渔业现代化

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  • 2023年, 第50卷, 第5期
    刊出日期：2023-10-20
      
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  • 中国海洋捕捞装备科技发展研究
    巩沐歌, 黄一心, 鲍旭腾, 高超
    2023, 50(5): 1-7. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2023.05.001
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    海洋捕捞是渔业产量的重要组成部分，是水产品供给的主要来源。中国作为世界第一海洋捕捞大国，捕捞装备发挥了极其重要的作用。近十年来，在国家各类科研项目的支持下，中国海洋捕捞装备的研制在各个方面都取得了不小的成绩。本研究介绍了中国海洋捕捞装备的科技发展现状；指出中国海洋捕捞装备存在的主要问题是捕捞机械研究技术相对滞后，自动化、信息化水平低；捕捞渔船研发技术有待加强，自主设计能力有待提升；助渔仪器基础研究薄弱，关键核心技术有待突破；渔具设备性能有待提高，缺乏综合性设备；并对中国未来海洋捕捞装备的发展提出建议，旨在希望中国的海洋捕捞装备科技在未来海洋捕捞渔业建设中发挥着更大的支撑作用，为世界海洋渔业的发展贡献“中国力量”。

  • 黄连对生物絮凝系统氨氮处理效率的影响
    劳锦程, 李佳洋, 谭洪新, 刘文畅, 罗国芝,
    2023, 50(5): 8-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2023.05.002
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    为研究黄连对生物絮凝系统氨氮处理效率的影响，添加0 g/L、2 g/L、4 g/L和6 g/L的黄连，分别为对照组C和处理组T1、T2、T3，进行氨氮、亚硝酸盐转化试验，并测定各组生物絮团硝化酶、脱氢酶活性。处理组总氨氮去除速率均高于对照组(0.38±0.07 mg/g·h)，其中T2组最高(1.49±0.08 mg/g·h)；亚硝酸盐去除速率T1组(1.38±0.10 mg/g·h)和T2组(2.05±0.14mg/g·h)高于对照组(0.75±0.06 mg/g·h)，T3组(0.17±0.05 mg/g·h)最低。试验后处理组总悬浮固体颗粒物均低于对照组(504.00±27.71 mg/L)，T3组(363.33±40.41 mg/L)最低。研究表明，添加黄连能提高生物絮团氨氮转化速率，减少总悬浮固体颗粒物的积累。

  • 波浪作用下浮式网箱与垂直轴风机综合平台水动力响应试验
    张英超, 毕春伟, 赵云鹏
    2023, 50(5): 15-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2023.05.003
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    为探索海洋养殖与海上风电融合发展的可行性，以浮式网箱与垂直轴风机综合平台为研究对象，通过物理模型试验的方法研究该综合平台在规则波作用下的水动力响应。采用1:100的比尺制作模型，通过CCD（电荷耦合）高速相机及自主开发程序分析运动幅值，并采用拉力传感器采集系泊拉力时域值。结果显示：浮式网箱与垂直轴风机综合平台在波高为9 m的极限工况下，纵荡最大值为4.75 m、垂荡最大值为4.21 m、纵摇最大值为8.35°，稳定性基本满足规范要求；在波浪作用下，浮式网箱与垂直轴风机综合平台的运动响应与系泊力均与波高呈正相关，纵荡和垂荡与波浪周期呈正相关，而纵摇和系泊力与周期呈负相关；同一工况下迎浪侧系泊力明显大于背浪侧系泊力，两者之间最大差值可达75%。研究结果可为风渔融合结构的研发设计提供参考。

  • 臭氧对MBBR硝化效率及副溶血弧菌杀菌效果影响
    石婷宇, 王国庆, 胡鑫, 谭洪新, 刘文畅, 罗国芝,
    2023, 50(5): 25-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2023.05.004
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    臭氧作为一种强氧化剂，常用作移动床生物膜反应器（Moving bed biofilm reactor，MBBR）系统的杀菌消毒剂。为了得到臭氧对MBBR处理水质的影响与对副溶血弧菌的杀菌效果，用10 L反应器，在60%填充率下，研究不同质量浓度臭氧（0、1、2、4、6 mg/L）对系统硝化能力与对副溶血弧菌（Vibrio parahaemolyticus）的杀灭效果。结果显示：与对照组相比，2 mg/L臭氧对滤料细胞死亡率影响不显著（P = 0.49）；总氨氮（TAN）去除率分别为55.11% ± 5.32%、57.89 %± 9.01%、49.2% ± 5.99%、33.07% ± 2.68%、34.22% ± 8.89%；当臭氧通入量在4 mg/L及以上时，TAN去除率显著低于其余组（P＜0.05）；臭氧剂量2 mg/L及以上时，TCBS平板上未检测到副溶血弧菌（从108 CFU/mL降低到不能被检测出的水平）。综合考虑臭氧对滤料细胞死亡率、氨氮处理效率以及副溶血弧菌的杀菌率， MBBR池臭氧推荐使用浓度为2 mg/L。 

  • 基于STM32与树莓派的养殖水质监测无人艇系统研究
    余钱程, 管延敏, 黄温赟, 韦龙, 虞嘉晨
    2023, 50(5): 33-42. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2023.05.005
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    针对目前水产养殖过程中水质监测方式存在效率低、实时性差、工作区域受限制等缺点，设计了一种基于STM32与树莓派的水质监测无人艇系统。系统采用STM32单片机和树莓派4B作为控制器，结合GPS模块和电子罗盘实现无人艇的航行控制；利用摄像头、pH、浊度、温度传感器实时采集水体环境和水面图像数据；通过4G通信模块实现数据传输。在阿里云服务器上部署基于.NET Framework框架开发的上位机软件，实现对无人艇的指令下发以及可视化显示采集到的数据等功能。结果显示，养殖水质监测无人艇到达的实际测量区域与预设区域位置误差最大为4.3 m，最小为3.4 m，精度范围满足实际需求；水质测量平均用时在7 min28 s左右，相比传统人工检测方式，作业效率显著提升。研究表明，本系统运行稳定，操作方便，能够及时有效地获取养殖水域水体数据，提高了养殖人员的工作效率，降低了养殖成本，具有一定的应用前景。

  • 养殖网箱的网纲和网衣水动力载荷研究
    吴皓, 刘强, 范为
    2023, 50(5): 43-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2023.05.006
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    桁架式等深远海养殖网箱的养殖网由网纲和网衣组成，在无遮蔽海域将遭受更为严峻的海洋环境条件。为衡量承力网纲的最大张力与面法向偏移，采取一种耦合Morison模型和Screen模型计算网纲和网衣水动力载荷的有限元方法。以不同水深位置、上下相互独立的两片养殖网A和B为研究对象，开展网箱坐底时承力网纲在纯流、波流联合作用下的张力响应研究。对数值计算结果进行统计性分析发现，纯流条件下的网纲平均最大张力和面法向平均最大偏移随流速增加而增加；波流联合作用下养殖网A的网纲平均最大张力和面法向平均最大偏移随设计波周期的增加而减小，养殖网B则逐渐增加，总体上A的结果显著大于B。研究对网纲和网衣耦合的有关研究具有参考作用。

  • 背角无齿蚌对养殖水体亚硝酸盐氮的净化效果
    端国超, 阎明军, 陈修报, 姜涛, 刘洪波, 侯诒然, 杨健
    2023, 50(5): 52-59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2023.05.007
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    为探究背角无齿蚌（Anodonta woodiana）对养殖水体亚硝酸盐氮（NO2－-N）的净化效果，分析了亚硝酸盐氮（1.0 mg/L）暴露组背角无齿蚌相较于亚硝酸盐氮空白组（0 mg/L）的滤水率的影响，进而通过构建受亚硝酸盐氮（1.0 mg/L）污染的微型生态系统，比较了对照组（0只/m3）、低（10只/m3）、中（20只/m3）和高（30只/m3）养殖密度背角无齿蚌及其不同处理时间（24、48、72和96 h）交互作用下亚硝酸盐氮的含量、去除率与净化效率变化。结果显示：空白组和亚硝酸盐氮暴露组背角无齿蚌的滤水率分别为232.1 ± 122.3 L/(h·kg)和69.0 ± 17.7 L/(h·kg)，两者之间差异不显著（P > 0.05）；低养殖密度背角无齿蚌处理96 h后的养殖水体亚硝酸盐氮含量最低，为0.20 ± 0.06 mg/L，相应的去除率和净化效率分别可达到（64.99 ± 10.32）%和90.16 ± 13.54 mg/(h·kg)；背角无齿蚌对亚硝酸盐氮含量及去除率的影响与养殖密度和处理时间显著相关（P < 0.05），而与两者的交互作用关系不显著（P ＞ 0.05），而对亚硝酸盐氮的净化效率仅与养殖密度显著相关（P < 0.05）。研究表明，背角无齿蚌能够有效净化养殖水体中较高含量的亚硝酸盐氮，养殖密度设定为10只/m3的净化效果最佳。

  • 基于卡尔曼滤波的多波束渔用声呐波束稳定算法仿真及实现
    王志俊, 程婧, 魏珂, 李国栋
    2023, 50(5): 60-70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2023.05.008
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    多波束渔用声呐是海洋渔业中不可或缺的设备，在探测鱼群方面发挥着重要作用。然而此类声呐的指向性容易受到风浪和船舶姿态的影响。为了解决这个问题，本研究建立了简化的姿态变化模型，指出了影响波束稳定误差的因素，并提出了一种基于卡尔曼滤波和数字波束形成技术的波束稳定算法：先对姿态值做滤波及插值处理，获得更平滑、采样率更高的姿态数据；再使用坐标旋转的方式对波束的目标指向进行补偿，从而实现声呐波束的稳定而精确的指向。本研究基于FPGA（现场可编程门阵列）实现了波束稳定模块。摆台模拟试验结果表明，在四级海况下，应用本模块可保证各波束指向角度最大偏差不超过±1.8°，与仿真结果基本一致。本研究已应用在多波束渔用声呐中，大大提高了渔船捕捞效率。

  • 脱脂南极磷虾蛋白质提取条件优化
    耿乐, 王洪斌, 刘志东, 张俊杰, 段蕊, 迟海, 倪玲, 林娜
    2023, 50(5): 71-78. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2023.05.009
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    为探究脱脂南极磷虾蛋白质（Defatted Antarctic Krill Protein, DKP）最佳提取条件，提高脱脂南极磷虾粉附加值。以脱脂南极磷虾粉为原料，采用碱溶酸沉法提取其蛋白质，以蛋白质得率为指标，对提取温度、提取时间、料液比、NaOH百分比浓度4个影响因素进行单因素试验并采用响应面法对提取工艺进行分析与优化。结果显示：通过响应面法优化得到DKP实际最佳的提取条件为提取温度69℃、提取时间65 min、料液比1:15、NaOH百分比浓度2.2%，通过验证试验得出此提取条件下实际蛋白质得率为31.93%±0.35%，与理论值32.32%相对误差为1.19%±1.01%。研究表明，该回归模型预测准确，可以用于指导生产实践，有利于提高脱脂南极磷虾粉附加值，推动南极磷虾产业的可持续发展。

  • 基于改进Mask R-CNN的花白鲢去鳞率计算方法研究
    肖哲非, 沈建, 郑晓伟, 徐文其
    2023, 50(5): 79-89. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2023.05.010
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    去鳞是鱼类加工重要的环节之一，快速无损地计算去鳞率可实现对去鳞设备的评估或对其运行状态的实时监测。针对中国现阶段鱼类去鳞率的主要靠人工计算的现象，提出一种基于实例分割的花白鲢去鳞率计算方法，将去鳞后的鱼体分为无鱼鳞区域和有鱼鳞区域，通过改进Mask R-CNN进行分割，计算去鳞率。将注意力机制模块SENet加入以ResNet50为Backbone的特征提取网络中，并通过减层处理，使网络更注意有价值特征的同时减少运算时间，并通过改进Loss函数迫使网络优化方向偏向于掩膜分割。结果显示：以1 950张花白鲢图像作为数据集，对改进的Mask R-CNN模型进行训练，精准率达到90.6%，召回率达到91.9%；经试验验证，去鳞率计算平均误差为4.7%。研究表明，该方法具有良好的检测鱼体去鳞率能力以及实时计算能力，可用于评估去鳞设备，也可用于实时监测。

  • 柔性网具和浮体与打捞船间的耦合影响
    高瑞, 王一帆, 张倍铭, 吴贺贺, 林东, 叶建设
    2023, 50(5): 90-100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2023.05.011
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    柔性网具和打捞船组成了捕获打捞回收系统，柔性网具和浮体与打捞船三者间在高海况下的相互运动是复杂的柔性-刚性耦合响应运动。为了获取三者间的运动响应情况，进一步提高高海况下的打捞成功率，通过数值模拟仿真技术开展了这三者在高海况下的运动响应分析，重点讨论了浮体与打捞船相互位置的影响情况，以及在这两者的合理位置下，浮体对打捞网具的受力分析。结果显示：在高海况下，打捞船与浮体之间存在有利于打捞回收作业的合理位置；在该位置下开展打捞作业，网具受力在可接受范围内；网具受力情况与波幅正相关，波幅越高网具受力越大，网具受力极值出现在最大波幅所在的一个波浪周期内。研究结果可为高海况下打捞流程及打捞网具设计提供一定的参考。

  • 基于CFD的拖网网板模型参数对水动力试验的影响研究
    王一博, 初文华[], 张怀志, 曹宇, 崔森琦, 武树龙,
    2023, 50(5): 101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9580.2023.05.012
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    拖网网板的水动力模型试验结果经常会因雷诺数、模型尺度等各种试验因素出现不同程度的结果偏差。为研究模型参数对拖网网板水动力试验的影响机理，选取立式V型曲面网板为研究对象，基于水槽模型试验结合计算流体力学数值模拟方法，对比分析其水动力性能及流场分布，探究模型尺度比、板面厚度及模型材料等参数对其水动力试验结果的影响。结果显示：模型尺度比变化对网板升/阻力系数曲线形状无显著影响，但模型尺度缩小过多（20:1）将导致升力系数在小冲角（α＜30°）时偏差明显；模型板面厚度增加会导致升力系数在大冲角（α＞30°）下的显著降低，而对阻力系数的影响则主要反映在小冲角（α＜30°）时；非金属材料模型由于刚性不足，在水槽模型试验过程中容易因受力后产生一定位移与变形而引起试验结果的偏差。基于上述结果，设计网板水动力模型试验时，应使得模型尺度尽可能大，减小模型尺度对试验结果精度的影响；可适当增加板面厚度以提高模型结构稳定性，增厚范围不宜超过2倍。