2024-05-21 16:03:28
天氣稍有變化,浙江省江山市上余水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)負(fù)責(zé)人蔣珍龍就會(huì)打開手機(jī)內(nèi)的App,實(shí)時(shí)查看魚塘水體硝態(tài)氮、氨態(tài)氮、pH值、化學(xué)需氧量等水質(zhì)參數(shù),做到心中有數(shù)。
這些數(shù)據(jù)由魚塘內(nèi)的巡航式底改機(jī)器人以及數(shù)字化監(jiān)測(cè)浮標(biāo)采集。設(shè)備都是基于杭州師范大學(xué)張杭君教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)的智能水質(zhì)監(jiān)測(cè)模塊研發(fā)的。
除了巡航式底改機(jī)器人,魚塘還配備了集魚式生態(tài)浮床機(jī)器人和光催化原位凈化機(jī)器人。這相當(dāng)于雇了三位“管家”負(fù)責(zé)魚塘水質(zhì)監(jiān)測(cè)、智慧投喂、催化凈化等工作。傳統(tǒng)養(yǎng)殖水體“三池兩壩”處理系統(tǒng)就用不上了。立夏過后,水溫漸升,魚群攝食量增大,三位“管家”也忙碌了起來。
替代“三池兩壩”
水產(chǎn)養(yǎng)殖會(huì)產(chǎn)生大量被殘餌和糞便污染的水體——尾水。如果不能及時(shí)有效處理尾水,養(yǎng)殖水域環(huán)境會(huì)惡化,甚至導(dǎo)致魚類、蝦、蟹等大面積死亡。
“三池兩壩”是常見的養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng),通常由3個(gè)串聯(lián)池塘組成,即沉淀池、曝氣池、生態(tài)凈化池以及夾在這3個(gè)池塘中間的兩個(gè)過濾壩。
張杭君分析說,傳統(tǒng)養(yǎng)殖水體處理設(shè)備只能凈化水質(zhì),缺乏實(shí)時(shí)反饋水質(zhì)情況的功能。養(yǎng)殖戶只能看到設(shè)備在運(yùn)行,但對(duì)運(yùn)行效果及水質(zhì)狀況并不清楚。
“不少水產(chǎn)養(yǎng)殖基地依山而建。建造‘三池兩壩’需要調(diào)用挖掘機(jī),費(fèi)時(shí)費(fèi)力,占地用地,還容易出現(xiàn)沉淀池滋生藍(lán)藻、過濾壩堵塞等問題。”張杭君介紹,基于這一實(shí)際需求,團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了浙江省科技廳重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目,與多家單位聯(lián)合開展山塘水庫和池塘養(yǎng)殖水體生態(tài)容量評(píng)估及生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)研究。
通過數(shù)年研制,該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了三款水產(chǎn)養(yǎng)殖智能機(jī)器人,以及淡水養(yǎng)殖尾水高效脫氮除磷一體化設(shè)備和自流式無閥濾池等異位修復(fù)設(shè)備。
其中,智能機(jī)器人搭載了GPS、北斗雙頻定位系統(tǒng)、激光雷達(dá),按照功能配備了水生態(tài)功能模塊、中控系統(tǒng)、雙模式導(dǎo)航系統(tǒng)(自主導(dǎo)航+遙控導(dǎo)航)等,主要部件均為國產(chǎn)。
2023年5月,上述成果在臺(tái)州菖蒲灣水庫、衢州上余水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)和黃陳崗水庫等地示范應(yīng)用。
張杭君介紹,三處示范點(diǎn)養(yǎng)殖水體氨氮、總磷的濃度此前均超過《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》的標(biāo)準(zhǔn)限值。設(shè)備應(yīng)用1年來,水體氨氮去除率均大于60%,總磷去除率大于35%,達(dá)到《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn),可安全排放。
黃陳崗水庫負(fù)責(zé)人鄭樟富說,相比傳統(tǒng)處理設(shè)備,這批裝置體積小,一輛三輪車就可以運(yùn)到水庫,裝卸也非常方便,水體凈化效果明顯。
自動(dòng)巡查水域
在上余水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng),記者看到,平靜的水面上,3只船型機(jī)器人平穩(wěn)行進(jìn),蕩起層層漣漪。
在蔣珍龍看來,智能機(jī)器人能有效監(jiān)測(cè)水體氮磷含量變化,并且去除多余氮磷,防止水體富營養(yǎng)化,讓人省心不少。
“這批機(jī)器人的運(yùn)行方式,就像家用掃地機(jī)器人,設(shè)定程序后就能在指定水域巡航?!睆埡季榻B說,它們互相協(xié)作,能實(shí)時(shí)感知周圍環(huán)境地理信息和自身位置姿態(tài)。結(jié)合地理信息和障礙物檢測(cè)結(jié)果后,機(jī)器人再融合多源傳感算法,智能選擇安全路徑,實(shí)時(shí)調(diào)整導(dǎo)航策略,避免與障礙物發(fā)生碰撞。
在細(xì)分功能方面,光催化原位凈化機(jī)器人能在特定位置采用光催化技術(shù),有效降解水中有機(jī)物、細(xì)菌等污染物。
集魚式生態(tài)浮床機(jī)器人則可利用高分辨率攝像頭捕獲圖像。它基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等深度學(xué)習(xí)算法,經(jīng)過大量魚類圖像數(shù)據(jù)訓(xùn)練,可自動(dòng)提取圖像中的特征,識(shí)別出水中魚群及其數(shù)量,并基于檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行自適應(yīng)投喂和管理。
張杭君介紹,利用云計(jì)算平臺(tái)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù),技術(shù)人員可對(duì)巡航式底改機(jī)器人獲取的大規(guī)模水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和分析,挖掘數(shù)據(jù)潛在時(shí)空關(guān)聯(lián)性和規(guī)律性,為水質(zhì)管理和決策提供科學(xué)依據(jù)。
《“十四五”全國農(nóng)業(yè)農(nóng)村科技發(fā)展規(guī)劃》提出,水產(chǎn)養(yǎng)殖機(jī)械化率要從2020年的32%提升到2025年的50%。
“消費(fèi)級(jí)智慧養(yǎng)殖機(jī)器人的發(fā)展前景值得期待?!睆埡季f,機(jī)器人低成本、便攜式的工作方式,契合養(yǎng)殖戶經(jīng)營和水體環(huán)境保護(hù)的需求。團(tuán)隊(duì)正在積極對(duì)接企業(yè),期待進(jìn)一步降低機(jī)器人的制造成本,擴(kuò)大推廣范圍。