中國深水網箱養殖科技專利情報分析與對策研究

岳冬冬 ，王魯民 ，方海 ，曹坤 ，阮雯 ，紀煒煒

（1.中國水產科學研究院東海水產研究所農業部遠洋與極地漁業創新重點實驗室，農業部東海漁業資源開發利用重點實驗室，上海 200090；2.中國水產科學研究院，北京 100141）

網箱養殖是中國水產養殖業的重要方式之一。與普通網箱相比，深水網箱具有生產水域更為開闊、水產品品質更好、科技水平更高等特點，尤其是在創新、協調、綠色、開放、共享的發展理念指引下，深水網箱的應用范圍會進一步推動與擴大。一般而言，深水網箱主要應用于海水養殖領域，但是，大型水庫等設施的水深特點具備應用深水網箱的條件，也為其進一步發展提供了新空間。目前，中國深水網箱養殖生產主要應用于海洋。與挪威、日本等水產養殖發達國家相比[1-3]，中國深水網箱生產發展較晚，1998年海南率先引進挪威的HDPE浮式深水網箱而被行業視為起點[4]。經過20年的發展，通過國家、省部等各級各類科技專項經費的支持，在深水網箱數字化設計技術、裝備自動控制技術、數字化管理技術以及大型魚類網箱養殖技術等方面取得了重要進展[5]。

為積極發展深水網箱養殖業，國務院發布《國務院關于促進海洋漁業持續健康發展的若干意見》（國發〔2013〕11號），明確提出了“推廣深水抗風浪網箱，拓展海洋離岸養殖和集約化養殖”；農業部發布《全國漁業發展第十三個五年規劃（2016-2020年）》，提出“積極發展外海深水抗風浪網箱養殖等生態健康養殖模式”。可見，深水網箱養殖已經成為中國發展現代海洋農業的有效途徑。隨著漁業科技創新步伐的不斷加快，極大地迎合了拓展發展空間的產業實際需求，大型養殖工船和平臺[6]逐步被人們所了解而投入生產實踐。其中養殖工船“魯嵐漁養61699”計劃在2017年底或2018年初向市場提供養殖水產品[7]。在國家相關支持政策的推動下，2017年可稱為中國深水網箱裝備爆發式發展的重要年份，其中海洋漁場1號成功交付[8]、Hexbox C15-35K和HexboxC30-75K智能化坐底式網箱的成功簽約[9]等項目的實施，對促進中國智能深水網箱養殖平臺發展發揮了重要作用。但是，上述進展與國外發達的網箱裝備技術和養殖管理水平緊密聯聯。中國深水網箱養殖平臺的核心技術研發現狀以及未來趨勢是迫切需要回答的問題。為此，本研究在統計分析中國深水網箱養殖生產效率的基礎上，通過檢索深水網箱相關專利技術，以分析中國深水網箱養殖平臺的技術理念差距，并提出相關對策及建議。

1 深水網箱養殖生產效率

據2007—2017年《中國漁業統計年鑒》數據顯示[10]，2007年全國深水網箱養殖產量為4.08萬t，到2017年預計提高至13.50萬t，約增長330.98%；2007年全國深水網箱養殖體積為604.25×104m3，到2017年預計增加至1 218.46×104m3，約增長201.65%。中國深水網箱單位養殖水體產量見表1。注：深水網箱養殖產量、面積僅含海水水域；*表示當年單產數據未計算；2017年產量、面積指標數據為預測數，下同

圖1 全國深水網箱養殖效率變化趨勢Fig.1 Changes in the volume efficiency of deep-water net cage aquaculture in China

表1 2007—2017年中國深水網箱養殖生產效率/kg·m-3Tab.1 The efficiency of deep-water net cage aquaculture in China from 2007 to 2017

從單位養殖水體積產量指標來看，廣東省和福建省的養殖效率最高，單產指標穩步提升，其中福建省單產從2007年的7.93 kg/m3提高到2017年的36.79 kg/m3，增長了463.82%；廣東省單產水平從2007年的1.03 kg/m3提高到2017年的32.92 kg/m3，增長3 202.80%。山東省單產水平與全國平均水平相當，單產從2007年的6.30 kg/m3提高到2017年的11.43 kg/m3，增長181.29%。其他省份單產水平則相對較低，其中浙江省2007—2017年平均單產水平僅為3.61 kg/m3。全國深水網箱單產水平如圖1所示。

由圖1可知，在2007—2017年，全國深水網箱養殖效率大致可以分為3個階段：一是2007—2011年，單產水平經歷一次波峰，時長為5年，2009年單產峰值水平達到13.11 kg/m3；二是2011—2015年，單產水平經歷一次波峰，時長為5年，2013年單產峰值水平達到17.79 kg/m3；三是2015—2017年，單產水平相對穩定，基本保持在11 kg/m3以上。從2015—2017年的單產水平可見，深水網箱養殖業發展已經更加注重質量與效益。2016年12月，農業部發布《全國漁業發展第十三個五年規劃（2016—2020年）》指出，要“積極發展外海深水抗風浪網箱生態健康養殖模式”，將其作為水產養殖轉型升級推進工程的重要建設內容之一。加快推進水產養殖綠色發展是落實漁業供給側結構性改革的重要舉措。深水網箱養殖以提供優質、安全水產品為發展目標，較好地契合了水產養殖轉型升級的總要求，養殖生產主體逐步擯棄過去高密度投苗、注重數量產出的落后發展方式，在保持深水網箱養殖水體體積穩定增長的情況下，產量保持平穩增長。據《中國漁業統計年鑒》數據顯示，2015—2017年深水網箱養殖水體體積增長率分別為10.30%和18.01%，同期產量增長率也基本一致，分別為10.74%和15.33%，未出現養殖水體體積和產量的“過山車式”增長，既保障了產業合理發展規模，又保護了養殖主體的生產效益。

2 深水網箱養殖科技發展現狀與趨勢

為促進中國沿海省份大力發展深水網箱養殖業，國家和地方先后通過國家科技攻關計劃、國家“863”計劃、國家科技支撐計劃、農業部科技跨越計劃和省級重大科技興海項目等，為深水網箱裝備研發提供了科技支撐。在上述科技計劃的支持下，產生了大量有關深水網箱裝備與技術的科研成果，其中專利是重要組成部分。截至2018年3月23日在北京市知識產權公共信息服務平臺（www.beijingip.cn），在中國專利范圍內的主題詞中檢索“深水網箱”，，共檢索獲取了208件專利申請信息，初步梳理了中國深水網箱專利技術布局與發展趨勢。

2.1 專利申請量與專利類型

國家從“十五”時期開始專項支持深水網箱裝備與技術研發，2001年專利申請量為5件，之后申請量下降，至2006年僅有1件申請；2007年申請量達到10件，之后又下降，從2010年申請量開始快速攀升，2013年申請量達到峰值32件，從2014年開始申請量又略有下降，但申請量仍高于20件/年的水平（圖2）。

圖2 全國深水網箱專利申請量變化趨勢Fig.2 The trend of changes in patent applications of deep-water net cages in China

在208件深水網箱專利申請中，發明專利為118件，占總數的56.73%；實用新型專利為90件，占總數的43.27%。不同類型專利申請年份分布如圖3所示。

圖3 全國不同類型深水網箱專利申請量變化趨勢Fig.3 The trend of changes in different types of patent applications of deep-water net cages in China

2.2 研發主體與技術領域分析

深水網箱專利申請人共出現223次（包括單位和個人），平均每件專利申請人數量為1.07，其中8個申請人出現頻次超過5次，合計頻次為123次，占總申請人頻次的55.16%。“中國水產科學研究院南海水產研究所”和“浙江海洋學院”是主要的專利技術創造者，專利申請人出現頻次為74次，占比為33.18%。深圳深水網箱科技有限公司、煙臺仁達自動化裝備科技有限公司等企業不是深水網箱專利申請的主體，出現頻次僅14次，占比為6.28%（表2）。

表2 全國深水網箱專利主要專利申請人與頻次Tab.2 Major patent applicants and frequency in patent applications of deep-water net cages in China

從深水網箱專利申請對應的IPC分類號含義來看，其中A01K 61/00的數量最多，占總申請量的56.25%，如果加上A01K 61/10，占比達到64.90%；在喂飼裝置領域，涉及A01K 61/02和A01K 61/80，占比為6.25%；養殖裝備的固定設備A01K 61/65的占比為2.40%；智能控制系統G05B 19/418的占比為1.92%。主要技術領域如表3所示。

表3 全國深水網箱專利主要技術領域與含義Tab.3 Main technical fields and meaning in patent applications of deep-water net cages in China

表4 全國深水網箱專利技術主要發明人與頻次Tab.4 Major inventors and frequency in patent applications of deep-water net cages in China

2.3 主要發明人與地域分析

發明人是指對發明創造的實質性特點作出創造性貢獻的人，分析主要發明人可以了解“深水網箱”技術研發領域創新者以及該領域的科技貢獻者。第一發明人出現頻次超過3的發明人認為是該技術領域的主要技術創新者，統計結果見表4。

“深水網箱”專利申請人涉及13個省份，但專利申請主要集中在廣東省和浙江省，其中廣東省的申請量最高，擁有76件專利申請；其次為浙江省，申請量為63件，上述2省占比為66.83%（表5）。

2.4 技術布局發展趨勢

從法律狀態角度分析，208件專利申請中，進入公共領域[11]的專利申請量為93件，占比為44.71%；截止檢索日，仍受專利權保護的專利申請為75件，占比為36.06%；審查中的專利申請在一定程度上反映了該領域的未來技術布局趨勢，數量為40件，占比為19.23%。在審查中的專利類型均為發明專利，所處的IPC分類號及頻次見表6所示。

表5 全國深水網箱技術專利中各省份專利申請量Tab.5 Patent applications in different provinces in patent applications of deep-water net cages in China

利用人工分類的方法，對審中專利的技術特征進行標記和分類，40件審中專利的技術特征如表7所示。

與網箱有關的技術特征包括：網箱系統（網箱框架）、海洋牧場智能網箱、網箱與錨泊系統、移動網箱、網衣等，專利申請數為16件，占40%；錨泊技術特征包括：錨泊系統、錨泊受力測試，專利申請數量6件，占15%；養殖方法與對象包括：立體養殖、許氏平Sebastes schlegeli養殖、對蝦養殖、黃斑籃子魚養殖、黃姑魚和刺參養殖、金鯧魚養殖、銀鯧Pampus argenteus養殖和魚類生長預測，專利申請數量10件，占25%；智能控制系統包括：投飼系統、收捕系統、水質監控、網衣清洗，專利申請數量8件，占20%。

3 深水網箱養殖科技智能化差距與對策

3.1 生產案例-世界首座半潛式大型智能漁業養殖平臺

2017年6月3日，由中船重工武昌船舶重工集團下屬的湖北海洋工程裝備研究院有限公司建造的世界首座半潛式大型智能漁業養殖平臺-“海洋漁場1號”成功交付給挪威薩爾瑪集團[12]。該裝備配備了全球最先進的三文魚智能養殖系統、自動化保障系統和高端深海運營管理系統，其中智能養殖系統包括魚種投放系統、攝食系統等；自動化保障系統包括漁網自清潔系統、死魚收集系統等；高端運營管理系統包括自適應升降系統、深海定位系統等，是典型的智能水產養殖模式。

信息感知與獲取：該系統安裝了2萬余個傳感器，100余個水下水上監控設備和100余個生物光源，可實現飼料供應、環境監測、養殖對象行為識別的智能化。水上水下監測系統可以持續監控魚的行為、分布密度，以及飼料密度分布、魚的逃逸等情況，可以檢測水溫、鹽度、溶解氧含量和海流速度，所有數據由K-CHIEF自動化系統顯示在集控臺和手機等終端設備上，方便用戶掌控網箱內的實況；水下燈則可以通過燈束影響魚的生長和密集度，確保魚快速增長，飼料利用合理。

表6 全國深水網箱技術專利中IPC分類布局趨勢Tab.6 IPC classification layout trend in patent applications of deep-water net cages in China

表7 全國深水網箱專利中技術特征分布情況Tab.7 Technical characteristics distribution in patent applications of deep-water net cages in China

數據處理與分析：“海洋漁場1號”配備了自動化控制系統，智能養殖技術能實現單次養殖100萬尾以上、養殖量達5 000t。該養魚平臺的旋轉門系統有別于其他已建和在建養殖裝備，是智能化的末端執行裝置，通過傳感器和監控設備提供的信息，判斷漁網清洗、活魚自動驅趕和捕捉等時機。

科學決策：電腦控制投喂系統。電腦的投喂決策由溫度、潮流、溶氧、飼料傳感器（飼料余量）、攝像機系統（魚類行為）和噴料狀態等信息經養殖管理軟件綜合分析決定并發出各項指令，養殖管理軟件是投餌系統的決策中心。根據視頻監控系統中顯示的魚體規格，根據綜合市場價格、養殖成本等信息決定收獲時間。

3.2 深水網箱養殖科技發展差距

對中國深水網箱養殖相關專利的檢索結果以及與深水網箱先進裝備技術的對比發現，中國深水網箱裝備與科技在信息感知與獲取、數據處理與分析、科學決策等方面與世界一流水平存在一定差距[13]。

3.2.1 信息感知與識別度不高

雖然目前已經初步具備了用傳感器、攝像裝備監測與監視深水網箱養殖環境狀態的技術，但在不同規格、形狀網箱結構傳感器與視頻監視設備的布設技術、數據傳輸的抗干擾能力、以及不同監視系統之間的集成性等尚存不足，導致現有監視、監測數據單獨可用，但集成使用效率低下等問題。

3.2.2 數據處理與分析能力有待提高

深水網箱養殖環境和生物信息的可視化、數字化感知僅是初步階段，綜合分析才是關鍵，但目前針對中國深水網箱主要養殖對象、養殖裝備、養殖環境的行為監視、生理生化指標、飼養投喂、裝備質量與維修等基礎技術支撐不足，尚未形成科學規范的程序與標準，仍需要憑借大量的經驗與人工確認，未能實現高度自動化和智能化，監測數據的分析能力還有待提高。

3.2.3 科學決策的路途仍然較長

深水網箱已經發展到高度智能化的階段，其產生的巨大產業變革和經濟效益將逐漸顯現，與挪威“一條魚”的產業鏈條發展模式尚有較大差距。目前重視養殖過程的技術研發與應用，而對于產業鏈末端的市場、價格等信息融合度不夠，容易產生有產量無效益，有市場而無產量的波動偏差模式，仍然不能擯棄傳統養殖注重產量的發展特點，形成以市場為核心的現代生產經營模式。

3.3 深水網箱養殖產業科技發展對策

3.3.1 深化提升智能深水網箱養殖核心技術

感知技術是智能養殖系統的核心，利用傳感器、視頻監控等技術，開展多技術融合的水產養殖感知技術研究，重點開展智能養殖環境傳感器技術的研究，解決在智能養殖中對水溫、溶解氧、pH、氨、氮、水位、硝酸鹽、氯化物等水環境指標以及氣溫、光照、氣壓、濕度等大氣環境指標監測，實現對養殖區域的立體、全覆蓋、高精度的動態實時監測；利用遙感監測技術，從不同尺度感知水產養殖區域的分布特點，提高水產養殖統計信息的準確性和養殖規劃的針對性；開展養殖對象的生長、生理變化規律的研究，建立不同養殖模式下智能養殖水質控制、飼料投喂與攝食、主要養殖對象生長等數學模型。開展多參數傳感器、自組織通信網絡等關鍵技術研究，提升傳感器的精度和穩定性，以及感知數據傳輸效率和質量。智能養殖控制系統在存儲感知體系數據基礎上，結合智能養殖最優生產方案生成法、智能設備控制參數或核心模塊刷新等技術，根據系統設定參數運行，直至按照專家系統指示重新調整管理系統參數或結束全部養殖過程。

3.3.2 建立智能深水網箱養殖漁業數據分析中心

以物聯網技術為信息獲取基礎，建設深水網箱養殖專題數據庫，整合生產感知數據、市場貿易數據、價格信息以及需求信息等監測內容，開展深水網箱養殖大數據應用，重點研發水質控制、飼料投喂等智能控制設備、智能養殖系統監測值、數學模型模擬值、智能設備控制程序；開展深水網箱養殖水產品供需預測預報技術研究。針對近海、外海、遠海及水庫等水域生態系統的名特優養殖產品開展應用示范。針對“一帶一路”沿線國家水域環境、水產養殖特征，開展數據挖掘技術研究，支撐水產養殖“走出去”戰略的實施。

3.3.3 構建智能深水網箱養殖漁業標準體系

按照效率優先原則，與國家漁業數據共享平臺建立數據協調機制，突出特色與側重點，形成數據交換、采集技術規范與銜接機制。以智能深水網箱養殖需求為導向，按照信息感知、數據傳輸、數據存儲、數據庫開發、數據共享、數據服務、信息通信等領域，制定技術規范與標準體系。開展已有數據資源轉換技術研究，提高數據共享交換的可達性。

3.3.4 構建智能深水網箱養殖漁業信息安全體系

加強大數據環境下的網絡安全技術研究，落實智能深水網箱養殖漁業信息安全等級保護、風險評估等網絡安全制度，建立健全大數據安全保障體系。建立智能深水網箱養殖漁業大數據安全評估體系。切實加強關鍵信息基礎設施安全防護，做好大數據平臺及服務商的可靠性及安全性評測，明確智能深水網箱養殖漁業相關數據采集、傳輸、存儲、使用、開放等各環節保障網絡安全的范圍邊界，切實加強商業秘密等信息的保護。深化網絡安全防護體系和態勢感知能力建設，增強網絡空間安全防護和安全事件識別能力，開展智能深水網箱養殖漁業數據平臺安全監測和預警通報工作。

4 結語

深水網箱養殖是漁業綠色發展的重要途徑和方向。2016年12月8日，國家海洋局與科技部聯合印發《全國科技興海規劃（2016年～2020年）》，提出要“開發離岸深水養殖智能化、機械化裝備和技術”。這是對現有深水網箱發展提出的新要求——智能化發展。2016年12月28日，農業部發布《農業部辦公廳關于加快推進漁業信息化建設的意見》（農漁發〔2016〕40號），對智慧水產養殖的要求為“應用水體環境實時監控、自動增氧、餌料自動精準投喂、水產養殖病害監測預警、循環水裝備控制、網箱升降控制、無人機巡航等信息技術和裝備，全面提升陸基工廠、網箱和工程化池塘養殖的信息化水平。”加強深水網箱的智能化裝備研發是今后科技攻關的重點領域，在網箱設計、養殖方法、投飼系統、收捕系統、網衣清潔、智能決策等方面[14]實現技術成果熟化與應用，不斷縮小與挪威等發達國家的技術差距，形成適合中國水域與生產主體應用的具有自主知識產權的深水網箱智能化應用系統解。