高夢娜 陳玲

摘 要：傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖多采用人工投喂方式，耗費(fèi)勞力且效率不高，文章研究的水產(chǎn)養(yǎng)殖船可以解決這個(gè)問題。船上安裝有自動(dòng)投餌設(shè)備，基于無線傳感裝置，在自主航行過程中可以高效、均勻地投餌，在徹底解放人力的同時(shí)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)均勻投餌，提高了效率，促進(jìn)了水產(chǎn)養(yǎng)殖的科學(xué)管理。

關(guān)鍵詞：水產(chǎn)養(yǎng)殖;雙體船;自主航行

0 引言

全球氣候日益嚴(yán)峻，漁業(yè)資源逐漸滿足不了日常所需。隨著生活水平的提高，人們對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的需求也逐漸增加，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展已經(jīng)成為解決動(dòng)物蛋白質(zhì)短缺問題的重要手段之一。現(xiàn)階段的國內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展形勢良好，但還是以零散的小養(yǎng)殖戶為主，集約化程度低[1-2]，如池塘河蟹養(yǎng)殖多以粗放的人工撐船投喂方式，勞動(dòng)強(qiáng)度大，投餌不均勻，導(dǎo)致長期以來河蟹養(yǎng)殖精細(xì)化管理水平低，養(yǎng)殖成本過高等問題，大大降低了水產(chǎn)品的生產(chǎn)繁殖效率，甚至導(dǎo)致慘重的經(jīng)濟(jì)損失。

1 水產(chǎn)養(yǎng)殖船的總體設(shè)計(jì)

水產(chǎn)養(yǎng)殖船包括船體、動(dòng)力裝置、圖像識(shí)別裝置、GPS定位儀器，拋餌裝置、控制面板（遠(yuǎn)程監(jiān)控）以及魚群感應(yīng)系統(tǒng)等。本水產(chǎn)養(yǎng)殖船采用小水線面雙體船，主船體由兩個(gè)前水體構(gòu)成，兩個(gè)船體之間設(shè)有連接梁，拋餌裝置放在兩個(gè)船體之間的連接梁上，這樣可減少甲板的占用。小水線面雙體船既兼容了雙體船、潛艇和水翼船的優(yōu)點(diǎn)，又克服了傳統(tǒng)船型的缺陷，是綜合性能優(yōu)良的新船型[3]。動(dòng)力裝置位于船體尾部，采用常規(guī)雙螺旋槳推進(jìn)方式，以電力為動(dòng)力，能源環(huán)保。船上的魚群探測器在感知到魚群以后，拋餌裝置就會(huì)自動(dòng)拋餌，減少了餌料的浪費(fèi)。水產(chǎn)養(yǎng)殖船的主視圖如圖1所示。

2 自主航行功能設(shè)計(jì)

自主航行主要包括3個(gè)方面：環(huán)境感知、路徑規(guī)劃與實(shí)時(shí)控制。本水產(chǎn)養(yǎng)殖船具有自主航行和避障的功能，船上設(shè)置攝像設(shè)備，配備衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測到船舶的具體位置，觀察船舶周圍水域的情況，實(shí)現(xiàn)自主航行。定位系統(tǒng)提高了水產(chǎn)養(yǎng)殖船定位的準(zhǔn)確性，可以及時(shí)知曉水產(chǎn)養(yǎng)殖船的位置，通過攝像設(shè)備可以掌握水產(chǎn)養(yǎng)殖船的航行狀態(tài)。船舶的自主航行會(huì)根據(jù)事先規(guī)劃好的航線，但在航行過程中不可避免會(huì)遇到一些障礙物。而本水產(chǎn)養(yǎng)殖船具有避障功能，它在航行時(shí)遇到障礙物，會(huì)根據(jù)現(xiàn)有路線主動(dòng)規(guī)劃新路線繞過障礙物，之后再次回到船舶原航行的路線上。

水產(chǎn)養(yǎng)殖船使用螺旋槳作為推進(jìn)器，將左右螺旋槳對(duì)稱布置于兩個(gè)單體的尾側(cè)。在其兩個(gè)單體內(nèi)部各安裝一部直流電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)船體的直行、轉(zhuǎn)彎、停止等操作。為穩(wěn)定分揀船的巡航路線，GPS經(jīng)過數(shù)據(jù)解析，基于慣性導(dǎo)航設(shè)備信息獲得實(shí)時(shí)航向角φ1，與目標(biāo)航向角φ2比較，得到航向角的差值，基于PD控制運(yùn)算，得到φ;基于分揀船實(shí)際的偏離情況分析，將正負(fù)φ/2賦予左右電機(jī)，實(shí)現(xiàn)船舶航向的保持。同時(shí)GPS會(huì)實(shí)時(shí)獲取速度信息，基于慣性導(dǎo)航設(shè)備信息獲得實(shí)時(shí)速度ν1，將實(shí)時(shí)速度ν1與目標(biāo)速度ν2進(jìn)行比較，得到速度的差值，再基于PI運(yùn)算得到ν同時(shí)賦予左右電機(jī)，具體控制如圖2所示[4]。如果因?yàn)槭彝猸h(huán)境變換導(dǎo)致存在信號(hào)的短時(shí)遮斷，可采用慣性導(dǎo)航的方法來解決。

3 水產(chǎn)養(yǎng)殖功能設(shè)計(jì)

船體上配備攝像設(shè)備，可以全方位觀察船體周圍水域情況;配備有魚群探測器，當(dāng)其感應(yīng)到船體周圍有大量魚群時(shí)，攝像設(shè)備和魚群探測器可以全方位觀測魚群的具體方位，并且進(jìn)行針對(duì)性的投餌。圖3是水產(chǎn)養(yǎng)殖船的俯視圖，從中可以清晰地看出攝像設(shè)備和魚群探測器。傳統(tǒng)的人工投喂不僅不能實(shí)現(xiàn)均勻拋餌，以人工撐船的方式投喂，船游到哪就在哪投喂，這大大浪費(fèi)了餌料，并且很有可能有魚的地方喂不到，沒魚的地方都是餌料。魚群探測器在感知到魚群后，拋餌裝置就會(huì)自動(dòng)拋餌，減少了餌料的浪費(fèi)[5]。

本水產(chǎn)養(yǎng)殖船采用的是小型拋餌裝置，基于主控器可以遠(yuǎn)程控制餌料的拋撒，同時(shí)可以根據(jù)調(diào)節(jié)餌料孔的大小來調(diào)整餌料拋撒量，此拋餌裝置可以和控制面板相連接，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測到投喂的次數(shù)，徹底解放了勞動(dòng)力。很多時(shí)候事務(wù)繁忙導(dǎo)致漁民忘記自己是否給魚喂食，人工投喂耗時(shí)耗力，且拋餌不勻，此拋餌裝置就很好地解決了這個(gè)問題，投喂的時(shí)間與頻次一目了然。

4 結(jié)語

水產(chǎn)養(yǎng)殖船摒棄了傳統(tǒng)的人工投喂方式，采用自主航行實(shí)時(shí)監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)均勻拋餌，減少了勞動(dòng)力和餌料的浪費(fèi)，提高了水產(chǎn)養(yǎng)殖的效率。

[參考文獻(xiàn)]

[1]侍廳廳.全自動(dòng)水產(chǎn)養(yǎng)殖船的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2019.

[2]曹陽.基于Android智能手機(jī)的全自動(dòng)水產(chǎn)養(yǎng)殖作業(yè)船監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2018.

[3]龔茜茹，趙建超.衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的船舶航行軌跡智能跟蹤方法[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2019（24）：37-39.

[4]陳玲，高潔.一種新型水面垃圾清理分揀船的設(shè)計(jì)[J].船舶工程，2020（2）：39-43.

[5]王子心，楊洋，丁海洪，等.基于北斗定位的智能投餌及水質(zhì)監(jiān)測船[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2020（5）：122-123，126.

（編輯 王雪芬）