張翔宇 陳金路 鄭向遠(yuǎn) 張晟

摘要：文章將介紹現(xiàn)代化海洋牧場(chǎng)及其智能運(yùn)維的概念，結(jié)合實(shí)例說(shuō)明海洋牧場(chǎng)智能運(yùn)維的裝備和技術(shù)現(xiàn)狀以及發(fā)展中存在的問(wèn)題，并在最后提出推動(dòng)海洋牧場(chǎng)智能運(yùn)維進(jìn)一步發(fā)展的建議：落實(shí)政策傾斜，建立基礎(chǔ)設(shè)施;擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，促進(jìn)資源共享;發(fā)展交叉學(xué)科，重視自主研發(fā);優(yōu)化漁業(yè)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)運(yùn)維。

關(guān)鍵詞：海洋牧場(chǎng);智能運(yùn)維;運(yùn)維系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：S953.2;P74 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-9857（2023）07-0040-08

0 引言

中國(guó)不僅是全世界海產(chǎn)品年產(chǎn)量第一大國(guó)，也是唯一養(yǎng)殖產(chǎn)量超過(guò)捕撈產(chǎn)量的主要漁業(yè)國(guó)[1]，可見(jiàn)海洋漁業(yè)尤其是海產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)我國(guó)糧食安全與營(yíng)養(yǎng)戰(zhàn)略保障的重要性。而隨著技術(shù)的進(jìn)步和人民生活需求的提升，“海洋牧場(chǎng)”這一新型的漁業(yè)模式迅速走進(jìn)人們的視野、為各國(guó)政府所重視并提倡。我國(guó)的傳統(tǒng)海洋牧場(chǎng)建設(shè)起始于1979年的廣西北部灣海域，但早期的海洋牧場(chǎng)局限于通過(guò)簡(jiǎn)單投放人工魚(yú)礁、增殖放流來(lái)增加漁獲量、滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)效益， 忽視了生態(tài)效益和社會(huì)效益。隨著漁業(yè)資源衰退問(wèn)題的日漸凸顯、社會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的空前重視，現(xiàn)代化海洋牧場(chǎng)的概念應(yīng)運(yùn)而生。現(xiàn)代化海洋牧場(chǎng)是集漁業(yè)資源養(yǎng)護(hù)、海洋生態(tài)環(huán)境優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展為一體的可持續(xù)海洋漁業(yè)生產(chǎn)方式[2]，能夠有效解決海產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)過(guò)度、近海環(huán)境污染嚴(yán)重等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。隨著國(guó)內(nèi)約178個(gè)海洋牧場(chǎng)示范區(qū)的火熱建設(shè)，到2025年我國(guó)海洋牧場(chǎng)涉及海域面積將突破2500km2。多參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、智能投喂設(shè)備等智能化的運(yùn)營(yíng)及維護(hù)系統(tǒng)則是保障這些現(xiàn)代化海洋牧場(chǎng)高效工作、合理運(yùn)行、科學(xué)養(yǎng)殖的關(guān)鍵手段。

1 海洋牧場(chǎng)智能運(yùn)維簡(jiǎn)介

1.1 定義

1.1.1 海洋牧場(chǎng)

海洋牧場(chǎng)[3]是通過(guò)人工魚(yú)礁、增殖放流等多種措施，改善海洋生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)漁業(yè)資源的繁育和養(yǎng)護(hù)，建設(shè)或恢復(fù)海洋生物的繁殖、生長(zhǎng)、覓食和庇護(hù)棲息地的一種基于海洋生態(tài)系統(tǒng)原理、可持續(xù)發(fā)展的漁業(yè)模式。通俗地說(shuō)，是將在陸地上養(yǎng)殖牛羊的傳統(tǒng)牧場(chǎng)轉(zhuǎn)移到海洋里，科學(xué)地、有計(jì)劃地養(yǎng)殖魚(yú)、蝦、貝等生物，主要分為增殖型、養(yǎng)護(hù)型、休閑型、種質(zhì)保護(hù)型、綜合型5類(lèi)[4]。

在實(shí)際操作中，人們首先需要根據(jù)養(yǎng)殖物種、地理?xiàng)l件、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益等要素綜合規(guī)劃布局、選定海域;其次，通過(guò)布置人工魚(yú)礁、種植藻類(lèi)、改造灘涂等手段，充分利用并修復(fù)、改善已有的自然海洋環(huán)境;再將經(jīng)過(guò)人工馴化或中間育成的生物種苗放流入海，增加種群數(shù)量、優(yōu)化水域漁業(yè)資源群落結(jié)構(gòu);最后，借助補(bǔ)充投喂、行為馴化、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方式科學(xué)養(yǎng)殖種苗，并適當(dāng)采捕[5]。既獲取了高質(zhì)高量的海產(chǎn)資源，也保護(hù)和改善了海域生態(tài)環(huán)境。

現(xiàn)代化海洋牧場(chǎng)（圖1和圖2[6-7]）則是在原有傳統(tǒng)海洋牧場(chǎng)的基礎(chǔ)上[8]，更加強(qiáng)調(diào)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代管理理論與方法，盡可能地使用機(jī)器替代人工以實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)營(yíng)與維護(hù)，引入物聯(lián)網(wǎng)、傳感、云計(jì)算等新技術(shù)，在運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)高度智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和可視化，從而建成具有更高生產(chǎn)效率、環(huán)境親和度和抗風(fēng)險(xiǎn)能力的新型海洋牧場(chǎng)[9]。

1.1.2 海洋牧場(chǎng)的智能運(yùn)維

智能運(yùn)維這一概念出自信息技術(shù)領(lǐng)域[10]，指基于已有的運(yùn)維數(shù)據(jù)（日志、監(jiān)控信息、應(yīng)用信息等），通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)的方式來(lái)進(jìn)一步解決自動(dòng)化運(yùn)維無(wú)法解決的問(wèn)題。在工程領(lǐng)域則一般表示利用先進(jìn)的檢測(cè)監(jiān)測(cè)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)手段，推動(dòng)運(yùn)維模式智能化升級(jí)，提高工程設(shè)備日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)、故障診斷的能力[11]。

在海洋牧場(chǎng)中，智能運(yùn)維指運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)（物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、通信、圖像識(shí)別、感測(cè)等），借助先進(jìn)工程裝備（智能投喂裝置、實(shí)時(shí)觀測(cè)網(wǎng)、深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖工船等），實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋牧場(chǎng)全方位、全過(guò)程、全覆蓋的數(shù)據(jù)采集、觀測(cè)監(jiān)測(cè)（水質(zhì)監(jiān)控、碳匯監(jiān)測(cè)等），提高日常運(yùn)營(yíng)能力、故障解決能力。

1.2 分類(lèi)

海洋牧場(chǎng)的智能運(yùn)維系統(tǒng)可以按功能分為以下4個(gè)模塊。

1.2.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集的目的是監(jiān)測(cè)，也是工程項(xiàng)目智能運(yùn)維的基本功能，但海洋牧場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集對(duì)象除了工程設(shè)備，更重要的是牧場(chǎng)環(huán)境和養(yǎng)殖對(duì)象。對(duì)于工程設(shè)備，運(yùn)維系統(tǒng)主要是對(duì)設(shè)備的工作狀態(tài)、健康情況和日常運(yùn)營(yíng)所必需的能源、飼料等消耗品的儲(chǔ)量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集;對(duì)于牧場(chǎng)環(huán)境，運(yùn)維系統(tǒng)主要是對(duì)海水中溫度、溶氧度、葉綠素、濁度、流速、pH 等水質(zhì)參數(shù)[12]進(jìn)行采集，甚至還需要監(jiān)測(cè)敵害生物的種群發(fā)展情況;對(duì)于養(yǎng)殖對(duì)象，運(yùn)維系統(tǒng)則需要對(duì)其生活習(xí)性、生長(zhǎng)情況、行為特征、環(huán)境適應(yīng)情況等進(jìn)行采集監(jiān)測(cè)。

1.2.2 數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)似于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，將所采集的數(shù)據(jù)通過(guò)四通八達(dá)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸、交互、匯總，便于下一步將數(shù)據(jù)處理[13]。智能運(yùn)維系統(tǒng)需要將單個(gè)海洋牧場(chǎng)各個(gè)類(lèi)別的數(shù)據(jù)整合到一起，并保證傳輸過(guò)程中的實(shí)時(shí)性和可靠性;同時(shí)也需要將各個(gè)海洋牧場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，聯(lián)通不同海域海洋牧場(chǎng)的水質(zhì)、生物信息，打破地域限制，方便對(duì)比差異和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理是海洋牧場(chǎng)智能運(yùn)維的關(guān)鍵與核心。該模塊首先接收各方不斷傳來(lái)的數(shù)據(jù)并將其儲(chǔ)存，再通過(guò)內(nèi)部的各子系統(tǒng)，借助大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、計(jì)算、分析、凝練，實(shí)現(xiàn)信息反饋、智能決策，并將有價(jià)值的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至云數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.2.4 智能行為

智能行為是海洋牧場(chǎng)智能運(yùn)維的最后一步，即做出智能化、無(wú)人化的行為。該行為決策由智能運(yùn)維系統(tǒng)在處理數(shù)據(jù)后判斷并下達(dá)，通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備執(zhí)行，往往是為了讓海洋牧場(chǎng)能夠在無(wú)人參與的情況下更好地運(yùn)作，例如科學(xué)投喂、適時(shí)發(fā)出預(yù)警、高效捕撈成魚(yú)、及時(shí)清潔網(wǎng)衣等。

2 海洋牧場(chǎng)智能運(yùn)維的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 關(guān)鍵設(shè)備及技術(shù)

2.1.1 多參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

多參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（圖3）通常由觀測(cè)子系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和能源系統(tǒng)3部分組成。其中，觀測(cè)子系統(tǒng)的主體是分布在水下及海氣界面的各類(lèi)觀測(cè)設(shè)備（高清攝像機(jī)、水質(zhì)儀、聲學(xué)多普勒水流剖面儀等）。通信系統(tǒng)分為兩種，一種是通過(guò)水面浮標(biāo)信號(hào)節(jié)點(diǎn)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至岸邊基站;另一種是借用海底電纜，與陸地控制中心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享。能源系統(tǒng)通常是將太陽(yáng)能電池板搭配鋰電池組布置在水面浮標(biāo)上或直接鋪設(shè)海底電力電纜，為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供電力。

目前多參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已在國(guó)內(nèi)絕大部分中大規(guī)模的海洋牧場(chǎng)應(yīng)用，海底電纜觀測(cè)站已在山東省廣泛實(shí)現(xiàn)[14]。除上述基本的靜態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)外，部分海洋牧場(chǎng)也在使用無(wú)人機(jī)、無(wú)人巡邏艇、水下機(jī)器人等動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備[15]。Chen等[16]提出以微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)為基礎(chǔ)，研制出低成本小型懸浮監(jiān)測(cè)器，呈條鏈狀、間隔懸掛于浮標(biāo)下方，部署組成“蜂群”式三維全方位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。劉一隆[17]開(kāi)發(fā)出能夠主動(dòng)調(diào)節(jié)浮力進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)的水面浮標(biāo)，并搭載北斗衛(wèi)星SN2P100MK 型通信終端模塊，實(shí)現(xiàn)浮標(biāo)小型化、低功耗、高性能的設(shè)計(jì)目標(biāo)。圖4展示了各類(lèi)觀測(cè)設(shè)備性能（實(shí)時(shí)性、移動(dòng)性）及成本的比較。

多參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)難題有：水聲波、電磁波的傳播易受復(fù)雜海況影響或衰減，觀測(cè)設(shè)備難以在復(fù)雜的海洋環(huán)境下實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期連續(xù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，需要頻繁維護(hù)或更替[18];圖像監(jiān)測(cè)、識(shí)別與分析技術(shù)不夠先進(jìn)[19]，難以實(shí)時(shí)全程跟蹤養(yǎng)殖對(duì)象的行為特征、饑飽狀態(tài)、成長(zhǎng)情況，無(wú)法為牧場(chǎng)運(yùn)營(yíng)及生物特性研究提供全面的數(shù)據(jù)支撐;成本高，高端傳感器基本依賴(lài)進(jìn)口，大多數(shù)小規(guī)模、單體海洋牧場(chǎng)只能對(duì)水溫、氧飽和度等基本的水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，難以實(shí)現(xiàn)全方位監(jiān)測(cè)。

2.1.2 智能預(yù)警系統(tǒng)

根據(jù)所監(jiān)測(cè)到的氣象數(shù)據(jù)、水質(zhì)數(shù)據(jù)、成像數(shù)據(jù)，基于漁業(yè)養(yǎng)殖機(jī)理和機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合的方法建立預(yù)警系統(tǒng)。預(yù)警模型需要通過(guò)線(xiàn)下大量事故數(shù)據(jù)訓(xùn)練，不斷優(yōu)化適應(yīng)性、提升事故預(yù)警準(zhǔn)確度[20]，實(shí)現(xiàn)對(duì)牧場(chǎng)零部件亞健康狀態(tài)、水域生態(tài)環(huán)境改變、養(yǎng)殖對(duì)象亞健康狀態(tài)的預(yù)警，避免養(yǎng)殖災(zāi)害發(fā)生。

我國(guó)預(yù)警系統(tǒng)發(fā)展較為滯后，大多數(shù)海洋牧場(chǎng)信息化低下，并且個(gè)體養(yǎng)殖戶(hù)一般也不會(huì)操作過(guò)于復(fù)雜的系統(tǒng)。張廣平等[21]、Hu等[22]也在積極研發(fā)各類(lèi)用于預(yù)報(bào)預(yù)警的手機(jī)程序，搭建直觀的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，為養(yǎng)殖戶(hù)提供便捷實(shí)用的預(yù)警服務(wù)。

預(yù)警系統(tǒng)的難點(diǎn)在于：監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不夠健全完善，難以提供全面實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，嚴(yán)重制約了預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)的發(fā)展;監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)綜合分析難度大，而精確的預(yù)警預(yù)報(bào)需要將各類(lèi)別數(shù)據(jù)進(jìn)行整合并多維度綜合分析，以便清晰得知海洋牧場(chǎng)的整體情況;信號(hào)傳輸帶寬有限，傳輸及處理速度低，預(yù)警不夠及時(shí)。

2.1.3 智能投喂裝備

智能投喂分為集中式和分布式。集中式智能投喂是指使用養(yǎng)殖工船（無(wú)人巡航船和普通人工駕駛工船）投飼，功率大、效率高但投喂成本也高，僅適用于大規(guī)模集群式海洋牧場(chǎng);分布式智能投喂是指在單個(gè)或相鄰的數(shù)個(gè)牧場(chǎng)上安裝固定式自動(dòng)投喂機(jī)，成本較低[23]。

目前歐美等工業(yè)現(xiàn)代化程度較高的國(guó)家，海洋牧場(chǎng)往往規(guī)模較大，適合采用集中式智能投喂;而國(guó)內(nèi)大型養(yǎng)殖戶(hù)較少，多數(shù)牧場(chǎng)使用的是分布式智能投喂。但分布式智能投喂的工作效率也是遠(yuǎn)高于人工，按估測(cè)，傳統(tǒng)漁業(yè)養(yǎng)殖每人最多可照看1.33hm2塘的投喂，而采用智能投喂系統(tǒng)后，每人可照看6.67hm2塘以上，非常適用于中小養(yǎng)殖戶(hù)，解放了養(yǎng)殖人的傳統(tǒng)勞作方式。

智能投喂設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)有：防腐密封技術(shù)，自動(dòng)投喂機(jī)位于海面上方，環(huán)境潮濕，常被波浪拍打，導(dǎo)致裝備易銹蝕且飼料易受潮變質(zhì);科學(xué)投喂技術(shù)，根據(jù)養(yǎng)殖對(duì)象的行為特征、生長(zhǎng)階段，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)投喂。

2.1.4 無(wú)人巡航設(shè)備

無(wú)人巡航設(shè)備包括無(wú)人艇、無(wú)人機(jī)、水下機(jī)器人（圖5）[24]，泛指海洋牧場(chǎng)中無(wú)人駕駛的巡航設(shè)備。無(wú)人巡航設(shè)備具有動(dòng)態(tài)補(bǔ)充監(jiān)測(cè)、智能投喂、水上巡邏、數(shù)據(jù)回傳、防止偷捕等多種作用[25]，應(yīng)用價(jià)值大，尤其是水下機(jī)器人的使用能夠避免潛水員作業(yè)的繁雜及危險(xiǎn)[26]。

目前國(guó)內(nèi)海洋牧場(chǎng)使用較多的是無(wú)人艇，無(wú)人機(jī)及水下機(jī)器人因?yàn)槌杀竞图夹g(shù)問(wèn)題應(yīng)用很少。無(wú)人巡航設(shè)備的研發(fā)難點(diǎn)有：①圖像識(shí)別與處理技術(shù)[27]，由于海況復(fù)雜、水體渾濁、光線(xiàn)較暗、傳輸路徑有限等問(wèn)題，最終獲得的圖像會(huì)有嚴(yán)重退化，且視頻信息量龐大，如何利用算法對(duì)圖像解混重構(gòu)、融合增強(qiáng)、提取特征、得出關(guān)鍵信息至關(guān)重要[28];②設(shè)備結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，即使海洋牧場(chǎng)一般離岸較近，也會(huì)有惡劣海況發(fā)生，無(wú)人巡航設(shè)備需要在安全性與經(jīng)濟(jì)性之間做出合理平衡;③低功耗無(wú)人裝備，供電問(wèn)題是遙控?zé)o人潛水器（ROV）、無(wú)纜水下機(jī)器人（AUV）等實(shí)現(xiàn)普遍應(yīng)用的巨大阻礙。

2.2 先進(jìn)示范工程

2.2.1 “深藍(lán)1號(hào)”養(yǎng)殖網(wǎng)箱

“深藍(lán)1號(hào)”養(yǎng)殖網(wǎng)箱（圖6）是中國(guó)首座自主研制的大型深遠(yuǎn)海全潛式鋼結(jié)構(gòu)養(yǎng)殖網(wǎng)箱，投產(chǎn)后在距青島120nmile的黃海養(yǎng)殖冷水魚(yú)，打破了我國(guó)三文魚(yú)依賴(lài)進(jìn)口的局面。在設(shè)計(jì)建造及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，該網(wǎng)箱先后攻克了網(wǎng)箱沉浮控制、鯊魚(yú)防護(hù)、魚(yú)群監(jiān)控等關(guān)鍵技術(shù)。漁場(chǎng)采用“1個(gè)中央綜合管理平臺(tái)+多個(gè)分布式網(wǎng)箱”的集群式養(yǎng)殖模式，便于集中布置運(yùn)維系統(tǒng)，節(jié)省運(yùn)維成本，推動(dòng)了海洋牧場(chǎng)的進(jìn)一步規(guī)?；?、信息化。

2.2.2 “國(guó)信1號(hào)”養(yǎng)殖工船

“國(guó)信1號(hào)”養(yǎng)殖工船（圖7）是世界首艘10萬(wàn)噸級(jí)智慧漁業(yè)大型養(yǎng)殖工船，船長(zhǎng)249.9m，含15個(gè)養(yǎng)殖艙，養(yǎng)殖水體近9萬(wàn)m3，被譽(yù)為“移動(dòng)的海洋牧場(chǎng)”。全船共有2108個(gè)子觀測(cè)點(diǎn)對(duì)養(yǎng)殖艙內(nèi)的水、氧、光、飼、魚(yú)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與集中控制，并與岸邊基站實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。船舶噸位大且有自航式移動(dòng)和錨泊固定兩種模式，可以根據(jù)養(yǎng)殖對(duì)象的生長(zhǎng)特性、海域水溫等環(huán)境因素、自然災(zāi)害情況靈活轉(zhuǎn)場(chǎng)，降低養(yǎng)殖損失、縮短養(yǎng)殖周期。

2.2.3 “耕海1號(hào)”綜合平臺(tái)

“耕海1號(hào)”綜合平臺(tái)（圖8）是全國(guó)首座綜合性的智能化大型現(xiàn)代生態(tài)海洋牧場(chǎng)綜合體平臺(tái)，由3個(gè)圓形網(wǎng)箱組合而成，不同網(wǎng)箱可以分別養(yǎng)殖不同魚(yú)類(lèi)，總養(yǎng)殖水體3萬(wàn)m3。平臺(tái)上設(shè)有多功能廳、直升機(jī)停機(jī)坪等裝置，可以實(shí)現(xiàn)休閑觀光、科普教育、海洋監(jiān)測(cè)等功能。平臺(tái)為實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)維，配有無(wú)人巡航船、水下機(jī)器人、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)投喂裝置、防碰撞系統(tǒng)等齊全的現(xiàn)代化設(shè)備，將物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)充分融入海洋牧場(chǎng)的建設(shè)中。其中智能投喂設(shè)備為避免不同網(wǎng)箱飼料混雜，在每個(gè)網(wǎng)箱周邊均間隔120°布置有3個(gè)投料口，每次投喂時(shí)根據(jù)所監(jiān)測(cè)到的海流方向及速度，從海水來(lái)流方向的投料口投喂，使得飼料順流而下時(shí)在該網(wǎng)箱內(nèi)停留充分時(shí)間以被魚(yú)群食用。

3 發(fā)展建議

3.1 落實(shí)政策傾斜，建立基礎(chǔ)設(shè)施

我國(guó)海洋牧場(chǎng)仍處于“野蠻生長(zhǎng)”階段，大部分養(yǎng)殖戶(hù)選擇建設(shè)傳統(tǒng)海洋牧場(chǎng)以謀取短期利益。但考慮到現(xiàn)代化海洋牧場(chǎng)的先進(jìn)性和其對(duì)自然環(huán)境的修復(fù)作用，政府應(yīng)在政策層面對(duì)現(xiàn)代化海洋牧場(chǎng)的建設(shè)及運(yùn)營(yíng)有所傾斜[32]。例如，開(kāi)通現(xiàn)代化海洋牧場(chǎng)項(xiàng)目的綠色審批渠道，簡(jiǎn)化海域申請(qǐng)流程，節(jié)約申請(qǐng)所需時(shí)間;對(duì)現(xiàn)代化海洋牧場(chǎng)減免一定的稅費(fèi)和海域使用金，減少現(xiàn)代化海洋牧場(chǎng)的前期投入成本[33]，鼓勵(lì)引導(dǎo)海洋牧場(chǎng)的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型。同時(shí)，政府也需實(shí)時(shí)跟蹤牧場(chǎng)的選址與布局，提供更具有全局觀的建議，加強(qiáng)對(duì)其的配套管理。

海洋牧場(chǎng)實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)維的前提是配備相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施，而中小型養(yǎng)殖戶(hù)難以承擔(dān)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)費(fèi)用。針對(duì)此問(wèn)題，政府應(yīng)該統(tǒng)籌建設(shè)海底觀測(cè)網(wǎng)系統(tǒng)、飼料投喂船等公用基礎(chǔ)設(shè)施，服務(wù)于民、降低養(yǎng)殖戶(hù)建設(shè)智能運(yùn)維系統(tǒng)的成本。尤其是發(fā)展大功率能源轉(zhuǎn)換技術(shù)、長(zhǎng)程輸電技術(shù)，推動(dòng)建成標(biāo)準(zhǔn)化長(zhǎng)生命周期海底大型觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，不僅能為海洋牧場(chǎng)的智能運(yùn)維提供基礎(chǔ)，也對(duì)國(guó)防安全、環(huán)境保護(hù)大有裨益。目前我國(guó)已在東海、南海等海域啟動(dòng)小型海底觀測(cè)網(wǎng)的建設(shè)[34]，但距離美國(guó)、日本等海洋強(qiáng)國(guó)的國(guó)家級(jí)全覆蓋海底觀測(cè)網(wǎng)仍有不小差距。

3.2 擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，促進(jìn)資源共享

我國(guó)國(guó)家級(jí)海洋牧場(chǎng)示范區(qū)的智能運(yùn)維水平普遍較高，與此形成鮮明對(duì)比的是個(gè)體養(yǎng)殖戶(hù)建設(shè)的傳統(tǒng)海洋牧場(chǎng)，體量小、投入低，全憑人工開(kāi)展運(yùn)維，智能化程度極低。對(duì)此政府在統(tǒng)籌規(guī)劃牧場(chǎng)建設(shè)時(shí)，需學(xué)習(xí)美國(guó)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，鼓勵(lì)建設(shè)大型海洋牧場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)海洋牧場(chǎng)的機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化運(yùn)營(yíng)，使得智能運(yùn)維系統(tǒng)成本在海洋牧場(chǎng)建設(shè)總成本中的占比降低。

同時(shí)引導(dǎo)中小養(yǎng)殖企業(yè)簽署合作協(xié)議，在共用同片海域的基礎(chǔ)上共享智能運(yùn)維設(shè)備，而非惡性競(jìng)爭(zhēng)、爭(zhēng)奪海洋資源。例如，共建共用海底觀測(cè)設(shè)備、岸邊基站、無(wú)人巡邏船等，從而擴(kuò)大單個(gè)智能運(yùn)維系統(tǒng)的覆蓋面，降低單個(gè)企業(yè)在智能運(yùn)維中的投入成本，互利共贏?；蛲苿?dòng)成立漁業(yè)合作社、聯(lián)合漁民散戶(hù)，由企業(yè)指導(dǎo)合作社建設(shè)海洋牧場(chǎng)、裝備智能化運(yùn)維系統(tǒng)并收購(gòu)成魚(yú)[35]，實(shí)現(xiàn)資源整合、改造傳統(tǒng)牧場(chǎng)。

3.3 發(fā)展交叉學(xué)科，重視自主研發(fā)

海洋牧場(chǎng)不僅是投資密集型產(chǎn)業(yè)，更是技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和先進(jìn)的技術(shù)裝備是海洋牧場(chǎng)智能運(yùn)維的發(fā)展根本。海洋牧場(chǎng)智能運(yùn)維涉及的學(xué)科領(lǐng)域廣泛，包括生物學(xué)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、氣象水文、海洋物理等。在此情況下，想要獲得全面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并綜合分析、智能決策，就務(wù)必要搭建學(xué)科合作平臺(tái)，邀請(qǐng)各學(xué)科科研工作者密切交流、深入合作，打破學(xué)科界限。

目前我國(guó)海洋牧場(chǎng)的智能運(yùn)維系統(tǒng)并不能做到完全國(guó)產(chǎn)化，尤其是海洋觀測(cè)設(shè)備較為落后[36-37]，需要從德國(guó)等地進(jìn)口，導(dǎo)致設(shè)備需要重新調(diào)參后才能適用于我國(guó)海域，并且維護(hù)不夠方便、成本也高。所以必須盡快做到獨(dú)立掌握核心技術(shù)，根據(jù)我國(guó)水文特點(diǎn)研發(fā)海洋監(jiān)測(cè)設(shè)備，使其能夠在復(fù)雜的海洋環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，推動(dòng)智能運(yùn)維系統(tǒng)全面國(guó)產(chǎn)化，不再受制于人。

3.4 優(yōu)化漁業(yè)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)運(yùn)維

為提高經(jīng)濟(jì)效益、打造市場(chǎng)品牌、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，海洋牧場(chǎng)應(yīng)著重發(fā)展海珍品養(yǎng)殖、水產(chǎn)品深加工、稀有魚(yú)種培育等產(chǎn)業(yè)。例如，“深藍(lán)1號(hào)”養(yǎng)殖網(wǎng)箱使得國(guó)內(nèi)大規(guī)模養(yǎng)殖三文魚(yú)成為現(xiàn)實(shí)，一舉打破了我國(guó)三文魚(yú)依賴(lài)進(jìn)口的局面;山東煙臺(tái)立足長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研合作，已注冊(cè)多個(gè)海珍品商標(biāo)，成功打造地域品牌;挪威三文魚(yú)出口額占該國(guó)水產(chǎn)品出口總額的66%，廣東湛江、廣西北海大力發(fā)展深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖金鯧魚(yú)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

在給定的海域養(yǎng)殖單一魚(yú)類(lèi)，在一定程度上有利于海洋牧場(chǎng)的智能運(yùn)維。海洋牧場(chǎng)需針對(duì)養(yǎng)殖對(duì)象的生活習(xí)性、工作海域的海況特征開(kāi)展精細(xì)化運(yùn)維，精準(zhǔn)控制飼料投喂量、及時(shí)自動(dòng)清理網(wǎng)箱附著物、開(kāi)展精細(xì)化預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)，推進(jìn)信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化養(yǎng)殖，甚至搭建數(shù)字孿生平臺(tái)，使得牧場(chǎng)狀態(tài)直觀可視化。在將來(lái)，精細(xì)運(yùn)維還將致力于以養(yǎng)殖個(gè)體為對(duì)象，根據(jù)個(gè)體的成長(zhǎng)狀況制定不同的養(yǎng)殖方案，做到精細(xì)養(yǎng)殖、精細(xì)管理，為養(yǎng)殖對(duì)象提供“私人管家”式服務(wù)。

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