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)殖場負(fù)責(zé)人蔣珍龍就會打開手機內(nèi)的App，實時查看魚塘水體硝態(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)的巡航式底改機器人以及數(shù)字化監(jiān)測浮標(biāo)采集。設(shè)備都是基于杭州師范大學(xué)張杭君教授團隊開發(fā)的智能水質(zhì)監(jiān)測模塊研發(fā)的。
除了巡航式底改機器人，魚塘還配備了集魚式生態(tài)浮床機器人和光催化原位凈化機器人。這相當(dāng)于雇了三位“管家”負(fù)責(zé)魚塘水質(zhì)監(jiān)測、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)殖會產(chǎn)生大量被殘餌和糞便污染的水體——尾水。如果不能及時有效處理尾水，養(yǎng)殖水域環(huán)境會惡化，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個池塘中間的兩個過濾壩。
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)，缺乏實時反饋水質(zhì)情況的功能。養(yǎng)殖戶只能看到設(shè)備在運行，但對運行效果及水質(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，費時費力，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?！睆埡季榻B，基于這一實際需求，團隊承擔(dān)了浙江省科技廳重點研發(fā)計劃項目，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，該團隊開發(fā)了三款水產(chǎn)養(yǎng)殖智能機器人，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，智能機器人搭載了GPS、北斗雙頻定位系統(tǒng)、激光雷達，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，上述成果在臺州菖蒲灣水庫、衢州上余水產(chǎn)養(yǎng)殖場和黃陳崗水庫等地示范應(yīng)用。
張杭君介紹，三處示范點養(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%，達到《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》一級標(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到水庫，裝卸也非常方便，水體凈化效果明顯。
自動巡查水域
在上余水產(chǎn)養(yǎng)殖場，記者看到，平靜的水面上，3只船型機器人平穩(wěn)行進，蕩起層層漣漪。
在蔣珍龍看來，智能機器人能有效監(jiān)測水體氮磷含量變化，并且去除多余氮磷，防止水體富營養(yǎng)化，讓人省心不少。
“這批機器人的運行方式，就像家用掃地機器人，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，能實時感知周圍環(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結(jié)果后，機器人再融合多源傳感算法，智能選擇安全路徑，實時調(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，光催化原位凈化機器人能在特定位置采用光催化技術(shù)，有效降解水中有機物、細(xì)菌等污染物。
集魚式生態(tài)浮床機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，可自動提取圖像中的特征，識別出水中魚群及其數(shù)量，并基于檢測結(jié)果進行自適應(yīng)投喂和管理。
張杭君介紹，利用云計算平臺和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，技術(shù)人員可對巡航式底改機器人獲取的大規(guī)模水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行存儲、處理和分析，挖掘數(shù)據(jù)潛在時空關(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)殖機械化率要從2020年的32%提升到2025年的50%。
“消費級智慧養(yǎng)殖機器人的發(fā)展前景值得期待。”張杭君說，機器人低成本、便攜式的工作方式，契合養(yǎng)殖戶經(jīng)營和水體環(huán)境保護的需求。團隊正在積極對接企業(yè)，期待進一步降低機器人的制造成本，擴大推廣范圍。
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