网箱养殖智能投饲设计.doc

《网箱养殖智能投饲设计.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、网箱养殖智能投饲设计由于野生鱼类资源的日趋枯竭，网箱养殖得以迅速发展。饲料投喂是养殖生产中一个重要的环节。目前在网箱养殖场广泛使用的投饲机，仅仅是代替了人工抛洒饲料这个重复动作。使用传统投饲机的养殖户不仅需要定时到网箱养殖现场进行投喂，更难以精确掌握最能满足养殖对象需求的投饲量［1］。投饲过少则导致养殖对象生长缓慢，影响产量，投饲过多则会增加饲料成本，同时会造成养殖海域的环境污染。工厂化大规模网箱养殖技术推动了自动投饲装备与技术的发展，国内已经取得了一定的研究成果，如辽宁省海洋牧场工程技术研究中心

2、研制出一种远程监控投饲系统可以实现远程定时定量投饲［2］。但鱼群对饲料的需求量受鱼龄、健康状况、水温、溶解氧、光强等复杂因素的影响，在合理投饲方面，这些研究成果都只是根据预设的经验值“定量”投饲，智能性还略显不足。因此，研究一种新型智能投饲系统，结合监测与反馈控制以调控投饲时间及投饲量，提高饲料投喂的合理性，是网箱养殖业迫切需要解决的问题之一。现有网箱监测技术大多是针对网箱内鱼群的形态监测，了解鱼群的生长速度，或是针对网衣的监测，避免网衣破损、鱼群逃逸造成损失。专门针对饲料投放状况的监测在国外发展

3、很快，技术相对比较成熟［3-4］，但国内还处于研发起步阶段，相关产品及报道都较少［5-6］。对水下目标的探测常用的有光、电、声、磁等方法，网箱养殖中使用的饲料作为一种水下小目标，比较适合用光学或声学的方法进行探测。考虑到我国的海水养殖业大多都还是在近海海域，海水浑浊导致水下能见度低，不适合用光学方法，必须借助于水声设备才能进行水下探测。本文提出一种利用声学方法来监测投饲情况、控制投饲过程的方案，以解决网箱养殖合理投饲的问题，同时减少养殖活动对海洋环境的影响。1投饲监控系统概述5学海无涯图1给出了一

4、种基于声学原理实现智能投饲监控的方案示意图。根据鱼类的生活习性，在其进食活动刚开始不久，渗透到网箱底部的饲料是很稀疏的，而当其进食活动逐渐接近尾声时，渗透到网箱底部的饲料就会逐渐多起来，这一特点可以用来确定当前的投饲量以及是否还应继续投饲。在网箱的底部用重锤悬吊安装一个投饲监测仪，即一套收发合置的回声探测声纳。该声纳向网箱底部区域发射一束声波。依据目标声学反射原理［7］，声波在传输过程中，如果遇到目标饲料就会产生回波，通过分析接收到的回波信号能量值来判断饲料渗漏的量，并产生一个信号反馈到投饲控制系

5、统，以控制投饲机的动作，减少欠投、过投等现象。本方案中，回声探测声纳的选用是关键，声纳性能、成本等因素将影响该方案的使用效果。2声学监测系统设计2．1单波束声纳监测回声探测声纳以波束形式分类，有单波束和多波束，单波束声纳结构简单、实现方便、价格低廉，比较适合网箱养殖投饲监测用。图1中，回声探测声纳向网箱底部区域发射具有一定开角的声束，声信号在传播过程中遇到因过剩而落向海底的饲料时会发生发射，声纳接收某一段时间内的反射波，并传输给信号处理电路以计算其能量。某一段时间t1～t2(ms)内接收到的信号能

6、量的计算方法为:E=∫t2t1

7、v(t)

8、2dt(1)式中，v(t)为接收到的反射信号电压，V;E为接收到的反射信号能量值，W•ms。在养殖对象进食初期，E应该是个小量，随着进食过程接近尾声，E将会逐渐增大。如图1所示，t1取声波从O点到A点传播时间的2倍，t2取声波从O点到B点传播时间的2倍，这样选取是为了重点计算被监测网箱底部范围内的饲料所产生的声反射信号能量，避免邻近网箱的干扰，考虑到海流的因素可以适当整体提前或延迟t1～t2的时间。声信号的频率与监测效果有很大的关系，要根据饲料颗粒的大小来

9、选取，通常对于鱼类网箱养殖，其发射频率在200～500kHz之间比较合适，这一频率范围的声波对于饲料比较敏感，作用距离也比较合适，简单的声纳设备就可以达到10～50m的作用距离。此外，波束开角也会影响监测结果，波束开角过大，有可能把网箱底部、海底的反射能量一同计算进去，因此在这种情况下，一般取波束角≤10°。为了减少网箱底部网衣或海底可能引起的声波反射，声纳换能器可以采用椭圆结构，将长轴放置在水平方向，短轴在海深方向，这样可以大大减少海底和网衣的影响。2．2固定多波束声纳监测5学海无涯单波束声纳在

10、某一时刻只能针对波束声轴方向上的一个固定范围实施监测，若要扩大监测范围，则需对其进行回转、俯仰等机械操作，在水下实施这些机械动作往往意味着设备复杂程度的提高和成本的上升。电子多波束声纳可以在比较大的区域内实施监测，不需要机械动作，性能也比较稳定可靠，它与单波束声纳相比，搜索速度较快，获取的信息量大，但其系统复杂，价格昂贵，不适于网箱养殖监测的需要。为了简化监控系统，同时降低成本，本文提出固定多波束的概念，类似于多部单波束声纳同时工作，这种监测方法布设如图2所示。和单波束声纳方案不同