[01114280]水产集约化养殖实时测控关键技术与装备产业化应用

“水产集约化养殖实时测控关键技术与装备产业化应用”依托国家863计划项目、国家科技支撑计划项目、农业部引进国际先进农业科学技术计划等课题,属于农业科学技术领域的开发、研制项目。随着高密度集约化养殖模式的发展,水体环境质量下降、病害频发、生产效率难以提高已成为制约水产养殖业转型升级的主要问题,实施养殖全程实时测控是解决上述问题的最佳途径之一。由于我国水产养殖环境复杂多变、水体富营养化程度高、国外测控产品对我国水体测量适应性差,实时测控产品“测不准、控不稳、用不长”一直是我国水产养殖界公认的难题。在国家863计划等项目资助下,历经15年产学研联合攻关,在传感器、生长调控模型和智能控制装备等方面取得了如下重大突破： （1）发明了脉冲激励四电极溶解氧测量原理和智能变送方法,创制了水质原位实时检测传感器。首次提出了脉冲电位激励四电极溶解氧原位测量原理,创新了溶解氧传感器覆膜新工艺,发明了水质软硬件补偿矫正、自识别智能变送方法,创制了9种参数水产养殖专用传感器,攻克了养殖水体流速低造成的测量误差大,持续供电造成的电极填充液消耗过快及电极极化严重造成的电极寿命短等技术难题。溶解氧、氨氮传感器的测量精度分别达±0.20mg/L、±0.01mg/L,比原有传感器精度均提高了1倍,免维护周期分别延长到65天和25天。 （2）发明了基于实时信息的健康养殖生长调控模型,创建了智能决策和实时管理平台。发现了大菱鲆、石斑鱼等主要品种集约化养殖水体溶解氧、氨氮等理化因子,蛋白质、矿物质等营养因子,病原种类、数量等致病因子三者之间的耦合规律及与健康养殖的关系;创建了基于环境因子和鱼类行为实时信息融合的从孵化到养成全过程的健康养殖生长调控模型,解决了复杂环境下水质、病害早期预警及实时调控,饵料科学合理配伍及精准投喂难题。育苗成活率提高20%,饵料成本节省40%,发病率下降80%。 （3）发明了复杂环境下水产养殖信息可靠传输技术,创制了全程实时控制系统与装备。提出了低功耗、自适应的无线传输方法,开发了系列无线采集器与控制器,创制了节能型工厂化全封闭海水循环养殖工艺方法与专用装备,率先实现了陆基工厂和池塘养殖全过程的实时精准控制。循环水溶解氧可控制在最佳范围值内,变化幅度控制在±0.50mg/L,水温变化幅度控制在±0.50℃以内,节省劳动力80%。 截至目前,该成果获得国家授权发明专利27件,软件著作权35件,发表SCI/EI收录论文99篇,出版专著3部;制定了传感器、感知数据、传输网络、控制装备等技术国家标准4项、行业标准5项和企业标准9项;成果在扬州特安等8家企业进行了转化,获得农机推广鉴定证书3个,4个型号产品纳入农机补贴目录。开发传感器、无线节点、计算机系统平台等软硬件产品12类,实现了水产集约养殖实时测控关键技术及产品的产业化,相关软硬件产品及成果已广泛应用于天津、江苏、山东等地。 本成果通过采用基于物联网的智能感知、智能控制等技术,实现养殖环境自动调控,为养殖对象创造适宜生长环境,有效降低了由于水质等环境条件恶化所带来的疾病等造成的意外损失30%以上,有效保障了生产安全。溶解氧、pH、氨氮得到有效的控制,使用本技术可以提高养殖密度10%-20%,提高产量10%。采用智能自动化控制与微孔管、液氧增氧技术相结合,可有效提高增氧效率40%,降低增氧能耗35%,采用远程智能监控方式,降低劳动强度60%;采用精细化喂养决策技术,可降低饵料成本25%。循环水高效利用技术使得养殖水资源利用率提高30%以上,降低了养殖废水对环境危害,保障了生态环境安全。 该成果改变了水产养殖行业现有的单位产量低、效益低的现状,有力提升了水产养殖企业的信息化管理水平,为水产养殖业的生产效率及产品品质的提升提供了强大技术支撑与产业化示范,取得了极大的社会和经济效益。