智能养鱼,机器人“管家”很在行

  来源: 科技日报

2024-05-21 11:18:52

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天气稍有变化,浙江省江山市上余水产养殖场负责人蒋珍龙就会打开手机内的App,实时查看鱼塘水体硝态氮、氨态氮、pH值、化学需氧量等水质参数,做到心中有数。

天气稍有变化,浙江省江山市上余水产养殖场负责人蒋珍龙就会打开手机内的App,实时查看鱼塘水体硝态氮、氨态氮、pH值、化学需氧量等水质参数,做到心中有数。

这些数据由鱼塘内的巡航式底改机器人以及数字化监测浮标采集。设备都是基于杭州师范大学张杭君教授团队开发的智能水质监测模块研发的。

除了巡航式底改机器人,鱼塘还配备了集鱼式生态浮床机器人和光催化原位净化机器人。这相当于雇了三位“管家”负责鱼塘水质监测、智慧投喂、催化净化等工作。传统养殖水体“三池两坝”处理系统就用不上了。立夏过后,水温渐升,鱼群摄食量增大,三位“管家”也忙碌了起来。

替代“三池两坝”

水产养殖会产生大量被残饵和粪便污染的水体——尾水。如果不能及时有效处理尾水,养殖水域环境会恶化,甚至导致鱼类、虾、蟹等大面积死亡。

“三池两坝”是常见的养殖尾水处理系统,通常由3个串联池塘组成,即沉淀池、曝气池、生态净化池以及夹在这3个池塘中间的两个过滤坝。

张杭君分析说,传统养殖水体处理设备只能净化水质,缺乏实时反馈水质情况的功能。养殖户只能看到设备在运行,但对运行效果及水质状况并不清楚。

“不少水产养殖基地依山而建。建造‘三池两坝’需要调用挖掘机,费时费力,占地用地,还容易出现沉淀池滋生蓝藻、过滤坝堵塞等问题。”张杭君介绍,基于这一实际需求,团队承担了浙江省科技厅重点研发计划项目,与多家单位联合开展山塘水库和池塘养殖水体生态容量评估及生态修复关键技术研究。

通过数年研制,该团队开发了三款水产养殖智能机器人,以及淡水养殖尾水高效脱氮除磷一体化设备和自流式无阀滤池等异位修复设备。

其中,智能机器人搭载了GPS、北斗双频定位系统、激光雷达,按照功能配备了水生态功能模块、中控系统、双模式导航系统(自主导航+遥控导航)等,主要部件均为国产。

2023年5月,上述成果在台州菖蒲湾水库、衢州上余水产养殖场和黄陈岗水库等地示范应用。

张杭君介绍,三处示范点养殖水体氨氮、总磷的浓度此前均超过《淡水池塘养殖水排放要求》的标准限值。设备应用1年来,水体氨氮去除率均大于60%,总磷去除率大于35%,达到《淡水池塘养殖水排放要求》一级标准,可安全排放。

黄陈岗水库负责人郑樟富说,相比传统处理设备,这批装置体积小,一辆三轮车就可以运到水库,装卸也非常方便,水体净化效果明显。

自动巡查水域

在上余水产养殖场,记者看到,平静的水面上,3只船型机器人平稳行进,荡起层层涟漪。

在蒋珍龙看来,智能机器人能有效监测水体氮磷含量变化,并且去除多余氮磷,防止水体富营养化,让人省心不少。

“这批机器人的运行方式,就像家用扫地机器人,设定程序后就能在指定水域巡航。”张杭君介绍说,它们互相协作,能实时感知周围环境地理信息和自身位置姿态。结合地理信息和障碍物检测结果后,机器人再融合多源传感算法,智能选择安全路径,实时调整导航策略,避免与障碍物发生碰撞。

在细分功能方面,光催化原位净化机器人能在特定位置采用光催化技术,有效降解水中有机物、细菌等污染物。

集鱼式生态浮床机器人则可利用高分辨率摄像头捕获图像。它基于卷积神经网络、循环神经网络等深度学习算法,经过大量鱼类图像数据训练,可自动提取图像中的特征,识别出水中鱼群及其数量,并基于检测结果进行自适应投喂和管理。

张杭君介绍,利用云计算平台和大数据分析技术,技术人员可对巡航式底改机器人获取的大规模水质监测数据进行存储、处理和分析,挖掘数据潜在时空关联性和规律性,为水质管理和决策提供科学依据。

《“十四五”全国农业农村科技发展规划》提出,水产养殖机械化率要从2020年的32%提升到2025年的50%。

“消费级智慧养殖机器人的发展前景值得期待。”张杭君说,机器人低成本、便携式的工作方式,契合养殖户经营和水体环境保护的需求。团队正在积极对接企业,期待进一步降低机器人的制造成本,扩大推广范围。

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