基于无人机可见光影像的紫菜养殖筏架信息提取方法及应用

海上紫菜养殖筏架分布无规律、大小不规则且数量较多,现场测量难度大、卫星影像空间分辨率低,不能精确测量出紫菜筏架面积。无人机机动性强、影像空间分辨率高,可在紫菜养殖调查中发挥重要作用。本研究以连云港海州湾紫菜养殖筏架为研究对象,开展可见光波段在养殖筏架与水体的光谱可区分度研究,基于6种植被指数,进行自动提取实验,以目视解译结果作为真值,进行精度分析,同时利用不同时相、不同区域的无人机可见光影像,开展方法的普适性研究。结果表明:绿色度坐标(green, G)和植被(vegetativen, VEG)指数方法在浅水区和深水区均表现较好,养殖筏架个数识别精度、面积识别精度均超过91.00%。基于此,利用上述两种方法,开展其他区域自动提取实验,养殖筏架个数识别精度、面积识别精度分别超过93.02%和89.37%。结果验证了无人机可见光影像可以实现紫菜养殖筏架的自动提取,精度基本满足紫菜养殖调查需求。

苏北浅滩养殖筏架附生绿藻入海过程在黄海绿潮形成中的作用

本研究采用现场定量观测为主的研究方法,在2017年5月期间对苏北浅滩竹根沙收紫菜养殖筏架作业过程进行跟踪调查;对养殖筏架绠绳附生绿藻自然脱落和收筏架作业过程人为刮落附生绿藻,以及收筏架作业前后入海的漂浮绿藻生物量进行定量观测。结果表明:筏架绳附生绿藻自然脱落率低,为3.58%±0.78%;收筏架作业过程中绠绳上刮落绿藻生物量为(12±3)kg湿重/根,由此估算2017年整个苏北浅滩刮落的生物量估算可达到万吨湿重;收筏架作业后海域漂浮绿藻生物量是作业前的7.6倍。研究结果进一步明确了收筏架作业过程中人为刮落绿藻是目前筏架附生绿藻最主要的入海方式。刮落绿藻是海水中漂浮绿藻的主要来源,其生物量对南黄海绿潮的规模大小有重要的影响。研究结果为绿潮防控措施的制定和实施提供科学依据。

筏式养殖筏架虚拟设计及仿真研究

养殖筏架是深海养殖的重要工程技术装备。应用虚拟设计技术进行筏式养殖筏架结构参数化设计,并利用该三维模型进行筏架结构动力学建模和分析,综合考虑风浪流载荷、缆索形式、材料参数等因素的影响,通过仿真计算对浮筏抗风浪能力进行评估。结果表明,选择加强的PVC材料缆索可以抵抗深海风浪流的影响。

利用扇贝养殖筏架立体养殖裙带菜海带的试验

利用扇贝养殖筏架进行裙带菜海带立体养殖,经5个月的养殖,裙带菜单株均长136.5cm。单产2530kg;海带单株均长175.6cm,单产3750kg,亩产值2.118万元,利润1.618万元。

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。

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。

基于Sentinel-2卫星影像的滨海筏式养殖区提取研究

我国滨海养殖在全球占有较大比例,快速获取滨海养殖区域大小和分布等信息,有利于实现对养殖区域的监测规划、产量估算和灾害预防。针对筏式养殖区提取过程中出现的与海水区分较困难、识别精度低和“椒盐”噪声等问题,本文将以长山群岛附近筏式养殖区为研究区域,利用哨兵二号(Sentinel-2)卫星遥感影像数据构建光谱、纹理和几何等特征,通过特征域优化(FSO)获得提取筏式养殖区的优选特征,结合面向对象的随机森林、决策树和最近邻3种算法对研究区筏式养殖区进行提取,在分析和对比提取结果基础上,总结了最优分类算法,并验证了FSO分类的可靠性。结果表明:(1)归一化差分水体指数、几何特征边界和形状、灰度共生矩阵相关性是识别筏式养殖区的最优指标;(2)FSO分类保证了提取精度,减少了数据冗余、提高了运算效率,对筏式养殖的提取具有较高可靠性和适用性;(3)基于FSO和面向对象随机森林的分类方法综合评价最优,总体分类精度为88.8%,κ=0.801,该方法有效避免“椒盐”噪声的产生,可以高效精确的提取筏式养殖区专题信息。本研究可为筏式养殖的动态监测、产量估算等方面提供了技术和专题数据支持。

一种基于高分辨率遥感影像的近岸筏式养殖区提取方法

利用WorldView-2高分辨率遥感影像,提出一种SS-UNet网络模型用于筏式海水养殖区信息提取.在顾及筏式海水养殖区形状特征的情况下,SS-UNet模型在U-Net模型的“U”形架构上,引入SPM和SA模块.测试结果表明SS-UNet模型取得了最高的精度水平,其中M IoU和Kappa系数分别达到91.72%和0.9123.并且该模型可以更加准确地提取筏式海水养殖区,遗漏和错误分类等现象出现较少.与U-Net模型相比,在增加极少模型复杂度的情况下,SS-UNet模型的M IoU和Kappa系数分别提升了10.41%和0.126.结果表明,SS-UNet模型实现了在高分辨率遥感影像中近岸海域筏式海水养殖区提取的结果精度和提取性能的有效提升.

玻璃钢撑杆浮球式多功能筏式养殖平台与装备的研究(上)

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。

创新与融合:20世纪50年代中国海带养殖技术体系的建立

中国并非海带的天然产区,解放前只能依靠进口海带。20世纪50年代,位于青岛的山东水产养殖场、中国科学院海洋生物研究室、水产部黄海水产研究所等机构成功探索出一套海带全人工养殖技术,主要包括海带筏式人工养殖法、海带夏苗自然光培育法和海带施肥法等,实现了商品海带的生产,并通过南移养殖扩展到中国南部沿海。大跃进运动中,海带养殖发展成为轰轰烈烈的群众性生产运动,海带养殖技术得到广泛深入的推广,由此也带动了中国第一次海水养殖浪潮。海带全人工养殖技术的成功,实现了海带在自然分布区之外的生长,也改变了中国依靠进口海带的历史,是重大的理论创新和技术创新,是科技自立自强的典型案例。

基于卷积神经网络和数据融合的筏式养殖区提取

准确提取海水筏式养殖区信息对于海洋资源管理和环境监测具有重要意义,但是筏式养殖区养殖筏因淹没于水中常出现数据弱信号区域的现象,导致仅凭光学影像提取精度较低。因此,本文以威海荣成湾为研究区域,通过添加通道注意力机制改进U-Net神经网络并结合高分2号光学影像光谱信息以及高分3号雷达影像纹理信息,尝试提高筏式养殖区提取精度。结果表明:(1)无论是对于单一的光学影像还是光学和雷达影像融合影像,添加通道注意力机制的U-Net神经网络预测结果总体精度都会提高,提高幅度在2.21%~4.12%之间。(2)利用改进后的U-Net神经网络处理融合数据,总体精度达到95.75%,相对于仅用高分2号影像的精度高4.3%;(3)对于弱信号区域,利用改进网络以及融合数据提取的总体精度和Kappa系数分别为91.61%和0.8277。该方法可以对海洋筏式养殖区弱信号区域进行有效提取,能够为海洋养殖面积统计以及海洋环境检测提供技术支持。

基于条形卷积和上下文感知的近海水产养殖提取方法

利用中等分辨率遥感影像,针对近海养殖区边界模糊、筏式和网箱养殖存在类间干扰等现象,以ResUnet模型为基础,提出一种带有条形卷积模块和上下文感知单元的MSUResUnet模型,以提高模型的特征提取能力,改善近海水产养殖提取任务中出现的漏提和粘连等问题.模型中利用条形池化模块增强编码层与解码层信息的交互,引入条形卷积模块增强对水产养殖线性特征的捕捉能力,通过增加上下文感知单元获取水产养殖区丰富的多尺度上下文信息.在Sentinel-2 MSI数据上的实验结果表明,参与比对的6个模型中,MSUResUnet模型精度最优,其Kappa系数、 MIoU、 OA和F1分数分别达到了89.17%、 84.33%、 96.38%和91.19%;MSUResUnet在养殖较密集的兴化湾、三沙湾和罗源湾附近海域均获得较高精度,具有较强的特征提取和抗干扰能力,能够满足高精度的大范围中等分辨率影像近海水产养殖信息提取需求.

紫海胆海上筏式养殖试验

为探索紫海胆(Anthocidaris crassispina)海上筏式养殖的可行性,于2021年4月至2022年9月在福建连江奇达海域开展了紫海胆海上筏式养殖试验。在当地现有的鲍养殖海域,利用筏式养殖设施,定期投喂海带(Laminaria japonica)和龙须菜(Gracilaria lemaneiformis),经过17个月的养殖,紫海胆的壳径达到(47.10±4.07)mm,体质量达到(43.40±8.80)g,性腺指数为4.45%±2.97%。试验结果表明,采用现有鲍海上筏式养殖设施开展紫海胆海上筏式养殖具有一定可行性,但需针对紫海胆棘刺长等特点改进养殖设施。

波浪作用下筏式养殖结构的动力分析

针对筏式养殖设施结构的特点,基于有限元商业软件ANSYS对其进行数学建模,通过数值计算,对不同位置浮标与吊笼的位移和最大锚绳力进行分析。数值模拟研究表明,筏式养殖设施整体结构在波浪作用下呈现周期性的运动趋势,但并未发生浮标或吊笼相互缠绕的现象,说明此筏式结构在波浪作用下能够安全使用。不同位置的浮标与吊笼,由于受到锚绳与筏绳相互牵引的作用,其位移随时间变化的趋势有所不同。两侧锚绳受力变化周期与波浪周期基本一致,迎浪侧锚绳受力明显大于背浪侧,锚绳力最大值约为1000 N。研究结果表明,通过对比不同的波浪工况条件,发现各个浮标和吊笼在水平与垂直方向的位移幅度均随着波高的增加而增大,且垂直方向位移幅度大于水平方向。

水流作用下筏式养殖设施动力响应的数值模拟

利用有限单元法建立了水流作用下筏式养殖设施动力响应的数学计算模型,通过数值求解对浮标和吊笼结构的最大位移以及锚绳受力进行分析。计算机模拟结果表明,筏绳在水流作用下产生明显的变形,其形态变化与实际基本相符。当流向一定时,浮标和吊笼的最大位移值以及左右两侧的锚绳受力均随流速的增加而增大。其中,浮标最大位移值7.6m,吊笼最大位移值9.6m。当流速一定时,浮标和吊笼的最大位移值与右侧锚绳受力随着来流角度的增加而增大。左侧锚绳力受来流方向变化影响不明显,其最大值为3 780N。

浅海筏式养殖系统贝类养殖容量研究进展

据报道，以世界人均耕地计，中国人口以４亿为合适，按人均粮食５００ｋｇ／年计，中国人口以６亿为适度，按水资源来估算中国适度人口可为７亿。综合起来考虑，中国理想人口数量应在６．５亿左右［刘大椿等１９９５］，而我国实际人口已远远超过此数。很显然，只依靠耕地...

波浪作用下筏式养殖设施的数值模拟

基于浙江海洋学院提出的新型筏式养殖模型,将浮标简化为质点,将梗绳简化为集中质量构件,建立浮标和梗绳构件受力模型和运动方程,采用4阶Runge-kutta法求解运动方程,对新型筏式养殖系统在波浪作用下的整体运动情况进行模拟,分析浮标在波浪下的运动响应和波浪入射角度对锚绳力的影响,考察梗绳材料对浮标水平位移幅度的影响。结果显示:筏式养殖系统上部浮标在风浪中的水平位移幅度很大,将系统主轴安排与波浪的入射方向一致时,锚绳受力最小,选用PA材料锚绳相对于PE材料锚绳能减小浮标的水平位移幅度。

刺参对浅海筏式贝类养殖系统的修复潜力

浅海筏式养殖滤食性贝类产生大量的粪便和假粪（总称生物沉积物），对海水养殖环境产生一系列影响；而沉积食性海参能够有效清除颗粒有机物，在海水养殖系统中扮演“清道夫”的生态角色．为评估刺参在浅海筏式贝类养殖系统中的生物修复潜力，本文在不同季节现场研究了贝-参混养模式下刺参对贝类生物沉积物的摄食及生长和排泄特征．结果表明：刺参能够在新设计的养殖设施中与滤食性贝类混养，最大生长率达0．34％·d^-1；并可通过摄食有效清除贝类生物沉积物，摄食率为0．1746g·g^-1·d^-1（夏季，21．2℃）、0．0989g·g^-1·d^-1（秋季，19．2℃）和0．0050g·g^-1·d^-1（冬季，7．7℃）；刺参主要通过排泄溶解形态的NH4^＋-N和PO4^3--P来促进沉积物中营养盐的再生，其排泄率也呈现明显的季节变化．基于现场试验数据，估算了刺参在桑沟湾的生物修复潜力，刺参与贝类混养可摄食4．5～159．6kg·hm^-2·d^-1生物沉积物、排泄1382．5～3678．1mmol·hm^-2·d^-1 NH4^＋-N及74．6～335．7mmol·hm^-2·d^-1 PO4^3--P．表明刺参对浅海筏式贝类养殖系统具有较大的生物修复潜力，贝-参混养模式不仅能够取得较大的生态效益，而且能显著增加养殖生产的经济效益．

桑沟湾贝类筏式养殖与环境相互作用研究

2003年6~10月和2004年3月利用YSI6600多参数水质监测仪和SD6000全自动海流计以及石膏块对桑沟湾扇贝筏式养殖区养殖设施内外、扇贝养殖笼内外部分环境参数(pH、DO、叶绿素a、海流)的动态变化进行了系统研究。实验结果表明:(1)扇贝筏式养殖区内外流速及叶绿素a浓度衰减显著:经过20排筏架(约105m)后,养殖区内的海水平均流速由区外的7·50±5·29降到5·28±3·23cm·s^(-1),降低了29·6%,区内外海流的主流向没有显著改变;进入养殖系统的叶绿素a浓度由2·48降低到了1·19μg·L^(-1),减少了52%;养殖区内的pH和溶解氧与区外相比变化不大;(2)扇贝养殖笼内外环境因子发生显著的变化:2003年7月1日养殖笼内外水交换率可达80·5%,1个月后下降到只有23·6%;2004年10月份养殖笼内叶绿素a浓度降低到仅有1·57μg·L^(-1),较之笼外的4·20μg·L^(-1)来说,减少了62·6%;养殖笼外pH基本保持在8·0左右,笼内的pH却一直趋于下降趋势,到9月份降到了最低值7·46;在附着生物附着盛期的8、9月份,笼内溶解氧最低值降低到了5·13mg·L^(-1),比起笼外的7·04mg·L^(-1)来说,减少了27·1%。

筏式养殖海带收获装置的发展现状

中国是世界上最大的海带养殖国。目前,养殖海带的采收主要依靠人工完成,劳动强度大,效率低,成为制约海带产业发展的瓶颈因素之一。随着劳动力成本攀升,从事艰苦作业劳动力短缺,迫切需要发展海带机械化收获技术。本文主要针对筏式养殖海带的机械化收获装置的研发现状进行综述与分析。在介绍筏式养殖海带模式特点及手工收获海带过程的基础上,对各种海带收获装置的特点进行了介绍,归纳了海带收获装置的行进、苗绳捕获及分离、传输和加工等核心模块及其功能特征,分析了海带养殖形式对海带收获装置的结构和设计的影响,提出需要综合考虑海带形态特点、生长环境和养殖模式的特殊性来研发适合中国国情的海带收获装置,探讨了海带收获装置开发中需要注意的问题。