù)據(jù)及疾病的發(fā)生情況等。這些數(shù)據(jù)是進行精準(zhǔn)決策的基礎(chǔ)。2）在數(shù)據(jù)處理和分析環(huán)節(jié)，可以利用高級統(tǒng)計方法和機器學(xué)習(xí)算法對數(shù)據(jù)進行深入挖掘。例如，通過時間序列分析，系統(tǒng)可以預(yù)測養(yǎng)殖生物的生長趨勢；聚類分析可以幫助系統(tǒng)識別不同的養(yǎng)殖群體及其特征；而關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘則可以揭示環(huán)境因素與養(yǎng)殖生物健康之間的潛在聯(lián)系。

基于這些分析結(jié)果，智能管控系統(tǒng)能夠生成具有針對性的養(yǎng)殖決策建議。例如，根據(jù)養(yǎng)殖生物的生長曲線和飼料轉(zhuǎn)化率，系統(tǒng)可以制定最優(yōu)的飼料投喂策略，以實現(xiàn)養(yǎng)殖生物生長速度和飼料利用效率最大化。同時，通過監(jiān)測水質(zhì)參數(shù)和養(yǎng)殖生物的健康狀況，系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)異常情況，并推薦相應(yīng)的預(yù)防或治療措施，從而降低疾病發(fā)生的風(fēng)險[4]。

3.3 打造遠程監(jiān)控與智能化管理平臺

在養(yǎng)殖業(yè)中，利用云計算技術(shù)構(gòu)建一個遠程監(jiān)控與智能化管理平臺，已成為提升管理效率和確保水產(chǎn)養(yǎng)殖過程透明度的關(guān)鍵舉措。這一平臺不僅集成了數(shù)據(jù)采集、分析、存儲和共享功能，而且為養(yǎng)殖戶提供了一個集中化、便捷化的管理工具。

云計算技術(shù)的應(yīng)用使得這一平臺具備了強大的數(shù)據(jù)處理和存儲能力。通過利用云計算技術(shù)，海量的養(yǎng)殖數(shù)據(jù)可以被高效存儲和分析，從而為水產(chǎn)養(yǎng)殖戶提供實時的數(shù)據(jù)反饋和決策支持。同時，云計算技術(shù)的彈性擴展性確保了平臺能夠應(yīng)對養(yǎng)殖數(shù)據(jù)不斷增長的需求。在平臺的功能設(shè)計上，遠程監(jiān)控是一個核心要點。養(yǎng)殖戶可以通過手機、電腦等終端設(shè)備，隨時隨地訪問平臺，查看養(yǎng)殖場的各項實時數(shù)據(jù)，如水質(zhì)參數(shù)、養(yǎng)殖生物的生長情況、設(shè)備運行狀態(tài)等[5]。這種實時監(jiān)控功能不僅提高了管理的時效性，也使得養(yǎng)殖戶能迅速響應(yīng)養(yǎng)殖過程中的各種變化。

智能化管理平臺的另一個重要特點是具備決策支持功能?；谠朴嬎愕拇髷?shù)據(jù)分析技術(shù)，平臺能夠?qū)︷B(yǎng)殖數(shù)據(jù)進行深入挖掘，為養(yǎng)殖戶提供科學(xué)的決策建議。這些建議可能涉及飼料投喂策略、水質(zhì)調(diào)節(jié)方案、疾病預(yù)防措施等多個方面，有助于養(yǎng)殖戶做出更加精準(zhǔn)和高效的決策。

3.4 探索智能化的疾病預(yù)防與控制機制

在高效生態(tài)循環(huán)水與智能管控技術(shù)相結(jié)合的水產(chǎn)養(yǎng)殖模式中，疾病預(yù)防與控制機制的智能化顯得尤為重要。在傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖方式中，疾病的預(yù)防和控制大多依賴水產(chǎn)養(yǎng)殖戶的經(jīng)驗觀察和判斷，存在反應(yīng)滯后和判斷主觀性強的問題。而在智能化技術(shù)的支持下，可以構(gòu)建一個更加精準(zhǔn)、高效的疾病預(yù)防與控制體系。

智能化的疾病預(yù)防與控制機制的核心在于實時監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析。通過安裝在水產(chǎn)養(yǎng)殖池中的傳感器，系統(tǒng)可以實時監(jiān)測水質(zhì)參數(shù)如溶解氧含量、pH值、氨氮含量等，以及養(yǎng)殖生物的生長狀態(tài)和活動情況。這些數(shù)據(jù)通過無線傳輸系統(tǒng)實時上傳到智能管控系統(tǒng)中，進行存儲和分析。智能管控系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)分析和機器學(xué)習(xí)算法，對收集到的數(shù)據(jù)進行處理和分析，以識別異常情況。例如，系統(tǒng)可以通過分析水質(zhì)參數(shù)的變化趨勢，預(yù)測可能發(fā)生的水質(zhì)問題，并提前進行預(yù)警。同時，通過對養(yǎng)殖生物行為模式的識別，系統(tǒng)可以檢測到生物的異常行為，如食欲減退、活動減少等，這些可能是疾病發(fā)生的早期信號。

一旦智能管控系統(tǒng)檢測到異常情況，其將自動觸發(fā)相應(yīng)的控制措施。這些措施可能包括調(diào)整水質(zhì)參數(shù)，如增加氧氣供應(yīng)、調(diào)節(jié)pH值等，以改善養(yǎng)殖環(huán)境。同時，系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)設(shè)的藥物投喂方案，自動投喂治療藥物或預(yù)防性藥物，以控制疾病的擴散和惡化。

4 結(jié)語

高效生態(tài)循環(huán)水技術(shù)與智能管控技術(shù)的融合，為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)帶來了一場深刻的變革。通過構(gòu)建智能化的生態(tài)循環(huán)水系統(tǒng)，實現(xiàn)精準(zhǔn)養(yǎng)殖決策支持，打造遠程監(jiān)控與智能化管理平臺，以及探索智能化的疾病預(yù)防與控制機制，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的生產(chǎn)效率不斷提高，而且其對環(huán)境的影響顯著降低。這些技術(shù)的融合應(yīng)用，標(biāo)志著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)正在向更加智能、環(huán)保和可持續(xù)的方向發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用范圍的擴大，可以預(yù)見，這種融合將為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)帶來更加廣闊的發(fā)展前景。

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（責(zé)任編輯：張春雨）