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(kāi)手機(jī)內(nèi)的App，實(shí)時(shí)查看魚(yú)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(yú)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(kāi)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(yú)塘還配備了集魚(yú)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(yú)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(guò)后，水溫漸升，魚(yú)群攝食量增大，三位“管家”也忙碌了起來(lái)。

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(yú)類、蝦、蟹等大面積死亡。

“三池兩壩”是常見(jiàn)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(guò)濾壩。

張杭君分析說(shuō)，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(guò)濾壩堵塞等問(wèn)題?！睆埡季榻B，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(kāi)展山塘水庫(kù)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(guò)數(shù)年研制，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)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(wú)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(guó)產(chǎn)。

2023年5月，上述成果在臺(tái)州菖蒲灣水庫(kù)、衢州上余水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)和黃陳崗水庫(kù)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(guò)《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(lái)，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(kù)負(fù)責(zé)人鄭樟富說(shuō)，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(kù)，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(lái)，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(yíng)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。”張杭君介紹說(shuō)，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(yú)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(guò)大量魚(yú)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(yú)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(guó)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(shuō)，機(jī)器人低成本、便攜式的工作方式，契合養(yǎng)殖戶經(jīng)營(yíng)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。