CN106998670A - 多阶段整合超密集虾生产系统 - Google Patents

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Abstract

一种虾养殖方法，其中所有生长阶段和基本操作都被模块化和整合以形成由定制设计的网络物理平台控制的多阶段同步超密集虾生产系统。模块化部件包括：后期幼体培育模块，长大生产模块，循环水产养殖系统(RAS)模块，饲料分配模块以及由与人机接口模块(HIM)整合的可编程逻辑控制器(PLC)组成的调节元件。

Description

多阶段整合超密集虾生产系统
相关申请
不适用。
联邦资助研究
在本发明的开发中没有使用联邦资金。
联合研究协议
不适用。
序列表
不适用。
背景技术
水产养殖正处于十字路口。面对提高单位面积生产率的压力，水产养殖有机会从他人的错误中学习并采取可持续的管理实践。这个年轻产业的长期成功和经济可行性取决于与其当前全球需求驱动的爆发性扩张并行的旨在解决疾病、废物和饲料三重可持续发展挑战的创新和解决方案。世界范围的虾生产实践是不可持续的，因为：
·气候和地理限制
·生态限制-土地破坏
·饲料问题-鱼粉含量
·劳工虐待和社会动荡
·虾类疾病-急性肝胰腺坏死综合征(APNS)或早期死亡综合征(EMS)，桃拉(Taura)病毒，白斑病毒(WSSV)，由真菌导致的肝肠孢子虫(EHP)等
·人体健康问题(包括禁用化学品和抗生素的饲料添加剂)
·加工-卫生程序或者说缺乏卫生程序
·支持当地食品的运动和生活方式
承上所述，虾是美国最喜欢消费的海产品。然而，国内需求与国内供应之间存在巨大差距，这导致对进口虾产品的依赖和日益增长的联邦贸易逆差。除了进口到美国的虾的数量问题外，进口虾的质量可能会低于国内生长的虾，并且具有在某些进口产品中发现存在抗生素残留物的人体健康问题。美国食品和药物管理局负责检查进口到美国的海产品，但该机构只能检查进入美国市场的一小部分产品。
鉴于虾产品的联邦贸易逆差不断增加，以及对食品安全的担忧，存在迫切的理由来支持美国虾养殖业。由于对环境污染、疾病传播、生产成本和气候问题的担忧，使用传统方法扩大美国虾养殖业是不可行的。传统上，虾已经在沿海池塘中养殖，其中使用流经的水进行交换来保持可接受的水质。然而，流入水可成为病毒性虾病原体的载体，并且池塘流出水会不利地影响沿海水质。另外，扩大沿海地区的虾养殖场可能导致多种用途的冲突，并且由于虾对温水的要求，传统的虾养殖场限制于较南的纬度(Moss，SM，“ShrimpAquaculture”，The Research,Education,and Economics Information System(REEIS)ofthe U.S.Department of Agriculture(USDA)，Oceanic Institute Makapuu Point，2010年8月1日，Web，2012年7月31日)。
关于陆基产业化虾养殖的可持续性，其在约三十多年前随着陆基水产养殖的引进(特别是东南亚和拉丁美洲地区)发生了巨变。考虑到海产品用于出口而不是当地使用，水产养殖过程从传统的小规模低环境冲击的生产方式转变为产业化大规模高环境冲击的生产方式。随着产业扩展到国际市场，对自然环境的破坏率和对当地社区的相关不良后果加快。生态足迹呈对数增加，随之而来的是破坏。伴随环境破坏而来的是疾病的发生：桃拉(Taura)病毒，白斑病毒(WSSV)，传染性皮下和血液坏死病毒(IHNNV)，由细菌导致的急性肝胰腺坏死综合征(APNS)或早期死亡综合征(EMS)，以及由真菌导致的肝肠孢子虫(EHP)等。
美国的虾养殖历史既短暂又不稳定。在三十年前美国展示了以产业规模养殖太平洋白虾(凡纳滨虾)的可行性，随着这一发展，虾养殖在20世纪80年代初在美国变得商业上可行，且直到21世纪初生产水平保持增加。实现在美国广泛扩散养殖的第一种技术是单阶段半密集池塘模式，其中从孵化场获得的后期幼体直接投放到池塘中。使用该过程可以实现5-10MT/ha/收成的生产率。但是，由于气候条件，每年只能产生一次收成。因此，美国的虾养殖在经济上相对于每年多次收成是常态的热带地区不具竞争力。这导致了自21世纪初开始美国的虾养殖生产迅速下降。虾生产实际上转移到了海外。如今美国每年消耗>600,000吨虾。野生捕捞和养殖虾满足<3％的美国需求。美国虾进口价值在2014年攀升了67％。国内水产养殖满足“<1％”的美国消费。
尽管在热带地区进行虾生产似乎存在优势，但是也存在明显的问题。热带地区的生产是不可持续的，它也有悖于支持当地食品的运动。世界各地越来越多的人们不信任他们的食物来源，因为生产受到不惜任何代价的青睐，即使这意味着掺杂有害化学品或不卫生的加工工艺。除了不信任之外，还认识到应当以可持续的方式生产食品，而目前的技术并不反映这种推动力。
十多年前认识到，鉴于美国的需求，变革是至关重要的。美国联邦政府和与墨西哥湾和大西洋南部地区接壤的州政府支持研究开发使美国农民能够与热带地区的全年生产竞争的新技术。大体而言，必须开发和实施新技术。
任何技术开发必须适应地理和气候要求，即应当尽量最小化对陆地的利用，并且虾生长所必需的环境改造(温度)不能是能量密集的。实现这些的唯一方式就是将生产置于室内，即在诸如封闭仓库的结构内。这转而允许生产更接近消费者，无论这些人是美国人还是世界上任何其他公民。然而，在室内简单地复制池塘生长的条件是不可接受的，因为仓库结构将必须是巨大的，即占地许多英亩(公顷)，并且是能量密集的。为了最小化上述问题，已考虑到垂直养殖技术。
堆叠沟道中的垂直养殖的描述可以追溯至至少1973年。Durwood Duggar指出KingJames在20世纪80年代使用堆叠沟道养殖虾(Duggar,D.，标题为“Intensive ShrimpProduction Economic Challenges”，BioCepts International，Inc.，Web，2011年9月29日)。甚至在此之前，Ron Wulff和Durwood Duggar在1973年为Ralston PurinaMariculture Research Center的密集虾生产工作开发了一种堆叠沟道系统。除了虾养殖以外，至少自2001年开始已实施了在堆叠沟道中使用浅至10cm的水进行超密集鱼养殖的鱼类水产养殖(Oiestad V.，“Hyper-Intensive Fish Farming,Shallow Raceways SaveSpace,Water”，Global Aquaculture Alliance，Web，2001)。尽管描述了水产养殖的垂直堆叠，但仍然存在如何将这样的节省空间模式纳入工业生产和实践中的挑战。还有待解决的是节能问题，结构工程问题，饲料分配、溶解氧、温度、水质的保持，以及如何在保持控制的同时整合过程。用本发明解决了这些问题，其中虾生产的基本操作被模块化和整合以形成由定制设计的网络物理平台控制的多阶段同步超密集虾生产系统，所述平台通过嵌入生产子单元模块、再循环水产养殖系统(RAS)模块和饲料分配模块的传感器采集数据，以允许通过耦合反馈环控制和与人机接口模块(HIM)整合的可编程逻辑控制器(PLC)通信的一个或多个设备装置，以便保持虾的同步生产周期的水产养殖环境。
发明内容
本公开一般涉及将包括培育场、堆叠生产组件、水再循环水产养殖系统(RAS)和饲料分配设备的模块化部件与计算机控制设备一起设计和整合成同步操作的多阶段超密集虾生产系统，允许每年12至17个生产周期(收成)。整合系统设计成消除从蓄养后期幼体(“PLs”)时直到完成生长收获虾时固有存在的生产限制，由此最大化产量。
任何生产模式的核心是系统可以支持的每单位面积的承载能力或生物量。研究表明虾可以在浅水箱中以4kg/m2的生物量持续地生长。当该限制应用于单阶段生产系统(如陆基池塘、箱或沟道)时，生长周期结束时的生物量是可以生产多少虾的决定因素。所以，尽管最初可以蓄养成千上万的后期幼体并且仍然不超过4kg/m2的生物量，但是承载能力将迅速被超过并且系统将崩溃。多阶段同步生产系统减轻该约束，原因是系统的承载能力在生产周期的任何阶段或时期，即从蓄养到收获，都未被超过。
从保守的角度操作，在图1和表1中呈现了基于～3kg/m2的生物量和多阶段生产周期的许多可能的虾生产模式之一。在该模式中，使用四个阶段。在实践中，通过将后期幼体蓄养到培育场中执行阶段1，其中它们在～1个月中生长到幼龄阶段(0.7-1g)(表1)。通过将幼龄虾转移到生产模块的生产子单元#1(或称为沟道)执行阶段2。当生物量开始超过系统的承载能力时，即在生长～4周后，通过在生产子单元#2和#3之间均匀再分虾来减小虾密度(阶段3)。转移通过重力实现，即连接管安装在生产子单元#1和#2或子单元#1和#3之间。悬浮在水中的虾通过重力从上级生产子单元(即，#1)移动到下级#2或#3生产子单元。对建立同步生产周期不可或缺的是，只要#1被清空，就用从培育场转移的幼龄虾补充以便重新启动周期。
在额外～4周之后，#2和#3的承载能力已被超过。不能仅通过将内容物再分到#4和#5中减少虾生物量。应当考虑下一阶段的承载能力或生物量。在每月周期结束时每只虾的重量将显著增加。在该情况下，虾数量应当减少。在该情况下通过将子单元3的内容物均匀分到子单元4和5中减少虾数量。类似地将子单元2的虾内容物均匀分到子单元6和子单元7中。在额外时期(即～4周)之后，重量为～26g的虾从子单元4、5、6和7被收获并且可以被提供用于出售。
替代地，可以采用五阶段模式(参见图2)。在该模式中，通过将后期幼体蓄养到培育场中执行阶段1，其中它们在～1个月中生长到幼龄阶段(0.7-1g)。通过将幼龄虾转移到生产模块的生产子单元#1执行阶段2。与上述的四阶段模式同样的情况适用于五阶段模式，即当生物质开始超过系统的承载能力时，即在生长～4周后，应当减小虾密度。这通过在生产子单元#2和#3之间均匀再分虾来实现(阶段3)。在额外～4周之后，#2和#3的承载能力将再次被超过。不能简单地通过将#2和#3的内容物转移到#4和#5减少虾数量，原因是在短时期内#4和#5的承载能力将被大大超过。作为替代应当执行虾的部分收获，并且然后将#2和#3中的虾的剩余部分转移到#4和#5。在附加时期(即～4周)之后，由于上述原因执行另一部分收获，并且#4和#5中的虾的剩余部分相应地转移到#6和#7以便最终生长。在同步生产中，重量约为15、24和30g的虾可以在每月周期结束时提供用于出售。使用所描述的模式，每年可以生产13次虾收成。
无论采用四阶段还是五阶段模式，两者都取决于了解虾养殖所需的化学、物理和生物条件。作为冷血动物，凡纳滨虾(太平洋白腿虾)应当保持在约21℃-37℃的范围内的可持续温度。然而，更加重要的是应当较高地调节温度以最大化生命功能。出于实际目的，这意味着环境温度应当保持在30-32℃的窄范围内，优选31℃。大多数气候区域(包括热带地区)的温度限制施加了最优范围之外的条件。除了环境温度，水质是虾生产的核心。已经采用三种不同的方法：这些方法包括非再循环系统，再循环水产养殖系统(RAS)，和来自天然源的精制流经系统。尽管水产养殖有许多变化，但所有虾系统都必须解决盐度，固体废物清除，溶解氧控制，氨氮控制，二氧化碳控制，pH(碱度)方面的水质问题。允许与本公开相关的控制的唯一系统是RAS变型。
对虾养殖所需的化学、物理和生物条件的了解允许虾养殖在美国迅速发展。然而，在美国虾养殖的历史既短暂且从经济角度来看不稳定。太平洋白虾(凡纳滨虾)被迅速广泛地接受为在美国大规模生产虾的最可行的物种。美国的虾养殖在20世纪80年代初迅速扩大，直到21世纪初生产水平不断提高。在美国允许广泛养殖的第一种技术是单阶段半密集池塘模式，其中从孵化场获得的后期幼体被直接蓄养在池塘中。使用该过程，可获得每收成每公顷5公吨以上(MT/ha/收成)的产量。然而，由于气候考虑，每年只能有一次收成。相对于热带虾养殖，美国农场是不具竞争力的。虾养殖转移到海外，接着是自21世纪初以来美国的陆基虾养殖生产迅速下降。
对上述情况的认识促使研究人员开发将使美国农民能够抵御热带地区全年生产的经济优势的技术。在美国专利第8,336,498号中描述的技术部分地是为了解决这些问题而开发的。
美国专利第8,336,498号中描述的技术在范围上受到限制，并且涉及与虾生产相关的方面的子集。早在1973年堆叠沟道就用于虾养殖，并且最近已成为鱼养殖的标准做法(见上文)。堆叠沟道本身仅仅是设计如本文所公开的虾养殖的整合系统方法的一个因素。
所有水产养殖系统(即池塘、箱或堆叠沟道等)包含对于每平方米的水足迹可以生长的虾的数量和生物质量的物理和生物限制。许多因素属于该限制，并且通常涉及作用于虾的化学和物理压力。设计了生产虾的多阶段方法以减轻压力和承载能力限制。
在框架内思考，本公开一般涉及由模块化子单元组成的整合多阶段超密集虾生产系统的设计和操作。子部件设计成组装在结构单元中，所述结构单元包括由可重复使用的钢构成的联运容器、货运容器或海运集装箱，或类似类型的结构。所有子单元都是专门建造的，就如同联运容器是为了有效的安全存储、结构刚性和可堆叠而设计的。
模块是定制设计的，并且包括用于后期幼体的虾培育场，由在刚性自支撑容器中制造和构造的生产子单元组成的生产组件，用于处理水的再循环水产养殖系统(RAS)，计算机控制的饲料分配系统，以及连接到每个模块用于操作整合多阶段虾生产系统的计算机站。
本公开的实施例可以实现以下优点中的一个或多个：
与常规技术相比，虾的水产养殖生产每重量虾使用的总水量显著更小。
与常规技术相比，虾的水产养殖在平均水深上显著更低(例如低至2.5cm，或低2-3倍)。
与常规技术相比，虾的水产养殖获得每重量虾使用的面积显著更小(例如，底板空间)。
虾的水产养殖获得的每m2水足迹的虾产量显著更大，即，>100kg虾/m2水足迹/年。换句话说，生产能力>1,000,000kg/ha水足迹/年。
与常规技术相比，虾的水产养殖获得的每平方米密度更高。
即使在大于100kg/m2水足迹的生产水平下，虾的水产养殖实现的存活率显著更大，即>80％的存活率。
虾的水产养殖使用为生长优化的饲料系统。
虾的水产养殖使用允许每天24小时将虾喂饱的饲料系统。
虾的水产养殖使用允许与虾的重量成比例的适当尺寸的饲料的饲料系统。
虾的水产养殖使用挤压蒸煮制造的漂浮饲料。
虾的水产养殖使用计算机控制的点分配系统。
虾的水产养殖使用先进工程，其部署针对环境感测开发的定制网络物理平台，所述环境感测包括：水温，盐度，溶解氧，浊度，含氮代谢物，声学传感器(饲料消耗水平)等。
虾的水产养殖使用工程改造和设计将生产与环境隔离以允许独立于地理和气候限制操作的设备。
虾的水产养殖使用安装在联运容器中的垂直堆叠生产子单元，由此允许重新考虑结构支撑设备和设计。
虾的水产养殖使用同步生产周期。生产不再是批处理。
附图说明
通过参考结合附图的以下描述可获得对本发明的实施例和优点的更完整和彻底的理解，其中相同的附图标记表示相同的特征，并且其中：
图1示出了四阶段超密集虾生产模式的流程图。阶段1培育场(1101)与阶段2生产子单元1(1201)流体连通。阶段2生产子单元1(1201)与阶段3生产子单元2(1301)和阶段3生产子单元3(1401)流体连通。阶段3生产子单元2(1301)与阶段4生产子单元6(1701)和阶段4生产子单元7(1801)流体连通。阶段3生产子单元3(1401)与阶段4生产子单元4(1501)和阶段4生产子单元5(1601)流体连通。
图2示出了五阶段超密集虾生产模式的流程图。阶段1培育场(2101)与阶段2生产子单元1(2201)流体连通。阶段2生产子单元1(2201)与阶段3生产子单元2(2301)和阶段3生产子单元3(2401)流体连通。阶段3生产子单元2(2301)可以进行部分收获(2310)并且与阶段4生产子单元4(2501)流体连通。阶段3生产子单元3(2401)可以进行部分收获(2320)并且与阶段4生产子单元5(2601)流体连通。阶段4生产子单元4(2501)可以进行部分收获(2330)并且与阶段5生产子单元6(2701)流体连通。阶段4生产子单元5(2601)可以进行部分收获(2340)并且与阶段5生产子单元7(2801)流体连通。
图3A示出了联运容器的部分透视侧视图，示出用于养殖虾后期幼体的堆叠培育箱和支撑设备的位置。图3B示出了联运容器的外部侧视图，示出了用于服务访问的进入面板和门的位置。图3C示出了联运容器的端视图，其中门被显示。图3D示出了从端部视角观察的、在联运容器中构造的堆叠培育箱的横截面。图3E示出了图3A的右半部的放大图，以允许增加的细节。
图4示出了具有外部尺寸指示的优选的联运容器。
图5示出了堆叠的两个联运容器和垂直布置在其中的生产子单元的横截面的示意图。
图6示出了联运容器的部分透视侧视图，示出了垂直布置在两个堆叠的联运容器中的生产子单元。收获凹坑与排列在每个生产子单元的水位上方的进入门一起在左侧被显示。
图7A示出了从上方观察的生产子单元。也示出了其中的水的定向流动。图7B示出了沿着位于图7A的左端的收获凹坑的线性轴线的横截面。图7C示出了在图7A的左侧沿着生产子单元轴线的收获凹坑的详细视图。
图8A示出了制造成形成子框架的不锈钢丝，100密耳高密度聚乙烯(HDPE)布置在所述子框架上以形成水隔室。图8B示出了通过生产子单元的横截面，示出了附接有支撑托架的横向支架的细节。支撑托架支撑焊接到联运容器的壁时的生产子单元的重量。
图9示出了设计为将用作整合多阶段生产系统的一部分的模块的再循环水产养殖系统(RAS)的详细流程图。
图10示出了设计成将尺寸合适的饲料分配到生产子单元的计算机控制的饲料分配系统的详细示意图。
定义：
可编程逻辑控制器(PLC)是工业计算机控制系统，其连续监测输入设备的状态并基于定制程序进行决策以控制输出设备的状态。使用该类型的控制系统可以大大增强几乎任何生产线、机器功能或过程。然而，使用PLC的最大好处是能够在收集和传达重要信息的同时改变和复制操作或过程。本发明的优选PLC包括1-12个数字输入；1-18个数字输出；1-12个模拟输入(0-12伏特)；模拟输出，热电偶；RS232接口；USB接口。使用可从VelocioNetworks Inc(Huntsville，Alabama)商购的PCL，用户可以使用软件来实现：过程控制，机器控制，运动系统控制，自动测试，家居自动化。在ACE，BRANCHED，EMBEDDED产品的数据表中讨论了PCL和/或其等同物的描述(参见Branch PCL，Velocio Networks Inc，HuntsvilleAL，pg 1-6，2014；以及Ace PCL，Velocio Networks Inc，Huntsville AL，pg 1-6，2014)。
在本发明中理解的电通信是任何类型的信息(语音，字母数字，视觉，数据，信号，或其他类型的信息)通过有线或无线(即，无线电信号，UV，光，手机等)传播的电信号传输的通信。取决于用于传输或承载信号的手段，电通信可以分为有线或无线。有线通信通常在许多系统中与不同形式的无线电通信(例如，与无线电中继通信和卫星通信)组合使用。根据国际电信联盟的分类，电通信也包括通过光和其他电磁系统传输信息。
具体实施方式
为了满足提高每单位面积生产率以及最小化成本的压力，设计了由沿着功能线构想的模块组成的多阶段超密集虾生产系统。最重要的考虑是，每个功能模块都必须设计成使得它可以整合成整体。另外，所有模块都从异地制造和快速现场组装的角度进行设计。
本文公开了一种整合的多阶段超密集虾生产系统，其利用第一阶段虾培育场和由用于虾生长的堆叠生产子单元组成的生产单元，两者都采用设计成最大化产量同时最小化生产成本的清水闭环再循环水产养殖系统(RAS)。整合的虾生产系统也包括计算机控制的饲料分配系统，调节压力驱动的曝气系统，用于环境感测的定制设计的网络物理平台，所述环境感测包括：水温，盐度，溶解氧，浊度，氮代谢物(氨，亚硝酸盐，硝酸盐)，声学传感器(喂食活动)，和使用CCTV相机实时视觉监测每个生产子单元以获得与每个生产子单元相关的状况(曝气，循环，饲料利用，收获等)。
可编程逻辑控制器和用户接口。
可编程逻辑控制器(PLC)或可编程控制器是用于典型工业机电过程(例如机械控制)的自动化的数字计算机。PLC在许多产业中用于许多机器。PLC设计为用于数字和模拟输入和输出的多种布置，扩展的温度范围，对电气噪声的抗干扰，以及对振动和冲击的抵御。控制机器操作的程序通常存储在电池备份或非易失性存储器中。PLC是“硬”实时系统的示例，因为输出结果必须在有限时间内响应于输入条件产生，否则将导致非预期的操作。本领域普通技术人员理解，PLC与人机接口模块一起允许人与机器进行交互以从人端进行机器的有效操作和控制，同时机器反馈有助于操作者的决策制定过程的信息。在人机交互的工业设计领域中，用户接口是人与机器之间发生交互的空间。Siemens(西门子公司，华盛顿特区，美国)，Allen Bradley-Rockwell(密尔沃基，威斯康星州，美国)，制造商包括：YSI byXylem(Pointe-Claire，魁北克，加拿大)，Pentair Aquatic(桑福德，北卡罗来纳州，美国)，Campbell Scientific(洛根，犹他州，美国)，AQ1(霍巴特，塔斯马尼亚州，澳大利亚)，Ametek(伯温，宾夕法尼亚州，美国)，Hach(拉夫兰，科罗拉多州，美国)，以及具有可用的PLC设备的其他定制自动化系统将在本发明的精神和范围内。
传感器/探头：
监测pH。pH检测器是用于电位测量水溶液的pH(其是氢离子的浓度或活性)的装置。其他确定pH的方法和仪器也可以用于本发明。也可以使用能够指示pH的纸。存在许多商业产品可提供用于确定pH的探头和传感器的多种不同手段，其中的每一个在本发明的精神和范围内。
水温传感器/探头：存在用于测量水温的各种传感器。通常，从传感器/检测器传输的电信号可以被记录并且转换成不同的测量单位，包括℃，°F和°K。存在许多商业产品可提供用于确定温度的探头和传感器的多种不同手段，其中的每一个在本发明的精神和范围内。
盐度传感器容易且精确地测量溶解在水溶液中的全部盐的含量。盐度传感器能够测量各种盐度的水，从微咸水到海水，甚至超盐水环境。存在许多商业产品可提供用于确定盐度的探头和传感器的多种不同手段，其中的每一个在本发明的精神和范围内。
溶解氧传感器。溶解氧探头可以用于进行各种实验以确定溶解氧水平的变化，溶解氧水平是水产养殖环境中的质量指标之一。溶解氧是指存在于水或其他液体中的游离、非复合氧的水平。由于其对生活在水体中的生物的影响，溶解氧是评估水质的重要参数。存在许多商业产品可提供用于确定溶解氧的探头和传感器的多种不同手段，其中的每一个在本发明的精神和范围内。例如，“directindustry.com”的在线目录包括各种各样的溶解氧探头。另外，Mettler-Toledo Ingold Inc(比勒利卡，马塞诸塞州01821美国)是销售可用作对本发明有用的氧传感器的氧传感器和探头的许多公司之一。
浊度传感器。浊度是由通常肉眼不可见的大量单独的颗粒(类似于空气中的烟雾)导致的流体混浊或浑浊。浊度的测量是水质的一项关键测试。存在许多商业产品可提供用于确定浊度的探头和传感器的多种不同手段，其中的每一个在本发明的精神和范围内。例如，名为“directindustry.com”的在线目录包括各种各样的浊度传感器。另外，Mettler-Toledo Ingold Inc(比勒利卡，马塞诸塞州01821美国)是销售可用作对本发明有用的浊度传感器的浊度传感器和探头的许多公司之一。
氮代谢物(氨，亚硝酸盐，硝酸盐)检测。氮是蛋白质和核酸中的关键化学元素，因此生物体必须代谢氮才能存活。存在许多商业产品可提供用于确定氮代谢物的探头、传感器和检测的多种不同手段，其中的每一个在本发明的精神和范围内。
声学传感器(喂食活动)表面声波传感器是依赖于表面声波的调制来感测物理现象的一类微机电系统(MEMS)。传感器将输入电信号转换成机械波，与电信号不同，该机械波可容易受到物理现象的影响。随后装置将该波转换回电信号。可以使用输入和输出电信号之间的幅度、相位、频率变化或时间延迟来测量期望现象的存在。存在许多商业产品可提供用于确定进食活动的探头和传感器的多种不同手段，其中的每一个在本发明的精神和范围内。
相机。使用CCTV相机实时视觉监测每个生产子单元以获得与每个生产子单元相关的状况(曝气，循环，饲料利用，收获等)。存在许多商业产品可提供用于视觉监测生产的多种不同手段，其中的每一个在本发明的精神和范围内。红外CCTV也是可行的选择。在优选的实施例中，使用Water Proof700TVL(BW Group，中国)和Hikvision DS-2CD2012-I-4MM 1.3MP Outdoor Bullet IP相机(Hikivision，工业市，加利福尼亚州，美国)。
声音喂食系统。本发明使用为虾农提供的基于SF200传感器的喂食控制系统。该系统使用无源声学来识别虾喂食活动，并随后使用该信息由自适应喂食算法来控制饲料输送时间。自适应算法确保输送的饲料匹配虾的食欲，使得如需要则每天24小时喂饱动物而没有浪费。未详细阐述的其他喂食系统也被认为在本发明的精神和范围内。
培育模块
满足上述表1中所列的生产水平需要大量的后期幼体(PL)。所以，对与成长阶段分开执行的培育阶段提出了高要求。为了满足该要求，必须设计高容量的培育模块。
本文公开了将虾的后期幼体以4,000-8,000/m2的密度蓄养到在Conex中垂直堆叠的箱中。每个箱包含与在后期幼体的预平衡中使用的相同盐度的水。通过将其循环通过类似于下面针对生产模块(参见RAS模块)描述的再循环水产养殖系统(RAS)来保持每个箱中的水。水持续曝气并保持在31-33℃。
根据本公开的一个实施例，后期幼体可以以5,000-12,000/m2的密度蓄养到在Conex中垂直堆叠的堆叠浅水箱中(图3A、D和E(601))。箱可以由许多不同的材料制成，所述材料包括玻璃纤维，木质复合材料，合成塑料(例如聚乙烯，丙烯，丙烯腈丁二烯，苯乙烯等)，环氧涂层钢，金属及其组合。在一个期望的考虑中，箱由丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)制成，具有到前角部的0.5-1.5％斜率，前角部中设置有立管。在安装箱之前，容器的Conex(Conex)内部的所有表面都完全用耐化学腐蚀材料(例如环氧树脂)密封以防止盐水腐蚀。
每个箱601(图3A、D和E)中的盐水深度保持在30-50cm，优选40cm的平均深度。使用立管独立地保持每个箱中的箱水深度，该立管通过Conex的壁插入后期幼体蓄养在其中的设备隔室(602)中。在后期幼体养殖期间，分流阀和泵将通过从储箱(606)循环来保持水位。
加热和/或冷却设备位于设置在每个Conex 602(图3A)中的设备隔室的中央。通过将维持在31-33℃的流体介质循环通过固定在每个培育箱底部由聚乙烯(PEX)管道组成的液压循环系统来维持每个箱中的温度。这种循环与箱的内容物完全无关。
为了曝气目的，使用位于设备隔室602(图3A)中的热交换器将空气预调节至31-33℃，然后将空气分配到后期幼体箱601(图3A、D和E)中的水中。
计算机控制的致动器控制饲料分配，该饲料分配通过管608(图3A)涌入(一个或多个)箱中，所述管连接到位于设备隔室607(图3B)的左侧和右侧的可通过门接近的隔室中的箱堆之间的料斗。值得注意的是面板切入Conex 604的前部和前部相对侧(后侧)的左侧和右侧(图3B)。这些面板允许进入每个培育箱，因为它们位于每个箱的边缘上方。它们位于该处的目的是为了在每个箱中的放置滤网，该滤网增加表面积并在箱中用作挡板。此外，在每个周期之后，需要对箱进行清洁并且面板切口允许方便的进入。在操作条件下的每个面板切口由门周围的垫圈密封。当不需要进入时门被锁上。
603(图3E)所示的面板是设备隔室的盖。类似地，605(图3C)显示位于Conex的每个端部的门。
培育阶段可以进行25-40天，优选30天。在该时期结束时，后期幼体已成长为0.4-0.7g幼龄虾。时间可以有所不同。可能的情况是希望加速或减缓虾的生长，这可以部分地通过调高或调低水温和/或喂食速度来实现。
在培育阶段结束时，幼龄虾可以被量化并转移到生产模块中来长大。
长大生产模块
当考虑仓库中的虾生产时最典型的限制是水足迹，即在地面水平由水占据的面积。本文公开的多阶段系统允许每年>100kg/m2水足迹的生产(见上表1)，该量明显大于任何其他系统。其是单阶段生产系统中(如在地面沟道中或地面箱中)每平方米生长量的十几倍。
在陆基箱或位于地面的沟道中养殖虾通常需要约一米的平均水深，该重量对堆叠系统来说是不可实现的。然而，如美国专利第8,336,488号中所公开的，虾可以在低至10cm的平均水深下养殖，使得能够堆叠生产子单元并且由此允许增加每个水足迹(即，占据的地面面积)的虾产量。
根据本文公开的更具体的实施例是用于超密集多阶段虾生产模块的设计，其利用整合到两个堆叠的“高货柜”(Hi-cube，HC)Conex单元中的专用生产子单元。HC Conex单元典型地在每个端部安装门并且由波纹耐候钢构成(图4)。每个HC可以堆叠并且具有带开口的铸件，该开口用于位于每个拐角处的扭锁紧固件。为了本文公开的目的，每个单元通常具有9英尺6英寸(2.896米)的高度和53英尺(16.15米)的长度。当堆叠时两个Conex容器的高度为19英尺(5.79米)。
根据本公开的另一实施例，虾可以在在Conex容器中制造的一系列堆叠生产子单元中生长。在每个生产子单元内容纳的是用于生长虾的低平均深度的水。图5中提供了一种这样的设计，其示出了堆叠在第一联运容器(5200)的顶部上的第二联运容器(5100)。图5中示出了生产子单元垂直布置在其中的两个联运容器的横截面。生产子单元201、202、203和204被整合到上部Conex容器214中，205、206和207位于下部Conex容器中。每个Conex容器的生产子单元的数量可以不受限制地重新配置。还在图5中示出了生产子单元子框架的配置。示出了壁208，基部和升高的中心点212。
Conex结构具有结构刚性，具有四个自支撑壁并且是线性的，从而形成矩形盒。结构刚性由波纹钢的焊接钢壁和钢框架赋予。结构刚性是至关重要的，因为基部Conex必须支持直接放置在顶部上的一个或多个相同尺寸的结构。另外，当生产子单元201-207填充水并且重量被转移到Conex的壁和向下转移到角支撑件时，每个Conex应当能够保持结构完整性。沿着x轴、y轴或z轴不能有任何尺寸变化，否则将导致高度差，其将引起生产子单元中的水深变化和虾生产问题。
生产模块的配置在图6中进一步示出。图6中示出了两个堆叠的Conex联运容器(712、713)的部分透视侧视示意图，其中生产子单元(701、702、703、704、705、706、707)垂直地布置在每一个中。收获凹坑711被示出为位于每个生产子单元的左端。还示出了安装在生产子单元702、703、704、705、706和707的水位正上方的通道门面板。这些门具有垫圈和锁定布置，使得当关闭时它们形成完全紧密密封。门特意定位成允许监测虾和与生产子单元相关的状况，例如饲料分配，水循环，曝气等。712的顶板和生产子单元701之间的垂直空间有限。如之前所述，每个Conex的生产子单元的数量是灵活的并且可以变化。或者所有生产子单元在设计上相同。
所有生产子单元具有相同的设计，并且在插入Conex之前在外部制成单元。沿着每条沟道的长度没有高度差。每个生产子单元中的水深设定为35cm或更大的平均深度。图7A中示出了一个这样的生产子单元配置。每个生产子单元宽为～2.4米并且为15.5米长。在一个端部构造称为凹坑412(图7A、B和C)的用于包容性目的的结构并且在相对端部构造端盖结构(图7A)。它设计成促进水循环。
图7A中的生产子单元模块的描述包括长方体箱，其具有在箱的中部较浅的沿长度方向升高的深度线(参见横截面8A和8B)，具有位于箱的第一端部的凹坑结构(图7B和7C)和位于箱的第二端部的盖结构。长方体箱能够容纳淡水或盐水。再循环水产养殖系统与生产子单元模块流体连通。另外，饲料分配模块与生产子单元模块流体连通。计算机控制模块与连接到生产子单元模块、再循环水产养殖系统模块和/或饲料分配模块的一个或多个设备模块连接。
根据更具体的实施例，由多个子结构406、408(图7B和C)组成的凹坑的深度为25至35cm，所述深度从图7B的底部402和图7C的402、404到基部408测得。凹坑长度404(图7C)为1.2米长。在生产子单元整个周围延伸的侧壁402和404(图7A、B和C)的高度为40cm。凹坑的侧壁与生产子单元的其余部分的壁邻接。当容器门关闭时，每个生产子单元相对于位于上方和下方的那些生产子单元形成隔离的封闭隔室。端壁412和417在拐角处向外成5-15度角以促进水循环并消除盲点碎屑积聚。
凹坑结构412(图7A、B和C)具有多阶段整合超密集生产系统工作所必需的许多功能。从功能的角度来看，在凹坑409、410、411和413的底部设计了四个物理开口(图7A)。通过定向喷嘴(见下文)在逆时针方向循环的水在通过并与凹坑412中的水相互作用时将减慢。存在于水中的废物将沉淀出来，积聚在底部408上(图7B)。为了清除的目的，通过将水送经加盖的定向喷嘴409(图7A)使包括虾排泄物的碎屑缓缓地悬浮并通过滤网加盖的出口411和413捕获碎屑。具有滤网的出口411、413对废物是可渗透的。滤网尺寸确定成保留虾。通过滤网盖的水和碎屑被泵送到再循环水产养殖系统(RAS)，参见下面的RAS模块(图9)。出口410(图7A和7C)也位于凹坑内，即在底部。该出口用于转移和收获虾。为了描述的目的，大直径的挠性管可以连接到410，并且当闸阀打开时，水与虾一起将通过开口。水和虾由此可以转移到较低层级的生产子单元或输送到收获箱。在任一情况下，通常期望定量正在转移或收获的虾的数量。这可以通过将挠性管连接到Larcose虾计数器(Flanery,W.，Kramer,K.，Steimle,E.，和Kristjansson,H.，“Brief Description of the Larcose ShrimpCounter”，VAKI Aquaculture Systems Ltd.，Web，2013年2月21日)并允许悬浮在水中的虾通过连接到计算机的光电传感器而实现，其中使用计算机成像软件来处理图像并计数虾的数量。例如，Larcose虾计数器是基于视频的计数系统，其使用计算机成像识别来计数后期幼体。它可以识别从约3mm至200mm的任何物体。它可以计数小至PL-5的后期幼体，甚至可以区分活的和死的幼体。使用流经计数系统可以避免捕网、水冷和统计猜测。
在部分转移的情况下，实时计数允许经营者根据需要量化并将虾分配到生产子单元中。它消除了捕网和/或统计猜测。如果要将虾作为活虾提供出售，则该计数器的使用也得到应用，即，它允许经营者在销售时数出交付给客户的虾的数量。
生产子单元中的水位由立管和深度传感器保持。根据需要，通过从作为RAS一部分的储箱泵送到每个生产子单元中的水来恢复水深。在生产子单元周围的水循环由从RAS泵送到生产子单元中的循环水和围绕生产子单元的线性长度的侧壁定位的空气分散喷嘴驱动。
图7A、B和C是生产子单元的整体设计。为了制造目的，构造了由大尺寸不锈钢丝网组成的线框子结构。它被成形为形成生产子单元的基部604(图8A)和侧壁602(图8A和B)。为了完成生产子单元的构造，将100密耳的高密度聚乙烯(HDPE)衬垫装配在子框架上，并且在需要的地方接头被热焊接以形成防水隔室。
构成生产子单元的子结构和衬垫通过横向支架603(图8B)以线性间隔被支撑。横向支架605(图8A)中的切口定位成便于进行操作所需的管道和布线安装。例如，当转移或收获虾时，可以启动具有穿过横向支架切口605并通向计算机控制的致动阀的路径的高水压管线。从再循环端盖开始朝着收获凹坑412(图7A)移动的连续脉冲序列的水可以用于从生产子单元清除任何虾。这是必要的步骤，因为尽管它们可以被排出水从生产子单元冲出，但一定百分比倾向于因试图抵抗水流而搁浅。
生产子单元床604制造成使得它是平坦的，横向离开侧壁602(图8A)30cm，然后向上至中心并向下延伸到达相对侧壁。因此它形成拱形结构，其具有在支撑支架603(图8B)的中心点正上方～20cm的中心高度。从功能的角度来看，升高的中心有助于沿着生产子单元的线性轴线的水循环以及曝气、碎屑清除、形成增加的表面积并且通过在生产子单元的任一侧产生深水排水通道以便于虾的收获。
还在图8A和B中示出位于每个支撑支架603(图8B)的端部处的托架601。当生产子单元安装在Conex中时，托架焊接到壁并且是完全组装的生产子单元的支撑手段。
生产模块中的每个生产子单元独立地连接到闭环水再循环水产养殖系统(RAS)模块。RAS模块的流程图在图9中示出。在循环回到单独的生产子单元之前，使用热交换器将经RAS处理的水加热至(31-33℃)。类似地，压缩空气在通过生产模块侧(Conex壁)和生产子单元的侧壁中的连接端口被注入之前进行预处理。通过扩散器注入的空气量将由可以由计算机控制的流量阀和压力调节器控制。
曝气是虾养殖中的关键必需品。在生产模块外部的环境空气可能在一天中变化很大。用于曝气的冷空气可以显著降低水温，减缓虾的新陈代谢，即虾的生长，并提高生产的能量成本。所以，将使用经调节的压缩空气对每个生产子单元中的水进行充氧。
附加的监测特征体现在生产模块的设计中。在操作中，生产模块内的每样东西都与环境外部环境隔离。所以，必须设计一种方法以在长大期间监测安装在Conex容器内的生产子单元上方的通道空间内的活动。这是目标，LED位于每个生产子单元的水管线上方的壁上，并且电荷耦合电视(CCTV)相机策略性地置于每个生产子单元的上方。来自每个CCTV相机的信号反馈到中央工作站从而可在那里监测信号。长大期间保持低强度照明。照明不经常地升高至足以进行检查以确定是否存在循环、饲料分配和消耗或虾本身的问题的水平。
网络物理系统(“CPS”)是协调控制物理实体的计算元件的系统。与传统的嵌入式系统不同，完备的CPS通常设计为具有物理输入和输出的交互元件的网络，而不是独立的设备。该理念与具有适合引导路径的计算智能的智能机构的机器人和传感器网络的概念密切相关。科学与工程的不断发展将借助于智能机构来改善计算机与物理元件之间的联系，这大大增加在其中公开的本发明的精神和范围内的网络物理系统的适应性、自主性、效率、功能性、可靠性、安全性和可用性。例如，其他监测设备包括嵌入每个生产子单元中的水质传感器。经由网络物理平台连接的传感器的数据将实时反馈给中央计算机。待监测的物理和化学测量包括：水温，盐度，溶解氧，pH，总溶解固体(TDS)，氮代谢物水平(氨，亚硝酸盐，硝酸盐)以及声学(喂食活动)。
再循环水产养殖系统(RAS)模块
根据本文所述的具体实施例，虾长大生产模块内的堆叠生产子单元应当使用闭环RAS进行操作。图9中示出的是设计成与整合多阶段虾生产系统一起操作的RAS。简而言之，如图9中所示，流入的经过滤的天然海水102或井水104在放置到储存容器109之前与海盐108组合达到所需的盐度。然后将盐水通过泵分配到在生产模块中构造的生产子单元110、112、114、116、118、120和122。直接泵送到每个生产子单元的水不被曝气。它独立地提供给每个生产子单元111、113、115、117、119、121和123。
关闭回路，以受控的速率从虾在其中生长的每个生产子单元110、112、114、116、118、120和122去除水，并在将其泵送到移动床生物反应器(MBBR)124进行再处理以去除悬浮废物特别是氨之前，将其送至微滤网筒状过滤器126以去除碎屑(多余的饲料，粪便等)。泵送到MBBR 124的水向下倾泻通过自然空气的交叉射流以除去二氧化碳。然后它通过微珠介质以对水进行脱氮。附着到介质的细菌将氨转化成硝酸盐。来自MBBR124的水循环通过泡沫分馏器125以除去乳化的蛋白质物质并返回到MBBR。然后通过泵130将经调节的水返回到每个生产子单元(110、112、114、116、118、120和122)。来自124和125的水饱和废物被转移到127即上流式厌氧污泥床反应器127进行处理。来自127的污泥根据需要被去除并且用作高氮肥或送至垃圾填埋场。水放置在储存器128中以便再循环到操作中。
饲料分配模块
虾将全天候消耗饲料，因此设计了完成该目标的系统以便最大化虾的生产。存在与非漂浮虾饲料相关的几个问题。例如，在水表面上分散或通过在单点注入的饲料在接触时迅速形成水合物。水迅速浸出营养物质和/或化学引诱物。因此，非漂浮虾饲料不仅营养不佳，而且经过一段时间，虾甚至不能检测到它。饲料成为细菌的营养来源，导致氨的产生提高。也难以判断虾是否吃了所有这种饲料，原因是不能通过水看到这种饲料。因此，可能容易使虾被喂食太多的饲料，导致浪费和水污染，或被喂食过少的饲料，导致生长较慢。也可能发生非最佳喂食，原因是非漂浮虾饲料应当通过喂食系统分散在水面上；否则它将简单地在一个地区下沉，而不是在所有地区中将饲料同等地提供给虾。通过插入生产子单元上方的进入面板(见图6)提供到生产模块的通路，但不可思议的是，每天可以例行多次打开面板以分配饲料和/或机械系统可以完成这一工作而不会大大增加成本。总之，需要新的虾养殖系统和方法来解决上述一个或多个问题以及其他困难。
为了在本文描述实施例的目的选择漂浮饲料。优选的是通过对产品进行巴氏灭菌的挤压蒸煮法和预处理制备的漂浮饲料，原因是该技术适合于制备稳定的小直径饲料。如在美国专利申请公告US 2012/0204801中所述，使用漂浮饲料有利于：使用机械点喂食系统喂食虾，每天24小时每当需要时喂食虾，减少由于未消耗的饲料引起的水污染和浪费，通过观察饲料何时被消耗以优化喂食速率，增加虾生长速度，减小虾死亡率，改善整体虾健康状况，减少饲料中的营养物质浸出，减少生产系统排放(去除水)带来的饲料损失，以及减少生产一磅虾所需的饲料量，即减少FCR(饲料转化率)。
多阶段虾生产系统提出了独特的问题，即一个尺寸的饲料不适合所有。长大阶段2的小虾(见表1)不能有效地消耗适合长大阶段4的虾(见表1)的饲料颗粒。所以，设计一种可以实时为每个生产子单元提供尺寸适当的饲料的系统，其中可能存在大小为0.7-30克以上的虾。
除了饲料考虑之外，在设计饲料分配系统时必须处理环境因素。在长大生产模块内的整个环境，但更重要的是在每个生产子单元占据的体积中的环境是高度水饱和的。饲料颗粒(包括漂浮饲料颗粒)将团聚到使饲料通过重力和/或通过空气驱动分配系统被引入的任何管的壁。所以，将从Environmental Technologies Inc.最初设计的系统改进的饲料分配系统整合到本文公开的多阶段生产系统中以处理相关问题。
为了解决上述问题，设计了按需饲料分配系统来分配四种不同大小的饲料。另外，通过水合饲料并通过饲料管将其直接泵送到每个生产子单元来消除环境因素。分配系统在图10中示出。该系统围绕将四种不同大小的饲料从储存料斗选择性地分配到生产子单元310、312、314和316的目标进行设计。切换源由计算机控制的致动器实现。
简而言之，选择的饲料通过计算机控制的驱动器从饲料仓307(图10)经由螺旋输送器320输送到水合箱32。紧接着将水泵送321到水合箱322中，并且悬浮的饲料被立即泵送326到歧管324。当歧管324处的计算机控制的致动阀打开时，现在存在于歧管324中的悬浮饲料随后由泵通过注水分配管306分配到期望的生产子单元，即，310、312、314或316。在排放之后，来自323的加压水通过致动器控制阀325冲洗到歧管324中，并且随后通过分配管306以在下一个喂食周期启动之前清除系统中的任何残余物。冲洗将防止饲料积聚，饲料浸出等。每个喂食管通过每个容器的壁传输到每个生产子单元的水位上方的喂食点，允许单点喂食。与饲料分配系统一起示出了用于生产子单元311、313、315和317的曝气装置(图10)。
实施例1：
一种优选的模块化虾生产系统包括若干单元，其包括：
a.后期幼体培育模块；
b.生产子单元模块；
c.再循环水产养殖系统(RAS)模块；
d.饲料分配模块；以及
e.计算机控制模块，
系统的基本操作被模块化和整合以形成由定制设计的网络物理平台控制的多阶段同步超密集虾生产系统，所述平台通过嵌入到后期幼体培育模块、生产子单元模块、再循环水产养殖系统(RAS)模块和饲料分配模块中的传感器采集数据，其允许与人机接口模块(HIM)整合的程序逻辑控制器(PLC)通过耦合反馈环调节所有方面以便保持虾的同步生产周期的水产养殖环境。优选的后期幼体培育模块包括用于生产幼龄虾的至少一个浅水箱。后期幼体培育模块与后期幼体循环水系统(“PLRAS”)模块、饲料分配模块和计算机控制模块流体连接。后期幼体培育模块具有所有设备以成为独立单元，但是一些方面可以整合到整个生产系统中。生产子单元模块包括至少一个长方体箱，其具有在箱的中部较浅的沿长度方向升高的深度线，具有位于箱的一个端部的收获凹坑结构和位于箱的另一端部的盖结构。该长方体箱能够容纳水并装有用于引入和排出水的至少一个阀。再循环水产养殖系统(RAS)与生产子单元模块流体连通。饲料分配模块与生产子单元模块流体连通。计算机控制模块与人机接口模块(“HIM”)电连通。在优选实施例中，一个或多个设备装置连接到后期幼体培育模块、生产子单元模块、再循环水产养殖系统模块或饲料分配模块。
后期幼体培育模块包括具有约8ft×约8ft×约1.5ft的尺寸的一个或多个浅水箱，其朝着位于箱的拐角中的立管成约0.5-1.5％的角度倾斜。浅水箱中的水深保持在30-50cm范围内，优选约40cm的平均深度。优选的生产子单元模块的尺寸包括具有约7.9ft×约52ft×约1.55ft的尺寸的一个或多个长方体箱，其包括在一个端部处的收获凹坑和在另一端部处的再循环端盖。这些长方体箱的每一个堆叠在具有约8ft×约53ft×约9.6ft的尺寸的第一conex容器的内部。再循环水产养殖系统(RAS)模块由泵、连接和阀组成，形成从RAS模块到包含在第一conex容器内部的每个生产子单元模块的长方体箱的独立连接的闭环再循环。在优选实施例中，再循环水产养殖系统(RAS)包含在第二conex容器内。
优选的模块化虾生产系统包含用于监测、保持或改变模块化虾生产系统的某些设备和/或装置。例如，这样的设备可以具有可编程逻辑控制器(PLC)以便控制特定光级；水循环率；箱水位；在29-33℃范围内的水温；pH浓度；在10-14份/千份的范围内的盐浓度；在大于4.5mg/L的范围内的溶解氧水平；氮代谢物浓度；用于检测表面声波的调制以感测物理现象的传感器；总溶解固体指数；在箱中发生的视觉事件；箱中的现场或录制视觉事件；或其组合。
在优选实施例中，用于监测、保持或改变虾的同步生产周期的水产养殖环境的部件依赖于可编程逻辑控制器(PLC)，其本质上是控制模块化虾生产系统的不同部件或过程并根据系统的运行要求进行编程的工业计算机。许多现成的和/或定制的系统可从Siemens，Allen Bradley(Rockwell)获得，或可从其他供应商获得许多其他定制PLC系统。
用于监测、保持或改变特定光级的优选部件包括安装在每个生产子单元的水管线上方的发光二极管(LED)，其在本领域中是已知的，原因是LED已在市场上多年。用于监测、保持或改变水循环率的部件包括泵和阀，其也可从许多商业制造商获得。用于监测、保持或改变箱水位的部件包括液位传感器。用于监测、保持或改变水温的部件包括在通过微分散喷嘴分配到水中之前通过热交换器预调节到31℃的压缩空气。用于监测、保持或改变pH浓度的部件包括pH探头。用于监测、保持或改变在10-14份/千份的范围内的盐浓度的部件包括电导率传感器，其测量水通过电流的能力并警告用户或直接进行调节。用于监测、保持或改变在大于4.5mg/L的范围内的溶解氧水平的部件包括极谱分析、快速脉冲、电流和光学类型的溶解氧传感器。用于监测、保持或改变氮代谢物浓度的部件包括警告用户的传感器。上述许多传感器的制造商包括Xylem by YSI，Pentair Aquatic，Campbell Scientific，AQ1，Ametek和Hach。
用于监测、保持或改变检测表面声波的调制以感测物理现象的传感器的优选部件包括诸如来自AQ1系统的声学喂食传感器。更具体地，用于虾的SF200声音喂食系统是为虾农所用的世界上第一个基于传感器的喂食控制系统。该系统使用无源声学来识别虾喂食活动，并且然后经由自适应喂食算法使用该信息来控制饲料输送时间。自适应算法确保输送的饲料匹配虾的食欲，使得需要时每天24小时喂饱动物而没有浪费。
而且，用于监测、保持或改变在箱中发生的现场或录制视觉事件的优选部件包括连接的电荷耦合电视(“CCTV”)相机。一种优选型号包括红外CCTV型号：中国BW Group出售的Water Proof700TVL。其他型号包括Hikvision DS-2CD2012-I-4MM 1.3MPOutdoor Bullet IP相机，来自Hikivision美国，工业市，加利福尼亚州。
模块化虾生产系统的另一优选实施例包括高压水管线，其带有在每个生产子单元上方布置的计算机控制的致动阀。使用该配置，高压水可以以脉冲形式释放到每个生产子单元中，所述脉冲从再循环端盖开始并迫使虾向收获凹坑移动以便于虾的收获。
上述的优选再循环水产养殖系统(RAS)包括与闭环系统流体连接的储存箱。闭环系统包括与泵流体连接的移动床生物反应器(MBBR)。优选的泵与生产子单元流体连接。优选的生产子单元与用于去除碎屑的微滤网筒状过滤器流体连接。优选的微滤网筒状过滤器与MBBR和上流式厌氧污泥床反应器流体连接。优选的MMBR具有与用于从水除去乳化的蛋白质物质并将水返回到MBBR的泡沫分馏器的流体连接。优选的泡沫分馏器具有与用于处理和除去污泥以将其用作高氮肥料或填埋垃圾的上流式厌氧污泥床反应器的流体连接。优选的上流式厌氧污泥床反应器与循环水储箱流体连接。优选的储存箱与经过滤的天然海水箱或井水箱流体连通，所述经过滤的天然海水箱或井水箱与混合箱流体连接，所述混合箱用于将水和海盐混合成期望盐度以转移到储存箱。
浅水箱和长方体箱可以由以下材料制成，包括：玻璃纤维，木质复合材料，合成塑料，聚乙烯，丙烯，丙烯腈丁二烯，苯乙烯，环氧涂层钢，金属或其组合。然而，本领域已知的其它建筑材料也可以用于箱制造，并且将被认为在本发明的精神和范围内。每个长方体箱可以构造有多个端口，所述端口通过箱壁插入以允许放置用于曝气的微分散喷嘴，定向喷嘴，使用再循环水产养殖系统(RAS)再处理的水可以通过所述定向喷嘴被泵送以在每个箱中在任何方向上，但优选在逆时针方向上循环水。另外，每个长方体箱的优选收获凹坑构造有用于收集和去除碎屑以及收获虾的出口。优选的浅水箱和长方体箱已设计成具有一定的尺寸，因此它们可以放置在联运容器内部。
实施例2：
本发明的第二个实施例包括一种使用模块化虾生产系统的具有成熟虾的同步生产周期的方法。优选的方法包括：
a.为虾的同步生产周期准备水产养殖环境；
b.在后期幼体培育模块中蓄养后期幼体虾；
c.在后期幼体培育模块中将后期幼体虾养殖到幼龄阶段虾以达到期望大小，形成第一阶段虾群；
d.将第一阶段虾转移到生产子单元长方体箱；
e.在生产子单元长方体箱中生长幼龄阶段虾持续第一时期(即直到虾达到期望大小)，形成第二阶段虾群；
f.将二阶段虾群分到两个独立生产子单元长方体箱中；
g.在两个独立生产子单元长方体箱的每一个中生长第二阶段虾群持续第二时期(即直到虾达到期望大小)，形成第三阶段虾群；
h.收获第三阶段虾群的一部分；
i.将第三阶段虾群分到两个独立生产子单元长方体箱中；
j.在两个独立生产子单元长方体箱的每一个中生长第三阶段虾群持续第三时期(即直到虾达到期望大小)，形成第四阶段虾群；
k.收获第四阶段虾群。
优选实施例通过重复步骤(a)至(k)建立同步生产周期，并确保模块化虾生产系统的生产子单元长方体箱一旦通过不同虾群的相应分配被清空就被重新补充。另外，为了第五阶段或以上的虾群可以继续这些步骤。模块化虾生产系统的可能阶段的数量的扩展将取决于所需的生产规模。然而，如果可以增加模块，则x阶段虾群的数量可以扩展并且将被认为在本发明的精神和范围内。
优选的发明理解，所有的虾生长阶段和基本操作都被模块化和整合以形成由定制设计的网络物理平台控制的多阶段同步超密集虾生产系统，所述平台通过嵌入后期幼体培育模块、生产子单元模块(即与长大生产模块相同)、再循环水产养殖系统(RAS)模块和饲料分配模块中的传感器采集数据，其允许与人机接口模块(HIM)整合的可编程逻辑控制器(PLC)通过耦合反馈环调节所有方面。优选的虾生长条件包括有利于最佳和有效的虾成熟的照明，喂食，水温，水位，水pH和水盐水浓度的最佳条件。由于模块化水产养殖系统允许在任何气候条件下养殖虾，因此本领域普通技术人员应当理解，这些参数中的一些可能需要基于地理(即湿度，海拔，温度等)进行优化。优选的后期幼体培育模块具有用于生产幼龄虾的至少一个浅水箱，其中后期幼体培育模块与后期幼体再循环水系统(“PLRAS”)模块、饲料分配模块和计算机控制模块流体连接。
优选的长方体箱具有当充满水时在箱的中部较浅的沿长度方向升高的深度线。收集凹坑结构位于箱的一个端部并且盖结构位于箱的另一端部。生产子单元模块的优选长方体箱能够容纳水并装有用于引入和排出水的至少一个阀。优选的再循环水产养殖系统与后期幼体培育模块和生产子单元模块流体连通；其中饲料分配模块与生产模块中的每个生产子单元流体连通。优选的计算机控制模块与人机接口模块(“HIM”)和连接到后期幼体培育模块、生产子单元模块、再循环水产养殖系统模块或饲料分配模块的一个或多个设备装置接口。
一种优选的方法包括将密度为4,000-8,000/m2的后期幼体虾蓄养到安装在培育模块中的每个垂直堆叠的浅水箱中。另外，通过监测、保持或改变以下参数保持虾的同步生产周期的优选水产养殖环境：特定光级；水循环率；在30-50cm的范围内的浅水箱水位；高于35cm的浅水箱水位；在29-33℃范围内的水温；pH浓度；在10-14份/千份的范围内的盐浓度；在大于4.5mg/L的范围内的溶解氧水平；氮代谢物浓度；用于检测表面声波的调制以感测物理现象的传感器；总溶解固体指数；在箱中发生的视觉事件；箱中的现场或录制视觉事件或其组合。用于准备水产养殖环境的更优选的方法是使用在通过微分散喷嘴分配到培育箱水中之前通过培育模块中的热交换器预调节到31℃的压缩空气。
而且，通过为每个生产子单元嵌入用于水温，水位，盐度，溶解氧，pH，总溶解固体(TDS)，氮代谢物水平(氨，亚硝酸盐，硝酸盐)以及声学(喂食活动)的传感器来帮助准备和保持水产养殖环境。简而言之，绝大多数物理和化学测量数据经由网络物理平台通过与人机接口模块(HIM)整合的可编程逻辑控制器(PLC)进行连接以便实时反馈和调节。
准备水产养殖环境包括使用计算机控制的饲料分配系统，其从来自附接料斗的四种或以上不同饲料中的一种抽取饲料。然后基于来自可编程逻辑控制器(PLC)的信号将干式饲料水合并分配到目标生产子单元。
准备水产养殖环境的另一种方法包括在每个生产子单元中嵌入传感器以便使用用于控制模块化虾生产系统的不同部件或过程的可编程逻辑控制器(PLC)来监测、保持或改变模块化虾生产系统，其中PLC根据系统的操作要求进行编程。用于监测、保持或改变特定光级的优选部件包括安装在每个生产子单元的水管线上方的发光二极管(LED)。用于监测、保持或改变水循环率的优选部件包括泵和阀。用于监测、保持或改变箱水位的优选部件包括液位传感器。用于监测、保持或改变水温的优选部件包括通过在通过微分散喷嘴分配到水中之前通过热交换器预调节到31℃的压缩空气。用于监测、保持或改变pH浓度的优选部件包括pH探头或用于测量pH的其它装置。用于监测、保持或改变在10-14份/千份的范围内的盐浓度的优选部件包括电导率传感器，其测量水通过电流的能力并警告用户或直接进行调节。用于监测、保持或改变在大于4.5mg/L的范围内的溶解氧水平的优选部件包括极谱分析、快速脉冲、电流和光学类型的溶解氧传感器；用于监测、保持或改变氮代谢物浓度的部件包括警告用户的传感器；用于监测、保持或改变检测表面声波的调制以感测物理现象的传感器的部件包括；用于监测、保持或改变总溶解固体指数的部件包括警告用户的传感器；用于监测、保持或改变在箱中发生的现场或录制视觉事件的部件包括连接的电荷耦合电视(“CCTV”)相机。
一种收获虾的优选方法包括使用在每个生产子单元上方布置并且连接到计算机控制的致动阀的高压水管线，所述高压水管线以从再循环端盖开始朝着收获凹坑移动的脉冲形式被启动。
尽管上面仅具体描述了本发明的示例性实施例，但是将领会在不脱离本发明的精神和预期范围的情况下，这些示例的修改和变化是可能的。例如，本领域普通技术人员将领会，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，特别是沟道尺寸，虾重量和时间的度量是近似的并且可以在一定程度上变化。本领域普通技术人员还将领会，在大多数情况下，所包含的水的重量占生产子单元重量的大部分。因此，可以垂直地布置具有比本文所述更高的壁的生产子单元，但是其中水深仍然在所述壁高度左右。安装生产子单元的容器的侧有效地成为生产子单元侧的延伸。
本领域普通技术人员将领会，本文制造的生产组件和生产子单元可以具有各种尺寸。联运容器的长度通常为20ft(6.1m)，40ft(12.2m)，45ft(13.7m)和53ft(16.5m)，并且具有可变的高度。也可以在多次迭代中连接容器，并在内部制造生产子单元，从而产生增加的虾生产。不受限制地，可以想到容器状刚性结构可以构造成具有与通常可用的容器不同的宽度、长度和高度。这样的结构将再次提供虾的生产显著增加的可能性。事实上如此描述的结构可能是连接到培育场、RAS和饲料模块以及计算机启动控制的独立建筑物。如本文所述的模块的生产模式是示例性的，并且将这些模块设计成满足市场需求被认为在本发明的精神和范围内。

Claims (21)

1.一种模块化虾生产系统，包括：
a.生产子单元模块；
b.再循环水产养殖系统(RAS)模块；
c.饲料分配模块；以及
d.计算机控制模块，
其中虾生产的基本操作被模块化和整合以形成由定制设计的网络物理平台控制的多阶段同步超密集虾生产系统，所述网络物理平台通过嵌入生产子单元模块、再循环水产养殖系统(RAS)模块和饲料分配模块中的传感器采集数据，以允许通过耦合反馈环控制一个或多个和与人机接口模块(HIM)整合的可编程逻辑控制器(PLC)通信的设备装置，以便保持虾的同步生产周期的水产养殖环境；
其中生产子单元模块包括至少一个长方体箱，该长方体箱具有在箱的中部较浅的沿长度方向升高的深度线，具有位于箱的一个端部的收获凹坑结构和位于箱的另一端部的盖结构；长方体箱能够容纳水并装有用于引入和排出水的至少一个阀；其中再循环水产养殖系统与生产子单元模块流体连通；其中饲料分配模块与生产子单元模块流体连通；并且其中计算机控制模块与人机接口模块(HIM)以及连接到后期幼体培育模块、生产子单元模块、再循环水产养殖系统模块或饲料分配模块的一个或多个设备装置电连通。
2.根据权利要求1所述的模块化虾生产系统，其还包括：
后期幼体培育模块；
后期幼体再循环水产养殖系统(PLRAS)模块；
其中后期幼体培育模块的基本操作被整合到由定制设计的网络物理平台控制的多阶段同步超密集虾生产系统中，所述网络物理平台通过嵌入后期幼体培育模块和后期幼体再循环水产养殖系统(PLRAS)模块中的传感器采集数据，允许通过耦合反馈环控制一个或多个和与人机接口模块(HIM)整合的程序逻辑控制器(PLC)通信的设备装置，以便保持后期幼体虾的同步生产周期的水产养殖环境；
其中后期幼体培育模块具有用于产生幼龄虾的至少一个浅水箱，后期幼体培育模块与后期幼体再循环水产养殖系统(PLRAS)模块、饲料分配模块和计算机控制模块流体连通。
3.根据权利要求2所述的模块化虾生产系统，其中后期幼体培育模块包括具有约8ft×约8ft×约1.5ft的尺寸的一个或多个浅水箱，其朝着位于箱的拐角中的立管成约0.5-1.5％的角度倾斜；其中一个或多个浅水箱堆叠在后期幼体培育conex容器的内部；其中浅水箱中的水深保持在30-50cm范围内，优选约40cm的平均深度；其中每个浅水箱中的水深使用通过后期幼体培育conex容器的壁插入设备隔室中的立管独立地保持；其中转向阀和泵通过从储箱循环来保持水位。
4.根据权利要求1所述的模块化虾生产系统，其中生产子单元模块包括具有约7.9ft×约52ft×约1.55ft的尺寸的一个或多个长方体箱，其包括在一个端部处的收获凹坑和在另一端部处的再循环端盖，其中每个长方体箱堆叠在具有约8ft×约53ft×约9.6ft的尺寸的第一conex容器的内部；其中再循环水产养殖系统(RAS)模块还包括泵、连接和阀以形成从RAS模块到包含在第一conex容器内部的每个生产子单元模块的长方体箱的独立连接的闭环再循环；其中再循环水产养殖系统(RAS)包含在第二conex容器内。
5.根据权利要求1所述的模块化虾生产系统，其中所述设备装置还包括用于监测、保持或改变模块化虾生产系统的部件，包括：可编程逻辑控制器(PLC)，特定光级；水循环率；高于35cm的生产子单元长方体箱水位；在29-33℃范围内的水温；pH浓度；在10-14份/千份的范围内的盐浓度；在大于4.5mg/L的范围内的溶解氧水平；氮代谢物浓度；用于检测表面声波的调制以感测物理现象的传感器；总溶解固体指数；在箱中发生的视觉事件；箱中的现场或录制视觉事件或其组合。
6.根据权利要求5所述的模块化虾生产系统，其中用于监测、保持或改变虾的同步生产周期的水产养殖环境的部件，其中可编程逻辑控制器(PLC)包括控制模块化虾生产系统的不同部件或过程并根据系统的运行要求进行编程的工业计算机；用于监测、保持或改变特定光级的部件包括安装在每个生产子单元的水管线上方的发光二极管(LED)；用于监测、保持或改变水循环率的部件包括泵和阀；用于监测、保持或改变箱水位的部件包括液位传感器；用于监测、保持或改变水温的部件包括在通过微分散喷嘴分配到水中之前通过热交换器预调节到31℃的压缩空气；用于监测、保持或改变pH浓度的部件包括pH探头；用于监测、保持或改变在10-14份/千份的范围内的盐浓度的部件包括电导率传感器，其测量水通过电流的能力并警告用户或直接进行调节；用于监测、保持或改变在大于4.5mg/L的范围内的溶解氧水平的部件包括极谱分析、快速脉冲、电流和光学类型的溶解氧传感器；用于监测、保持或改变氮代谢物浓度的部件包括警告用户的传感器；用于监测、保持或改变检测表面声波的调制以感测物理现象的传感器的部件包括；用于监测、保持或改变总溶解固体指数的部件包括警告用户的传感器；用于监测、保持或改变在箱中发生的现场或录制视觉事件的部件包括连接的电荷耦合电视(CCTV)相机。
7.根据权利要求1所述的模块化虾生产系统，其还包括布置在每个生产子单元上方并带有计算机控制的致动阀的高压水管线，其中高压水可以以脉冲形式释放到每个生产子单元中，所述脉冲从再循环端盖开始朝着收获凹坑移动以便于虾的收获。
8.根据权利要求1所述的模块化虾生产系统，其中再循环水产养殖系统(RAS)包括与闭环系统流体连接的储存箱；其中闭环系统包括与泵流体连接的移动床生物反应器(MBBR)；泵与生产子单元流体连接；生产子单元与用于去除碎屑的微滤网筒状过滤器流体连接；微滤网筒状过滤器与MBBR和上流式厌氧污泥床反应器流体连接；MMBR具有与用于从水中除去乳化的蛋白质物质并将水返回到MBBR的泡沫分馏器的流体连接；泡沫分馏器具有与用于处理和除去将用作高氮肥料或填埋垃圾的污泥的上流式厌氧污泥床反应器的流体连接；上流式厌氧污泥床反应器与循环水储箱流体连接；其中储存箱与经过滤的天然海水箱或井水箱流体连通，所述经过滤的天然海水箱或井水箱与混合箱流体连接，所述混合箱用于将水和海盐混合成期望盐度以转移到储存箱。
9.根据权利要求1所述的模块化虾制造系统，其中浅水箱和长方体箱由以下材料制成，包括：玻璃纤维，木质复合材料，合成塑料，聚乙烯，丙烯，丙烯腈丁二烯，苯乙烯，环氧涂层钢，金属或其组合。
10.根据权利要求1所述的模块化虾生产系统，其中浅水箱和长方体箱放置在联运容器内部。
11.根据权利要求1所述的模块化虾生产系统，其中每个长方体箱包括：多个端口，所述端口通过箱壁插入以允许放置用于曝气的微分散喷嘴；定向喷嘴，使用再循环水产养殖系统(RAS)再处理的水可以通过所述定向喷嘴被泵送以在每个箱中在逆时针方向上循环水。
12.根据权利要求1所述的模块化虾生产系统，其中每个长方体箱的收获凹坑构造有用于收集和去除碎屑以及收获虾的出口。
13.一种使用模块化虾生产系统具有成熟虾的同步生产周期的方法，所述方法包括：
a.为虾的同步生产周期准备水产养殖环境；
b.在后期幼体培育模块中蓄养后期幼体虾；
c.在后期幼体培育模块中将后期幼体虾养殖到幼龄阶段虾，形成第一阶段虾群；
d.将第一阶段虾转移到生产子单元长方体箱；
e.在生产子单元长方体箱中生长幼龄阶段虾持续第一时期，形成第二阶段虾群；
f.将第二阶段虾群分到两个独立生产子单元长方体箱中；
g.在两个独立生产子单元长方体箱的每一个中生长第二阶段虾群持续第二时期，形成第三阶段虾群；
h.收获第三阶段虾群的一部分；
i.将第三阶段虾群分到两个独立生产子单元长方体箱中；
j.在两个独立生产子单元长方体箱的每一个中生长第三阶段虾群持续第三时期，形成第四阶段虾群；
k.收获第四阶段虾群；
l.通过重复步骤(a)至(k)并确保模块化虾生产系统的生产子单元长方体箱一旦通过不同虾群的相应分配被清空就被重新补充来建立同步生产周期，
其中所有的虾生长阶段和基本操作都被模块化和整合以形成由定制设计的网络物理平台控制的多阶段同步超密集虾生产系统，所述网络物理平台通过嵌入后期幼体培育模块、长大生产模块、再循环水产养殖系统(RAS)模块和饲料分配模块中的传感器采集数据，其允许与人机接口模块(HIM)整合的可编程逻辑控制器(PLC)通过耦合反馈环调节所有方面；其中虾生长条件包括有利于虾成熟的照明，喂食，水温，水位，水pH和水盐浓度；后期幼体培育模块具有用于生产幼龄虾的至少一个浅水箱，后期幼体培育模块与第一个生产子单元长方体箱、再循环水系统(RAS)模块、饲料分配模块和计算机控制模块流体连接；每个长方体箱包括在箱的中部较浅的沿长度方向升高的深度线，具有位于箱的一个端部的凹坑结构和位于箱的另一端部的盖结构；长方体箱能够容纳水并装有用于引入和排出水的至少一个阀；其中再循环水产养殖系统与后期幼体培育模块和生产子单元模块流体连通；其中饲料分配模块与生产子单元模块流体连通；并且其中计算机控制模块与人机接口模块(HIM)和连接到后期幼体培育模块、生产子单元模块、再循环水产养殖系统模块或饲料分配模块的一个或多个设备装置配合。
14.根据权利要求13所述的方法，其还包括用以下步骤来代替步骤(k)至(l)：
(k)收获第四阶段虾群的一部分；
(l)将第四阶段虾群分到两个独立的生产子单元长方体箱中；
(m)在两个独立的生产子单元长方体箱的每一个中生长第四阶段虾群持续第四时期，形成第五阶段虾群；
(n)收获第五阶段虾群；
(o)通过重复步骤(a)至(n)并确保模块化虾生产系统的生产子单元长方体箱一旦通过不同虾群的相应分配被清空就被重新补充来建立同步生产周期。
15.根据权利要求13所述的方法，其还包括将密度为4,000-8,000/m2的后期幼体虾蓄养到安装在培育模块中的每个垂直堆叠的浅水箱中。
16.根据权利要求13所述的方法，其还包括通过监测、保持或改变以下参数准备虾的同步生产周期的水产养殖环境：特定光级；水循环率；在30-50cm的范围内的浅水箱水位；高于35cm的生产子单元长方体箱水位；在29-33℃范围内的水温；pH浓度；在10-14份/千份的范围内的盐浓度；在大于4.5mg/L的范围内的溶解氧水平；氮代谢物浓度；用于检测表面声波的调制以感测物理现象的传感器；总溶解固体指数；在箱中发生的视觉事件；箱中的现场或录制视觉事件或其组合。
17.根据权利要求16所述的方法，其还包括：通过使用压缩空气准备水产养殖环境，所述压缩空气在通过微分散喷嘴分配到培育箱的水中之前通过培育模块中的热交换器预调节到31℃。
18.根据权利要求16所述的方法，其还包括：通过在每个生产子单元嵌入用于水温，水位，盐度，溶解氧，pH，总溶解固体(TDS)，氮代谢物水平(氨，亚硝酸盐，硝酸盐)以及声学(喂食活动)的传感器来准备水产养殖环境；其中所有物理和化学测量数据经由网络物理平台通过与人机接口模块(HIM)整合的可编程逻辑控制器(PLC)进行连接以便实时反馈和调节。
19.根据权利要求16所述的方法，其还包括：通过使用计算机控制的饲料分配系统准备水产养殖环境，所述饲料分配系统从附接料斗抽取四种不同饲料中的一种；并且基于来自可编程逻辑控制器(PLC)的信号将水合饲料分配到目标生产子单元。
20.根据权利要求16所述的方法，其还包括：通过在每个生产子单元中嵌入传感器以便使用用于控制模块化虾生产系统的不同部件或过程的可编程逻辑控制器(PLC)来监测、保持或改变模块化虾生产系统来准备水产养殖环境，其中PLC根据系统的操作要求进行编程；用于监测、保持或改变特定光级的部件包括安装在每个生产子单元的水管线上方的发光二极管(LED)；用于监测、保持或改变水循环率的部件包括泵和阀；用于监测、保持或改变箱水位的部件包括液位传感器；用于监测、保持或改变水温的部件包括在通过微分散喷嘴分配到水中之前通过热交换器预调节到31℃的压缩空气；用于监测、保持或改变pH浓度的部件包括pH探头；用于监测、保持或改变在10-14份/千份的范围内的盐浓度的部件包括电导率传感器，其测量水通过电流的能力并警告用户或直接进行调节；用于监测、保持或改变在大于4.5mg/L的范围内的溶解氧水平的部件包括极谱分析、快速脉冲、电流和光学类型的溶解氧传感器；用于监测、保持或改变氮代谢物浓度的部件包括警告用户的传感器；用于监测、保持或改变检测表面声波的调制以感测物理现象的传感器的部件包括；用于监测、保持或改变总溶解固体指数的部件包括警告用户的传感器；用于监测、保持或改变在箱中发生的现场或录制视觉事件的部件包括连接的电荷耦合电视(CCTV)相机。
21.根据权利要求16所述的方法，其还包括：使用布置在每个生产子单元上方并且连接到计算机控制的致动阀的高压水管线收获虾，所述计算机控制的致动阀以从再循环端盖开始朝着收获凹坑移动的脉冲方式被启动。
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