无人渔场：现代渔业的领航者

——中国农业大学国家数字渔业创新中心巡礼之二

温靖，朱逸铭，郭黎

2020年，一本名为《无人农场——未来农业的新模式》在农业研究领域引起了很大的反响。书中把世界农业发展划分为以体力和畜力为主的农业1.0、以农业机械为主要生产工具的农业2.0、以农业生产全程自动化装备支撑下的农业3.0，最后到以无人化为主要特征，以物联网、大数据、云计算和人工智能为主要支撑技术的全要素、全链条、全产业、全区域的智能农业，即农业4.0时代。这一观念得到广大农业科研工作者的高度认可，而这本书的作者正是国家数字渔业创新中心主任李道亮教授。

“数字农业是农业发展的必然趋势，”李道亮教授向记者介绍起他研究未来无人农场的初衷：“我们国家的劳动力结构正在发生历史性的变化,劳动力成本占70%,劳动力平均年龄55岁,老龄化在持续加大，所以再过30年，谁来干农活？这将是我们面临的一个很重要的问题。”

而我国农业从业人口的劳动效率在李道亮教授看来，也是推行数字农业的重要原因：“我国农业的资源约束加大、劳动生产率低。拿渔业来说，世界上渔业最发达的是挪威，人均年产200吨鱼，而中国目前只有7吨的水平。核心原因就是我们的技术水平、装备水平比较低，导致我们的劳动生产率比较低。”而种植、养殖生态环境的恶化也在进一步制约着中国现代农业的发展。

那么中国现代渔业该利用数字技术发展出智能渔业，并最终实现无人渔场的目标，作为中国现代渔业技术研究的领航者，李道亮教授和他的研究团队已经有了清晰可行的发展方案。

无人渔场的定义

在国家数字渔业创新中心无人渔场系统实验室里，科研人员正在有条不紊地忙碌着。通过手中的控制器，可以很方便的操纵轨道车在养殖缸上方来回巡行监测，通过轨道车上的摄像头和水中的传感器，鱼群的动态影像实时反映在计算机系统监测大屏幕上。与此同时，装在透明水池里的摄像头和传感器也不断地将水池中水质和鱼的身体状况等各项指标数据源源不断地呈现在屏幕上。根据这些数据，科研人员可以很直观地感知到鱼群、水质和室内空气的温度变化，全面掌握鱼群的生存状态。投饵机和增氧机随时待命，根据需求及时补充水池中的饵料和含氧量。这套控制系统包括感知新技术、传感器、无线跨网适配技术、无线采集控制器、智能决策模型、云平台以及智能渔业装备和机器人，共同构成了水产集约化养殖精准测控技术体系，而这个体系正是未来无人渔场的雏形。

“什么是无人渔场？”李道亮教授对这一新生概念有着科学严谨的解释：“在没有任何人进入渔场的情况下，由设施、装备、机械、机器人完成从巡检、增氧、投饵、日常管理直至收获的全部作业流程，都实现无人的作业方式，这样养殖方式的渔场称为无人渔场。”

与农业4.0对应的就是渔业4.0，依据李道亮教授的理论，如今中国渔业尚处在2.0时代，即设施养殖，有装备、机械、设施来实现养殖的集约化，具体表现就是机器对人部分劳动的替代。而4.0时代，除了全面以自动化和计算机技术为核心，实现装备的数字化，还需要集成物流网、大数据、人工智能和机器人技术，人力完全退出生产活动。从工作原理上来说，无人农场是利用物联网技术，通过获取各种环境的数据，装备的数据和养殖的鱼虾蟹这些动物的数据，将这些数据通过无线的传输传到云平台上，在云平台上进行计算，然后对执行装备，比如说投饵机、增氧机、巡检的机器人或者无人车这些进行控制，实现对人工作业的完全替代，也可以称之为装备的自主作业。从技术角度来看，无人渔场主要是四大类技术的高度集成，包括物联网和5G以及将来出现的6G，实现数据的获取；大数据实现精准的数据处理；基于大数据的人工智能，使各种作业实现精准化；最后由装备和机器人完成作业。

无人渔场的主要形式

在无人渔场系统集成实验室里，正在进行的是池塘养殖、陆基工厂养殖、鱼菜共生、工厂化池塘养殖四种模式的无人化研究。

如何实现无人化，李道亮教授作了详细的分析：“首先要实现全要素的数字化，第一就是水的数字化。比如说溶解氧、PH、氨氮、EC、叶绿素、浊度这些水质参数的数字化。第二个就是鱼的数字化，这个鱼的生物量、品种，然后就是摄食、健康等各种状态的数字化，统称为鱼的数字化。第三个就是装备，实验室里面运转的投饵机、增氧机、循环水处理装备各种水的泵、阀这些装备，还有采集器、控制器，这种工作状态的数字化就是装备的数字化。第四是细菌，有两类细菌，一类是消化细菌，一类就是致病细菌，细菌的数字化也是要素之一。目前，实验室采取的是渔菜共生的生产模式，所以也需要考虑菜的长势、营养状态、健康状态的数字化。鱼、水、菜、装备和细菌五类要素的数字化，是实现无人化的基础。”

在完成全要素的数字化之后，实验团队又研究了从投饵、增氧、水处理、巡检等环节决策的智能化。通过构建各类模型，如水模型的智能决策可以决定增氧时间和水循环处理，从而使鱼处于最佳的生长状态；依据鱼的品种和饥饿程度，智能决定投饵量；利用巡检模型，实现养殖环境的无人化检测。最终实现全生命周期或者全过程的自主化作业。

如今，围绕无人渔场的发展目标，国家数字渔业创新中心已经研发和完善了多种产品及模式。有“平推式方形双网生态网箱”和“上下层鱼菜共生工程化网箱”两种新型的养殖模式，还研制出水陆两栖无人船和无人轨道运输车，为实现无人化的监测、巡视、运输等功能奠定了技术基础。

平推式方形双网生态网箱

上下层鱼菜共生工程化网箱

关于无人渔场未来发展过程，李道亮教授将其不同发展阶段进行了详细的阐述：1、初级阶段。是指通过远程控制技术，实现渔场的大部分作业无人化，但仍需要人远程操作与控制；2、中级阶段。是人不再需要24小时在监控室对装备进行远程操作，系统可以自主作业，但仍需要有人参与指令的下达和生产的决策，属于无人值守渔场；3、高级阶段。完全不要人的参与，所有作业与管理都由管控云平台自主计划、自主决策，机器人、智能装备自主作业，是完全无人的自主作业渔场。虽然从历史发展的角度来看，无人渔场最终状态的实现还需要几十年的时间，但李道亮教授认为，目前的实验正如星星之火，是为未来无人渔场真正市场化的全面推广而奠定的基础。

无人渔场的发展前景

无人渔场通过对渔业生产资源、环境、养殖对象、装备等各要素的数据化，实现养殖对象的精准化管理、生产过程的智能化决策和无人化作业。这个过程需要加大物联网、大数据、人工智能、机器人等新一代信息技术在渔业领域的研究和应用示范。“这会拉动社会投资的切入，充分发挥龙头企业、明星企业的优势，开展大规模试验示范，全面进军渔业4.0。”对于无人渔场的发展前景，李道亮教授表示乐观：“我们要打造渔业4.0技术产业生态圈。无人渔场实际上是装备产业、信息技术产业、新一代服务业的系统集成，所以要围绕无人渔场打造一些产业的集成。比如智能装备产业、现代信息技术产业、新一代信息服务业等等。加上政府层面相关产业政策的支撑，产学研的融合，尤其是协同创新平台的搭建，无人渔场正在我们这一代人手中慢慢实现。”

目前由国家数字渔业创新中心打造的水产集约化养殖精准测控技术体系，已经开始推动从过去的经验养殖到数字化养殖的转变，在实现产量、养殖密度、经济效益三提高的同时使损耗、风险和劳动强度大幅降低。这一项目产品已经遍布国内主要水产养殖省市，9个水质参数的传感器产品更是出口到25个国家。仅螃蟹这一品类，其养殖密度就可提高20%左右，用药量降低60%，每年可综合节约1500元/亩。2019 年，这一成果获得国家科学技术进步二等奖，同时入选 2019 年中国智能制造十大科技进展，名列首位。

“但目前，无人渔场仍有较多挑战。”李道亮教授仍然保持谨慎的心态，他指出无人渔场理念超前，现阶段发展水平还需较大上升空间：“产业发展和凝聚共识难度较大，重复性科普和落地难；非标准化场景标准化需要投入，短期看重利益回报，积极性不高；相应技术产品和服务缺乏，上下游生态链空白较多，成本居高不下；相应养殖和调度模式新颖，流通和市场还需要适应和优化；还没有相应的标准、规程以及政策性指导文件；复合型人才严重缺乏，大规模推广复制受到一定限制；缺少政府产业引导资金和专项补贴。”

尽管如此，李道亮教授秉承“为国家数字渔业发展打造战略科技力量”的决心，为中国现代渔业奋勇向前。