JP2000513224A

JP2000513224A - 自動化され密閉された再循環養殖濾過システム

Info

Publication number: JP2000513224A
Application number: JP50344298A
Authority: JP
Inventors: ジー．リー，フィリップ; イー．タルク，フィリップ; エル．ウィットソン，ジョン; ウィットセル，アンドレア
Original assignee: University of Texas System
Current assignee: University of Texas System
Priority date: 1996-06-24
Filing date: 1997-06-24
Publication date: 2000-10-10
Also published as: EP0921722A1; NO986113L; US6171480B1; US5961831A; NO986113D0; CN1228008A; AU3499197A; WO1997049279A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、自動化養殖システムに関し、フィルタ（２２）の密閉システムに接続された１以上の養殖タンク（１０）と、水を該養殖タンク（１０）へ返送する前に水を浄化するための紫外部（８０）またはオゾン源と、を有する。さらに、システムの一部を開示するものとして、自動的にシステム内の水の状況をモニタする自動化バイオフィルタ（６０，７０）と、タンク内の動物の成長および状況をモニタするタンク内のビデオカメラと、を有する。本発明は、さらに、開示されたシステムを用いる、水性種を養殖するのに有用な方法である。好ましい種は、小エビ、イカ、海水魚、小魚、および海の軟体動物を含む。

Description

【発明の詳細な説明】自動化され密閉された再循環養殖濾過システム発明の背景本発明は、水性種の養殖のための自動化された水システムに関する。従来の養殖システムでは、典型的には、対象となる種が成長でき且つ養殖できるためには、多大な人間の介入が必要である。このようなシステムは、一部の水の交換などが必要であり、「密閉」されていない。大きなシステムでは、かなりの量の水が用いられ処理され得る。自動化され、確実に密閉されたシステムが有利である。発明の要旨本発明により、上記の１以上の問題および／または欠点が解決される。ある局面では、本発明は自動養殖システムが提供される。このシステムは、タンクと、微粒子フィルタと泡分離器と炭素フィルタとを有するタンクに接続された予備フィルタシステムと、好気性バイオフィルタと、排水を予備フィルタから受け取り、好気性バイオフィルタへ排水を移動させるポンプと、好気性フィルタに接続され、好気性バイオフィルタからの水を照射する紫外光のソースであって、上記ソースはタンクに接続されているために水はタンクに戻る紫外線のソースと、好気性バイオフィルタに接続されており、排水を受け取り、予備フィルタに排水を導入する予備システムに接続されている嫌気性バイオフィルタと、情報を受け取るためのタンク内に向けられたビデオカメラと、カメラやシステム内の他のセンサから情報を受け取り、システムの動作を制御するコンピュータとを有する。本発明の別の局面では、水性種を養殖するために有用な工程は、水を含むタンク内に水性種を収容する工程と、タンクから微粒子フィルタ内へ水を導入する工程と、微粒子フィルタから泡分離器へ排水を導入する工程と、泡分離器から炭素フィルタへ排水を導入する工程と、炭素フィルタから好気性バイオフィルタへ排水を導入する工程と、好気性バイオフィルタからの排水に紫外線を照射する工程と、好気性バイオフィルタからの排水を嫌気性バイオフィルタ内で処理し、嫌気性バイオフィルタからシステムへ排水を戻す工程と、照射工程からタンクへ排水を導入する工程とを有する。図面の簡単な説明図１は、密閉された養殖システムを示す図である。この養殖システムは、養殖水路（タンク）、予備フィルタシステム、ポンプ手段、好気性バイオフィルタ、嫌気性バイオフィルタ、嫌気性バイオフィルタに接続されたメカニカルポンプ、紫外光のソース、および矢線で示された様々な構成要素間の接続を含む。図２Ａは、養殖タンクの端面図である。図はタンクの中央で長手方向に延びる溝を示しており、タンクが適切に撹拌されたとき溝に向かって流れる破片(debri s)のために、タンクの底は斜めに傾けられている。図２Ｂは、養殖システムの側面図を示している。図３は、沈水（submergence）（Ｓ）の実施例を示す。垂直エアリフト（ＡＬ）の上部は、排管（discharge orifice）（ＤＯ）である。上側の点線は水位（ＷＬ）である。下側の点線は、注入エア（ＩＡ）である。エアリフトの下部は、注入（Ｉ）である。ＷＬからＤＯまでの距離はＺ₁である。ＷＬからＩＡまでの距離はＺ_Sである。沈水の公式はＳ＝Ｚ_S／（Ｚ_S＋Ｚ₁）である。図４は、養殖システムのエアリフト内へ空気を放出する開口の設計を示した図である。図５は、泡分離器を示した図である。図６は、浸水した好気性バイオフィルタを示した図である。図７は、自動好気性上昇流ビードフィルタを示した図である。図８Ａから図８Ｄは、図１のシステムによる水質履歴を示す図である。養殖（１日〜１００日）および水路（raceway）（１０１日〜２４２日）の代表的な測定が示されている。バイオマスは、１日目の１立方メートル当たり＜１０ｇから、養殖期間の最後の３分の１の期間には１立方メートル当たり＞２００ｇに増加した。図８Ａは、養殖期間中のｐＨ測定を示す。水平線は所望の標準値である、＞８．０を示す。図８Ｂは、養殖期間中のアンモニア測定を示す。水平線は許容可能な上限を示す。図８Ｃは、養殖期間中の硝酸塩測定を示す。水平線は許容可能な上限を示す。図８Ｄは、養殖期間中の亜硝酸測定を示す。水平線は許容可能な上限を示す。図９は、密閉された養殖システムを示す図である。養殖システムは、養殖トレイ、予備フィルタ手段、ポンプ手段、自動好気性バイオフィルタ、紫外光のソース、および様々な構成要素間の接続を含む。図１０Ａから図１０Ｃは、図９のシステムによる水質履歴を示す図である。図１０Ａは、脱硝バイオフィルタが迫加されたときの硝酸塩の除去を示す、硝酸塩濃度を示す。三角形は流入を示し、四角形は流出を示す。図１０Ｂは、脱硝バイオフィルタが追加されたときの亜硝酸塩の除去を示す、亜硝酸塩濃度を示す。三角形は流入を示し、四角形は流出を示す。図１０Ｃは、脱硝バイオフィルタが追加されたときの硫化水素の除去を示す、硫化水素濃度を示す。三角形は流入を示し、四角形は流出を示す。図１１は、密閉された養殖システムの機能を表すモデルを示す図である。図１２は、ブロック図形式で示された養殖のためのファジー推論駆動機械観察識別システムに基づく適応ネットワークを示す図である。図１３Ａから図１３Ｄは、本発明の機械観察サブシステムのための画像処理機器を示す図である。図１４は、本発明の機械観察サブシステムのための画像ディジタル化および処理を示す図である。図１５は、本発明の機械観察サブシステムのためのソフトウエアの使用と開発のブロック単位の図を示す図である。図１６は、従来の機械観察システムをトレーニングする際に生じる誤差を示す図である。四角形はトレーニング誤差を示し、円形は検査誤差を示す。図１７は、機械観察システムＡＮＦＩＳをトレーニングする際に生じる誤差を示す図である。Ｘは検出誤差を示し、円形はトレーニング誤差を示す。発明の詳細な説明本発明は、確立されたプロセス制御技術の人工知能と水システム設計の融合であり、養殖／水槽産業に対して、密閉され再循環する水濾過(filtration)システムを提供する。密閉され再循環する水濾過システムは、水を慎重に入れ替えることを不要にしつつも許容できる水質を維持しながら、水生生物に完全な生態学的な生命の維持を提供するサブシステムを集合させたものである。この定義が意味しているのは、生態学的に発生された可溶でありかつ漂っている汚染物質および水資源の保守を完全になくすことである。この定義は、水の蒸発により失われることにまで拡張されるのではない。蒸発した水は環境汚染物質がなく、その置換は実質的な資源の枯渇を引き起こさないと仮定されている。本発明は、「閉ループ」生態学的濾過システムにおける水生生物の成長および繁殖(reproduction)を最適化するプロセスの機械／コンピュータ制御に関する。本発明は、養殖された生物の生理学的要件に影響を与える物理的ファクタを継続的にモニタし、これらの要件に適合するための必需品を継続的に調整することによって作用する。いくつかのファクタ（例えば、溶存酸素、ｐＨ、代謝物および塩分濃度）は危険の限界内に保持され、他のファクタ（例えば温度および光サイクル）は成長特性および／または繁殖の同期現象(periodicity)を変えるよう変更され得る。密閉され再循環する養殖システムは、（複数の）タンク、配管系統、濾過装置およびポンプを集合させたものである（図１および図２）。養殖タンクは、養殖されている種に適切である任意の大きさ、形状および物質であり得る。配管系統は、包括的なタンクの設計と互換性のある任意の大きさ、形状および物質であり得る。養殖システムで用いられるフィルタは、一般に５つのタイプになり、養殖されている種に適切である任意の組み合わせにおいて用いられ得る。フィルタタイプは、（１）微粒子除去スクリーン、沈殿盆(settling basin)、培養液が満たされたトラップおよび、ある意味では物理的／化学的吸着デバイス（泡分離器および活性炭）、（２）設計されたすべての物理的吸着泡分離器（つまりプロテインスキマ）、（３）大きさあるいは電荷に基づいて分子を捕捉するために用いられる化学的吸着活性炭、ゼオライトおよび他の合成培地および膜、（４）バクテリアが生物の排出物に酸化され、最終生成物を二酸化炭素および元素の窒素に減少するのを支持するための生態学的培床、である。加えて、脱硝作用（硝酸から窒素ガスへの変換)は嫌気性条件下で生態学的フィルタベッドにおいて生じうる。そして（５）照射／酸化−紫外線（ＵＶ）、オゾンあるいはそのいずれもを生成するデバイス群、である。ポンプは、包括的なタンクの設計と動物に互換性のある速度においてシステムを通る水を移動させるために使われる、任意の数のデバイスである。このカテゴリには水ポンプ、エアブローワおよびコンプレッサが含まれる。濾過の設計において機械的ポンプ駆動のシステムとエアリフト駆動システムの間で自然に２群分けが生じる。エアリフト駆動システムは超低ヘッド圧力で動作するが、流量は高ヘッド圧力で動作するポンプ駆動システムの流量と同じである。養殖システムではエアリフトを用いることについて、多くのやむにやまれぬ理由（例えば経済性、簡素性および耐久性）がある。しかし、養殖濾過システムは典型的にはポンプ駆動である。高圧力ポンプ動作をするよう設計されたフィルタは、容易に入手可能であり、本発明の要件に完全に適用可能である。しかしそれらのフィルタは、簡単にエアリフト駆動システムに適用されない。したがって、本実施例の一部として説明されるフィルタは、エアリフト駆動システムのために開発された低圧設計だが、ポンプ駆動への応用にも適している。すべてのシステムおよびサブシステムは、センサ、伝達(communication)デバイス、コンピュータハードウェア、ソフトウェアインターフェースおよびエキスパートシステムからなる知能制御システムによって統合されている。これら知能制御システムは、（１）生産システムから直接リアルタームデータを得て、（２）入力を数学的にプロセスモデルに変換し、（３）これらのモデルを、人間のエキスパートの役割を仮定されているエキスパートシステムとインターフェースし、（４）エキスパートシステムの決定を適用して危険プロセスを制御する。したがって、自動養殖システムの開発は、集約養殖システムおよび入手可能なプロセス制御ハードウェアおよびソフトウェアの利用可能性の増加の拡大に基づいて営まれるべきである。実用的な入手可能な自動制御システムの設計が成功すると、それは広く応用可能となるであろう。というのも、その成功は水管理を向上させ、人によるモニタリングに関連するコストを減少させ、悲劇的なシステムの故障の機会を大きく減少させるからである。現代の商業的養殖設備は、原料物質（例えば酸素、熱、餌および水）を早く高品質な最終生成物（食用高プロテイン生物）に転換することを要求する、内部で関連付けられたプロセスとサブプロセスの精巧なネットワークになっている。これらのプロセスは製造会社によって管理されている物理プロセスと比較可能である。それらは空間的にも時間的にも統合されている多くの単純な（ステップ様式の）および複雑な（サイドループのある）プロセスを必要とし、生産物を最大にし、失敗を最小にする。集約養殖システムの自動化は米国企業に以下のことを可能にする。すなわち（１）生産を市場の近くに位置させ世界商品市場と競争する。（２）環境制御が向上する。（３）災害損失を減少させる。（４）流出物に関する環境規則の問題を回避する。（５）管理および労働コストを大きく低減する（６）生産物の品質および一貫性を向上させる。プロセス制御技術の応用および養殖に特化されたエキスパートシステム（ヒトの思考プロセスの複製を試みることによって入手可能な情報に基づいて解答あるいは解を提供するコンピュータプログラム）の同時の必要性は、引き続き、養殖産業における集約性に対して主要な位置を占める。加えて、本発明は、機械観察サブシステム(machine vision subsystem)を含む。機械観察サブシステムは、機械観察システムにおいて、検出、監視、測定および品質評価の目的で生物がモデル化され得るプロセスである。機械観察サブシステムは、（固体をフレームで識別する）個別化および（物体をバックグラウンドから分離する）区分化の問題、および養殖あるいは農業システムにおける知能的連続モニタリングに対する、適応ニューロファジー推論システム（ＡＮＦＩＳ）の応用である。自動養殖システムでは、機械観察サブシステムは動物データをシステムの制御パラメータに取り込むために用いられ得る。この動物データは、大きさ、成長速度、活動レベル、活動分類（例えば、交配活動、産卵性および脱皮性）を含み得る。動物データは、自動化システムに対する環境インジケータ（例えば水質の警告）あるいは制御変数（例えば、交配活動は給餌頻度を増加させること）として用いられ得る。機械観察サブシステムは、養殖における機械観察の理論的使用と任意の製造設備における機械観察技術を応用する能力との間の、必要だが欠けていたリンクである。生物が生産物あるいは生産者である生産設備（農業、養殖業およびバイオテクノロジー）は最も利益がある。なぜなら、本発明は、不規則かつ複雑な光景および目的対象物の機械観察の使用を可能にするからである。機械観察サブシステムはプロセス（アルゴリズム）から構成される。ここで特徴は、監督された学習（ニューラルネットワーク）およびファジー推論システム（ＦＩＳ）の協同動作によってグループ化される。特徴は、対象の識別および分類化のための、目的対象物の生態学のアプリオリな知識の一部であるか、連続的な活動モニタの結果であるか、あるいは動物あるいは生産物の市場性のためのテストであるか、という特徴である。監督された学習はバッチで行われ、最後の生産物が、機械学習を継続して適用することなしに動作（決定）されるＦＩＳであるようになる。あるいは学習は、オンラインで生じる。ここでは、ニューラルネットワークは所定のパラメータ内でＦＩＳを修正し続け、したがって非監督学習を介したシステムの性能および識別能力を向上させる。本発明のコンピュータ自動化された閉鎖系の再循環養殖濾過システム（ＣＡＣＲＡＦＳ）は、工業上有用であり、環境に対して必要であると理解される。これは、生物学的濾過を制御する複雑な「意志決定」を行い得る人工知能に欠けていたので、以前は実現されなかった。養殖水の生物学的濾過は、水性動物の健康および生存に必須である。脱窒素サブプロセスの自動制御が開発され、米国特許第 5,482,630号として特許され、この特許は本明細書中で参考として援用される。最終的な部分は、機械的視覚システムによって寄与される。濾過サブシステムフィルタの直列配置（図１）は、流出水を以下のプラグフローオーダ（plug-f low order）で縮小するように、順序付けされる：（１）機械的または粒子性濾過（例えば、含浸ベッド、上昇砂流またはベッドフィルタ、流動化砂フィルタ、半透膜、フラッシュフィルタ、および散水フィルタ）；（２）物理的吸着または泡分離器（例えば、タンパク質スキマー）；（３）化学的濾過（例えば、活性炭、ゼオライト、あるいは任意のキレート化合物または金属イオン封鎖化合物）；（４）生物学的濾過（例えば、従属栄養性または化学的栄養要求性バクテリアアセンブラージュとして機能する好気性または嫌気性バクテリアベッド）；（５）滅菌（例えば、紫外光、オゾン、塩素、または他の化学的酸化剤）。このシーケンスは、上記で列挙した養殖フィルタ構成要素の形態の全てに適している。システムの典型的配置を図２Ｂに示す。ここで、予備フィルタタンク２２（粒子性フィルタ、泡分離器、および活性炭素を含む）は、4'Ｗ×8'Ｌ×4'Ｈのサイズを有している。養殖タンク１０は、12'Ｗ×20'Ｌ×4'Ｈのサイズを有している。エアリフトケーシング５５は、24"直径×13'Ｈであり、バイオフィルタ６０は8'Ｗ×18'Ｌ×3'Ｈである。ヘッドタンク５２は、2'Ｗ×4'Ｌ×2'Ｈである。２つの紫外光滅菌器８０を、同じく図２Ｂに示す。濾過効率は、（人工知能を用いる）分散制御システムＤＣＳによって管理されて、水質を養殖中の任意の水性種に受容可能な基準に維持する。５つのフィルタタイプが以下の様式で自動化される：（１）機械的または粒子性濾過の効率は、フィルタにかかる差圧、フィルタを通過する水の流れ、酸化−還元電位、溶存酸素、およびフィルタベッド膨張体積をモニタリングし、次いで、水の流量または滞留時間、バックウォッシング頻度、ならびに所用時間を制御することによって改善され得る；（２）物理的吸着効率は、フィルタを通過する水の流れ、流出水中の全体ガス圧力、ガス注入、およびバブリング高さをモニタリングし、次いで、水の流量または滞留時間、循環時間、ガス源（例えば、ブロワエア、圧縮ガス、またはオゾン)、ならびにガス注入速度を制御することによって改善され得る; （３）化学的濾過の効率は、フィルタを通過する水の流れ、およびフィルタにかかる差圧をモニタリングし、次いで、水の流量または滞留時間を制御することによって改善され得る；（４）生物学的濾過（好気性または嫌気性）の効率は、フィルタを通過する水の流れ、フィルタにかかる差圧、溶存酸素、ｐＨ、酸化−還元電位、二酸化炭素、および使用されるバイオフィルタのタイプ（例えば、含浸、上昇流、流動化、散水、またはフラッシュ）に依存する水位変位をモニタリングし、次いで、水の流量または滞留時間、溶存酸素注入、バッファ注入、バックウォッシング頻度、ならびに所用時間を制御することによって改善され得る；（５）滅菌の効率は、フィルタを通過する水の流れ、光強度および波長（紫外光）、ならびに酸化−還元電位（オゾンおよび化学的酸化剤）をモニタリングし、次いで、水の流量または滞留時間、ならびに化学的注入（オゾンおよび化学的酸化剤）を制御することによって改善され得る。エアリフトポンプの設計および動作は、（ａ）エアリフト注入器の設計によって改善される。気泡サイズの構成はエアリフト効率に影響する。拡散オリフィスは、頂部においては、より小さく（＜１〜１０ｍｍ内径）より遅い上昇気泡を生成するためにスリット状ではじまり、その後、より大きい気泡（１０〜３０ｍｍ内径）を生成するために円形基部に拡張する変形涙型形状を有し（図４）、（ｂ）エアリフトパイプの頂部から出る気泡−水スラリーは、コーン型構造によってパイプの頂部から離れて偏向される。コーン型構造は、真っ直ぐに降り（fall s traight down）ず、水の流れを妨害しないように、エアリフトの頂部から離れて水を偏向する。図１において、水路（養殖タンク）１０を含むシステムが図示される。養殖タンク１０は、図２に図示するような、トラフ１２と傾斜付き床１４とを含む構成であり得る。図１では、養殖タンク１０からの流出液は、予備フィルタシステム２２に入る。予備フィルタシステムは、粒子性フィルタ２０と、泡分離器３０と、カーボンフィルタ４０とを含む。養殖タンク１０は、矢印１６で示される導管によって予備フィルタシステムに連結される。粒子性フィルタ２０は、養殖タンクからのより大きい細片（debris）を濾過する。粒子性フィルタ２０からの流出液は、泡分離器３０に流入し、ここで、泡が除去される。泡分離器３０は、図５Ａに図示する構成を有し得る。泡分離器３０からの流出液は、次いで、さらなる予備濾過のためにカーボンフィルタ４０に入る。カーボンフィルタ４０からの流出液は、次いで、矢印４２で図示される導管を通って、エアリフト５０に流入する。エアリフトは、図５Ｂならびに図４により詳細に図示され、図５Ｂはエアをエアリフト中に放出する開口部の設計を示す。エアリフト５０は、エアリフトタンク５４と、システムのサイズに依存して大きさが変化し得る垂直パイプ５５とからなる。エアリフト５５に用いられるパイプの底部において、エア注入器５３はエアを導入する。エアは上昇し、これにより、水をエアリフトの上方に引っ張り、これにより、ポンピング動作および循環を提供する。エアリフト５０からの水は、ヘッドタンク５２に入り、次いで、好気性バイオフィルタ６０の中に注がれる。好気性バイオフィルタ６０は、好気性バイオ濾過を行う微生物をサポートする砂利を含み得る。次いで、好気性バイオフィルタ６０からの流出液は、導管６２を通ってＵＶ光源８０に流入する。ＵＶ光源８０は、水を照射して、これにより、水中の存在し得る微生物および病原体を殺菌する。ＵＶ光源８０からの流出液は、導管８２を通って養殖タンク１０に戻る。好気性バイオフィルタ６０からの流出液は、導管６４を通って嫌気性バイオフィルタ７０に断続的に送られる。嫌気性バイオフィルタ７０は、米国特許第5,482,630号に図示される設計を有し得る。次いで、嫌気性バイオフィルタからの流出液は、メカニカルポンプ７２を介してポンピングされ、導管７４を通過して粒子性フィルタ２０に入る。嫌気性バイオフィルタ７０は、システムから硝酸塩を除去する。泡分離器３０（タンパク質スキマー）は、ルーバー（louvered）スロット３１を有し、ルーバースロット３１は、接触チャンバ３２の、容器が保持する水位の数センチメートル下方に配置されている（図５Ａ）。ルーバースロットは、内側に向けられて、接触チャンバ３２に入る水は、出口に向かって下方に移動するので、偏向されて環状パターンを形成する。この設計は：（１）より効率的な有機性除去のために、水の滞留時間を増加させる；（２）小さい気泡を合わせて、向流水に対してより速く上昇し得るより大きい気泡とし得る；および（３）気泡の大部分（mass）をシリンダの中心に集めて、ルーバーを通過して逃散しないようにする。含浸バイオフィルタベッドの設計（図６）は、いくつかの重要な特徴において典型的な含浸ベッドと異なる：（１）ベッド６１は、表面においてちようど含浸されるように上昇される；（２）流入（未処理）水は、ベッドの下に注入され、ベッドを通過して上昇する（図６）。この構成は:（ａ）ベッドの圧密(compacti on)およびこれに続く流れの減少を低減する（ｂ）有機物を含む水（organic la den water）をベッドの暗い側と接触させ、従属栄養体の成長を制限する:および（ｃ）ベッドの底部を酸素に富む水と接触させ、これにより、ベッドの内部深くに嫌気性領域が発達することを防ぐ。自動化上昇流ベッドフィルタ９０の設計（図７）はまた、インサイチュセンサがベッド９２の内部のバクテリアの代謝をモニタリングし、環境パラメータ、滞留時間、およびバックウォッシュスケジュールを制御するために使用されるという点で、独特である。図７に示す実施態様は、プロペラ９４を有し、プロペラ９４はプロペラモータ９６で駆動される。バルブ９８は流入液を制御する。別々の導管が、酸素１００とバッファ１０２とを添加するために配設される。他のバルブ１１０が流出液を制御する。インサイチュセンサは、溶存酸素１１２、差圧１１４、水流１１６、ｐＨ１１８、ならびにベッド９２の内部およびフィルタ９０の底部における酸化還元電位１２０をモニタリングする。ドレイン１２２もまた配設される。この構成は、粒子濾過および硝化フィルタの二重動作を行うために、上昇流ビードフィルタの性能を最適化する。養殖された有機生物が生存する養殖タンクは自己洗浄型である。タンク１４の床は、（例えば、４インチの）トラフ１２が位置する中心部に向かって傾斜する（例えば、２インチ／フィート）ように改変されている。タンク出口は、トラフの一方の端部に位置し、集められた廃棄物はパーティクルフィルタで除去される。トラフ中の廃棄物塊（concentration of waste）および集められた廃棄物はまた、パーティクルフィルタで除去される。トラフ中の廃棄物塊は、ドレインの上方に直接位置された気泡スクリーン（エアレーション注入器）を使用して処理される。この結果、廃棄物の大部分は、労力を必要とすることなく、タンクから流される。分配制御サブシステム(subsystem) 統合処理制御システムは、養殖生産物の分配制御および濾過(filtration)サブシステムに利用される。分配制御システム（ＤＣＳ）は、環境の状況を電気信号へ変換する複数のセンサ／トランスデューサと、センサの電気信号をデジタルコードへ変換する伝達マルチプレクサと、マルチプレクサからおよびマルチプレクサへの伝達信号を受け取り可能なコンピュータハードウェアと、人ユーザへインタフェースするコンピュータハードウェアと、間取り図(floor plan)を表現し、入来(incoming)データに趨勢し(trending)、履歴データに趨勢するためのグラフィックインタフェースを提供するために構築されたコンピュータソフトウェアとから構成されている。さらに、制御ループの高レベル統合は、人工知能コンピュータプログラム（例えば、規則式エキスパートシステム、ニューラルネット、ファジー理論式エキスパートシステム、ニューラルファジーシステム）によって管理される。トレーニングセットパラメータは、溶存酸素レベル、塩分濃度および伝導率、水位、ポンピング速度、ポンプ効率、流量、温度、加熱および／または冷却効率、ｐＨに基づく緩衝液の添加、酸化／還元電位、ならびに水位および塩分濃度に基づく海水または水の添加を含む。ＤＣＳは、適切な数学モデル（例えば、オン／オフ(on/off)、ＰＩＤ、統計学的モデル、またはエキスパートシステム）と関連して、全ての養殖タンクおよびフィルタタンクにおける、以下の環境のモニタおよびの制御のために使用される（図１１参照）：（ａ）温度モニタおよび制御：（ｂ）ｐＨモニタおよび制御：（ｃ）塩分濃度のモニタおよび制御：（ｄ）酸化／還元電位（ＯＲＰ）モニタおよび制御：（ｅ）溶存二酸化炭素のモニタおよび制御：（ｆ）全溶存ガスのモニタおよび制御：ならびに（ｇ）溶存酸素のモニタおよび制御。ＤＣＳは、適切な数学モデル（例えば、オン／オフ、ＰＩＤ、統計学的モデル、またはエキスパートシステム）と関連して、全ての濾過装置を管理するために使用される。センサの入力（例えば、圧力、水位(level)、ＯＲＰおよび溶存酸素）は、濾過システム（例えば、粒子、炭素および生物学的濾過システム）の機能をモニタするために使用される。数学的制御モデルに基づいて、出力は、水の流動時間または滞留時間、引き波(back washing)およびフィルタメンテナンス予定等の様々な機能を制御する。フィルタ構成要素内およびフィルタ構成要素間の流量は全てＤＣＳによってモニタおよび制御される。フィルタ構成要素内およびフィルタ構成要素間の流量の変化は、プログラムされた機械知能によって、および、例えば、ｐＨ、溶存酸素、温度、塩分濃度（海水システムのみ）、ＯＲＰならびに濁度などの水質データのＤＣＳに従う評価によって実行される。ＤＣＳは、水位のモニタおよびＣＡＣＲＡＦＳが使用する全ての養殖タンクおよびフィルタタンク内での制御のために使用される。エアリフト駆動型システムにおける流量安定化のために、水位の正確な制御が必要である。ＤＣＳは、システムパラメータが設定値外にある時に、臨界のシステム機能の自動報告および警告（ローカルおよびリモート）を生成する。警告は、視覚的（ストローブおよびメッセージセンター）および聴覚的（ベル）の両方である。ＤＣＳは、マシンビジョンサブシステムからの出力および入力としての自動フィーダおよび内部タイマを有するフィード管理能力を有する。ＤＣＳは、養殖領域(culture area)全体における光周期を制御し、生活還(lif e cycle)を変化させるために使用される。システムは、照明をオン／オフし得、また、可変抵抗器を用いて照明レベルを制御し得る。図１１は、図１または図９に示す閉養殖システムの機能モデルである。箱は、状態変数であり、差込(spigots)は伝達係数であり、円は効果である。最上部のモデルサブシステムはアニマルバイオマス(Animal Biomass)３００である。状態変数は、バイオマスのグラム３０２である。効果はグラム養殖(grams growth)３０４、グラムでの養殖(growth in grams)３０６、ナンバー３０８、グラムでの重量３１０、立方メートルあたりのキロ３１２、タンク容量Ｉ３１４および値＄３１６である。第２のモデルサブシステムは、蓄積物３４０である。状態変数は、フィード総量ｋｇ３４２、蓄積ＴＡＮ（総アンモニア態窒素）３４４およびグラムでのバイオマス３４６である。効果は、ｋｇでのフィード３４８、フィードコスト３５０、一日のＴＡＮｇｍ３５２、消費フィード３６２、ＴＡＮバイオマス３５４、硝化３５６、ＴＮＮバイオマス３５８および硝化バイオマス３６０である。第３のモデルサブシステムは、総アンモニア態窒素３７０である。状態変数は、バイオマスｇｍ３７２、総アンモニア態窒素３７４、ビードフィルタ３７６およびサンドフィルタ３７８を含む。効果は、窒素含有量３８０、フィードレート３８２、窒素フィードｇｍ日３８４、同化レート３８６、消費フィード３８８、ＮＨ₃ｍｇＩ３９０、ＮＨ₃濃度ｇｍＩ３９２、タンク容量Ｊ３９４、主流量３９６、ビードフィルタに対するＴＡＮ３９８、ビードフィルタ硝化４００、サンドフィルタに対するＴＡＮ４０２、サンドフィルタ硝化４０４およびＴＡＮリターン４０６である。第４のモデルサブシステムは、脱窒素４２０である。状態変数は、ＴＮＮ（総ニトレートニトロゲン（nitrate nitrogen)）４２２およびバイオリアクタ４２４である。効果は硝化４２６、ビードフィルタ硝化４２８、サンドフィルタ硝化４３０、ＮＯ₃濃度ｍｇＩ４３２、ＮＯ₃濃度ｇｍＩ４３４、タンク容量Ｉ４３６、バイオリアクタに対するＴＮＮ４３８、脱窒素４４０、バイオリアクタ効率４４２、柱４４４、バイオリアクタ容量４４６、バイオリアクタフロー４４８、滞留時間４５０およびＴＮＮリターン４５２である。数学モデルは以下の通りである。アニマルバイオマス蓄積物脱窒素総アンモニア態窒素セクションになしマシンピジョンサブシステム順応性のあるニューロファジー推論（インタフェース）システムの適用が、マシンビジョンシステムに対する対象物再確認モデルを生じるために対象物分類の目的に対して使用される。画像品質ファクタ（全体の輝度、コントラストを説明する曲線の尖った形）を使用する自動化画像品質査定は、（アニマルの大きさの推定、アニマルを分割するのに必要なしきい値の推定）、正確に対象物を測定するためのマシンビジョンシステムの能力に関するような画像品質のモデル、および測定の確実度がＡＮＦＩＳを使用して開発されることに関するような画像品質のモデル、といった知識を搬出する。画像形成に基づいた構成は、マルコフ（Ｍａｒｋｏｖ）ランダムフィールド法の適用を使用する。マルコフランダムフィールドに基づいた画像形成は、周知である。本発明は、動き情報の付加、および標的対象物である画素が近隣である見込みを決定するための画像情報の予測的なファジーモデルの使用、を含むこの方法の適用を使用する。本発明の一部分は、自動養殖システムに対するシステム状態再確認を生じることを目的としたシステム状態の分類を目的としたＡＮＦＩＳの適用である。素早い対象物形成、すなわち、グローバル研究所イメージ（Global Lab Image）(図１５)のような従来の画像分析手段の入力を使用、バッチ（batch）学習モードの下でのＡＮＦＩＳの使用が、標的対象物をモデルするＦＩＳ（図１６および図１７）の素早い発生を可能にする。対象物の素早くモデルするためにここで取られる独特なステップは、ファジー理論の世界からの「天然」のグルーピングの使用である。本発明の別の局面は、学習マシン（バッチまたは監督されていない）の使用であり、自動養殖システムにおける有機体の状況をモニタする。これは、有機体状況査定を含む。すなわち、有機体の状況が、（１）前に存在していた知識の基礎の使用が規定され得、および／または（２）自動養殖システムにおいて標的対象物形の分析を他のパラメータデータ（水質、温度、明るさのような）とを組み合わせるＡＮＦＩＳ過程に基づいて推論され得る。実際の動きおよび形状再確認に基づいたアニマルの活性度レベルが、自動養殖システムに取り込まれることをモニタする連続的な有機体活性度もまた、使用される。養子性ネットワークに基づくファジーインターフェース駆動の養殖用マシンビジョン分類システム（ＡＮＦＩＳ）を図１２に示す。ＡＮＦＩＳ２４０への入力は、「標的対象物形態学のアプリオリ知識」２４２、および「従来の分割化特性の画像分析」２４４を含む。図１２における入力／出力周路は、「バッチまたは連続学習法を使用した知的なＦＩＳ発生の天然グルーピングおよび操作者監視」２４６であり、出力は、「ＡＮＦＩＳが監督されていない学習を続けること」２４８、および「単独ＦＩＳ」２５０である。それゆえ、本発明の局面は、自動養殖システムにおけるセンサ入力（すなわち制御変数）としてマシンビジョンの結果を使用して説明され得る。エアリフトこの水循環型の経済的使用における鍵となる要素は、（１）潜水（submergenc e）（図３）または、水が上昇する（持ち上げられる）高さに対する空気が注入される深さの関係（パーセントで表される）、（２）図３で注入される空気の量、（３）注入器の設計、（４）エアリフトの直径、（５）持ち上げられた水の排出口ＤＯおよびヘッドタンクの設計、である。最も効率の良いエアリフトは、水表面で開いている垂直配管を通って水を配送するものである。効率は、配管の上部が表面の上に出るにつれて減少する。理論的には、潜水が８０％以下だと、水の流量を大変制限する結果となる。配管の直径はリフトの高さに影響を及ぼし、配管の直径がより小さいと、より低い（８０％以下）潜水ではさらに効率が良くなる。気泡の大きさの形状は、エアリフトの効率に影響を及ぼす。小さい気泡は、ゆっくりと上昇し、大きな気泡よりも遅い速度で水を持ち上げる。気泡の大きさが均一であれば、様々な気泡の大きさが混ざった時よりも少ない水しか動かない。二つの注入型が一般に使用される。一つは、エアリフト配管の外側の頸部（ collar）を通って空気を注入し、もう一つは、エアリフト配管の内側に導入された配管を通って空気を注入する。第１の設計では、摩擦を制限し、配管内の容積を最適化することで水の流れが制限されることを回避する。本発明に含まれる新規のエアリフトポンプは、いくつかの独特な設計上の特徴を有する。第１に、拡散口５３は変形した流線型である（図４）。その流線型は、小さく（直径１〜１０ｍｍより小さい）、ゆっくりとした上昇気泡を生成するための上部でのスリットをはじめ、より大きな気泡（直径１０〜３０ｍｍ）を生成するための円形底部に広げられた形である（図４）。これにより、様々な大きさが混ざった気泡を生成し、オートメーションの制御範囲を広げる。三つの拡散口は、より小さい直径の配管（１／２〜２"）に割り込まされる。口の数は、口の最大水平直径間に十分な材料を残して均等に配置され得る最大数に配管の円周と共に増加し、拡散器の下端にしっかりと接続される。第２に、拡散器を取り付けられた空気配管がリフト管の中央に導入され得るので、拡散口へのアクセスの容易さのために、本発明に使用されるすべてのエアリフトは、より大きなリフト管５５で設計される。第３に、エアリフト配管の上部を出る空気−水混濁液は、円錐型構造により配管の上部から離される。エアリフトの上部が、タンクの水の表面と一致するならば、円錐はリフトの効率を減少させることとなる。しかしながら、フィルタを通る循環のヘッド（head）圧力を与えるために、水をいくらかの量（〜１０−２０ｃｍ）、上昇させなければならない。それゆえ、エアリフトは、ヘッドタンクの中に注がねばならない。水がヘッドタンクを出る前に、エアリフトの方に逆流しないように、上部の何センチメートルかは、ヘッドタンクの底部より上に伸ばされなければならない。従って、まっすぐ落ちなかったり、水の流れを妨害しないように、円錐型構造は、水をエアリフトの上部から離す。エアリフトおよびヘッドタンクは、周路のどこかに導入され得る。安全性の観点からは、最も簡単な物（すなわち、図１の微粒子フィルタ）を差し込んでいる（plug ）フィルタの下流がよい。システムを通る水循環は、例えば図１のような養殖タンクおよび個々のフィルタを通る閉鎖周路である。それぞれ次の構成要素をつたって移動する全体の流れの一部分は、構成要素間のバイパス周路を使用して調節され、濾過効率の制御、消耗品の配置、および〜５０−２００ｇｐｍの水循環の速度を可能にする。濾過効率の度合いは、受け入れ可能なレベルで水質を維持しなければならず、それぞれの構成要素（例えば泡分離器）内の周路を再循環する可変速度により調節され得る。構成要素内および構成要素間のすべての流速は、分散制御システム（ＤＣＳ）によってモニタされ、制御される。微粒子除去微粒子除去は、スクリーン、水だめの設置、除去装置を有する媒体、およびいくらかの物理的／化学的吸収装置（例えば、泡分離器および活性炭）で達成され得る。筒（canister）型微粒子除去装置を除いて、たいていの固体除去剤は、エアリフトが駆動されている水路に直接施される（plumb）。エアリフトのための最も実用的な設計は、スクリーンおよび／または沈殿物（sediment）除去装置を移動させる広い表面積を有する。養殖タンクの断面設計（図２）は、固体廃棄物が水循環の流れで集められ、固体除去装置２０に運ばれるようなものである。この効果は、幅より長く、一方の端が流入口でもう一方が流出口で構成されているタンクの設計に依存している。縦軸に沿って養殖タンクの中に拡散される空気は、循環セルを水の縦軸方向の流れに対して直角とし、底部および側面から中央部へ固体微粒子を洗い流す。その後、タンクの流入端から、流出口の流水中で集められて固体分離器２０に運ばれる流出口へ、固体は水の流れと共に移動する。固体分離器は、養殖タンクの下流部へすぐのところに導入されるべきである。養殖タンクの水位が一定を保つために、分離器への流入口は、養殖タンクの水位の高さに水があってはならない。あるいは、低いヘッド圧力がビードフィルタを吹き上げる（図７）か、または砂フィルタが微粒子を分離するのに使用され得る。これら後者二つのシステムは、システムの水を分離したことによる損失と共に逆流することを要求する。物理的吸収すべての設計の泡分離器は、それらの位置が固定されているものを除いて、含まれ得る。それらは、微粒子フィルタのすぐ後に配置されるべきである。主要な設計上の制限は、水が、気泡の逆流に対して分離器部の下流の方へ流れることである。分解され、混濁された有機物は泡と接着し、水位の上にある乾燥管に運ばれる。泡から乾燥管の側面に送られ、泡を生成した空気の流れによって容器の方へ運ばれる。具体的な実施形態（図５Ａ）で説明したシステムのために設計された泡分離器は、端に位置し、そして底部付近のエアリフトに施された円筒（接触）チャンバ３２から成る。シリンダの底部は閉じられ、上部は、上方に向けられる浅い円錐３４に備え付けられる。円錐の位置は、シリンダ内で調節可能で、その底面はシリンダの水位に一致される。泡が生成され、上方へ浮上するにつれて、空隙容量（void volume）は泡を凝縮させながら円錐の上部に向かうにつれて減少する。円錐の頂点は、脱出空気の流れによって泡収集器へ運ばれる泡をさらに凝縮、すなわち「乾燥」させる管３６の部分において開かれている。この実施形態では、乾燥管の上部は、空気が脱出することを助け、泡をシステムの外側の容器へ運ぶベンチュリ（venturi）４４に備え付けられる。未処理の水は、分離器を保持する容器（vessel）の水位の何センチメートルか下に位置するルーバースロット（louvered slot）３１を通って泡分離器接触チャンバに入る（図５Ａ）。水は、接触チャンバの底部を施されたエアリフト５５によって汲み出され、その流速は、凝縮円錐において泡の配置を最適化するために調節される。接触チャンバに入ってくる水が円形の形をなぞるように、ルーバーひれ（louver fin）は、内側の方に向けられる。この設計は、（１）より効果的な有機物除去のための水残留時間を増大させ、（２）小さな気泡が大きな気泡に合体することを可能にし、（３）気泡がルーバーひれを通って脱出しないように、シリンダの中央部において気泡のかたまりを密集させる。水が分解されて微小の有機物が取り除かれ得る速度は、気泡が有機物を上に運ぶことを可能にする接触チャンバを通った水の速度に依存する。それゆえ、接触チャンバの直径が増加すると、それぞれすべての周回においてなぞられた距離が増大し、取り除かれ得る水の量が増加することから、接触チャンバの直径は、重要な要因である。化学吸収活性炭、ゼオライト、合成媒体、および選択性を有する透過膜が使用され、大きさまたは帯電に基づいて分子を取り除く。これら媒体のためのフィルタ設計は、媒体を横切る方向に水の流れをすべて引き起こす。本発明の典型的な実施形態は、水が見せかけの底部の下にある容器に入り、スクリーンおよび媒体を通って上方に流れるような、見せかけの底部およびスクリーンに備え付けられた容器である。スクリーンは、媒体を保持するが、微粒子フィルタを脱出するような最大の粒子を通す程度の網の大きさでなければならない。高圧下で水の流れに対して垂直の構成における媒体を保持するように設計すると、ポンプ駆動システムは、コンパクトになる傾向があり、動作するためにさらに動力を必要とする傾向がある。生体（Biological）培養液ベッド（Media beds）は、(1)有機性廃棄物をＮＨ₄およびＣＯ₂まで酸化し、(2)最終生成物を元素状態の窒素、Ｎ₂まで還元するため、細菌（bacteria ）をサポートする。ベッドの酸化には、おそらく極めて多様な設計、培養液タイプ、および養殖に用いる全てのフィルタおよび調整装置の動作効率が存在する。最も一般的なタイプは水中（submerged）フィルタ（すなわち砂利または砂の下にある）である。乾湿フィルタは、プラスチック球、合成および天然繊維製マットおよび他の空中に曝された表面の上に水を汲み上げる。流動ベッドは、微粒子（すなわち砂またはプラスチックビーズ）を用いる。微粒子は、それらの下に注入される水の流れによって、懸濁液中に保持される。全てのタイプは、エアリフトによって生成された頭部圧力において機能するように適合されている。本発明の本実施態様で用いられる設計は、改変された水中ベッドである。しかし、このベッドの設計は、典型的な水中ベッドと、幾つかのキーとなる特性において異なる。第一に、このベッドは上昇されて表面６４の直ぐ下にあり、流入（未処理）水はベッド６１の下に注入されてベッド６１を通って上昇する（図６）。この構成は:(1)ベッドの充填度合いを緩め、次いで流れを低減し;(2)有機物を含んだ水（organic laden water）をベッドの暗い側面に強制的に接触させて、従属栄養体の成長を制限し;且つ(3)ベッドの底部を酸素リッチな水と接触させて、ベッド内の無酸素領域の発生を防ぐ。第２に、この上昇された構成は、ベッドの下のエリアが狭路（mayway）６６を介して伸長する吸引管によって清浄されることを可能にする。これにより、フィルタベッドの解体に通常かかる時間と労働力をセーブできる。フィルタベッド機能の生体内モニタリングは、ベッドの上と下にある溶存酸素およびｐＨプローブ、およびフィルタベッド表面エリアの上に等間隔で設置され、フィルタベッドの深さの半分まで挿入された４個の酸化−還元プローブを用いて実施される。これらの入力は、フィルタベッドを通る水流および空気または酸素およびバッファのフィルタタンクへの注入を制御するために用いられる。これはフィルタベッドの化学栄養要求性細菌の代謝を最適化し得る。代わりの硝化バイオフィルタは上昇流プラスチックビードフィルタ（図７）である。上昇流プラスチックビードフィルタは、生体フィルタと同様に物理的（ph ysical）フィルタとして機能する。このフィルタは、微粒子の蓄積（すなわちチャネル化（channelization）およびバイオフロックミネラル化（biofloc mine ralization））によって悪影響を受ける水中フィルタと対照的に、最適に動作されると両機能を良好に実施し得る。上昇流ビードフィルタは適切に逆流洗浄（ba ckwashing）されると微粒子を蓄積し、硝化する。しかし、これらの上昇流ビードフィルタの最適化は、それらの個人的な操作にしばしば欠如している専門技術を必要とする。この理由のため、それらの機能の自動化が必須である。上昇流ビードフィルタの動作は、生体内センサを用いてベッド内の細菌性代謝をモニタリングすることによって（すなわち溶存酸素１１２、酸化−還元電位１２０，ｐＨ１１８および流速１１６）、且つ圧力センサ１１４で微粒子蓄積に因る、ベッドに亘って生じる圧力降下を測定することによって最適化され得る。この実施態様では、ベッドの上と下とに設けた２つの酸化−還元センサ１２０を用いる。また、円形ベッド９２のまわりに１８０度の間隔をおいてベッド内に設けた２つのセンサも用いる。さらに、２つのｐＨセンサ１１８を向かい合わせた１８０度の配置に設ける。これらの４つのセンサはベッドの高さの中央に設ける。それらに加えて、１個の溶存酸素プローブ１１２をベッドの上と下とに設ける。差動圧力トランスデューサ１４を、フィルタ流入１３０および流出１３２導管に結合する。センサからの入力は、水流速または残留時間、逆流洗浄頻度、逆流洗浄持続時間の自動化およびビードフィルタへの酸素およびバッファの注入に用いられる。これらによって、化学栄養要求性細菌の成長と代謝を最適化し、ビード上に従属栄養性細菌が存在するのを阻止する。逆流洗浄が非常に高頻度または過酷であれば、化学栄養要求体はベッド上にそれらの位置を維持できず、逆流洗浄時にフィルタから除去されるであろう。逆流洗浄が十分な頻度で行われなければ、従属栄養性細菌が化学栄養要求体よりも多く成長し、フィルタは従属栄養性細菌を取り除く代わりに、実際にアンモニアおよび他の廃棄生成物を生成するであろう。自動化に必要なものは、このような精密なバランスである。自動化された生体（biolobical）濾過の他の例は、米国特許第5,482,630号に記載された自動化脱窒バイオリアクタである。このフィルタは水からの窒素の完全な除去を可能にする。これは、偽りなく閉鎖養殖システムの設計に必須であり、本明細書で述べるように、自動化閉鎖再循環養殖システムの一構成要素として含まれる。酸化／照射による殺菌このグループの装置は、オゾン、紫外光（ＵＶ）またはその両方を殺菌のために生成する。オゾンは高い腐食性を有する。還元を容易にするための溶解した有機物が最も高濃度である地点における水処理ループにオゾンを注入することによって、オゾンは最も安全に用いられる。オゾン配達（delivery）システムは、改変することなく閉鎖養殖システムに用いられ得る。紫外光（ＵＶ）の効率およびその責任ある使用（responsible use）には、接触器を通過するすべての水が、バルブの特定の部分上を通過し且つその特定の部分（すなわち致死（lethal）接触ゾーン）においてバルブから特定の距離以内を通過することを確実にするような設計が必要である。接触が少ないと、細菌の耐ＵＶ菌株（ＵＶ resistant str ain）の形成を引き起こし得る。ポンプ駆動システムのための経済的なＵＶ接触器設計は、エアリフト駆動システム上で有効となる十分な量を通過させることができない。１５〜３０センチメートルの頭部圧力において、１つの適切な構成のＵＶバルブが１分間にそれぞれ６０リットルの水を循環させるために必要である。そのため、エアリフトシステム用のＵＶ接触器は(1)より大きな流入口および流出口;(2)より多くのバルブ;および(3)空気浄化孔を有するように設計された。最終のフィルタと養殖タンクとの間に、それぞれの水レベルより下に、一列に並べられたＵＶ接触器の据え付けは、低い頭部圧力によって課される流れの制限を最小化する。分配制御システム分配制御システムは下記の要素から成る。工業用（industrial）処理制御システムは上述のタンクシステム上に設計され、据え付けされた。元の設計はマイクロコンピュータ監視制御およびデータ養殖システム（ＳＣＡＤＡ）に基づいていた。これは、標準工業用制御信号マルチプレクサおよびソフトウェアを備えた３８６／４８６シリーズのパーソナルコンピュータ（ＰＣ）とリンクされていた。現在は、そのシステムは３つの別個の養殖設備を供給するより包括的な分配制御システム（ＤＣＳ）のサブプロセスとなっている。各構成要素（ハードウェアおよびソフトウェア）は市販されているので、回路は構築されず、且つコンピュータコードも書かれなかった。使用されたソフトウェアは、Ｗｉｎｄｏｗｓ^TMのオペレイティング環境用の直観的なグラフィカル（intuitive graphical）インターフェース製品、Intelluti onによるＷｉｎｄｏｗｓ^TM用のＤＭＡＣＳ^TMである。このプログラムは任意の３８６／４８６ＰＣ上で実行することができ、Net ＤＤＥを含み、Ｗｉｎｄｏｗｓ^TM プログラム間でデータ転送可能である。入力および出力は、平面図、グラフ、チャートまたはリアルタイムの表計算として表示され得、そして、すべてのデータはハードディスクまたは他の媒体に記憶され得る。制御機能は：設定値制御、ＰＩＤ（比例／積分／微分）制御、バッチ制御、統計的処理制御およびカスタム制御ブロックを含む。モジュールの追加によって、典型的なマイクロコンピュータネットワークを通じてネットワーク化でき、ダイアルイン電話線からの遠隔地操作が可能になる。コンピュータハードウェアは１６ＭＢ（メガバイト）ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、２５０ＭＢハードディスク、１ＭＢビデオカードおよびＳＶＧＡモニタを備えた４８６ＩＢＭ互換（clone）ＰＣであった。Best Systems（モデル６６０）無停電電源装置（ＵＰＳ）は、コンピュータを電力の急激な変化から保護し、電力の供給停止中は、３５分間コンピュータおよびモニタに電力供給した。コンピューターのソフトウェアおよびハードウェアは、16のアナログおよび16 のデジタル入力/出力(I/O)チャンネルから構成される、非インテリジェントシグナルマルチプレクサネットワーク(Dutcc Model IOP-AD＋およびIOP-DE)にインターフェースされた。各チャンネルは、任意の電圧または電流信号(即ち4-20ｍＡ、0-1Vまたは0-100ｍＶ)を受取り得るそれ自身の信号調整モジュールを必要とした。多くの異なる型のI/Oがマルチプレクサに連結された。水路コントロールシステムには、温度のモニタリングおよびコントロール(即ち冷却器およびヒーター)、ｐＨ、塩度(電導度)、溶存酸素、タンクとフィルタとの間の水流速および水レベルを含めた。さらに、光期間コントロール(即ち、オーバーヘッド光用のリレー)および自動ベルトフィーダーを備え付けた。水路マルチプレクサは、コントロールシステムに連結された４つのこのようなマルチプレクサのうちの１つである。水路システムは、コントロールシステムのビデオモニター上に、平面図として表され、そしてすべての主要な機能(即ち、光期間、紫外線殺菌器の状態、水レベル、ｐＨ緩衝液注入およびタンパク質スキマーの状態)は、技術スタッフにより容易な肉眼判定のためにアニメーション化された。メーターディスプレイに類似のデジタルディスプレイを、温度、溶存酸素、ｐＨ、塩度および水流速について生成した；すべての入力および大部分の出力は、コンピューターハードディスクに基づく履歴データに保存した。画像装置 (a)本明細書に記載の本発明の装置は、２つの白黒セキュリティーカメラ140(B urhel)、標準のRS170Iビデオ出力、またはビデオカメラが取り付けられた１"×1 "デジタル回路ボードおよびそれらが利用する固定焦点レンズからなる２つのデジタルカメラ(図13B)を利用する。これらカメラの出力は、他のカメラより解像ラインが少ないが、標準のRS170である。これらのカメラ用のハウジングは、固定され、かつプレキシバッキングに(シリコーングリスを塗ったＯリングを介して)シールされた小さなプラスチックドームハウジング(直径４インチ)からなる。 (b)各カメラは、小さなガラス水槽142に類似の６"×16"×20"の上面開放の矩型形状を備えたガラスハウジング中に収容される(図)。各ハウジングには、プレキシガラスのふた144をのせる。このふたは、２つの開口部を持ち、１つはコード146用(電力入力、ビデオ出力)であり、もう１つは強制空気導入用である。強制空気は、ハウジングの一体部分である。これは、電子機器を、海水環境中で首尾良く稼働することを可能にする。この目的のための強制空気の使用は、本発明の新たな局面であると考えられる。 (c)カメラハウジングは、「カメラマウント」と呼ばれるアルミニウム棒148( 図１３Ｃ)により各タンク上に取り付けられる。このカメラマウントの主要アームは、堅固な棒アルミニウムからなり、そして交差片は、アルミニウムアングルの鉄から製造される。堅固なアルミニウム棒は、３つの目的のために用いられた :(1)剛直なレバーアームを維持するため、(2)アルミニウムは、海水と接触しても危険なように腐食しない、および(3)堅固な棒の重量が、海水中のハウジングの浮力を補償すること。マウントのアングルは、タンクのふたの下側と接触する４つのボルトにより調節される。 (d)プラスチックおよびエポキシでコートされたボートアンカー149の形態の、さらなる重量を用いて、ハウジングの浮力を補償する。浮力を補償すること、そしてそれ故、波の作用の影響を低減することは、浸漬または部分的に浸漬したカメラを取り扱うために必要な部分である。画像デジタル化および画像処理画像デジタル化および処理システムを図14に示す。タンク160内のヤリイカまたはその他の動物は、RS232ケーブルおよびコネクターを経由して、Data Transl ation「Frame Grabbing」Board(model#DT3851)162に連結される２つのカメラにより可視化される。このボードは、画像デジタル化およびある程度の低レベルフレーム処理を行う。このボードの利点は、ボード上のメモリがプログラム可能で、フレーム減算のような操作がボード自身上で行い得、全体のフレーム処埋時間をスピード化することである。このData Translationボードを、Machine Vision Computer 164(これはまた、Intel 486/120ＭＨｚマザーボードおよび16ＭｂのＲＡＭを備える)に取り付ける。このコンピューターは、画像分析166を生成し、それは、マシンインテリジェンスANFISプロセス167に供され、標的物体特徴分析を他のパラメーターデータと組み合わせ、そしてDynamic Data Exchange(DDE)連結およびNetDDE168により処理され、種々のソフトウェアパッケージおよびレポート169視覚システム結果をコントロールにリンクする。ソフトウェア：本明細書に記載のシステムの開発には、標準的な消費者レベルバージョンの以下のソフトウェアを用いた(図15): (a)Global Lab Image 182:画像特徴抽出、画像増強、データ収集および本発明者らの統計学的認識モデルの開始段階用。 (b)Matlab 196＆Matlab's Fuzzy Logic Tool Box 200:実施ファジーモデルおよびANFISを用いる際の最初の試み、および本発明者らが種々のソフトウェアパッケージをリンクしてそれらのシステムの実施モデルを生成するDynamic DataEx change(DDE)連結の開始を生成するため。 (c)Microsft Excel:DDEリンケージならびにデータ貯蔵および実施の開始状態の操作のため。最終システムの開発のため、本発明者らは、以下のソフトウェアライブラリーおよびプログラムを用いた。 (d)GLIDE 184:Global Lab Imageの消費者バージョンのソースコードおよびすべての関連する機能を含む開発者のライブラリー。 (e)Matlab 196:この製品の消費者バージョンは、MatlabスクリプトファイルをＣコンパイル可能なユニットに移植する手段を含む。 (f)Borland C++コンパイラv.4.0 186:本発明者らは、Matlabが生成したＣユニットを、Delphi Application Development Programを用いる生成されたObject-O riented Applicationにより使用され得る、Dynamically Linked Libraries(DLL' s)に移植するために、このコンパイラおよび開発プラットホームの限定された使用を行った。 (g)Borland Delphii 190:Delphiは、Object-Oriented、Pascal-based Develop ment Platformである。これを用いて、上記に列挙したプログラミングライブラリーおよびDelphiにより提供されたユーザーインターフェースを用いる特有のアプリケーション188の生成を可能にした。Delphiはまた、DDE、NetDDEおよびObje ct Linking and Embedding(OLE)オブジエクト（または機能）の強力なライブラリーを含む。これらは、FixDMACSソフトウェアを用いる全体コントロールシステムを備えたコンピューターネットワークにリンクされる機械視覚システムの最終的な開発に必要であった。記載されたソフトウェアの開発者のバージョンを用いる生成された最終システムは、図15に示されるように以下を備える：画像システム(ビデオカメラおよび捕獲ボード)180は、画像処理global lab 18 2ソフトウェアに連結し画像分析194を生成し、それは、神経ネットワークツールボックス198またはファジーロジックツールボックス200を用いるMATLAB196に供給され、インテリジェント視覚システムモデル202を生成する。あるいは、画像処理global lab 182は、glide開発ライブラリー184と連結し、そしてさらにBorl and C++ライブラリーをDLL's186に利用し、そして立案されたDelphiアプリケーション開発ソフトウェア188特有プログラミングオブジェクト188を用いて連続モニタリング192を得る。実施例１敏感な海洋種Sepioteuthis lessoniana(ヤリイカ)を養殖するために用いた14, 500リットル(3,756USガロン)のシステムは完全に自動化され、そして自動化脱窒バイオリアクターに連結された。エアーリフト技術は、３つの他のシステム設計で開発され、その最大のものは、２つの養殖タンク、２つの粒子フィルタ、２つの泡分画器、２つのカーボンフィルタ、１つの生物フィルタおよび２つのＵＶ殺菌器からなる。このシステムの総容量は、配管および予備フィルタタンクを含め合計53,150リットル(16,360ガロン)である。すべてのシステムは、ヤリイカ(Sep ioteuthis lessoniana)のライフサイクルを通じてそれを支援した。この自動化システムは、ヤリイカを６世代を通じて維持した。エアーリフトで稼働されるシステムは、低ヘッド圧力を付与するため、全部ろ過および水調整デバイスとともに稼働される(設計され、構築され、試験されかつ証明された)。１つの実施態様 (養殖システム)は、Sepioteuthis lessoniana(ヤリイカ種)を、接種から幼児期後期まで支援し、そして他の(生長)システムは、それを有精卵の産生を含んでそのライフサイクルの終わりまで支援した。このシステムは、ヤリイカの６世代がこのシステムで生長したように、適切な水質を維持した(図８)。別の実施態様は、その最初の養殖運転で、性的成熟に近いSepia officinalis(コウイカ)を維持した。上記のヤリイカおよびコウイカの産生に加えて、本発明は、海洋魚および養魚の養殖に適用可能である。実施例２特定の感染源を持たない(SPF)海洋小エビを養殖するために用いる5,600リットル(1,480 USガロン)養殖システムを完全に自動化し、そして必要なろ過に連結した(図９)。このシステムは、２つの1,900Ｌの小エビ培養トレ−210ｄ.5hpの素遠心型ポンプ212、１ｍ³のコンピューター自動化上向流ベッドフィルタ214(図７) 、2.7ｍ³の浸漬カキ貝殻バイオフィルタ216(図６)、タンパク質スキマー/泡分画器218(図５)、0.05ｍ³活性炭フィルタ220、２つの紫外線殺菌器222、オゾン発生器 224および脱窒バイオリアクター226から構成される。このシステムにはまた、水回収タンク228が備えられる。このシステムが構築されそして２年間稼働された。このシステムは、幼児期後(postlarvae)のエビについて5,000ｍ³そして15g以上の成熟小エビについて50ｍ²の高い小エビ(Penaeus vannameiおよびPenaeus se tifems)密度を支援した。20gほどの大きさの成熟小エビがこのシステムで生長し、そして水質は、システムがスタートアップの間でさえ受容可能であった(図10 Ａ〜図10Ｃ)。水は養殖トレーからベッドフィルタ、タンパク質スキマー、炭素フィルタ、浸漬バイオフィルタ、ＵＶ殺菌器を通り、そして養殖トレーに戻る。トレーから副ループが取られ、脱窒バイオリアクターを通過し、そして浸漬バイオフィルタに戻る。このタイプのシステムは、海洋フラットフィッシュ(例えば、カレイまたはヒラメ)、その他の甲殼類(例えば、カニ、ザリガニまたはロブスター)および二枚貝軟体動物(例えば、ハマグリ、ホタテガイおよびカキ)の養殖に等しく適用可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者ウィットソン，ジョンエル. アメリカ合衆国テキサス 77550，ガルベストン，アベニューエム 2017 (72)発明者ウィットセル，アンドレアアメリカ合衆国マサチューセッツ 02139，ジャマイカプレイン，スプリングパークアベニューナンバー１ 38

Claims

【特許請求の範囲】１．密閉され再循環する水システムを備えた養殖システムであって、１以上の養殖タンクと、微粒子フィルタ、泡分離器および炭素フィルタを含み、直接または間接的に該１以上の養殖タンクに接続された予備フィルタシステムと、該予備フィルタシステムに接続された好気性バイオフィルタと該養殖タンクから該再循環システムを通して流出液を移動させるポンプと、照射された水を該養殖タンクへ返送する前に、該システム内の水を照射するのに有効な、該再循環システムに接続され、該紫外光のソースの少なくとも一つは各養殖タンクに関連している１以上の紫外光のソースと、該再循環システムに接続された嫌気性のバイオフィルタと、該システムから情報を受け取り、該情報に応じてシステムの操作を制御する１以上のコンピュータと、をさらに有する養殖システム。２．情報を受け取り前記１以上のコンピュータに伝達するための、養殖タンクに向けられた１以上のビデオカメラをさらに有する、請求項１に記載の養殖システム。３．前記コンピュータの少なくとも一つが、養殖システムのインテリジェント連続モニタのための適用−ニュウロファジー推論システムを利用する、請求項１に記載の自動化養殖システム。４．さらに、コンピュータ自動化上昇流ビードフィルタシステムを有する、請求項１に記載の自動化養殖システム。５．前記コンピュータ自動化上昇流ビードフィルタシステムが、溶存酸素、フィルタを横切る差圧、水流、ｐＨ、酸化−還元電位またはこれらの組み合わせをモニタするインサイチュセンサを有する、請求項４に記載の自動化養殖システム。６．前記システムが分配制御補助システムを有し、該補助システムは、環境の状況を電気信号へ変換する複数のセンサ／トランスデューサと、該センサの電気信号をデジタルコードへ変換する伝達マルチプレクサと、該マルチプレクサからおよび該マルチプレクサへの伝達信号を受けるコンピュータハードウエアと、人のユーザへインターフェースするコンピュータハードウエアと、グラフィックインターフェイスを備えるために構築されたコンピュータソフトウエアと、を有する請求項１に記載の自動化養殖システム。７．コンピュータ自動化上昇流れビードフィルタシステムであって、該システムは、ビードベッドと、溶存酸素、フィルタを横切る差圧、水流、ｐＨ、酸化−還元電位またはこれらの組み合わせをモニタするインサイチュセンサ／トランスデューサと、該ビードベッドの下の流入液導管および該ビードベッドの上の流出液導管と、を有し、ここで、該インサイチュセンサ／トランスディーサは、モニタされた状況を電気信号に変換する、コンピュータ自動化上昇流れビードフィルタシステム。８．前記１以上のｐＨセンサが、前記ビードベッド内に埋め込まれている、請求項７に記載のコンピュータ自動化上昇流れビードフィルタシステム。９．前記１以上の酸化−還元電位センサが該ビードベッドの上に配置され、前記１以上の酸化−還元電位センサが該ビードベッドの下に配置され、および該１以上の酸化−還元電位センサが該ビードベッド内に埋め込まれている、請求項７に記載のコンピュータ自動化上昇流れビードフィルタシステム。１０．さらに、酸素注入用の吸入管を有する、請求項７に記載のコンピュータ自動化上昇流れビードフィルタシステム。１１．さらに、バッファ注入用の吸入管を有する、請求項７に記載のコンピュータ自動化上昇流れビードフィルタシステム。１２．さらに、攪拌器と該攪拌器用モータを有する、請求項７に記載のコンピュータ自動化上昇流れビードフィルタシステム。１３．水性種の養殖のために有用な方法であって、水を含む１以上のタンク内に水性種の住みかをつくること、該タンクから、一連のフィルタを有する閉鎖再循環水システムの中へ水を導入すること、該フィルタからの流出液に１以上の紫外光ソースで照射すること、および該照射された流出液をタンクへ導入すること、を包含し、該水システムの状況が自動化的に検知されおよび制御される、方法。１４．前記方法は、さらに、前記水を前記水システムに接続されたコンピュータ自動化バイオフィルタへ導入することを含む、請求項１３に記載の方法。１５．前記自動化バイオフィルタは、ビードベッド、溶存酸素、フィルタを横切る差圧、水流、ｐＨ、酸化−還元電位またはこれらの組み合わせをモニタし、かつこれらの状況を電気信号に変換するインサイチュセンサ、および該ビードベッドの下の流入液管と該ビードベッドの上の流出管とを有し、該インサイチュセンサが、コンピュータに接続されている、請求項１４に記載の方法。１６．前記タンクの内容を見て、該コンピュータに該内容についての状況を伝達するのに有効な１以上のビデオカメラを提供することをさらに包含する、請求項１３に記載の方法。１７．前記情報が、適用−ニューロファジー推論システムにより処理される、請求項１６に記載の方法。１８．前記水性種が小エビである、請求項１３に記載の方法。１９．前記水性種がイカである、請求項１３に記載の方法。２０．前記水性種が海水魚または小魚である、請求項１３に記載の方法。２１．前記水性種が軟体動物種である、請求項１３に記載の方法。