渔业智能化管理系统在加州鲈苗种繁育中的应用

周心菲，王佩佩，陆健，孙建国，王明华

（1.南京混沌信息科技有限公司，江苏 南京 211153；2.南京市水产科学研究所，江苏 南京 210036；3.泗阳县双高水产科技有限公司，江苏 宿迁 223734；4.江苏省淡水水产研究所，江苏 南京 210017）

加州鲈（Micropterus salmoides）是我国重要的淡水优质养殖鱼类，因其肉质鲜嫩肥美，无肌间剌，特别适合老人小孩以及家庭消费。近年来，由于旺盛的市场需求和良好的市场前景，加州鲈苗种的需求量大，特别是非常规繁育季节加州鲈苗种更是一苗难求。现阶段，加州鲈全季节育苗技术已有较大突破，但智能化、标准化程度还不高，而智能化工厂育苗对提高加州鲈成活率和驯食率有显著效果，与一般土池育苗成活率（10%～20%）相比，智能化工厂育苗的苗种成活率可达30%（水花至大规格苗）。除此之外，智能化的高精度养殖模式，可实现水产育种、繁苗、养殖等生产过程水质在线监测与投饲等日常管理的智能化控制，做到精准化、标准化操作，极大地降低了劳动力成本，提高了产品质量。

由于我国智慧农业起步较晚，特别是在水产上的应用范围更是非常狭窄。国内智慧农业在水产养殖方面的应用还处在初级阶段，主要集中在单个指标的监测，而对整体水环境、养殖对象行为学以及环境因子对养殖对象影响的大数据采集与利用还基本空白，缺乏对水产养殖影响因素系统性和整体性的研究；并且现阶段应用的监测系统和控制系统的精准化和智能化程度较低，缺乏系统协同作业能力，监测数据可靠性并不强，难以大规模复制推广。因此，如何构建智能化管理的工厂化养殖生产方式，成为亟须解决的问题。现依托苏北科技专项，在泗阳县双高水产科技有限公司鲈繁育基地，构建了加州鲈智能化苗种繁养殖物联网平台，探索了智能化管理模式在加州鲈苗种繁育中的应用，从而为实现加州鲈苗种繁育的高度集约化、精准化提供技术支撑。

1 智能化管理系统的平台构建

1.1 环境因子数据采集平台

基地共建成1 600 m智能化繁育车间，采购及安装加州鲈繁育环境因子数据采集设施6 套、30 组全高清摄像头，对加州鲈繁育关键环境因子包括水温、pH 值、氨氮、溶解氧、亚硝酸盐氮等参数以及图像等数据自动实时采集，实现全天候在线监测。采集到的数据通过终端设备进行展示并传送至加州鲈繁育智慧管理平台，技术人员可通过电脑、手机或相关配套大屏等随时查看。

1.1.1 水温监测

水温是影响加州鲈苗种繁育的最重要环境因子之一，不仅会影响水质，还会影响加州鲈的生长发育。在一定温度范围内，水温越低，加州鲈活跃性越差，进食等活动的频率越低，生长发育也越慢；而水温越高，鲈活跃性越强，进食等活动的频率越高，生长发育越快，饵料系数也越小。加州鲈苗种最适繁育水温为20～26 ℃，结合可控性及成本因素，技术人员将温度控制系统设定为20～23 ℃，当水温超过设定阈值时，设备会自动启动，对养殖水进行降温或升温处理，同时将相关数据传递给终端。

1.1.2 溶解氧监测

养殖水体中的溶氧量对于加州鲈苗种的生长至关重要。传统水产养殖场，一般24 h 全天开启增氧，或者早晚各开1 次，水体中的溶氧量无法保持在一个稳定的范围内。溶解氧浓度较高时，会造成能源浪费，溶解氧浓度过低时，又会影响鱼苗生长。通过安装水体溶解氧监测系统，采用高精度溶解氧探头进行养殖水体溶氧量的实时监测，监测平台溶氧量设定值为6.0～9.0 mg/L。一旦溶氧量过低，溶解氧系统会自动启动增氧机进行增氧，无须人工开启增氧；当水体溶解氧达标时自动关闭增氧，水体溶氧量可保持在一个稳定的范围内。

1.1.3 氨氮监测

养殖水体中的氨氮主要来源于水生生物的排泄物、投料的剩饵以及施加的肥料等。当水体中氨氮超标时，可影响加州鲈鱼苗的生长，轻者导致摄食量减少，生长速度缓慢，重者引起鱼苗中毒死亡。当系统检测到氨氮含量超标时，会自动预警，同时通过设备联动装置，减少饲料投喂系统的投喂量及投喂次数，以控制由于饲料投喂造成的水体氨氮含量升高。

1.1.4 水位监测

在传统养殖方式中，养殖池的给排水都得靠人工操作实施，对于大型水产养殖场，靠人工进行给排水不仅费时费力，而且一旦工作人员疏忽，会造成水溢出或排干水的情况，将对养殖场造成不必要的损失。平台通过安装水位控制系统，实现了水位自动控制。设定水位阈值为0.8～1.2 m，当水位超过1.2 m 或低于0.8 m 时，水泵自动启动；水位过低时自动加水，水位过高时自动排水，无须人工操作。

1.1.5 pH 值监测

pH 值代表水体酸碱度，加州鲈习惯于生活在酸碱度相对稳定的水体中，酸碱度过高或是过低、变化幅度过大都会对成鱼及鱼苗造成影响。当pH值过低时，会导致饲料消化率低，生长速度缓慢，严重时导致加州鲈在水体不缺氧的情况下呼吸困难；而pH 值过高时，会增大氨的毒性，导致加州鲈中毒。系统通过安装检测探头，对水体pH 值实时报送，超限报警，并自动联动给排水系统进行换水，确保水体pH 值的稳定。

1.2 决策与控制平台

根据加州鲈生物学特性与各监测参数之间的关联模型，通过分析与计算参数阈值，利用阈值控制等机制，实现采集数据实时监测和超限自动预警，并实现相关设备的智能化联动控制。基于加州鲈繁育的智能决策模型，对参数、阈值进行不断学习及修正，建立智能化学习系统，以便提供最优决策方案和有效的数据支撑。

1.3 智能化驯食系统

除环境因子以外，加州鲈苗种培育成败的关键因素，在于人工配合饲料驯化率。系统通过模拟人工驯食投饵速率、时间、投饵量，在驯食过程中探索最佳参数，明确各项参数值，最终实现加州鲈饲喂的标准化，极大地提高了可复制、可推广性。智能化驯食系统包括硬件和软件2 部分，硬件部分主要由步进电机、导料盘、泡沫板和气囊组成，投料时由步进电机带动导料盘转动，使出料孔与导料孔相通，导料盘中的食料即向下掉落，通过步进电机，控制导料盘的转动角度，可控制食料的抛洒量，并且能够控制抛洒的范围，从而避免了浪费食料；软件部分主要控制投料时间点及时长，确保定时、定点投喂。

2 管理系统应用

采用智能化管理平台，通过对加州鲈苗种数量和环境因子全程合理监测，实现科学适量投饵，避免浪费，减少水体污染，并有效监控鱼苗生长过程，适时调控相关设备（尤其是增氧设备），最终达到促进共生长、提高存活率的目的，实现了加州鲈繁育季节与非繁育季节育苗，从而可进行加州鲈苗种错季销售。经统计，泗阳县双高水产科技有限公司，在2020 年全年生产加州鲈水花苗1.41 亿尾，培育出大规格苗种120 万尾；大规格苗种成活率，从原来的28.71%提高到了31.58%，提高了10%；受精率保持在60%～80%，与之前50%～60%的受精率相比，有较大提升。此外，因提高了饵料系数，共节省饲料16%，降低养殖尾水排放量10%，全年新增销售额256 万元，经济效益显著。

3 结语

采用智能化管理系统，能够更好地实现水产养殖生产标准化和精细化管理，对提高管理效率有着不可替代的作用。能够精确控制养殖生产过程中的适宜水温、溶解氧、pH 值等，并能实时监测氨氮、亚硝酸盐氮等对苗种生产影响较大的水质指标。在苗种生产过程中，提前设定各相关环境因子阈值，通过智能预警与联动控制，自动控制增氧、投饲、温控、进排水等设备，从而实现养殖生产的高度集约、高效生态发展。

苗种繁育效率、苗种培育成活率和人工配合饲料驯食成活率是影响加州鲈苗种生产的重要指标。从苗种入手，采用智能化管理系统操作平台，精准控制相关生产指标，以提高加州鲈养殖产业人工配合饲料替代冰鲜饲料的应用比例，从而提升加州鲈苗种整体生产效率。智能化管理系统在加州鲈苗种生产中的成功应用，对推动高效、生态、安全的加州鲈现代养殖产业发展，构建优良生态环境有着显著的作用。