Latvijas zinātnieku jaunās izstrādes akvakultūrā

Oktobra sākumā Zivsaimniecības sadarbības tīkla pasākumu ietvaros organizētajā seminārā kā lektors uzstājās Rīgas Tehniskās universitātes asociētais profesors Dr. sc. ing. Dmitrijs Pikuļins, lai pasākuma dalībniekus iepazīstinātu ar jaunu inovāciju projektu akvakultūrā – “Ūdens kvalitātes monitoringa un dīķsaimniecību pārvaldības jaunās paaudzes kiberfizikālās infrastruktūras izstrāde akvakultūras objektu produktivitātes paaugstināšanai”.

Projekts realizēts ar Eiropas Jūrlietu un zivsaimniecības fonda atbalstu sadarbībā ar biedrību “Latvijas Vēžu un zivju audzētāju asociācija”. Lai informētu arī “Zivju Lapas” lasītājus par paveikto, aicināju zinātnieku uz sarunu.

– Kas motivēja jūs uzsākt darbu šīs inovācijas izstrādē akvakultūrā?

– Palielinoties pasaules iedzīvotāju skaitam, strauji pieaug arī pieprasījums pēc pārtiku nodrošinošo sistēmu produktivitātes pieauguma, kas noteikts ar ierobežotu zemes un ūdens resursu pieejamību. Vairāku dekāžu laikā īpašs uzsvars tiek likts uz zivju audzēšanas nozares attīstību, kurā produkcijas skaita pieaugums ik gadu sasniedz 5–8%. Tomēr, paaugstinot zivju audzēšanas intensitāti, nākas rēķināties arī ar daudziem blakusefektiem, tajā skaitā ūdens kvalitātes pasliktināšanos.

Ūdens kvalitāte ir viens no svarīgākajiem faktoriem, kas ietekmē  zivju audzēšanu un kas tiešā veidā nosaka zivju barošanos, augšanu, veselību un mirstību.

Klasiski zivju audzētāji veic ūdens kvalitātes uzraudzību, izmantojot tirgū pieejamos portatīvos mērītājus vai arī periodiski izmanto attiecīgo laboratoriju pakalpojumus. Minētās metodes pieprasa papildus resursu piesaistīšanu, kā arī neļauj sekot līdzi straujām ūdens kvalitātes izmaiņām, kas rezultātā noved pie būtiskiem zaudējumiem.

– Tātad jūsu plānos bija automatizēt klasisko ūdens kvalitātes mērījumu procesu?

– Arī tas, bet kopējais mērķis bija nedaudz plašāks. Mūsdienās aizvien populārāks kļūst t. s. Lietu internets, kas iekļauj sevī ideju apkopot informāciju par visu apkārt esošu procesu, iekārtu, lietu stāvokli un parametriem vienā vietā, lai varētu veikt nevis tikai monitoringu, bet arī komplicētu inteliģentu datu apstrādi. Lietu interneta fizisko slāni veido milzum daudz bezvadu sensoru, kas ir apvienoti intelektuālos tīklos, nodrošinot saskaņotu datu vākšanu un nosūtīšanu. Šie sensori ļauj veikt dažādu sistēmā ietilpstošo komponenšu parametru nolasīšanu reālā laikā, nogādājot tos glabāšanai attiecīgā serverī vai arī mākonī.

Viena no Lietu interneta tehnoloģisko risinājumu pielietošanas sfērām ir arī akvakultūra. Tā iespējams veidot gudrās datu vākšanas sistēmas, kas automātiski iegūst un pārsūta svarīgākos datus par kritiskiem ūdens kvalitātes rādītājiem, ļaujot bez papildu personāla iesaistīšanas  veikt reālā laikā ūdens kvalitātes parametru monitoringu, garu periodu laikā iegūto datu analīzi, mašīnapmācības metožu pielietošanu utt.

– No kādām komponentēm sastāv jūsu sistēma?

– Tā iekļauj sevī:

* modulārus devēju mezglus, kas tiek izvietoti ūdenstilpēs un spēj pārraidīt datus par svarīgākiem ūdens kvalitātes parametriem (izšķīdušais skābeklis, temperatūra, pH, ORP, vadītspēja) attālumos līdz 10 km;

* atsevišķos vadības mezglus,kas tiek pieslēgti aeratoriem, ļaujot veikt aeratoru automātisko attālināto vadību;

* serveri, kurā dati tiek glabāti, apstrādāti un attēloti.

Izstrādātais programmnodrošinājums ļauj pilnībā digitalizēt visu dīķsaimniecības pārvaldības pasākumu reģistrēšanu, attēlošanu, uzskaiti. Saimniecisko aktivitāšu attēlošana līdztekus ūdens kvalitātes parametriem ļauj laikus ietekmēt pārvaldības procesu negatīvo ietekmi uz zivīm un operatīvi reaģēt.

– Kādi rezultāti bija gaidāmi?

– Projekta realizācijas laikā izstrādātā sistēma ļautu sasniegt dīķsaimniecību produktivitātes pieaugumu, veicot savstarpēji saistītu parametru uzraudzību un atbilstošo pasākumu realizēšanu:

* svarīgāko ūdens kvalitātes rādītāju kontrole;

* uz reālā laikā iegūtiem datiem balstītu resursu optimālu pārvaldību (mēslojums, barība, aerācija utt.);

* slodzes samazināšana personālam, pateicoties procesu automatizēšanai;

* operatīva reaģēšana uz parametru izmaiņām (piemēram, ūdens piesārņojumu), ļaujot novērst iespējamo katastrofu un saglabāt zivju resursus.

– Kur un kā notika sistēmas testēšana?

– Sistēmas testēšana norisinājās no 2021. gada sākuma līdz oktobrim dīķsaimniecībā “Pērtnieki”, kurā tika izvietoti 6 mobilie sensoru mezgli, kas ļauj reālā laikā sekot līdzi ūdens temperatūrai, izšķīdušā skābekļa, pH, oksidēšanas-reducēšanas potenciāla līmeņiem un citiem parametriem. Tika uzstādīti arī divi aeratori ar atbilstošiem attālinātās vadības moduļiem, kas ļauj veikt iekārtu automātisku ieslēgšanu/izslēgšanu ūdenī, izšķīdušā skābekļa līmenim izejot ārpus pieļaujamām robežām.

Sensoru mezgli tika uzstādīti dažāda tipa dīķos ar izmēriem līdz 10 ha. Lielākos dīķos tika uzstādīti divi mezgli, lai pārbaudītu, kā ūdens kvalitātes parametrus ietekmē ūdens plūsma. Testēšanas laikā, izmantojot izstrādāto programmatūru, tika veikt regulāra ūdens parametru pārbaude. No tehniskā viedokļa tika pārbaudīta: sistēmas spēja strādāt autonomi no mazā saules paneļa, izveidotās konstrukcijas ūdensnecaurlaidība, izvēlētās radio pārraides tehnoloģijas lietojamība lielo platību uzraudzībai, devēju spēja saglabāt mērījumu precizitāti ilgstošos laika periodos.

Šī perioda laikā tika uzkrāti gan dati par ūdens kvalitātes parametriem, gan arī nenovērtējamā pieredze šāda tipa sistēmu uzstādīšanā un arī uzturēšanā. Testēšanas laikā spējām nodrošināt gandrīz nepārtrauktu sistēmas darbību, notestējām arī iekārtu attālinātu ieslēgšanu-izslēgšanu un citu funkcionalitāti.

Ilgstošās testēšanas laikā tika veiktas arī vairākas programmatūras modifikācijas: ļaujot nodrošināt iekārtas zemā enerģijas patēriņa režīmu un funkcionēšanu pat apmākušās dienās; pievienojot lietotāja interfeisam arī manuālo aeratora ieslēgšanas funkciju, pilnveidojot iekārtu un saimniecību pārvaldības parametrus u. c.

Runājot par testēšanu, gribētu īpaši pateikties vienmēr pozitīvi noskaņotajam un radošajam Georgijam Jevsikovam, kurš bija ļoti pretimnākošs un atsaucīgs, nodrošinot ideālus testēšanas apstākļus, operatīvi reaģējot uz mūsu lūgumiem un atbalstot visos iespējamos veidos!

– Kā ar tām lietām, kuras nevar automatizēt – putnu postījumi devēju mezgliem, kas tiek izvietoti ūdenstilpēs; devēju apaugšana ar mikroorganismiem?

– Testēšanas laikā sākotnēji bija problēmas ar putniem, kuri pievērsa paaugstinātu uzmanību jauniem objektiem dīķos – mūsu sensoru mezgliem. Tomēr to izdevās atrisināt, izmantojot tirgū pieejamās putnu tapas (bird spikes).

Kas attiecas uz devējiem, tie tiešām prasa regulāru apkopi – tīrīšanu no apaugumiem ne retāk kā reizi mēnesī stāvošā ūdenī un reizi 2–3 mēnešos caurplūdes ūdenstilpēs. Ņemot vērā izveidotās konstrukcijas modularitāti, tas neprasa īpašas prasmes un nesagādās grūtības lietotājam. Atgādinājumu par sistēmas apkopes nepieciešamību iespējams integrēt arī lietotāja interfeisā. 

– Kāda bija sadarbības partnera iesaiste projektā?

– Projekts tika realizēts sadarbībā ar biedrību “Latvijas Vēžu un zivju audzētāju asociācija”, kura ļoti aktīvi iesaistījās visos procesos.

   Pirmkārt, no LVZAA tika iesaistīts konsultants Jānis Baltačs, kurš sniedza nepieciešamu atbalstu un konsultācijas saistībā ar programmatūras daļas arhitektūras izstrādi, padomus par iespējamām lietotāja interfeisa realizācijām, sistēmā iekļaujamo dīķsaimniecības pārvaldības pasākumu kopumu utt. Jānis sniedza konsultācijas par eksperimentāli iegūto datu potenciālo izmantošanu, sistēmas parametru pieskaņošanu un potenciāliem testējamo komponenšu darbības uzlabojumiem, piemērojot tās reāliem darba apstākļiem. Tāpat Jānis nodrošināja kontaktus ar LVZAA biedriem, informējot viņus par projekta aktivitātēm un nodrošinot atgriezenisku saiti ar profesionāliem zivju audzētājiem, kuri novērtēja iekārtas pielietojamību un arī sniedza rekomendācijas iekārtas uzlabošanai un optimizēšanai.

Otrkārt, LVZAA nodrošināja testēšanas apstākļus dažādas konfigurācijas dīķos.

– Kādi ir tālākie sistēmas attīstības plāni?

– Patlaban sistēmas testēšana ir noslēgusies. Būs nepieciešams apkopot iegūtos datus un pieredzi, definēt iespējamos sistēmas uzlabojumus, kas padarītu to drošāku, vienkāršāku un arī lētāku. Ir arī uzņēmums, kas gatavs pārņemt mūsu iestrādes un komercializēt sistēmu, piedāvājot to plašā tirgū kā gatavu produktu.  

– Paldies par paveikto, vēlam sekmes turpmākajā darbībā!

Noslēgumā  Georgijam Jevsikovam, dīķsaimniecības “Pērtnieki”  pārstāvim, pavaicāju viņa vērtējumu. Georgijs bija konkrēts savos spriedumos un īsā telefona sarunā teica: ”Iekārta laba un to īpaši vajag tām saimniecībām, kuras bieži veic ūdens monitoringu intensīvas zivju audzēšanas gadījumā, piemēram, foreļu audzēšanā, kur skābekļa daudzums ūdenī ir būtisks.”

Jānis Kravalis,
LLKC Zivsaimniecības nodaļas projektu vadītājs