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設(shè)備與工具
世界糧農(nóng)組織的文件指出，在水產(chǎn)養(yǎng)殖中使用人工智能技術(shù)可以大大改進這一四千年前發(fā)展起來的做法的許多方面。如今，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)的水產(chǎn)品幾乎占世界日益增長的人口所消費水產(chǎn)品的一半。它是世界上增長最快的糧食生產(chǎn)部門之一，對全球糧食供應(yīng)和經(jīng)濟增長做出了決定性的貢獻。
據(jù)聯(lián)合國國際貿(mào)易管理局報告，全球水產(chǎn)養(yǎng)殖市場價值為 2,040 億美元，預(yù)計到 2026 年底將達到 2,620 億美元。
撇開經(jīng)濟評估不談，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)要想有效發(fā)展，就必須盡可能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。2030 年議程》中的 17 個目標(biāo)都提到了水產(chǎn)養(yǎng)殖，這絕非巧合；此外，就可持續(xù)性而言，漁業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖管理是與藍色經(jīng)濟最相關(guān)的方面之一。
為了改善水產(chǎn)養(yǎng)殖并使其更具可持續(xù)性，人工智能以及機器人和無人機等一些相關(guān)技術(shù)可以提供很大幫助。
人工智能的應(yīng)用和益處多種多樣：利用人工智能，可以監(jiān)測各個方面（水質(zhì)、溫度、養(yǎng)殖物種的總體狀況等），還可以對養(yǎng)殖基礎(chǔ)設(shè)施進行全面檢查和維護--這也要歸功于機器人和無人機。
然而，我們才剛剛開始：多種應(yīng)用可用于動物和養(yǎng)殖生物的福祉，并保證它們生活的環(huán)境的最佳條件。
什么是水產(chǎn)養(yǎng)殖？
水產(chǎn)養(yǎng)殖是指魚類、甲殼類動物和水生植物的繁殖、管理和收獲。如前所述，這是一種古老的做法，埃及文明和古代中國都曾采用過。時至今日，水產(chǎn)養(yǎng)殖已成為一種生產(chǎn)食品和其他商業(yè)產(chǎn)品、恢復(fù)棲息地和補充野生資源的系統(tǒng)，有助于保護和發(fā)展受威脅（如果不是瀕臨滅絕）的魚類和水生物種。
隨著人們對魚類產(chǎn)品需求的增加，技術(shù)使得在沿海海域和公海種植食物成為可能（但除了海水養(yǎng)殖，還有淡水養(yǎng)殖），因此它不僅成為環(huán)境財富的來源，也成為經(jīng)濟財富的來源。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計，2018 年，世界水產(chǎn)養(yǎng)殖魚類產(chǎn)量達到 8210 萬噸，水生藻類產(chǎn)量 3240 萬噸，貝殼和觀賞珍珠產(chǎn)量 2.6 萬噸，總產(chǎn)量達到 1.145 億噸，創(chuàng)歷史新高。2018 年水生動物養(yǎng)殖以魚類為主，超過 5400 萬噸，價值近 1400 億美元。
在歐洲，水產(chǎn)養(yǎng)殖在沿海和河流地區(qū)發(fā)揮著重要作用，2020 年該行業(yè)的銷售量達到 120 萬噸，營業(yè)額達到 39 億歐元。該行業(yè)直接雇用了約 5.7 萬人，為約 1.4 萬家公司工作，其中大部分是小型家族企業(yè)。
歐盟 67% 的水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)集中在意大利、法國、希臘和西班牙。
歐盟委員會指出： "水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展是共同漁業(yè)政策的主要目標(biāo)之一。水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)也被'歐洲綠色交易'視為食品和飼料中'低碳'蛋白質(zhì)的來源"。
為此，在水產(chǎn)養(yǎng)殖中使用人工智能可以做出決定性的貢獻?？紤]到歐盟水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)在環(huán)境可持續(xù)性方面最重要的方面涉及評估、監(jiān)測和限制水產(chǎn)養(yǎng)殖活動對環(huán)境的影響。
人工智能用于水產(chǎn)養(yǎng)殖：應(yīng)用案例
算法和人工智能方法在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用得益于技術(shù)的實質(zhì)性和多層次發(fā)展。想想物聯(lián)網(wǎng)、云和 5G 網(wǎng)絡(luò)，它們現(xiàn)在能以幾年前無法想象的速度收集、傳播和處理數(shù)據(jù)。
目前，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)正在評估和采用人工智能，以提高飼料效率、生物量估算、生長監(jiān)測、早期疾病檢測、環(huán)境監(jiān)測和控制，并降低勞動力成本。利用現(xiàn)代傳感器和處理技術(shù)，現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的許多常規(guī)任務(wù)都可以在減少人員和改善動物福利條件的情況下完成。
考慮一下深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用：中國臺灣國立清華大學(xué)工程系 James C. Chen 教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊采用了預(yù)先訓(xùn)練好的深度學(xué)習(xí)模型，對石斑魚養(yǎng)殖場進行視覺分析。 通過計算智能對水下魚類的異常外觀或狀態(tài)進行高級識別，并采取額外的隔離措施，從而能夠報告異常情況，減少魚類病理傳染的危險。
實驗結(jié)果表明，預(yù)訓(xùn)練模型對石斑魚三種不同類型的異常外觀進行分類的平均準(zhǔn)確率接近 99%。
同樣，由印度班加羅爾大學(xué)人工智能和機器學(xué)習(xí)教授 Narayana Darapaneni 協(xié)調(diào)的一個研究小組也開發(fā)出了一套疾病爆發(fā)早期檢測系統(tǒng)，以幫助小型養(yǎng)魚戶。該系統(tǒng)依靠水下攝像機或傳感器獲取圖像，并通過云傳輸進行處理。一旦數(shù)據(jù)被訓(xùn)練有素的人工智能模型分類和分析，由于采用了現(xiàn)代化的連接方式，周轉(zhuǎn)時間可以縮短到幾分鐘，每天可以對幾個或更多的養(yǎng)殖場進行評估。
機器人幫助魚類和貝類養(yǎng)殖
與水產(chǎn)養(yǎng)殖中人工智能的使用相結(jié)合，機器人可以為可持續(xù)發(fā)展做出重要貢獻。在這方面，最近在加拿大，海洋超級集群宣布了 200 萬美元的 ARCAP（水產(chǎn)養(yǎng)殖自主機器人能力項目），旨在為水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域創(chuàng)建一個完整的自主系統(tǒng)，使用自主水下航行器和自主水面船只提供有價值的數(shù)據(jù)。魚類的健康狀況、數(shù)量、大小，以及提供有關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施和水質(zhì)的信息。
除該項目外，還將啟動第二個項目，即“水產(chǎn)養(yǎng)殖圍欄目視評估項目”（已獲得15萬美元的資助）。其中，研究團隊將為Aqua2自主水下航行器開發(fā)視覺評估功能，實現(xiàn)對水產(chǎn)養(yǎng)殖網(wǎng)欄及其內(nèi)魚類的自主觀察、監(jiān)測和評估。
在歐洲，仍然以水產(chǎn)養(yǎng)殖機器人為主題，我們重點介紹由挪威創(chuàng)新公司 Remora Robotics 創(chuàng)建的機器人，該機器人用于清潔和檢查魚類圍欄，同時收集有用的數(shù)據(jù)。它完全由電力驅(qū)動，是防止生物污垢的理想手段，即防止微生物、植物、藻類在海洋基礎(chǔ)設(shè)施上不必要的積累。此外，持續(xù)監(jiān)控可以防止網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)任何異常情況。借助可用于監(jiān)測環(huán)境的傳感器，可以進行分析并提供有關(guān)網(wǎng)絡(luò)狀況和隨時間變化的趨勢的詳細(xì)信息，從而實現(xiàn)預(yù)防性維護。
依靠清潔的漁網(wǎng)可以獲得更好的水流、更高的氧氣含量和適當(dāng)?shù)臏囟龋@些因素有助于改善水質(zhì)和魚類的生活條件。
未來：利用無人機、激光雷達和群體機器人進行精準(zhǔn)水產(chǎn)養(yǎng)殖
水產(chǎn)養(yǎng)殖中人工智能技術(shù)的采用為展望該行業(yè)的未來創(chuàng)造了條件，越來越傾向于使用數(shù)字技術(shù)來提高產(chǎn)量并為養(yǎng)殖生物物種改善生活條件做出貢獻，同時也它們所處的環(huán)境。據(jù)報道，人工智能用于監(jiān)測和分析各種來源的數(shù)據(jù)，例如水質(zhì)、魚類健康和環(huán)境條件。不僅如此：它還被用來開發(fā)群體機器人解決方案。另一項有前景的水產(chǎn)養(yǎng)殖管理技術(shù)是群體機器人，它涉及使用自主機器人協(xié)同工作以實現(xiàn)共同目標(biāo)。在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面，這些機器人可用于監(jiān)測和控制水質(zhì)、檢測疾病和優(yōu)化生產(chǎn)。它還可用于自動化收割過程，降低勞動力成本并提高效率。
傳感器，以及攝像頭和基于的平臺on AI是以色列初創(chuàng)公司 GoSmart 使用的成分，該公司利用人工智能和機器學(xué)習(xí)使養(yǎng)魚業(yè)更加高效高效且可持續(xù)。更具體地說，它開發(fā)了完全自主且節(jié)能的系統(tǒng)，尺寸緊湊，可以連接到網(wǎng)箱、池塘或水產(chǎn)養(yǎng)殖池。
基于邊緣人工智能平臺，這些系統(tǒng)分析現(xiàn)場環(huán)境中魚類的平均重量和種群分布，并溫度和氧氣水平。然后，該信息通過 GoSmart 的軟件即服務(wù)傳遞給用戶。它可以幫助水產(chǎn)養(yǎng)殖者更準(zhǔn)確、更高效地實時確定喂魚和收獲魚的最佳量和時間。
GoSmart 目前正在訓(xùn)練其系統(tǒng)來分析魚類行為和疾病指標(biāo)，增強其目前確定魚類重量、種群分布、溫度和氧氣水平的能力。
還有無人機的使用這使我們成為水產(chǎn)養(yǎng)殖戶的寶貴盟友。
它們配備了攝像頭和傳感器，可以從上方監(jiān)控水產(chǎn)養(yǎng)殖場并測量溫度、pH、溶解氧和濁度等水質(zhì)參數(shù)。
除了監(jiān)控之外，它們還可以配備適當(dāng)?shù)脑O(shè)備，以精確的時間間隔分發(fā)飼料，從而優(yōu)化飼喂實踐。
配備攝像頭的無人機和計算機視覺技術(shù)可以幫助監(jiān)督環(huán)境，控制植物或其他“外來”物種的繁殖“，監(jiān)測天氣狀況，還可以識別潛在污染源并評估水產(chǎn)養(yǎng)殖作業(yè)對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的影響。
疾病暴發(fā)的早期診斷對于水產(chǎn)養(yǎng)殖至關(guān)重要。配備熱像儀的無人機可以識別水溫的變化，這可以作為可能的病理狀況的指標(biāo)。最后，它們可用于阻止可能對水產(chǎn)養(yǎng)殖構(gòu)成潛在威脅的鳥類和其他害蟲。如今，還可以使用LIDAR（光探測和測距）技術(shù)作為航空掃描的替代方案。配備這種技術(shù)的無人機使用激光測量距離并創(chuàng)建底層土地（或者在本例中為水）的詳細(xì) 3D 地圖，可以為水產(chǎn)養(yǎng)殖的未來提供進一步的盟友。事實上，他們可以提供非侵入性且經(jīng)濟高效的解決方案來收集魚類種群的精確、實時數(shù)據(jù)。
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