一种基于视觉的鱼苗体长快速非接触测量方法

在水产养殖过程中,及时准确地获取鱼苗形体尺寸十分重要。传统人工取样测量方式费时费力,无法满足智慧水产发展的需求。以体长分布在20~100 mm的草鱼(Ctenopharyngodon idella)鱼苗为对象,提出了一种基于视觉的鱼体体长快速测量方法,可在无参照和非接触情况下对试验鱼苗进行快速准确体长测量。首先利用RGB-D相机获取目标深度信息和灰度图像,通过图像处理完成目标鱼体与背景分割;进一步对可能存在的粘连鱼群图像提取对应的凹区域和凹点,完成基于凹点的鱼苗个体分离;然后利用改进的细化算法提取鱼体骨架,并筛选出骨架关键点;最后结合图像深度信息完成骨架点三维坐标的转换,实现鱼苗全长准确测量。结果显示,该方法对试验鱼苗全长测量的平均绝对误差为1.62 mm,平均相对误差为4.24%。研究结果可以为水产养殖业分级饲养、智能投喂等应用提供非接触测量技术支持。

智能水产养殖系统设备故障诊断与排除

随着物联网技术的日益成熟和应用场景的不断丰富,水产养殖业开始实现“数智化”转型,逐步形成使用智能监控来替代人工巡守、投饵以及检测等养殖模式。然而智能水产养殖系统在使用的过程中也会经常出现各种设备故障,本文则是针对水产养殖智能控制系统有可能出现的故障原因以及故障诊断进行了具体分析,并针对性地提出相应的故障排除措施,以此促进物联网智慧水产养殖业的可持续发展。

单点系泊船形养殖设施的水动力性能研究

中国沿海浮式养殖设施受季风和台风等影响不利于多点固定系泊,采用单点系泊方式有利于在位安全。针对船型养殖设施采用单点系泊系统作为系泊装置,能够很好地适应恶劣环境,本文使用AQWA(Advanced Quantitative Wave Analysis)软件进行水动力性能的数值分析,对三角浮框和方形浮框不同入射角度下的幅值响应算子(Response Amplitude Operator,RAOs)、辐射阻尼和一阶波浪力进行频域计算,以及进行水动力时域计算。分析不同工况组合条件下养殖设施的运动响应及系泊力响应,评估在作业海域设施的在位安全性。

水产养殖中传统增氧设备增氧能力差异分析

为了解水产养殖中应用广泛的叶轮式增氧机、水车式增氧机、涌浪式增氧机和曝气式增氧机4种型式的增氧机的增氧性能水平,统计和分析了国内主要增氧设备生产企业2020年以来生产的145台不同型式增氧机的增氧能力试验数据。结果显示:1)部分企业生产的叶轮增氧机的增氧性能有所下降;2)水车式增氧机增氧性能有大幅提高,部分产品超过了SC/T 6010—2018《叶轮式增氧机通用技术条件》中规定同规格叶轮式增氧机的要求;3)涌浪式增氧机增氧性能总体呈上升趋势;4)曝气式增氧机具有较强的增氧性能,但配套风机形式不同、相同配套功率但曝气管不同的配置,其增氧性能存在较大差异。本研究为养殖用户在水产养殖系统增氧设备的配置时提供技术参考。

玻璃钢撑杆浮球式多功能筏式养殖平台与装备的研究(下)

玻璃钢撑杆浮球式多功能筏式养殖平台由多根横向、纵向玻璃钢撑杆按矩阵排列分布组成,横向及纵向间距均不小于6 m。对紫菜牡蛎养殖设施、混养轮养养殖工艺、防缠绕自伸缩吊绳装置、牡蛎塑型养殖笼、液压驱动生蚝作业平台及养殖物联网系统进行了研究。玻璃钢撑杆浮球式多功能筏式养殖平台的研究可有效提高养殖效益、提升养殖产品品质、实时掌控养殖相关信息并减少养殖户日常出海巡查次数。

基于FIA*-APF算法的蟹塘投饵船动态路径规划

为了提高无人投饵船在含障碍物河蟹养殖池塘自主巡航的作业效率和安全性,该研究提出基于改进A*算法与人工势场法相融合(fusion of improved A*and artificial potential field,FIA*-APF)的蟹塘投饵船动态路径规划算法。首先引入动态加权因子优化A*算法评价函数;其次加入转折惩罚函数并删除冗余点,接着利用B样条曲线对全局路径进行平滑处理;最后将改进A*算法得到的全局路径作为改进人工势场法中的引力路径,生成投饵船自主巡航高效路径。根据养殖池塘创建静态和动态2种仿真环境,分别对传统人工势场法(traditional artificial potential field,TAPF)、基于A*和人工势场法的融合算法(the A*and artificial potential field,TA*-APF)和FIA*-APF算法的性能进行20次测试。仿真试验结果表明:2种环境下,FIA*-APF算法的平均规划时间是TAPF算法的17.23%,是TA*-APF算法的51.96%,平均指令节点数量比TAPF算法减少50.64%,比TA*-APF算法减少65.03%,平均路径长度比TA*-APF算法减少2.82%。蟹塘试验结果表明:FIA*-APF算法的规划时间为TAPF算法的38.16%,为TA*-APF的62.42%,路径长度比TAPF算法减少29.13%,比TA*-APF减少10.15%;另外,TAPF和TA*-APF算法规划路径上大于60°的转角分别是FIA*-APF算法的3.28和2.62倍,大于100°的转角分别是FIA*-APF算法的3.73和1.67倍,该研究算法规划的路径更高效平滑。研究结果可为无人投饵船自主导航提供参考。

LED光照对生物絮团模式下凡纳滨对虾肌肉营养成分的影响

LED光源具有节能环保、光电转化效率高等优点,可满足工厂化养殖对绿色高效、智能化发展的需求。为探究LED养殖灯对生物絮团模式下凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)肌肉品质的影响,以凡纳滨对虾幼体(平均体长5.23±0.61 cm,平均体质量1.52±0.47 g)为材料,设置2个处理组:LED光照组(L组)和自然光照组(N组),进行为期8周的养殖试验。L组光照参数为蓝绿光混合(绿光545 nm、蓝光450 nm),光照周期15 L∶9 D,光照度2000 lx;N组光照参数为自然光谱,光照周期为12L∶12D,光照度400~1000 lx。结果显示,两组对虾肌肉常规营养成分(水分、粗蛋白、粗脂肪、灰分)均无显著性差异(P>0.05)。两组对虾肌肉中均检测到18种氨基酸,L组对虾肌肉苏氨酸(Thr)、酪氨酸(Tyr)、精氨酸(Arg)、甘氨酸(Gly)、∑EAA/∑NEAA显著高于N组(P<0.05),而必需氨基酸(EAA)、半必需氨基酸(HEAA)、呈味氨基酸(DAA)均无显著性差异(P>0.05)。两组对虾肌肉中均检测到37种脂肪酸,L组对虾肌肉中月桂酸(C12:0)、DHA、EPA+DHA含量显著高于N组(P<0.05),C21:0、C20:3n-3、C22:5n-6含量显著低于N组(P<0.05)。研究表明,在生物絮团养殖模式下,补充特定参数的LED养殖灯能够改善凡纳滨对虾肌肉营养品质。

光照在甲壳动物养殖中的应用研究进展

光照(光谱、光照强度、光照周期)是水产养殖中关键的环境因子之一,通过调节甲壳动物内源性节律,影响其生长、生理与代谢等生命活动。因此明晰光照对甲壳动物生长与生理的影响机制,确定甲壳动物生长发育关键时期的最适光照参数,对于养殖生产具有重要的现实指导意义。介绍了光在养殖水环境中的传播特点及甲壳动物的光感受器官,重点综述了国内外关于光照三要素对甲壳动物生长发育、行为活动、摄食、存活、蜕皮、产卵繁殖、凋亡相关基因表达水平等方面的影响,为养殖生产提供理论参考。中国水产养殖产业中光照系统的应用目前并不成熟,养殖中缺乏对光照参数的精准调控,对此提出未来水产养殖中应用LED照明是推广渔业智能化发展的重要步骤之一。

水产养殖投喂装备发展现状研究

中国目前的养殖水产出口量与水产产量均位于世界前列,为保证养殖水产产品的产品质量和人的饮食健康,对养殖水产进行精细化投喂,研发改进精准投喂装备就显得尤为重要。目前,产业强调水产养殖装备的精细化、数字化、智能化,通过对基于视觉、声音、被动自需式、生长环境建模决策四种不同角度的智能投喂系统研究进展综述,研究水产养殖中智能投喂系统的发展趋势,通过数字化和智能技术,投喂装备实现精准管理,提升养殖效益,强调创新对于推动水产养殖行业发展至关重要,以期为水产养殖投喂装备的数字化、精准化发展打开新思路。

潜水推流器作用下八边形养殖池的集污性能

为了探究潜水推流器作用下八边形养殖池内的污物聚集特点,本研究利用物理模型试验的方法,研究潜水推流器不同的布设角度θ、布设距离比d/a(中垂线模式:d1为推流器叶轮轴线中点与最近的池壁之间的距离,a1为八边形养殖池长边边长;对角线模式:d2为推流器叶轮轴线中点与最近的短边边长之间的距离,a2为八边形养殖池排污口与最近的短边边长之间的距离)、推流器数量n和布设模式对八边形养殖池内污物聚集的影响。试验利用高清相机记录养殖池内的污物分布情况,并使用MATLAB分析计算污物与池中心的距离。实验中通过比较不同工况下污物与池中心距离的最大值的大小,衡量养殖池集污性能的优劣。结果显示,潜水推流器的布设角度θ、布设距离比d/a、推流器数量n以及布设模式都影响池内污物聚集的效果。在本研究设置的布设距离比工况下,潜水推流器布设角度θ为45°时集污效果最优,而当布设角度θ大于70°时,随着布设角度增加,八边形养殖池周边出现集污死角,残饵及粪便距离排污口中心变远且饲料离散程度变大;在30°、40°、45°、50°工况下,污物聚集效果随布设距离比d/a的增大逐渐增强,当布设距离比为1/2时集污效果最好。养殖池集污性能随潜水推流器数量的增加而整体呈现增强的趋势,尤其是潜水推流器数量从1增加至2时,集污性能明显提升,但是持续增加后,集污性能不再有明显的提升。其余设置条件相同的情况下,对角线布设模式下的养殖池集污性能明显优于中垂线布设模式。研究表明,潜水推流器采取对角线模式,布设时不少于2个,布设角度θ为45°附近,此时八边形养殖池集污性能较优。研究结果可为八边形养殖池内潜水推流器的布设方式提供依据与指导。

田园型海洋牧场筏式养殖设施附着生物的季节变化及其与环境因子的关系

为探究田园型海洋牧场筏式养殖设施附着生物的季节变化及其与环境因子的关系,于2022年7月—2023年4月在山东省乳山华信田园型海洋牧场区开展了4个季度的调查,对筏式养殖设施中浮子、浮绠和吊笼上附着生物的种类、生物量和多样性以及环境因子进行了调查分析。结果显示,4个季度调查共发现附着生物8大类35种,其中,甲壳类(Crustacea)13种、软体动物(Mollusca)8种、多毛类(Polychaeta)4种、脊索动物(Chordate)3种、刺胞动物(Cnidaria)和褐藻门(Phaeophyceae)各2种,红藻门(Rhodophyta)、绿藻门(Chlorophycophyta)和棘皮动物(Echinodermata)各1种;附着生物群落结构存在明显的季节变化;吊笼、浮绠和浮子的附着生物群落结构存在显著差异,生物量变化范围分别为31.48~1645.82、23.22~580.76和5.76~30.12g/m^(2),附着生物量最大值均出现在夏季;附着生物优势种主要为甲壳类和软体动物,紫贻贝(Mytilus edulis)为浮绠和吊笼上的常年优势种,爱氏麦秆虫(Caprella aino)为浮子上的常年优势种;冗余分析(RDA)结果显示,透明度、温度、硅酸盐和叶绿素a等是影响附着生物群落结构的主要环境因子。本研究探明了乳山牡蛎筏式养殖设施附着生物的季节变化规律,可为该海域牡蛎健康养殖提供参考依据。

新型复式抗风浪养殖网箱的设计及其在海洋环境下的受力计算

深海抗风浪网箱养殖区别于传统近海网箱、围栏等养殖方式,适合发展高经济价值的鱼类养殖,现已成为沿海渔民转产转业的重要方向。为缓解近岸养殖压力、拓宽深海水域养殖,基于中国海域养殖条件,设计了一种可以应对恶劣海况条件的新型复式抗风浪深海养殖网箱。该网箱放弃了传统的浮架和浮圈结构,采用双浮筒可调节结构,以适应不同海域海浪状况,减少因刚性连接而发生的中拱和中垂现象;此外,浮筒与立体浮框连接而成的垂荡体可以提供较大的垂荡以及纵向摇摆阻尼,控制网箱的运动幅度。同时采用莫里森公式和伯努利方程对网箱承受的风、浪、流等环境载荷进行受力计算,并与传统高密度聚乙烯(High density polyethylene,HDPE)网箱进行对比,结果显示新型复式抗风浪网箱比传统HDPE网箱更能承受海洋中的环境负载。研究结果为后续研究和发展大型抗风浪网箱养殖提供了设计参考。

改进的DeepLabCut鱼类游动轨迹提取

针对现有的鱼类游动轨迹提取方法在提取效率和准确率方面不能同时兼顾的问题,提出了一种改进的DeepLabCut方法用于鱼类背部关键点识别和定位。首先,选择了轻量级卷积神经网络模型EfficientNet-B0作为DeepLabCut的主干网络模型,用于提取鱼类背部关键点的特征,为了增强EfficientNet-B0的表征能力,在网络模型中引入了改进的CBAM(Convolutional Block Attention Module)注意力机制模块,将CBAM中的空间注意力模块和通道注意力模块从原来的串行连接方式改为并行连接,以解决两种注意力模块之间因串行连接而导致的互相干扰问题。其次,基于MSE(Mean Squared Error)损失函数提出了一种分段式损失函数H_MSE用于模型的训练,分段式损失函数H_MSE相对于传统的损失函数具有较强的鲁棒性,其在处理数据中的异常值时能表现出较低的敏感性。最后,采用了半监督学习方法对关键点进行自动标记来减少人工标记数据时产生的误差。结果显示:相比于DeepLabCut原始算法,识别误差RMSE(Root Mean Squared Error)平均降低了4.5像素;与目标检测算法Faster RCNN、SK-YOLOv5、ESB-YOLO、YOLOv8-Head-ECAM相比,识别误差RMSE平均降低了11.5像素,检测效果优于其他目标检测网络和原始网络,平均每张图像的检测时间为0.062 s,能够快速准确提取鱼道内鱼类的游动轨迹,为优化鱼道的水力设计指标提供了重要依据。

深水网箱养殖水性给料投饲机设计与研究

为解决水产养殖中投饲劳动强度大、饲料破损率高、饲料浪费多,尤其是在深水网箱养殖中普通投饲机难以输送饲料至一定深度的问题,设计了一种专用的深水养殖水性给料投饲机。该投饲机结合了深水养殖的特点,以及之前在沉浮式网箱养殖方面的经验,并进行了相应试验来确定适宜的饲料与水质量比,以及进水泵功率和送料高度对吸料效率的影响,进行了饲料和水不同配比,以及不同水泵功率和不同输料深度等试验。结果显示:适宜的饲料与水质量比为1∶6;随着进水泵功率的增加,吸料效率升高;当进水泵功率保持不变,随着水深深度的增加,吸料效率逐渐减小;在进水泵功率为7.50 kW、扬程46 m时,该投饲机的吸料效率均值可达到9.46 kg/min,输送深度为水下10 m以下,满足了沉浮式网箱深水养殖的饲料投喂需求。研究表明,该水性给料投饲机可以在深水养殖中实现水下投饲,解决了深水网箱养殖面临的重要问题,并且具有较高的性价比,具有广泛应用和推广的潜力。

江苏省条斑紫菜机械化养殖加工现状研究

条斑紫菜含有丰富的蛋白质、不饱和脂肪酸、微量元素和人体必需的氨基酸等,是营养丰富的天然海洋食品,也是我国重要的经济海藻。文章介绍了江苏条斑紫菜产业优势及条斑紫菜机械化养殖加工现状,分析了存在的问题,并提出提升条斑紫菜养殖加工机械化水平的对策与建议。

一种水产养殖水质多参数监控系统设计

传统的水产养殖效率低下,耗费了大量的劳动力资源,目前国内传感器技术发展到了较高的水平。基于此,有必要构建有效的渔业养殖水体质量监控系统,从而高效获取水质多环境参数,养殖管理人员根据监测到的水体环境状况,科学的选择养殖种类,通过手动或自动的方式,控制水体环境质量,从而给现有的水产生物提供良好的生长条件。国内外学者研究将智能感知、无线传输以及智能控制等技术方法用于水质监测和调控,以期取得较好的效果。葛建新等将LoRa+5G的通信技术应用到水产养殖水质监测中;湖南文理学院彭琛等将Wi-Fi通信技术和微信小程序应用到水产养殖水质多参数监测;江苏大学赵儒亚将超图GIS和Android平台应用于水产养殖水质多参数远程监控;江苏大学徐晓峰采用BP-PID算法调控养殖水体溶解氧环境因子;中国农业大学陈英义等采用主成分分析+LSTM网络构建预测模型对水质参数进行预测.

一种水下养殖机器人控制系统设计

水产养殖现代化需求:随着人口的增长和对优质食品需求的提高,传统的水产养殖方式面临着挑战。为了满足不断增长的养殖需求,提高养殖效益和减少环境风险,水产养殖业需要更加现代化、智能化的管理方法。先进的传感技术、自动控制技术、图像识别技术等在过去几年取得了巨大的发展。这些技术的不断进步为水下养殖机器人提供了先进的工具和平台,使其能够在水产养殖领域发挥更大的作用。水产养殖行业在发展的同时,也受到了环保和可持续发展的关注。智能化养殖系统通过精细化管理,可以更好地避免过度投喂、过度使用药物等问题,有助于减轻对水体环境的压力,促进养殖业的可持续发展。水下养殖机器人广泛应用各类传感器,包括测量水质参数的传感器、摄像头和声呐等。

四种智能渔业设备助力水产养殖向“数字渔业”迈进

渔业机械一段时期都是用料不讲究、做工粗糙、性能不稳定等的代名词。一方面是国内养殖品种和模式较多,养殖户多在户外使用渔业机械;另外,各种渔业机械性能、质量差异较大,导致问题很多。近年来,各地大力发展数字渔业,依托数字化智能设备,实现了养殖过程的实时监测、数据分析和精细化管理,从而提高了养殖效率和生产质量,农业农村部提出到2025年水产养殖机械化水平总体达到50%以上。为此,《科学养鱼》编辑部采访了华中农业大学王春芳教授,浙江大学叶章颖教授,中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所刘兴国研究员、车轩研究员,一起看看他们研发的设备,以期为广大养殖户提供借鉴和参考,进而推动养殖模式朝着更加集约化、智能化、可控化的方向发展。

天津海水工厂化养殖机械化生产现状及发展建议

海水工厂化养殖是指利用机械、生物、化学、信息化等技术在养殖车间中进行的海水产品养殖活动,特点是生产的连续性、无季节性和主动控制性,是一种高密度、高单产、高投入、高效益的养殖方式。天津市东临渤海湾,是我国北方传统的水产养殖区,具有丰富的生物饵料资源和养殖经验,自然养殖环境条件优越,海水工厂化养殖发展迅猛,为天津市“菜篮子”稳价保供、增加渔民收入做出了贡献。

莱州湾贝类养殖区水质环境调查分析

为探究常规贝类养殖区的下层水域环境满足贝类生长的条件,实验对特定海域不同环境因子和浮游植物进行调查,于2022年春季(3月底)和秋季(9月底)对山东省莱州湾东部的龙口市(K1、K2)和莱州市(L1、L2)贝类养殖海域的上层海水(2 m,K1_(U)、K2_(U)、L1_(U)、L2_(U))和下层海水(8 m,K1_(D)、K2_(D)、L1_(D)、L2_(D))进行相关指标的检测。结果显示,4个养殖区的上层和下层水域水温、pH、盐度、溶解氧、化学需氧量、活性磷酸盐均符合国家海水水质二类标准,亚硝酸盐、硝酸盐、氨氮均处于安全浓度范围内;氮磷比(N/P)结果显示,上层水域全部为磷限制,下层水域除春季L1_(D)和L2_(D)、秋季K1_(D)氮磷比适宜外,其他的也均为磷限制;同一养殖区浮游植物密度在空间上表现为上层高于下层,在时间上表现为春季高于秋季,龙口秋季下层水域浮游植物密度相对较低,龙口春季上下层、莱州两季上下层水域浮游植物均较为丰富。结合贝类养殖研究文献及本文的各指标结果,发现春、秋季龙口上层和莱州上下层水域贝类养殖水质和浮游植物密度较适宜,或均能为拓展贝类养殖水层提供空间;龙口下层水质指标中,总磷浓度较高,可能加重水体富营养化程度,而且秋季浮游植物密度也相对较低,因而综合认为其可能不利于贝类生长。本研究结果可为贝类养殖的动态调整、布局优化提供科学依据。