基于Gazebo的深海网箱洗网机器人动力学仿真平台搭建

深海网箱养殖是重要的海水养殖模式,网箱网衣的定期清洗是确保养殖质量和安全的关键环节。目前,网衣普遍采用人工清洗,不仅费时费力,且随着深海网箱规格越来越大,人工方式难度显著提升。洗网机器人为深海网箱网衣清洗提供了更加安全、便捷的方式;然而,洗网机器人在贴网清洁和水下穿梭过程中,受力难建模、状态难观测,设计抗扰动能力强、能耗低的控制器困难,开展全面实验及数据记录成本高、时间长。针对上述问题,在物理仿真环境Gazebo的基础上,考虑了推进器和洗盘的存在,并分析了在水下环境中诸如附加质量、阻尼等各项水动力学特性以及流场环境等因素对洗网机器人的影响,构建了一套洗网机器人仿真系统,使得洗网机器人水下工作完备数据易获得、控制性能易验证、模型性能易对比,从而助力洗网机器人的控制器开发。

基于水面红外图像的深海网箱鱼群夜间智能监测方法研究

获取深海网箱养殖过程鱼群活动数据,开展鱼群监测是提升深海养殖效率、降低养殖成本的有效手段。基于水面红外相机,利用深度学习前沿技术,提出了一种鱼群智能监测方法。该方法涉及鱼群识别及计数、鱼体分割和鱼体游向判断3个功能模块。首先,通过红外相机采集鱼类的图像信息,并进行标注以构建数据集,然后采用改进的Faster RCNN模型,以Mobilenetv2+FPN网络作为特征提取器,实现鱼类的准确识别,并输出包围框表征鱼类个体位置。其次,从框图内选择亮度前20%的像素点作为分割提示点,利用Segment Anything Model对图像进行分割,生成鱼体分割图。最后,通过对鱼体分割图进行椭圆拟合处理,可以判定鱼类的游向信息。改进的Faster RCNN模型在进行100次迭代训练后,平均精确率达到84.5%,每张图片的检测时间为0.042 s。结果表明,在水面红外图像的鱼类数据集上,所提出的改进Faster RCNN模型和椭圆拟合等关键技术能够实现对鱼群的自动监测。

基于GSM模块的深海网箱养殖监控系统设计

深海网箱养殖环境参数的采集、传输与处理是实施精准网箱养殖管理的关键环节。为了使监测系统能不间断运行,通过温度传感器、pH传感器,对网箱养殖海水温度、pH值进行采集,单片机从传感器直接读取被测值,实时监测网箱养殖海域的温度、pH值;利用现有的全球移动通讯系统(GSM)网络无线传输,实现温度、pH值定时汇报及自动报警,避免了因温度、海水水质骤变未能及时采取预防措施而给网箱养殖带来损失。系统可外扩多路数据采集。

用数值法计算圆形沉浮式深海网箱的下潜水深

应用一系列力学关系,给出了深海沉浮式养殖网箱的运动方程组,在网箱下潜深度的研究中采用绕射理论和Morison方程进行了波浪力分析,讨论了网箱的下潜深度随波浪的波高、波长及周期的变化情况,得出下潜水深比较小时深海网箱的波力变化快,当达到某一个下潜深度以后,波力的变化趋于平缓,从而为深海网箱选用最佳工况提供了一种参考方法。

论我国发展抗风浪深海网箱养鱼的几个技术经济问题

本文以实地考察和一些专家的建议为基础 ,应用技术经济学和技术推广学的基本原理 ,分析了目前在我国发展抗风浪深海网箱养鱼的六个方面的技术经济问题。

国外深海网箱养殖业发展动态及其对中国的启示

深海网箱养殖作为"蓝色粮仓"未来拓展空间的战略选择之一,是一种高投入、高风险、高收入的养殖方式。本文通过对国外深海网箱养殖业的发展动态的分析,对比中国深海网箱养殖现状,总结国外深海网箱养殖对中国的启示:着力改进网箱养殖和配套技术、重视品种培育、实施品牌战略、完善产业链、充分发挥政府服务和管理职能、建立健全风险预警保障机制,以促进中国深海网箱养殖发展。

我国深海网箱养殖现状、问题与对策

我国未来20年对海产品的需求将呈持续上升态势,在渔业资源衰退和近岸海产品养殖发展受限的背景下,深海网箱养殖已成为我国海洋渔业发展的必然战略选择。本文从国家政策、装备发展、资源分布、组织形式等多个方面分析我国深海网箱养殖现状,并阐述发展中存在的问题。本文认为,为了推动深海网箱养殖发展,应提高海洋自然灾害预警能力;增强养殖网箱系统科技创新能力;提升基础科学研究水平,建立科学支撑体系;健全深海网箱养殖金融支撑体系,支持养殖实体经济发展;重视科学规划,战略布局养殖生态链。

点篮子鱼深海网箱养殖试验

海南省是深海网箱养殖大省，具有发展深海网箱养殖得天独厚的地理条件，其深海网箱养殖规模占了全国三分之二以上，但其中金鲳鱼的养殖规模占90％以上，单一的养殖品种增加了养殖的潜在风险，已成为制约海南深海网箱养殖产业快速发展的因素之一，因此尽快实现养殖品种的多样化，降低养殖风险是海南深海网箱养殖产业发展的优先解决方向之一。

深海网箱网衣清洗系统设计研究

为解决深海网箱养殖时网衣易被附着物堵塞问题,研究设计了一种深海网箱网衣水下清洗系统,给出了系统的机械结构组成,水下清洗原理,电控系统和起重机的控制油路设计过程。根据给定的设计条件,对清洗系统的主要动力参数进行了理论分析和计算,结果表明:只要选用的参数配置合理,可完全满足设计要求,为该装置的进一步结构优化和海上试验提供了理论依据。

自升式深海网箱不同工况下结构安全性评估研究

深海网箱养殖受极端环境影响较大,自升式深海网箱凭借其结构特点在极端天气下可将养殖箱体下潜入水,为更好地应对极端环境、增加养殖效益提供了可能。本文针对某自升式深海网箱,基于大型通用有限元软件ANSYS的Mechanical模块,建立其有限元分析模型,而后考虑正常作业及风暴自存2种作业状态,通过编制不同相位角下桩腿支反力搜索程序确定计算工况,最终求解得到网箱各部件结构变形情况及应力分布,从而完成网箱结构安全性评估。研究表明,自升式深海网箱通过箱体下潜入水可以很好应对极端环境条件;经校核,本研究的自升式深海网箱结构安全性满足要求;桩腿及附近撑杆是自升式网箱的结构薄弱区域,在网箱设计中应予重点考虑。本研究可为自升式深海网箱结构安全分析提供方法参考。

模块化自动升降式深海网箱设计与仿真

为了提高深海养殖网箱抵抗强风暴袭击的能力,同时解决在海区缺少大型工程安装设备的情况下,完成大型深海网箱的高效组装及后期部件便捷更换等问题,设计了一种模块化自动升降式智能化深海网箱。以1.5×104 m^3型网箱为研究对象,通过理论论证、实体建模和仿真计算,系统研究了深海网箱在风暴海况时的升降状态、主要组件的受力及升降过程中平衡技术的实现。仿真分析表明,在遭遇风暴不升降时,网箱最大应力为2.58×108 N/m^2,超出了钢材的屈服强度,在网箱降至海面以下10 m时,应力仅为在海面时的13%,大幅降低了网箱的受力变形;通过多层多节智能控制能够实现网箱的平衡升降。该网箱克服了传统网箱普遍存在的抗风浪能力差、制造运输不方便、网箱容积受限、使用稳定性不足以及智能化程度低等问题,在制造成本、运输、组装、维修和使用等方面满足深海规模化养殖的需求,为复杂海况、深海大型网箱的设计提供了设计依据,为实现规模化深海养殖工程提供了合理的设计方案。

一种新型深海网箱网衣清洗机器人设计

网衣是深海网箱养殖装备的重要组成部分,其上若存有附着物将严重影响水体交换且易使网箱结构受损。为解决前述问题笔者设计了一种新型深海网箱网衣清洗机器人,拟以歧管式喷盘配以高压旋转水射流作为清洗动力源,采用双浮筒调整水下潜浮姿态以及螺旋推进器实现机器人的直行、转弯等运动,并对射流喷嘴的关键技术参数进行了理论分析。

深海网箱全自动投饲机械结构设计

设计了一种深海网箱全自动投饵系统,该系统主要由投饵装置的机械系统、太阳能发电系统、实时监控养殖系统、投喂养殖管理系统等组成。深海实验表明,该系统抗风浪能力极强,可以解决实时监控网箱养殖情况的繁杂难题,提高了深海养殖生产效率以及风险抵抗能力。

卵形鲳鲹高效低鱼粉配合饲料在深海网箱养殖中的应用效果评估

前期研究表明,卵形鲳鲹(Trachinotus ovatus)高效低鱼粉配合饲料在池塘网箱养殖中展现出优良效果。为进一步评估该饲料在深海网箱养殖中的应用效果,本研究基于该饲料配方,委托某饲料公司采用大规模生产工艺(基于饲料厂大机器、大规模生产条件下进行饲料生产,每小时生产量达十多吨,且具有喷油机等设备,通过外喷添加脂肪源)生产实验饲料(粗蛋白47.66%,粗脂肪7.98%),以某知名品牌的商品饲料为对照(粗蛋白47.75%,粗脂肪9.63%),利用上述2种饲料,于深海网箱(周长60 m)养殖大规格卵形鲳鲹(平均体重约为262 g)33 d。结果显示,2种饲料组鱼的生长性能无统计学差异(P>0.05),然而,相比于商品料组,实验料组鱼的增重率和特定生长率分别提高了14.43%和8.19%,日均增重提高0.68 g;在肌肉营养成分和质构特性方面,实验组鱼肌肉脂肪含量显著高于对照组(P<0.05),但其水分显著降低(P<0.05);两组间鱼肌肉品质和质构特性无显著性差异(P>0.05)。相比于商品料组,实验料组鱼血清总蛋白、甘油三酯、总胆固醇、低密度脂蛋白含量及谷草转氨酶活性均显著降低(P<0.05),实验组鱼肝脏总胆固醇含量显著降低(P<0.05),但两组间鱼肝脏抗氧化能力无显著性差异(P>0.05);此外,实验料每养成1 kg鱼的饲料成本比商品料低18.80%,总养殖效益提高62.12%。研究结果表明,与商品料相比,实验料(卵形鲳鲹高效低鱼粉配合饲料)不仅具有优良的促生长效果,且能够提升肌肉脂肪水平、改善卵形鲳鲹的血脂代谢、提高养殖经济效益。这说明该高效低鱼粉配合饲料可在卵形鲳鲹养殖生产中大规模推广应用。

复合材料管材用作深海网箱框架的强度分析

参照金属材质“长鲸一号”深海网箱尺寸,建立了复合材料网箱三维模型,考虑了极限工况下的各类载荷,选取处于最苛刻工况中的复合材料管材进行环境载荷计算和有限元应力分析。结果表明,极限工况中所选用复合材料管材的轴向应力小于极限应力值,满足深海网箱框架强度要求。研究结果可为后续复合材料深海网箱结构的设计与优化提供参考。

基于PLC和触摸屏的深海网箱自动投饵远程控制系统

为解决目前深海网箱水产养殖人工投饵存在的劳动强度大、喂料不均匀、投饵量难控制以及适应环境能力差等问题,拟合出本地大黄鱼的生长模型,并通过模糊控制系统,设计了一种基于PLC和触摸屏的深海网箱自动投饵远程控制系统,实现了深海网箱水产养殖多点位、定时、定量精确投饵。同时基于远程控制网关,实现了技术人员对PLC的远程维护和调试,解决了养殖人员难以对饵料投放远程控制和监测方面的问题。

履带式深海网箱清洗机器人的设计

深海网箱养殖是一种高投入、高产出的现代化养殖方式,在我国深海渔业养殖产业中应用越来越广泛,但在使用过程中存在网衣附着物清洗问题。为解决这一问题,设计了一种履带式深海网箱清洗机器人。介绍了这一清洗机器人的整体结构、工作原理与控制系统,并进行了反冲装置防倾覆分析。这一清洗机器人依靠反冲装置和两组三角履带轮实现贴附网衣表面行走,同时清洗网衣,清洗效果良好。