天氣稍有變化，浙江省江山市上余水産養殖場負責人蔣珍龍就會打開手機內的App，實時查看魚塘水體硝態氮、氨態氮、pH值、化學需氧量等水質參數，做到心中有數。
這些數據由魚塘內的巡航式底改機器人以及數字化監測浮標採集。設備都是基於杭州師範大學張杭君教授團隊開發的智慧水質監測模組研發的。
除了巡航式底改機器人，魚塘還配備了集魚式生態浮床機器人和光催化原位凈化機器人。這相當於雇了三位“管家”負責魚塘水質監測、智慧投喂、催化凈化等工作。傳統養殖水體“三池兩壩”處理系統就用不上了。立夏過後，水溫漸升，魚群攝食量增大，三位“管家”也忙碌了起來。
替代“三池兩壩”
水産養殖會産生大量被殘餌和糞便污染的水體——尾水。如果不能及時有效處理尾水，養殖水域環境會惡化，甚至導致魚類、蝦、蟹等大面積死亡。
“三池兩壩”是常見的養殖尾水處理系統，通常由3個串聯池塘組成，即沉澱池、曝氣池、生態凈化池以及夾在這3個池塘中間的兩個過濾壩。
張杭君分析説，傳統養殖水體處理設備只能凈化水質，缺乏實時反饋水質情況的功能。養殖戶只能看到設備在運作，但對運作效果及水質狀況並不清楚。
“不少水産養殖基地依山而建。建造‘三池兩壩’需要調用挖掘機，費時費力，佔地用地，還容易出現沉澱池滋生藍藻、過濾壩堵塞等問題。”張杭君介紹，基於這一實際需求，團隊承擔了浙江省科技廳重點研發計劃項目，與多家單位聯合開展山塘水庫和池塘養殖水體生態容量評估及生態修復關鍵技術研究。
通過數年研製，該團隊開發了三款水産養殖智慧機器人，以及淡水養殖尾水高效脫氮除磷一體化設備和自流式無閥濾池等異位修復設備。
其中，智慧機器人搭載了GPS、北斗雙頻定位系統、鐳射雷達，按照功能配備了水生態功能模組、中控系統、雙模式導航系統（自主導航+遙控導航）等，主要部件均為國産。
2023年5月，上述成果在台州菖蒲灣水庫、衢州上余水産養殖場和黃陳崗水庫等地示範應用。
張杭君介紹，三處示範點養殖水體氨氮、總磷的濃度此前均超過《淡水池塘養殖水排放要求》的標準限值。設備應用1年來，水體氨氮去除率均大於60%，總磷去除率大於35%，達到《淡水池塘養殖水排放要求》一級標準，可安全排放。
黃陳崗水庫負責人鄭樟富説，相比傳統處理設備，這批裝置體積小，一輛三輪車就可以運到水庫，裝卸也非常方便，水體凈化效果明顯。
自動巡查水域
在上余水産養殖場，記者看到，平靜的水面上，3隻船型機器人平穩行進，蕩起層層漣漪。
在蔣珍龍看來，智慧機器人能有效監測水體氮磷含量變化，並且去除多餘氮磷，防止水體富營養化，讓人省心不少。
“這批機器人的運作方式，就像家用掃地機器人，設定程式後就能在指定水域巡航。”張杭君介紹説，它們互相協作，能實時感知周圍環境地理資訊和自身位置姿態。結合地理資訊和障礙物檢測結果後，機器人再融合多源傳感演算法，智慧選擇安全路徑，實時調整導航策略，避免與障礙物發生碰撞。
在細分功能方面，光催化原位凈化機器人能在特定位置採用光催化技術，有效降解水中有機物、細菌等污染物。
集魚式生態浮床機器人則可利用高解析度攝像頭捕獲圖像。它基於卷積神經網路、迴圈神經網路等深度學習演算法，經過大量魚類圖像數據訓練，可自動提取圖像中的特徵，識別出水中魚群及其數量，並基於檢測結果進行自適應投喂和管理。
張杭君介紹，利用雲計算平臺和大數據分析技術，技術人員可對巡航式底改機器人獲取的大規模水質監測數據進行存儲、處理和分析，挖掘數據潛在時空關聯性和規律性，為水質管理和決策提供科學依據。
《“十四五”全國農業農村科技發展規劃》提出，水産養殖機械化率要從2020年的32%提升到2025年的50%。
“消費級智慧養殖機器人的發展前景值得期待。”張杭君説，機器人低成本、攜帶型的工作方式，契合養殖戶經營和水體環境保護的需求。團隊正在積極對接企業，期待進一步降低機器人的製造成本，擴大推廣範圍。
