水产养殖智能精准投饲系统构建及应用

邓玉平，饶勇，刘超，文华，黄俊霖，吴宗文

(四川渔光物联技术有限公司，四川 成都 610041)

水产养殖为社会提供了丰富的优质蛋白质来源，同时对改善农村经济结构、提高农民收入起到了积极作用。水产养殖业在快速发展的同时，也给环境带来了一定的影响。饲料投喂是水产养殖中最大的成本之一，也是劳动量最大的生产环节之一。传统的投饲方式需要人工进行操作，根据个人经验粗略控制投饲量。这种方式自动化程度低、劳动量大，由于设备缺乏准确的计量功能，无法精准控制投饲量，导致饲料浪费。随着水产养殖规模的扩大和集约化程度的提高，传统的依靠个人经验的投饲方式难以满足精准高效养殖需要，必须采用自动化装备、智能化控制技术和信息化管理系统提高技术水平。智能投喂是基于各类传感器获取环境和鱼群的信息、结合相关算法模型进行决策投喂的方式，是实现水产养殖最佳投喂效率的重要手段之一。

一、材料和方法

1.智能精准投饲系统的构造及原理

智能精准投饲系统由投饲设备(料仓、供料机构、投料机构等)、控制柜、投饲管理软件等部分组成。通过运料车上的输送设备将散装料直接装入料仓，实现饲料出厂、运输、装料和投料全程机械化作业(图1)。投饲机采用称重模板实时计量料仓内的饲料重量，结合可编程逻辑控制器程序进行控制，实现设备投饲量精准控制和全自动运行(图2)。控制系统通过通信网络与投饲管理软件对接，实现投饲远程管控与集成管理。

图1 运料车及投饲装备

图2 投喂控制柜

国家渔业机械仪器质量检测中心对投饲设备进行了检测(编号2021SW033)，主要检测指标见表1。

表1 主要技术指标

2.饲养试验

智能精准投饲系统在安徽省马鞍山市和县善厚镇渔光一体基地进行。养殖池塘为渔光一体池塘，池塘面积在100亩左右，光伏区占整个养殖池塘面积的70%，光伏区水深为0.6～0.8米，非光伏区养殖水深1.2～1.5米。鉴于渔光一体池塘的水体较浅，池塘采用低密度养殖。池塘主要养殖草鱼，搭配花鲢、白鲢等调水鱼。草鱼于2020年4月3日放养，放养平均规格为6.2克/尾。

为验证智能精准投饲系统的应用效果，项目组选择6口池塘进行草鱼养殖，传统投喂组采用人工投喂草鱼浮性料，智能精准投饲组采用智能精准投饲设备投喂浮性料。每组设置3个重复。

二、结果与分析

1.养殖结果

当年10月下旬至11月中旬对草鱼进行清塘售卖，售卖平均规格在1 500克/尾以上(表2)。从养殖效果来看，智能精准投饲组的特定生长率(SGR)显著高于传统投饲组的特定生长率，高出9.69%，平均缩短养殖天数22天，让草鱼能提早上市；智能精准投饲组的饲料系数显著低于传统投饲组的饲料系数，降低13.67%。以特定生长率和饲料系数为评价指标，智能精准投饲组的养殖效果明显优于传统投饲组。

表2 传统投饲组与智能精准投饲组养殖效果对比

智能精准投饲优于传统投饲，一方面可能因为智能投饲设备抛撒节奏与养殖对象的摄食节奏吻合。智能精准投饲设备对单餐次的投喂过程进行分解，满足鱼群聚集、抢食、逐渐分散的过程，提高摄食效率。根据水产养殖中的投喂经验，将投喂过程分为多个阶段：初步阶段，主要是吸引鱼群进行聚集；高速投喂阶段，鱼群开始抢食，高速投喂满足摄食要求；结束阶段，部分鱼群已基本摄食完成，降低投喂速率，以满足整个鱼群的投喂量。在控制投喂的过程中，风送系统采用间隔下料、持续鼓风风送的方式进行。通过调整单次下料的持续时间，两次下料的间隔时间来调整投喂速率。避免了饲料在水中长时间浸泡，减少了饲料营养的流失，从而降低了饲料系数、提高了生长速度。另一方面，可能因为智能精准投饲系统的抛撒范围更大、投喂更均匀，保证饲料在摄食区水面均匀分布，力求个体都有充分摄食的机会，避免群体聚集抢食消耗体能及造成饲料沉底浪费。

2.养殖效益

水产养殖智能精准投饲系统主要通过以下几个方面提高养殖效益。

(1)大幅降低劳动力成本。使用智能精准投饲装备前，800亩的养殖基地按照每100亩配备1个养殖工人，需要8个养殖工人，人工成本为48万元；应用智能精准投饲系统后，配备养殖人员2个及设备管理人员1个(10万元/年)，年人工成本为22万元，节约劳动力费用26万元，劳动力成本降低54%。

(2)减少饲料包装成本。智能精准投饲系统采用散装料车进行加料，不需要进行饲料包装，每吨饲料的包装费按照80元计算，则节约包装费用2.64万元。

(3)提高草鱼的生长速度及饲料系数。从应用案例中可知，应用智能精准投饲系统能缩短养殖天数20天左右。以2019年的养殖行情来看，提前20天出鱼，售价可提高0.4元/千克，养殖基地共计199 722千克，可提高7.99万元的直接养殖收益。饲料系数降低13.6%，草鱼饲料按照4 800元/吨计算，同样生产174吨草鱼，饲料成本可降低19.2万元。

综上，通过节约劳动力、包装成本、降低饲料系数等方面，每年可提高经济收入55.83万元。每套智能精准投饲系统需要投入经费10万元，投入6套，基地共需投入60万元，按折旧5年计算，则每年费用为12万元；自动上料车每年费用按照2万元计算，则每年投入14万元。通过计算可知，使用智能精准投饲设备，该基地效益每年可增加41.83万元。

三、讨论

池塘养殖过程中需要人工搬运饲料，劳动强度大、人工成本高。现有投饲设备缺少称量和自动控制功能，存在投饲量控制不精准、自动化程度低、难以集成管控等问题。本文基于自动计量投饲控制技术和物联网远程控制技术，以草鱼为研究对象，结合草鱼的摄食节奏进行分阶段投饲，实现了对投喂量的精准控制。

自动计量投饲控制技术是将大容量的料仓作为饲料的仓储机构，并在料仓的下方平台上安装3只称重传感器，对每次投喂饲料的重量和剩余饲料进行准确计量。投饲设备通过内部控制装置或远程控制软件设定投饲时间、投饲重量、投饲速度等参数并自动进行投饲作业，每天可设置多次投饲作业任务，解决了投饲量只能通过投喂时间进行估算的粗略投喂问题。

判断、分析鱼的摄食行为是进行智能投饲的前提。本文利用草鱼的摄食特点——“两头慢、中间快”，在控制投喂的过程中采用间隔下料、持续鼓风风送的方式调整投喂过程中的投饲速度。基于鱼摄食行为的智能投饲技术包括基于机器视觉鱼摄食反馈以及利用声学、水质参数变化的智能投饲技术。这些技术还在研发阶段，真正用于实际生产的较少。

基于物联网技术建立远程管控系统，具备设备控制、信息采集、信息管理的投饲管理软件，通过网页、小程序等方式实现对投喂设备的启停控制、参数设置、状态监测；实现环境信息、鱼信息、设备信息等的采集；实现养殖环境信息、投喂信息的统计、分析、查询等信息管理功能。解决了“人必须在现场”的问题，提升投喂管理工作效率。

四、应用范围及展望

水产养殖智能精准投饲系统实现了饲料储存、精准称量、远距离输送、远程智能控制等功能，适用于规模化高密度精养池塘养殖、设施化高密度养殖以及海域、水库、湖泊等的围网或网箱养殖，尤其适合鱼的养殖。

水产养殖面临劳动力匮乏和高成本且劳动力老龄化突出等问题，水产养殖智能精准投饲系统可以大幅减少饲料投喂环节的劳动力需求，减小劳动强度，避免养殖工人在恶劣的天气环境下的投饲工作。智能精准投饲系统能使用散装料进行养殖，可以节约包装材料的费用，同时也避免了包装材料对环境的污染。另外，智能精准投饲系统的饲料抛撒面积更广，更均匀，投喂量更符合鱼的摄食需求，可以提高饲料利用率，增加养殖效益。所以，水产养殖智能精准投饲系统的推广应用是水产养殖现代化、设施化、智能化发展的必然趋势。