渔业现代化

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  • 中国渔业装备科技研究进展
    黄一心, 鲍旭腾, 徐皓
    2023, 50(4): 1-11.
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    现代渔业装备是实现渔业现代化的重要保障，新中国成立70年来，中国渔业装备从无到有，得到了长足的发展。文章概述了中国渔业的发展沿革及主要贡献，“十三五”以来的主要创新成果，并重点指出中国渔业发展趋势与装备科技需求，具体包括：养殖生产力水平亟待提高，需要发展更为高效的设施渔业，以稳定保障供给的基本盘。养殖新空间亟待拓展，需要创新全产业链一体化新型养殖方式，逐步成为保障供给的新补充。绿色发展的要求会更高，需要构建生态循环型生产方式，使渔业全面走上可持续发展的正轨。装备现代化成为重要需求，需要发展机械化、智能化生产技术，成为渔业“由大到强”的重要标志。社会现代要素加速融入，现代渔业正在进入“工业化渔业”和“特色渔业”同步发展的新时期。

  • 多工位海带自动夹苗系统设计与试验
    朱烨, 江涛, 洪扬, 杨猛
    2023, 50(4): 12-20.
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    目前筏式海带养殖主要依赖传统人工夹苗方式，为了解决人工海带夹苗过程中劳动强度大、工作环境恶劣等问题，研究设计了一种多工位海带夹苗机，主要由苗绳解旋装置、旋转扩绳装置、气动夹苗装置等组成。采用了30工位同时解旋夹苗方式，实现苗绳快速等距分段解旋和30棵海带苗同时夹苗；设计了一种浮动旋转偏心扩绳夹苗装置，实现扩绳头穿透交织三股绳形成缝隙，夹苗爪夹取海带苗根至苗绳上沿；利用扭矩测量和阻力动态检测系统软件对多工位海带夹苗旋转扩绳结构进行数据理论分析；设计了海带自动夹苗控制系统，实现多工位夹绳、旋转偏心扩绳、成排插苗苗绳解旋等过程的自动控制。结果显示：苗绳的进给长度为2.3 m，30段夹苗平均每段70 mm，同时收缩距离至50 mm，苗绳松弛、缝隙变大，扩绳头椭球d 5×12扩φ16 mm苗绳，最大苗绳扭矩0.44 N·m，插绳阻力为42 N，扩绳电机功率为0.25 kW；夹苗产量为2 450棵/h，夹苗产量是人工夹苗的2.45倍。整根苗绳分段等距解旋夹苗，大幅提高了夹苗工作效率、成功率、降低伤苗率，自动化程度高。该研究有助于藻类养殖装备研发应用提供参考。

  • 冲击式速冻机中送风孔板对鱼体冻结效率的影响
    欧阳杰, 沈建, 郭文华, 孙鑫宇, 赵日晶, 黄东
    2023, 50(4): 21-29.
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    为探明冲击式速冻机中送风孔板对鱼体冻结效率的影响，以小黄鱼为研究对象，通过数值模拟和实验验证，研究了送风孔板的排布方式、送风孔板孔径和鱼体中心距上下送风孔板的距离对鱼体冻结效率的影响，分析了不同送风孔板排布方式、送风孔板孔径及送风距离下鱼体的温度分布及中心温度变化情况。结果显示：上下送风孔板交错排布避免了两侧风的对冲损耗，使得冻结速率最高、冻结时间最短；送风孔板孔径的增加有效减小了第二阶段的鱼体冻结和第三阶段的鱼体降温时间；上下孔板距鱼体中心的距离越短，冻结时间越短。研究表明：筛选出适宜旨的送风孔板结构和参数，可为水产品冷冻提供新的工艺指导，为冲击式速冻机的优化设计提供技术支撑。

  • 履带式滩涂贝类采收机设计与试验
    孟祥河, 李明智 , 于功志, 赵益欧, 王杰群, 刘创, 吴志宝
    2023, 50(4): 30-40.
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    针对环渤海地区滩涂贝类养殖产业贝类采收环节缺少机械化采收设备，人工采收贝类劳动强度大、作业效率低、作业环境泥泞等问题，设计了一款履带式滩涂贝类采收机。整机采用液压双联泵进行液压动力的分配，并通过液压系统仿真软件AMESim对整机液压动力系统进行仿真模拟；根据滩涂养殖贝类的生物特性、地质特点和作业需求，设计挖掘传送装置，采用固定式挖掘铲和振动筛进行贝泥沙混合物的挖掘与筛选，通过液压缸的伸缩调整采收机作业深度；基于各个机构和液压元件的分布，设计履带式底盘。通过实地试验，完成样机的性能测试。结果显示：试验地区采收机的最佳工艺参数为作业速度0.15 m/s，振动筛转速380 r/min，振动筛筛面倾角12°，可实现满足农艺要求的滩涂贝类无水化和浅水化机械化采收作业。研究表明，履带式滩涂贝类采收机具有较好的稳定性，且在提高工作效率、降低劳动强度等方面效果显著，具有推广应用前景。

  • 滩涂贝类采捕机路径跟踪控制仿真研究
    王玉瑞, 张国琛, 张寒冰, 李秀辰, 张倩, 李航企, 刘法伟, 陈鸿宇, 母刚,
    2023, 50(4): 41-50.
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    为实现滩涂贝类采捕机的路径跟踪控制，设计了一种可按照预设采捕路线进行路径跟踪的控制系统。以履带式滩涂贝类采捕机为研究对象，在高斯平面坐标系建立了采捕机转向运动学模型，设计了一套带修正因子的模糊控制系统，在实际滩涂作业环境进行了控制参数标定试验，并在Matlab/Simulink中搭建了仿真控制模型，对常规模糊控制和带修正因子的模糊控制进行对比分析。仿真结果表明：当采捕机作业速度为0.02 m/s和0.03 m/s时，带修正因子的模糊控制较常规模糊控制系统导航精度分别提升了2/3和1/3，控制时间分别缩短44.44%和35.71%，证明了该系统具有较好的路径跟踪控制效果，为滩涂贝类采捕机路径跟踪提供了技术参考。

  • 太阳能水层交换装置设计与试验
    陈晓龙, 车轩[], 刘兴国, 田昌凤, 王小冬, 李新丰
    2023, 50(4): 51-58.
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    随着中国经济的迅猛发展，来自工业、农业和生活的污水不断增多，渔业水域生态环境受到不同程度污染，生态系统健康受到影响。国内外广大学者为此开展了关于渔业水域生态修复方面的众多研究，但缺乏渔业水域生态修复的设备可供利用。研发了一套太阳能水层交换装置，通过曝气的方式推动水体流动，实现上下水层交换，促进有机污染物的有氧降解、净化水质，为沉水植物的生长提供适宜环境，改善不同水域之间的生态联系。该设备以太阳能为动力，全自动定时循环启动，具有结构简单、曝气时间长、动力效率高等特点。2022年9月连续测定试验河道水体中水质状况，分析了太阳能水层交换装置对河道水动力，溶氧含量、氮磷含量的影响。结果显示：该装置每天平均工作时长达8 h，设备周围水体总氮、总磷和氨氮分别与同时期对照组相比降低29.02%、31.25%、62.12%，安装设备的水体中溶氧明显提高，河道中水流流速增加2倍以上，上下水层交换效果明显。研究表明，太阳能水层交换装置有效解决了河道水流流通性不畅等问题，改善了水体环境，对河道水体的生态恢复有积极作用。

  • 养殖工船自动投饵机设计和螺旋下料器的仿真分析
    高炜鹏, 谢永和, 李德堂, 王君, 陈卿, 洪永强
    2023, 50(4): 59-67.
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    针对现有投饲机无法满足大型集约化深远海养殖工船投饲作业的工作需求，颗粒饲料因输送工艺和结构参数不合理导致管道堵塞，为提高颗粒饲料输送性能与效果，设计了一种可集中控制、定时、定量、定速作业的远程气力输送的自动投饵机，确定了投饵机的总体结构，完成了对螺旋下料器的关键部位的设计，开展了EDEM（高性能散装与颗粒物料仿真软件）离散元仿真分析。仿真结果显示：饲料颗粒在该装置中，从生成到排除过程中不会发生堵塞、滞留的现象，且下料速度可以通过螺旋轴的转速控制，下料速度稳定，当螺旋轴转速达到40  r/min时，满足投料速度1.5 t/h。该设计和研究为后续的深远海养殖投饲设备的设计和性能优化提供参考和依据。

  • 辊道式鱼类分级机的设计与模拟仿真
    赵良, 宋协法, 李贤, 董登攀, 黄志涛
    2023, 50(4): 68-75.
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    随着中国水产养殖业的发展，对水产养殖的机械化、智能化程度要求不断提高。针对国内目前对于鱼类分级机械研究和应用较少，人工分级工作效率低等问题，设计了1台参数可调的辊道式鱼类分级机，以构建的大泷六线鱼模型为研究对象，通过EDEM仿真开展辊轴转速、直径和倾角对分级准确率的单因素和多因素响应面试验，分析分级过程中辊轴参数对鱼体分级准确率的影响以优化其工作参数。结果显示：辊轴转速、倾角和直径均对分级准确率有显著影响。其中，辊轴转速和倾角以及转速和直径之间存在交互影响，当分级辊轴转速为3.4 r/s，倾角为7.8°，直径为2.68 mm时，分级准确率最高，准确率为90.5%。本研究为EDEM仿真方法在水产机械领域的应用提供了参考，并为鱼类分级机的设计及优化提供了新的思路。

  • 鲐鱼鱼片水刀切割工艺研究
    马田田, 肖哲非, 沈 建,
    2023, 50(4): 83-90.
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    为提高鱼类切割加工效率和产品合格率，降低用工成本，探索了一种鲐鱼鱼片水刀切割工艺。以冷冻鲐鱼鱼片为原料，解冻后经水刀切割进行二等间距分割，以切割率、鱼肉损失率、切割面感官值为评价指标，以鱼片厚度、水刀压力、水刀作用时间为工艺参数，采用多指标综合评分法评价切割效果，通过单因素和正交试验优化鲐鱼鱼片水刀切割工艺。结果显示：随着鱼片厚度增加，切割率和切割面感官值减小，鱼肉损失率先减小后增大；随着水刀压力和水刀作用时间增加，切割率增大，鱼肉损失率减小，切割面感官值先增大后减小。正交试验优化得到的鲐鱼鱼片适宜的水刀切割工艺为鱼片厚度13 mm，水刀压力50 MPa，水刀作用时间2.0 s。在此工艺条件下鲐鱼鱼片的切割率99.8%，鱼肉损失率0.133 %，切割面感官值8.5分，切割效果综合评分为99.5分。

  • 带有水质监测的增氧机远程控制系统研究
    莫少凡, 孔 平, 李松杰, 宋丽颖, 李彩瑗, 谢能刚
    2023, 50(4): 83-90.
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    针对水产养殖中增氧机远程控制困难、水质送检繁琐等问题，基于无线传感器网络（WSN）及物联网技术，开发出一种带有水质监测功能的增氧机远程控制系统。该系统由监测设备和远程控制小程序组成，布设在现场的溶氧、pH传感器、环境监测变送器等设备由4G-DTU内置的微处理器负责数据采集，采用无线网络通信方式，摆脱传统监测系统通信距离短的困扰；小程序具备实时监测水质、查询历史数据、远程启停增氧机等功能。为验证系统实用性，在实际水域布置节点测试。结果显示：各项指标均达到要求，设备远程启停响应延迟低于100 ms, pH测量精度达到0.02,溶氧控制精度在±0.4 mg/L以内，温度测量精度达到0.5℃，气压测量精度达到0.1 kPa，能够满足水产养殖需求。证明了所研究的系统具有实际应用前景。

  • 宽带分裂波束探鱼仪目标方位估计方法
    汤涛林, 张玉涛, 王志俊, 尹项博, 李国栋
    2023, 50(4): 91-97.
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    目标方位估计是分裂波束探鱼仪的主要任务。常用的宽带目标方位估计方法包括互相关、互功率谱和自适应滤波。探鱼仪回波中存在大量目标，当鱼体目标回波时间间隔较小造成回波重叠时，这类方法会产生较大误差。本研究针对使用线性调频信号的宽带分裂波束探鱼仪，分析了信号时延对脉冲压缩结果的影响，提出一种利用脉冲压缩相位进行目标方位估计的方法，并给出理论推导。该方法运算量小，易于工程实现。仿真结果表明：该方法在目标间距不小于脉冲压缩距离分辨率时，仍然可以获得较为准确的方位估计；该方法与常用的互相关、互谱法相比，有更好的抗噪声能力。

  • 基于圆弧阵加权的水平全向扫描多波束渔用声呐波束成形旁瓣抑制研究
    程婧, 王志俊 , 魏珂, 李国栋,
    2023, 50(4): 98-106.
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    多波束渔用声呐研制中为研究波束加权对基阵方向性的影响。本研究从常见的水平全向渔用声呐的基阵模型出发，将圆柱阵等效为多个垂直排列的圆弧阵，使用Matlab编程软件仿真了线性加权和非线性加权，对比了非线性加权中相似加权和抑制区最小功率加权对圆柱阵指向性的影响。结合现有的测试条件，在消声水池对两种非线性加权法进行了波束指向性测试。结果显示：两种非线性加权法更适合水平全向扫描的多波束渔用声呐，其中相似加权法加权过后的波束主瓣展宽较小仅约1°，旁瓣较未加权波束旁瓣降低约9 dB，对改善圆柱阵换能器的波束指向性效果较好。研究表明，可以在圆柱阵换能器中选用相似加权法来改善基阵的方向性。

  • 一种基于前视声呐的养殖网箱内鱼类数量评估方法 
    崔智强, , 祝捍皓, 宋伟华, 马志凯
    2023, 50(4): 107-117.
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    为准确、高效评估养殖网箱场内鱼类数量，科学指导网箱养殖，提出了一种基于前视声呐的养殖网箱内鱼类数量统计方法。方法应用时，以声呐图像处理技术为基础，首先以目标网箱内养殖鱼类在消声水池实验室的声学标定结果为依据，对前视声呐测量声图进行单个鱼体的声学图像阈值划分；其次根据云台控制声呐旋转，对围栏区域进行遍历探测，随后将声学标定结果确定的阈值作为划分依据，将不同角度所测声学图像中鱼类进行划分、统计，估算得到整个养殖网箱内的鱼类数量；最后结合探测角度以及位置信息，得到网箱养殖区域内的鱼类空间分布特征，用于指导渔民进行后续的网箱养殖。此方法在舟山青浜岛大黄鱼养殖网箱中得以应用。结果显示：该方法估计得到的养殖网箱内大黄鱼数量与人工评估结果基本一致，经多次计算，平均相对误差仅为2.45%，且实现过程更加高效、便捷。本研究能够有效为养殖网箱提供鱼类数量信息，为亟待需要进行鱼类数量监管的网箱养殖产业提供科学、可靠的数量统计方法，具有广泛的应用场景。


  • 基于特征点筛选的渔船轨迹压缩方法及优化
    马苏上, 王泽宇, 刘明剑, 李 洋, 赵文彬
    2023, 50(4): 118-125.
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    针对Douglas-Peucker（DP）算法在渔船轨迹压缩过程中存在船只转向和停泊特征信息缺失的问题，提出了一种基于特征点分离的多阈值渔船轨迹压缩方法(Feature point separation Multi-threshold DP algorithm,FMDP)。其主要思路是将原始轨迹中的特征点筛选后再进行数据整合，最大程度保留渔船原始轨迹中的特征信息。首先，将原始轨迹中停留点进行筛选；其次，提出了加入角度阈值的DP算法求取轨迹的特征点集；再次，为了确保压缩轨迹能够反映出渔船不同作业任务特征，设计了数据压缩权重机制处理渔船的停留点；然后，根据停留点集与特征点集构建渔船压缩轨迹图像, 实现了对渔船不同作业的轨迹有效压缩，最后，通过与DP算法的压缩率比较，以及权重机制对于复杂与简单轨迹压缩率的影响，来对轨迹压缩效果进行验证。结果显示，该算法的压缩率均高于95%，并且与DP算法相比，在保持高压缩率基础上，较好地保留了渔船轨迹特征点；同时，加入权重使得复杂渔船轨迹在压缩过程中可以保留更多的特征信息，证明了FMDP渔船轨迹压缩算法正确性和有效性。

  • 基于改进YOLOv7的网箱网衣破损识别方法
    俞国燕, , 苏锦萍, , 陈泽佳 , 陈帅兴 , 陈其菠, 吴振陆
    2023, 50(4): 126-136.
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    网箱网衣极易破损，一旦破损未及时修补，会给养殖户造成巨大的经济损失。为实现智能化网箱网衣破损检测，本研究提出一种基于改进YOLOv7的网箱网衣破损识别方法。该方法通过在Backbone网络使用gnConv结构、Neck网络引入SimAM模块来提升模型表达能力更好聚焦网衣破损处的特征，提高模型的检测精度。Backbone网络使用深度可分离卷积，并减少激活函数和改变卷积步长，同时在Neck网络利用Bottleneck模块使用1×1卷积核的特点和使用性能更佳的Mish激活函数重构模型，以减少参数量和运算成本，实现模型检测速度的提升及尺寸的压缩。通过消融试验和对比试验结果显示，YOLOv7-C3NeHX比原YOLOv7算法的平均精度提高了3.1个百分点，精确率、召回率与F1值分别提升了0.5、4.2与3个百分点，检测速度达到了232.56FPS，GFLOPs和模型尺寸分别占原YOLOv7的38.2%和94.3%。研究表明，改进模型能有效提高识别效率和部署的灵活性，为智能网衣修补机器人的研发提供技术支持。