浅谈水产养殖投饲设备

2024-04-01孙雪萍

水产养殖 2024年2期

孙雪萍

（江苏省农机化服务站，江苏南京 210017）

水产养殖作为全球食品供应链中不可或缺的一环，随着全球人口增长和消费模式的变化而迅速发展。根据联合国粮农组织的报告，水产养殖产量已超过传统捕捞量，成为主要的水产品来源。传统水产养殖活动主要集中在自然水体，如在湖泊、河流和沿海地区进行的放养和捕捞，依赖自然环境，对水体的控制和管理较少。传统养殖技术通常是劳动密集型的，依靠人工进行饲料投放和水质管理，效率较低，且容易受到自然条件的限制。随着水产养殖业的快速扩张，智能高效、可持续的养殖技术变得尤为重要。

随着人工智能和信息技术的发展，投饲设备开始向智能化方向演进。智能投饲设备作为水产养殖的核心技术之一，其发展和优化，对提高养殖效率、节省人工、降低环境影响具有重要意义。现阶段水产养殖业，饲料成本达到总成本一半以上[1-2]，高效的投饲设备能够减少饲料浪费，保证养殖水体的水质，进而提高水产品的质量和数量。现介绍水产养殖投饲设备，分析当前市场上不同类型投饲设备的技术特点、应用情况和存在的问题，提出建议，拟为促进水产养殖行业的技术进步和可持续发展提供参考。

1 投饲设备

1.1 类型

（1）固定式鱼塘投饲机。适用于池塘养殖，设备固定，简单实用，成本低，易维护。但投饲面积有限，受天气环境影响大，易损坏，噪音大。

（2）气力输送式自动投饲机。适用规模化工厂养殖、网箱养殖，其结构简单，可靠性强，能够远距离投饲和多点投饲，但投饲饵料须为干燥饲料，易堵塞，成本相对高。

（3）自动投饲机器人。适用于室内环境标准化池塘养殖、工厂化循环水养殖，自动化、智能化程度高，设备复杂，其投饲作业及定位精度受设备影响较大，成本相对较高。

（4）自动投饲船。适用于虾蟹等小范围水产养殖，自动化、智能化程度高，投饲作业受到天气环境影响程度较大，转塘难度大。

（5）自动投饲无人机。适用室外标准化池塘养殖、虾蟹养殖、海洋网箱养殖，投饲效率高，设备复杂，投饲作业需要人工操作，而且续航时间短。

（6）网箱养殖投饲机。固定于小型渔船上，适用于海洋网箱养殖，投饵效率高，设备操作简单，自动化程度不高，但人工海上作业有一定的危险性。

1.2 国内发展现状

智能投饲技术是将物联网、机器视觉、机器声学、人工智能等智能化及信息技术应用于水产养殖投饲装备，能够根据养殖水质、生物行为、生物量等，按需投喂的一种创新技术。该技术能够提高饲料利用率，降低养殖成本，减少水体污染，是一种绿色高效可持续的发展方向[3]。

目前，国内水产养殖投饲设备的研发相对滞后，机械化、自动化程度低。由于缺乏有效的投料控制技术，传统方法造成了饵料的严重浪费和对水体的污染[4]。赵思琪等[5]针对水质受养殖技术影响的问题，研究了一种基于模糊逻辑控制理论的鱼塘养殖精准投饲系统，通过检测溶解氧和水温，从而反馈到控制投饲系统，控制精度≥90%，饵料系数<9%，提高了饲料利用效率。

电动背负式鱼塘饲料自动抛洒机，抛洒机容量20~50 L，主体PP 材质，工作电压12 V，通过电动转速盘，可以抛撒各种大小干性颗粒物料，抛撒距离可调节，调节范围1~15 m，手提式抛撒转速盘，实现轻松控制抛洒方向，同时可实现施肥、播种作业。

气力输送投饲机主要用于池塘投饲和网箱投饲，由料箱、下料器、罗茨风机和管道等部分组成。目前市场上主要有2 种气力输送方式：一种为负压输送，具有代表性的是风送式投饲机，现已广泛投入市场。气力池塘养殖自动投饵系统为饲料先由料仓送到储料装置，经分配装置通过管道由气力输送到不同的养殖池塘，所有池塘投喂都可以通过计算机管理，从而实现集中式投饵。该投饵系统分为以下几个部分：压气装置、储料装置、下料装置、分配装置和控制装置。

固定投饵机解决了手工费时费力的问题, 已广泛应用于工厂化养殖、大棚养殖、深海网箱养殖，但是还存在投料不均匀，浪费饲料等问题。鱼类的摄食效率对提高产量和降低成本具有重要作用。

针对固定投饲机投料不均匀的问题，某高校科研院所研发了一种轨道式淡水鱼智能投饲机器人。该系统根据育苗的品种、日龄和密度，制定科学的饲喂曲线，同时检测水质参数和鱼的采食行为，动态调整饲喂策略，实现投料均匀和精准饲喂。

基于机器视觉和声觉技术，检测鱼的采食行为和投喂饲料量等参数，评估鱼群的食欲和摄食强度，从而制定科学的投饲方案，是目前研究的热点之一。利用图像处理技术，分析水面剩余浮饵量，从而计算出鱼群当前摄食周期所需要的投饲量，依此研制出自动投饵设备。基于机器视觉的鱼类采食检测，易受光线、水面漂浮物等外界环境影响，在光线和天气不好的情况下，具有一定的局限性。利用声学分析技术的智能投饲技术应运而生[6]。声波在传播时会发生反射现象，检测精度相对不高，该技术更适用于大面积的网箱养殖。为了采集鱼群摄食行为的多个参数，为投饲设备的控制，提供更精准有效的反馈信息，开始研发利用机器视觉和声觉，多模态数据融合的养殖鱼群摄食规律及投饲策略，从而提高系统的检测精度和智能化程度。

1.3 国外发展现状

随着科技的发展，发达国家如美国、德国、日本、挪威等，开发应用了多种自动投饲设备，对鱼的采食行为分析，从而实现精准投饲[7]。饲料颗粒消耗的实时监测，是制定科学饲养策略的重要依据，可有效减少饲料浪费和水体污染，实现经济效益和生态效益的双赢。通过定时控制旋转板，控制洗涤器式自动给料器，安装发射红外辐射的光电传感器，当传感器下没有鱼聚集时，反射的信号较少，停止喂食，从而节省了饲料，避免了对水体的污染。准确投喂表现在实时监测水下残留饵料，实时反馈给投料机，从而控制给料量。但由于光线差、外界干扰多等原因，给水下图像处理和颗粒检测带来了很大的挑战。

挪威在20 世纪80年代，在鳕养殖中利用自动投饵系统与集鱼系统[8]。Fast 等[9]于20 世纪末，为鱼类养殖精量化投饲，研究投饲量和环境变量之间的关系；意大利20 世纪90年代将自动投饵技术用于浮式网箱养殖业[10]；2005年，Chang 等[4]在鳗养殖投饲中，研究其聚焦行为，并设计调控装置，降低饲料成本显著；近年来，Skien 等[11]利用电子成像等先进技术，对规模化网箱养殖机械化设备进行研究；Prem等[12]也开发出一套半集约化的机械投饲设备。

近年来，深度学习技术，相对于传统机器学习具有更高的准确性。通过光流神经网络生成光流帧，然后将光流帧输入到三维卷积神经网络（3DCNN）中，评估鱼的摄食强度[13]。近红外成像技术是一种量化鱼类摄食行为变化的新方法。

在沿海国家，网箱养殖发展较快并具有巨大的潜力，但是该行业仍具有一些管理和技术问题，比如天气变化和人为失误，会影响养殖鱼类的正常养殖。可以通过使用自动四轴飞行器避免，降低劳动力成本，提高饲料输送效率。Skien 等[11]开发了一种气动旋转给料机，采用无人机和计算机视觉方法，获取投料机的位置和方向。该方法能够快速部署、设备安装少、投料均匀优点。基于无人机的方法效率更好，可以通过捕获由旋转的饲料旋转器覆盖更大的网箱养殖面积。

2 存在问题及建议

2.1 精准投饲技术有待提升

尽管现代投饲设备已经能够在一定程度上实现自动化和智能化，但在精准度方面仍是一个挑战。例如，设备可能无法准确判断鱼群实际的饲料需求，导致饲料投放过量或不足，不仅影响鱼群的生长，还可能导致资源浪费和环境问题。另外，设备的可靠性还需要进一步提升。在恶劣的养殖环境中，设备易受到损坏，维护和修理成本较高。此外，技术故障可能导致饲料供应中断，对养殖产量造成影响。

在今后的研究中，应引入更先进的传感器和监控技术，可更准确监测鱼群行为和水质状况。应用机器学习和数据分析技术，根据历史数据和实时信息，调整投饲策略。使用更耐用和抗腐蚀的材料制造设备，增加其在恶劣环境下的稳定性和耐久性。定期进行设备维护和检查，及时发现并解决潜在的技术问题。