Даследаванне прымянення датчыкаў растворанага кіслароду ў дакладнай аэрацыі

I. Перадгісторыя праекта: праблемы і магчымасці інданезійскай аквакультуры

Інданезія з'яўляецца другім па велічыні вытворцам аквакультуры ў свеце, і гэтая галіна з'яўляецца найважнейшай апорай яе нацыянальнай эканомікі і харчовай бяспекі. Аднак традыцыйныя метады вядзення сельскай гаспадаркі, асабліва інтэнсіўнае земляробства, сутыкаюцца са значнымі праблемамі:

• Рызыка гіпаксіі: у сажалках з высокай шчыльнасцю дыханне рыб і раскладанне арганічных рэчываў спажываюць вялікую колькасць кіслароду. Недастатковая колькасць растворанага кіслароду (РК) прыводзіць да запаволення росту рыб, зніжэння апетыту, павышэння стрэсу і можа выклікаць маштабнае ўдушша і смяротнасць, што прыводзіць да разбуральных эканамічных страт для фермераў.
• Высокія выдаткі на энергію: Традыцыйныя аэратары часта працуюць ад дызельных генератараў або электрасеткі і патрабуюць ручнога кіравання. Каб пазбегнуць начной гіпаксіі, фермеры часта выкарыстоўваюць аэратары бесперапынна на працягу доўгага часу, што прыводзіць да велізарнага спажывання электраэнергіі або дызельнага паліва і вельмі высокіх эксплуатацыйных выдаткаў.
• Экстэнсіўнае кіраванне: Апора на ручны вопыт для ацэнкі ўзроўню кіслароду ў вадзе, напрыклад, назіранне за тым, ці рыба «задыхаецца» на паверхні, вельмі недакладная. Да таго часу, як назіраецца задыханне, рыба ўжо знаходзіцца ў моцным стрэсе, і пачынаць аэрацыю ў гэты момант часта позна.

Для вырашэння гэтых праблем у Інданезіі прасоўваюцца інтэлектуальныя сістэмы маніторынгу якасці вады на аснове тэхналогіі Інтэрнэту рэчаў (IoT), прычым датчык растворанага кіслароду адыгрывае ключавую ролю.

II. Падрабязнае даследаванне канкрэтнага выпадку прымянення тэхналогіі

Месцазнаходжанне: Сярэднія і буйныя фермы па вырошчванні тылапіі або крэветак у прыбярэжных і ўнутраных раёнах астравоў за межамі Явы (напрыклад, Суматра, Калімантан).

Тэхнічнае рашэнне: Разгортванне інтэлектуальных сістэм маніторынгу якасці вады, інтэграваных з датчыкамі растворанага кіслароду.

1. Датчык растворанага кіслароду — «орган пачуццяў» сістэмы

• Тэхналогія і функцыі: выкарыстоўвае аптычныя флуарэсцэнтныя датчыкі. Прынцып прадугледжвае пласт флуарэсцэнтнага фарбавальніка на кончыку датчыка. Пры ўзбуджэнні святлом пэўнай даўжыні хвалі фарбавальнік флуарэсцыруе. Канцэнтрацыя растворанага кіслароду ў вадзе гасіць (памяншае) інтэнсіўнасць і працягласць гэтай флуарэсцэнцыі. Вымяраючы гэта змяненне, можна дакладна разлічваць канцэнтрацыю растворанага кіслароду.
• Перавагі (у параўнанні з традыцыйнымі электрахімічнымі датчыкамі):
  • Не патрабуе абслугоўвання: няма неабходнасці замяняць электраліты або мембраны; інтэрвалы каліброўкі працяглыя, што патрабуе мінімальнага абслугоўвання.
  • Высокая ўстойлівасць да перашкод: менш успрымальны да перашкод ад хуткасці патоку вады, серавадароду і іншых хімічных рэчываў, што робіць яго ідэальным для складаных асяроддзяў сажалак.
  • Высокая дакладнасць і хуткая рэакцыя: забяспечвае бесперапынныя, дакладныя дадзеныя аб раствораным кіслотным растворы ў рэжыме рэальнага часу.

2. Інтэграцыя сістэмы і працоўны працэс

• Збор дадзеных: датчык растворанага кіслотнага раствора пастаянна ўсталёўваецца на крытычнай глыбіні ў сажалцы (часта ў зоне, найбольш аддаленай ад аэратара, або ў сярэднім пласце вады, дзе ўзровень растворанага кіслот звычайна самы нізкі), кантралюючы значэнні растворанага кіслотнага раствора 24/7.
• Перадача дадзеных: датчык адпраўляе дадзеныя па кабелі або бесправадной сувязі (напрыклад, LoRaWAN, сотавая сетка) на рэгістратар дадзеных/шлюз, які працуе на сонечнай энергіі, на беразе сажалкі.
• Аналіз дадзеных і інтэлектуальнае кіраванне: шлюз утрымлівае кантролер, папярэдне запраграмаваны верхнімі і ніжнімі парогамі растворанага кіслотнага раствора (напрыклад, пачатак аэрацыі пры 4 мг/л, прыпынак пры 6 мг/л).
• Аўтаматычнае выкананне: Калі дадзеныя аб раствораным кіслотным газе ў рэжыме рэальнага часу апускаюцца ніжэй за ўстаноўленую ніжнюю мяжу, кантролер аўтаматычна ўключае аэратар. Ён выключае аэратар, як толькі раствораны кіслотны газ аднаўляецца да бяспечнага верхняга ўзроўню. Увесь працэс не патрабуе ручнога ўмяшання.
• Дыстанцыйны маніторынг: усе даныя адначасова загружаюцца на воблачную платформу. Фермеры могуць дыстанцыйна кантраляваць стан растворанага кіслароду і гістарычныя тэндэнцыі кожнага сажалкі ў рэжыме рэальнага часу праз мабільнае прыкладанне або панэль кіравання камп'ютара і атрымліваць SMS-апавяшчэнні аб умовах нізкага ўзроўню кіслароду.

III. Вынікі і каштоўнасць прымянення

Укараненне гэтай тэхналогіі прынесла рэвалюцыйныя змены інданезійскім фермерам:

1. Значнае зніжэнне смяротнасці, павышэнне ўраджайнасці і якасці:
   • Кругласутачны дакладны маніторынг цалкам прадухіляе гіпаксічныя падзеі, выкліканыя начнымі гадзінамі або рэзкімі зменамі надвор'я (напрыклад, спякотным, ціхім днём), рэзка зніжаючы смяротнасць рыбы.
   • Стабільнае асяроддзе з раствораным кіслародам зніжае стрэс рыб, паляпшае каэфіцыент канверсіі корму (FCR), спрыяе больш хуткаму і здароваму росту і, у канчатковым выніку, павялічвае ўраджайнасць і якасць прадукцыі.
2. Істотная эканомія энергіі і эксплуатацыйных выдаткаў:
   • Пераключае рэжым працы з «кругласутачнай аэрацыі» на «аэрацыю па патрабаванні», скарачаючы час працы аэратара на 50–70 %.
   • Гэта непасрэдна прыводзіць да рэзкага зніжэння выдаткаў на электраэнергію або дызельнае паліва, значна зніжаючы агульныя выдаткі на вытворчасць і паляпшаючы прыбытковасць інвестыцый (ROI).
3. Забяспечвае дакладнасць і інтэлектуальнае кіраванне:
   • Фермеры вызваляюцца ад працаёмкай і недакладнай задачы пастаянных праверак сажалкі, асабліва ўначы.
   • Рашэнні, заснаваныя на дадзеных, дазваляюць больш навукова планаваць кармленне, лекі і абмен вады, што спрыяе сучаснаму пераходу ад «фермерскай гаспадаркі, заснаванай на вопыце», да «фермерскай гаспадаркі, арыентаванай на дадзеныя».
4. Пашыраныя магчымасці кіравання рызыкамі:
   • Мабільныя абвесткі дазваляюць фермерам неадкладна ведаць пра адхіленні і рэагаваць дыстанцыйна, нават калі яны не знаходзяцца на месцы, што значна паляпшае іх здольнасць кіраваць раптоўнымі рызыкамі.

IV. Праблемы і перспектывы на будучыню

• Праблемы:
  • Пачатковыя інвестыцыйныя выдаткі: Пачатковыя выдаткі на датчыкі і сістэмы аўтаматызацыі застаюцца істотнай перашкодай для дробных індывідуальных фермераў.
  • Тэхнічная падрыхтоўка і ўкараненне: Неабходна навучыць традыцыйных фермераў змяняць старыя практыкі і навучыцца карыстацца абсталяваннем і абслугоўваць яго.
  • Інфраструктура: Стабільнае электразабеспячэнне і пакрыццё сеткі на аддаленых астравах з'яўляюцца неабходнымі ўмовамі для стабільнай працы сістэмы.
• Перспектывы на будучыню:
  • Чакаецца, што выдаткі на абсталяванне будуць працягваць зніжацца па меры развіцця тэхналогій і дасягнення эфекту маштабу.
  • Субсідыі і праграмы прасоўвання ад урадаў і няўрадавых арганізацый (НДА) паскораць укараненне гэтай тэхналогіі.
  • Будучыя сістэмы будуць інтэграваць не толькі раствораны кіслот, але і датчыкі pH, тэмпературы, аміяку, каламутнасці і іншыя, ствараючы комплексны «падводны Інтэрнэт рэчаў» для сажалак. Алгарытмы штучнага інтэлекту дазволяць цалкам аўтаматызаваць, інтэлектуальна кіраваць усім працэсам аквакультуры.

Выснова

Ужыванне датчыкаў растворанага кіслароду ў інданезійскай аквакультуры — гэта вельмі паказальная гісторыя поспеху. Дзякуючы дакладнаму маніторынгу дадзеных і інтэлектуальнаму кіраванню, яно эфектыўна вырашае асноўныя праблемы галіны: рызыку гіпаксіі і высокія выдаткі на энергію. Гэтая тэхналогія ўяўляе сабой не проста мадэрнізацыю інструментаў, але і рэвалюцыю ў філасофіі сельскай гаспадаркі, якая ўстойліва рухае інданезійскую і сусветную аквакультуру да больш эфектыўнай, устойлівай і інтэлектуальнай будучыні.