摘要:

摘要:为加快推进中国深远海养殖的健康可持续发展,促进海水养殖空间拓展和海洋渔业产业转型升级,阐述中国深远海养殖设施装备技术的发展现状,列举重力式网箱、桁架类网箱、养殖工船等主要深远海养殖模式的技术进展以及典型设施。对应深远海养殖生产体系构建的技术要求,分析阐明国内外在品种培育、苗种生产、养殖设施、生产管理装备等方面的科技创新进展与发展趋势。进一步围绕中国深远海养殖如何实现可持续健康发展,剖析阐明目前主要存在良种缺乏、学科融合不足、设施设备技术成熟度不够、设计建造缺少规范等问题,并在此基础上提出中国深远海养殖要实现安全、养多、养好以及走深走远,未来在品种、设施、设备、产业链等方面需要突破的技术关键点,旨在为加快推进中国深远海养殖高质量发展提供参考。

摘要:工厂化循环水养殖模式有利于实现标准化养殖和智能化管理,符合资源节约、环境友善型绿色发展理念,是未来水产养殖的主要发展方向。循环水养殖池是养殖系统的关键基础设施,掌握其水动力特性既是提高空间利用率、注水能量利用率和集排污效能的关键,也是保持溶解氧均匀混合、促进水生物健康生长的前提。本研究全面梳理了国内外关于循环水养殖系统水动力特性的研究成果,总结了该领域的研究热点和发展趋势,分析了养殖池的池型结构、水循环驱动方式以及集排污装置对水动力特性的影响。研究成果可为构建“节能、减排、生态、高效”的工厂化循环水养殖系统提供创新思路和理论指导。

摘要:针对目前池塘养殖中投饵机大部分加料都是依靠人力完成,劳动强度大,在陡峭斜岸上对投饵船进行加料困难的现状,设计一种无动力出料的节能定量加料车。加料车使用旋转下料阀进行定量下料,使用剪叉式升降平台调整加料高度。通过设计位于下料阀出料口的球形限位旋转连接件调整加料管的倾角实现无动力出料。基于圆柱凸轮设计新型伸缩加料管。加料车通过车体的移动、剪叉式升降平台的升降、加料管倾角和长度的调整实现定向、定距、定点的饲料添加。制作加料车样机,以投饵船和固定式投饵机为加料目标进行加料试验,试验结果表明加料车对不同规格饲料具有通用性,1.2 m的伸缩长度和1.5 m的升降高度能满足投饵船和固定式投饵机的加料需求,调整灵活,加料速度为6.2 kg/min。设计的加料车使用灵活,能代替人工给投饵船和固定式投饵机加料,减轻人工劳动强度,提高养殖过程的机械化水平,为进一步实现自动化和智能化打下基础。

摘要:水草管理是河蟹养殖的重要环节,为降低水草收集设备操控劳动强度,降低人员使用量,研发梳草船的风机驱动系统。该驱动系统主要由风机叶片、防护装置、支架、电机、减速传动和防水密封罩等组成。通过CFD流体仿真计算并验证实体船的阻力情况,进行风机选型,其额定功率为1 100 W,工作电压48 V,叶片最大宽度100 mm,叶根倾斜角28°,设计具有自锁功能的转向系统。使用该驱动系统在河蟹养殖塘进行测试表明：48 V/24 Ah动力电池下其连续工作时间为1.5 h；无水草情况下空载和满载船速分别为1.14和0.43 m/s；轻度水草（水草顶端距离水面>3 cm且<8 cm）情况下空载和满载的最大船速分别为1.06和0.26 m/s；密集水草（水草顶端距离水面≤3 cm）情况下空载和满载的最大船速分别为0.71和0.12 m/s,同时可以保持前进姿态持续打捞水草；平均转弯半径1.2 m。现场应用表明该驱动系统满足蟹塘实际水草环境下梳草船的驱动需求,单位时间内与人工清理水草质量相比提高94.3%,为实现自动化水草管理打下了基础。

摘要:梳草船已逐步成为河蟹养殖池塘水草管理的重要装备,为实现梳草船运行的自动化,设计开发了一款以风机作为驱动装置的梳草船导航控制系统。针对梳草船设计了一套软硬件控制系统,建立了梳草船运动模型并进行了试验验证,采用航向预估PID控制方法和LOS视圆法实现了梳草船的运动控制与路径跟踪,在实际养殖场进行了航速测试,路径跟踪和水草收割试验。结果表明,在所设计的导航系统控制下,梳草船的最大运行速度可达1.14 m/s,PID航向控制方法和LOS视圆法可以准确实现梳草船的路径点跟踪,在天气条件良好的情况下,路径跟踪的平均误差小于0.96 m,与人工方式相比,单位时间内水草清理质量提高94.3%,有效降低了水草收割的劳动强度,提高蟹塘水草管理自动化水平。

摘要:为实现对池塘溶解氧变化趋势的准确和可靠预测,降低池塘养殖风险,提出了一种基于特征构造预处理（Feature construction,FC）与时间卷积网络（Temporal convolutional network,TCN）-双向门控循环单元（Bidirectional gate recurrent unit,BiGRU）的溶解氧预测模型FC-TCN-BiGRU。通过对样本序列的统计特征、环境因子特征和季节特征进行构造,挖掘变量间深层次的相关性；采用TCN对构造特征序列进行多层卷积和降维处理,在保留全局时序特征的同时去除冗余信息；结合BiGRU对降维特征进行建模,实现对溶解氧的准确预测。另外,构建了沙猫群算法（Sand cat swarm optimization,SCSO）优化的非参数核密度估计（Kernel density estimation,KDE）对溶解氧预测误差的分布范围进行估计。实验结果表明,模型的均方误差、平均绝对误差、均方根误差和决定系数分别为0.027 5、0.143 2、0.165 8和0.94,优于其他比较模型。同时,区间估计能够有效覆盖溶解氧的波动范围,量化预测过程中的不确定性。在池塘溶解氧的短期预测中,本模型具有较好的准确性和鲁棒性,对水产养殖的水体健康监测和养殖效率的提升具有一定的指导意义。

摘要:针对当前渔业养殖移动监测装备续航能力低、成本高、难以普遍应用的现状,提出并研制了一台小型便携式渔业养殖移动与定点监测用AUV。该AUV采用“类海豹式”作业模式和模块化结构,用常规GNSS代替昂贵的水下惯导系统,3个主要舱体呈“品”字型分布以增加平稳性,并以步进电机控制活塞改变外置油囊体积来实现无动力潜浮。以低功耗STM32F407芯片为控制核心,采用FreeRTOS嵌入式实时操作系统和LabVIEW开发环境,设计与开发AUV水面自主巡航和动态避障系统、数据图像采集与通信系统和岸基智慧渔业大数据人机交互界面。能耗分析和仿真实验结果分别表明该AUV能耗低,当携带锂电池电量为5.184 kWh时,续航时间可达约77 h,且能够实现自主巡航。样机试验表明能够与岸基上位机进行通信并有效采集水域水质信息及水下视频图像。渔业养殖监测用AUV搭载传感器灵活、续航时间长、功耗小、成本低、易维护和升级,能够满足不同类型渔业养殖的立体化移动和长期定点监测需求。

摘要:投饵是虾塘养殖中的重要环节,获取剩余饵料质量是实现精准投饵的关键。为解决在投饵过程中由环境、系统自身等因素引起的剩余饵料称重不准确问题,提出了一种适用于投饵船饵料动态称重的自适应强跟踪无迹卡尔曼滤波算法（SHFL-ASTUKF）。首先,建立称重系统的二阶模型,并对量测结果进行滤波。然后,在渐消因子快速引入的基础上,使用奇异值分解替换Cholesky分解处理误差协方差问题。同时,结合模糊控制算法和Sage-Husa自适应滤波,自适应更新量测噪声协方差和系统噪声协方差,从而抑制滤波过程中的发散情况。对SHFL-ASTUKF进行实例数据仿真和实验验证,结果表明,与强跟踪无迹卡尔曼滤波相比,实例数据仿真中,RMSE提高了14.9%,投饵船剩余饵料称重实验中RMSE平均提高了15.15%,MAE提高17.27%,所提出的算法具有更高的动态测量精度和更好的降噪效果。

摘要:为提高循环水养殖系统的集污自净化效能,设计了一种带导流盘的正八边形养殖池结构。建立了三维非定常流场数值计算模型,在验证计算方法有效性的基础上,研究了导流盘的几何参数和位置对流速分布、涡量强度、壁面剪切应力和水体混合均匀性等水动力特性的影响。结果表明：在导流盘直径与养殖池宽度之比一定时,随着导流盘高度增加,流场中心涡柱呈先减小后增大趋势, 涡环数呈先减小再增加趋势,其形状从不规则逐渐发展成环状结构；在同一高度下,随着导流盘直径与养殖池宽度之比增大,涡柱呈先增大后减小趋势, 涡环的数量先增加后基本保持不变；导流盘安装在距池底20~40 mm,直径与养殖池宽度之比为0.05~0.08时,有助于增大养殖池底流口附近的速度梯度,减小养殖池壁面与水体的碰撞,提高涡流强度和水力混合均匀性,有利于形成颗粒物聚集和排出的水动力条件。

摘要:针对“渔光互补”下的微电网系统,为平衡能源“不可能三角”,提出一种多目标优化的能量优化调度方法。首先,基于“渔光互补”背景建立光-蓄-荷微电网系统模型,提出包含经济性、环保性及综合性的多维动态目标函数。其次,考虑麻雀搜索算法存在多样性不足和易陷入局部最优的缺陷,提出基于模拟退火算法及混合策略改进的麻雀搜索算法（SA-ISSA）的微电网能量优化调度策略。最后,针对上海崇明璞叶小镇“渔光互补”工厂化养殖基地进行实例验证,采用SA-ISSA算法对微电网模型求解,获得最优能量调度方案。实验结果表明,SA-ISSA算法在解决微电网能量优化调度问题上具有更好的性能和应用价值,可为“渔光互补”下微电网能量优化调度策略提供参考。

摘要:研制一种面向黄鳝养殖的自主移动投喂机器人系统,主要包括AGV搬运小车、XYZ数控电动同步带滑台直线导轨模组、投喂蠕动泵、运动控制器等组成部分。AGV搬运小车通过传感装置实时检测导向磁条确定工作路径。运动控制器对XYZ三维数控电动同步带滑台直线导轨模组的步进电机输出脉冲信号,实现机器人投喂位置的空间定位。通过控制蠕动泵驱动电机的转速,实现饵料的精准投喂和投喂过程的稳定性。针对三层立体结构黄鳝养殖池样进行9次样机性能测试,每次目标投喂量为9.5 g。结果显示,机器人空间定位精度的平均误差为（2.1,1.8,2.1） mm,标准偏差为（2.6,2.3,2.5） mm。机器人的平均投喂速度为1.85 g/s,平均投喂量为9.3 g,投喂量的误差小于5%。为评估系统的稳定性和可靠性,机器人以0.5 km/h的移动速度连续运行50 h,未发生技术故障和系统中断。综上所述,该自主移动投喂机器人运行稳定可靠、投喂精度高,投喂效果良好,具有较强的实用和推广价值。

摘要:基于双目视觉技术,研究一种适用于无人补料设备的目标检测及测距技术,设计了高精度的目标检测识别和双目测距方法,并进行了相关仿真实验。实验结果表明,使用改进后的识别定位算法平均准确率为99.53%,双目相机在距离补料装置40~90 cm时,测距相对误差为0.59%~1.26%,可以有效辅助近距离定位补料装置,较好地满足了补料装置与料仓的对接功能要求,对提高补料装置的自动化水平具有积极意义。

摘要:基于YOLO的贻贝（Mytilus edulis）识别与检测技术,是实现贻贝分级、分苗等作业环节机械化和智能化的关键。然而,贻贝因外部特征不够清晰明确,给识别准确率的提高带来了挑战。本文提出一种基于改进YOLOv5算法的贻贝目标检测模型（CST-YOLO）。该算法融合CoordAttention注意力机制,以增强特征表达能力；采用SIoU作为边界框回归损失函数,以减少边界框回归损失,提高模型的检测速度；将Head替换为改进的解耦头TSCODE Head来提高检测准确率。并在自制的贻贝数据集上进行算法测试,实验结果显示：相比YOLOv5算法,CST-YOLO算法的准确率P提高了0.428%,mAP_0.5：0.95达到92.221%,提高了1.583%。实验表明CST-YOLO算法在保证检测速度的前提下,有效提高了贻贝目标的检测精度。本研究有助于机器视觉技术在贻贝养殖业自动化与智能化生产加工中的应用。

摘要:为提高空化水射流清洗网衣表面的能力,设计了一种内壁-中心体空化喷嘴。采用空化喷嘴空化流CFD数值方法,对比分析仿真与理论解,验证了基于两方程湍流模型的二维轴对称空化流数值模型的可靠性。开展了淹没水射流环境下的内壁-中心体空化喷嘴空化流数值计算,获取了内壁空化器与中心体对喷嘴空化效果的影响,并计算讨论了水深对空化效果的影响。结果表明：水射流通过喷嘴喉部时,分别在内壁空化器及中心体表面产生空泡；中心体空化效果较内壁空化器更好,但对射流阻塞作用更强；内壁空化器会提高喷嘴喉部压强,进一步提高中心体空化效果；内壁空化器与中心体均可降低喷嘴空化效果对水深的敏感度；本研究可为养殖网箱网衣清洗喷嘴设计提供空化流动力学机理研究基础,并提供了低成本、高效率的设计方法。

摘要:近岛礁海域距离大陆较远,风浪较小,已经成为发展水产养殖业的重点区域。研究发现,岛礁附近强烈的波浪反射会导致波浪能量的相对集中,进而造成养殖结构破坏。目前,有关养殖结构动力响应的研究大多集中在平坦海床海域,针对近岛礁海域的研究相对较少。为此,本文通过物理模型试验研究了一种布置在岛礁附近的铰接式多体浮式渔场平台在自存工况下的动力响应。结果表明：在自存工况下,岛礁地形增大了渔场平台的纵荡运动,其功率谱峰值相比平坦海床增加61.78%；平台迎浪侧系缆力的有效值增大为平坦海床的2.03倍。同时,岛礁地形引起的波浪反射使平台垂荡运动最大的位置由迎浪侧网箱转移至中间网箱,平台整体的纵摇运动减弱,但中间网箱与两侧网箱的相对转动增大。研究结果为近岛礁海域养殖设施及其系泊系统的设计提供理论参考。

摘要:随着海洋牧场建设向纵深发展,对海洋生态环境、渔业资源进行动态监测和评估变得尤为重要,移动式自主监测是可行方案之一。针对现有监测方式效率低、灵活性差、成本高、运输投放困难等问题,提出了可搭载多类型监测设备的组合式无人监测船。进行了船体结构设计和监测仪器安装机构设计,考虑船体吃水载重及平稳性进行了配重机构设计；基于计算流体力学方法对船体阻力性能进行仿真计算并完成了水下推进器选型,对无人船连接桥结构受到浪高海况的影响,进行了静力学强度有限元分析,船体结构强度能够抵抗4级海浪。对样机开展了试验验证,试验结果表明：无人监测船各机构工作运行稳定无干涉,设计吃水深度0.25 m,航速达2.5 m/s,能够胜任海洋牧场工作海况；监测设备搭载后工作稳定,可实时监控水下渔业资源、勘探水底地形、监测水体pH、温度和溶解氧等数据。该研究为海洋动态、实时监测及数字化提供了技术支撑,为海洋牧场组合式无人监测船的设计研究提供了一种低成本高可靠的实施方案。

摘要:深远海养殖工船是一种可移动的海上养殖平台,借助新型锚泊系统,用于深远海鱼类养殖,能够减少环境污染、提高水产品质量、躲避台风等自然灾害侵袭,较好地解决了传统养殖业发展不可持续的问题,是离岸养殖业发展的一个新方向。养殖工船的锚泊系统既不同于传统运输船舶临时锚泊系统,也不同于海洋工程的定位锚泊系统,并且与养殖工船的运营安全和成本控制密切相关,因此,对超大型养殖工船锚泊系统的设计和优化分析非常必要。本研究基于30万t级超大型养殖工船项目,开展单点锚泊系统设计及优化。通过WRF模式和三维变分同化系统（3DVAR）进行近岸风场模拟,利用高分辨率的风场模式连续模拟30年序列的锚地区域的风速年最大极值,基于Weibull型分布推算不同重现期的风速极值,并利用风场模式进行30年的波浪预报,采用有限体积三维全动力海流模型（FVCOM）进行水位和海流分析；借助Orcaflex软件开展船体与锚泊系统的时域耦合动力分析,输入海浪模拟结果,开展养殖工船锚泊系统分析,理论计算得到合适的锚链参数。结果表明：针对30万t级养殖工船,选取直径122 mm船用3级有档锚链,长度440 m,能够在6级海况下进行锚泊养殖作业,锚链张力安全系数大于1.67,是安全可行的,为深远海养殖工船锚泊系统设计提供参考。

摘要:养殖工船是拓展深远海养殖空间的新途径之一,在船载舱养过程中,如果未消化的饲料残渣和排泄物等颗粒物不能及时排出,则会对鱼类健康及其生长环境产生严重的负面影响。采用FLOW-3D软件进行数值仿真计算,研究了静止状态下30万t级养殖工船养殖舱出水口数目对舱内流场特征的影响,并在此基础上探究不同粒径与密度的颗粒物在舱内的去除效果。结果表明：当总进出水流量与出水口总面积恒定时,出水口数目从1增加到4,V_99%从0.244 m/s降低至0.232 m/s,V_95%从0.215 m/s降低至0.203 m/s,随着出水口数目的增加,养殖舱内流速减小；以占总量95%的颗粒物排出养殖舱所需时间为评价标准,当颗粒物密度为1 050 kg/m³时,粒径为1 mm的颗粒物排出需要约24 min,粒径为0.5 mm的颗粒物排出需要约45 min,粒径为0.1 mm的颗粒物排出需要约78 min,当颗粒物密度相同时,随着粒径增大,其在养殖舱内的停留时间减少；颗粒物粒径为1 mm时,密度为1 100 kg/m³的颗粒物排出需要约15 min,密度为1 150 kg/m³的颗粒物排出需要约11.6 min,当颗粒物粒径相同时,颗粒物密度越大,其在养殖舱流场内的停留时间越短。该研究形成了CFD数值仿真计算与数理统计有机结合的综合分析方法,为之后具有不同横摇周期和较大横摇幅值的复杂工况提供研究手段及理论依据。

摘要:自动准确收集渔业捕捞数据是电子观察员系统的重要组成部分,然而,由于工作环境的复杂性和跟踪的不稳定性,金枪鱼延绳钓渔获数量自动估计在实践部署中仍存在挑战。本研究设计了一个轻量级计数网络对渔船上的实时视频数据进行自动处理,实现对金枪鱼渔获物的实时跟踪和计数。本研究选择YOLOv5s作为基准网络,首先采用通道剪枝算法对YOLOv5s的主干网络进行修剪,结果表明,剪枝后的模型检测精度mAP_0.5~0.95达到68.8%,CPU下检测速度为16.5帧/s（FPS）,与原始模型相比,检测效果基本不变,模型的参数量、模型大小和计算量分别减少了67.2%、66.4%和42.5%,检测速度提高了33.1%。其次,利用ByteTrack算法实现了多目标的实时跟踪,优化了计数区域形状,解决了被跟踪金枪鱼身份（ID）跳变导致的计数偏差问题,10个视频的测试结果表明,该方法的平均计数准确率为80%,视频处理速度为50.7帧/s,满足工业级实时检测要求。综上,该模型具有轻量化、高精度、实时性等优点,可在复杂的工作环境下完成对延绳钓捕捞结果的实时监控,为实现渔业自动化提供思路。

摘要:深远海无人船在开发渔业资源时,面临着续航能力不足和路径规划算法收敛慢、精度低等问题,为尽可能减少渔业无人船在实际任务执行过程中环境影响和最大限度地优化航行路线,在保证其安全航行的前提下,设计了以路径长度、转舵和海流能耗等多个参数最小为目标的路径规划算法。通过对无人船在航行时海域环境和任务目标的分析,建立了时变海流干扰下的无人船多目标计算模型,采用改进的自适应灰狼优化算法进行求解,算法通过引入多项策略进行统筹优化。该算法应用于复杂水域下渔业无人船多目标优化领域的仿真实验,证实了算法的可行性和改进策略的有效性,多目标相较于3个单目标仿真结果对总目标值的优化率分别提高了9.2%、1.7%、11.9%；不同海流状态下的仿真路径表明了相较于传统的以距离最优算法能够节省更多的成本,有效地提高了无人船全局航迹的规划性能。