一種帶有清洗裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的深水網(wǎng)箱

彭安華　劉成文　陸波

摘 要 網(wǎng)箱養(yǎng)殖具有節(jié)約資源、投資少、效益高、產(chǎn)品品質(zhì)高等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)目前網(wǎng)箱養(yǎng)殖過(guò)程中存在的網(wǎng)箱清洗困難，監(jiān)測(cè)困難等問(wèn)題，研究了一種深水網(wǎng)衣清洗裝置、網(wǎng)衣破損監(jiān)測(cè)及網(wǎng)箱狀況監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，這種帶有清洗裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的深水網(wǎng)箱明顯降低了工人操作的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了維護(hù)成本，提高了網(wǎng)箱的使用壽命。

關(guān)鍵詞 深水網(wǎng)箱；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；網(wǎng)衣破損監(jiān)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：S959；TP274.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-890X（2016）01--03

近年來(lái)，由于過(guò)度捕撈，近海的漁業(yè)資源日益貧瘠。由捕到養(yǎng)，由近海向遠(yuǎn)海是未來(lái)漁業(yè)的經(jīng)濟(jì)的出路。深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖是指在特定海域利用框架、網(wǎng)衣和錨固等相關(guān)配套設(shè)施，構(gòu)成具有較強(qiáng)抗風(fēng)浪性能的各種形狀箱體，能在開(kāi)放式離岸海區(qū)進(jìn)行的一種養(yǎng)殖方式。由于深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖具有節(jié)約資源、投資少、效益高、產(chǎn)品品質(zhì)高等優(yōu)點(diǎn)，深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖在短短幾十年內(nèi)迅猛發(fā)展，在挪威、美國(guó)、意大利和日本等國(guó)家已先后開(kāi)發(fā)出十幾種性能優(yōu)良的深水網(wǎng)箱并廣泛應(yīng)用[1]。我國(guó)深水網(wǎng)箱是從1998年海南引進(jìn)挪威全浮式重力網(wǎng)箱開(kāi)始的，截至2009年12月，我國(guó)深水網(wǎng)箱的應(yīng)用總量超過(guò)5 000只。通過(guò)近幾年的聯(lián)合攻關(guān)，深水網(wǎng)箱的國(guó)家專(zhuān)利已達(dá)100多項(xiàng)，基本上掌握了深水網(wǎng)箱的設(shè)備研制和養(yǎng)殖的核心關(guān)鍵技術(shù)。

但目前，我國(guó)的深水網(wǎng)箱仍存在清洗困難、監(jiān)測(cè)困難等難題。傳統(tǒng)的深海網(wǎng)箱清洗一般采用人工方式進(jìn)行：一種方式是把網(wǎng)箱浮到水面后，用高壓水槍或者刷子清洗；另一種方式是潛水員簽到水下網(wǎng)箱處，用刷子對(duì)網(wǎng)箱進(jìn)行清洗。人工清洗占用人工費(fèi)用很大，清洗所有時(shí)間長(zhǎng)，并且對(duì)養(yǎng)殖物生長(zhǎng)有影響。深水網(wǎng)箱由于網(wǎng)衣破損不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而造成箱內(nèi)的魚(yú)大量逃逸，使養(yǎng)殖戶(hù)造成巨大損失，制約了網(wǎng)箱養(yǎng)殖的發(fā)展，而目前使用的紅外監(jiān)視器，若在混水中則光學(xué)系統(tǒng)不能奏效，如果使用聲吶的方法則需要比較大的投資。因此，如何在深海高效地采集網(wǎng)箱數(shù)據(jù)成為一個(gè)非常有意義的研究方向[2]。目前，已有的深水網(wǎng)箱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其核心技術(shù)基本上都掌握在歐美等先進(jìn)國(guó)家中，購(gòu)買(mǎi)非常昂貴。本文重點(diǎn)研究了一種深水網(wǎng)箱清洗裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該技術(shù)的應(yīng)用推廣有利于海水養(yǎng)殖方式向集約化、規(guī)?；D(zhuǎn)變，大幅提升海州灣經(jīng)濟(jì)魚(yú)種的養(yǎng)殖產(chǎn)量，推動(dòng)我國(guó)海洋與漁業(yè)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)海州灣海洋生物資源的可持續(xù)開(kāi)發(fā)和保護(hù)。

1 深水網(wǎng)箱清洗裝置

深水網(wǎng)箱的主體主要由網(wǎng)架、網(wǎng)衣、沉子和錨碇系統(tǒng)組成，網(wǎng)箱裝備的發(fā)展在很大程度上依賴(lài)于配套設(shè)施的強(qiáng)力支持。網(wǎng)箱的主要配套裝備有投餌裝置、起捕設(shè)備、分級(jí)裝置、水下監(jiān)視系統(tǒng)、網(wǎng)衣清理機(jī)、換網(wǎng)設(shè)備、阻流設(shè)施等。網(wǎng)衣系統(tǒng)可以防止魚(yú)類(lèi)逃逸并使其不受外界干擾，是網(wǎng)箱系統(tǒng)必不可少的組成部分。在網(wǎng)箱養(yǎng)殖過(guò)程中，海水經(jīng)常會(huì)有藤壺、青口螺、大型藻類(lèi)等生物附著于框架管壁生長(zhǎng)，這些附著物生長(zhǎng)速度快，一段時(shí)間后幾乎覆蓋浮管水下的所有表面，隨著生物附著物的大量增加，附著物本身的質(zhì)量會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)深水網(wǎng)箱浮式框架的浮力性能，造成深水網(wǎng)箱框架受力過(guò)重且不均勻，導(dǎo)致深水網(wǎng)箱出現(xiàn)傾斜、下沉、抗風(fēng)浪能力下降等突出問(wèn)題；同時(shí)，影響工作人員投喂、換網(wǎng)等日常工作，為深水網(wǎng)箱的正常養(yǎng)殖帶來(lái)不良影響[3]。目前，主要采取以下3類(lèi)方法防止網(wǎng)衣污損。一是利用海區(qū)的生物消長(zhǎng)規(guī)律，回避生物附著。二是浸泡防污涂料，達(dá)到有限度的防附著。NaPT是目前效果最佳的水溶性工業(yè)防霉防腐劑，具有高效、廣譜、低毒、穩(wěn)定的特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)藥、日化、金屬加工、農(nóng)產(chǎn)品、防腐涂料、皮革制品、紡織、造紙及竹、木、藤、草制品中。研究表明：NaPT還可以影響細(xì)胞膜保持合適的PH值的能力，導(dǎo)致細(xì)胞酸化并破壞新陳代謝過(guò)程，即吡啶硫酮鈉不是通過(guò)殺死污損生物來(lái)實(shí)現(xiàn)材料表面的防污，而是通過(guò)破壞新陳代謝過(guò)程或麻痹等過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)污損生物的趨避。三是定期清洗網(wǎng)箱附著生物。本論文研究的清洗裝置如圖1所示。在清洗管（1）上設(shè)有兩組送氣管（5），所述的兩組送氣管（5）的進(jìn)氣端通過(guò)三通乙（6）與氣源（7）連接，這樣可以大大增加氣體的壓力而產(chǎn)生更多的氣泡。在使用時(shí)將本裝置安裝在網(wǎng)箱的底部[4]。當(dāng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)箱的網(wǎng)衣上有海洋植物等雜物附著時(shí)，打開(kāi)氣源（7），氣源（7）由送氣管（5）將氣體輸送至清洗管（1）內(nèi)，氣體由于壓力的作用，由清洗管（1）的微氣孔（2）排出并生成氣泡。氣泡的浮游、爆破等會(huì)對(duì)附著在網(wǎng)衣上的雜質(zhì)產(chǎn)生作用力，而達(dá)到清潔的目的。單向閥（4）的設(shè)置可以有效防止清洗管內(nèi)的氣體倒流，從而增加微氣孔往外排出氣泡的量。

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

如圖2所示，一種深水網(wǎng)箱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括壓力傳感器（1）、位移傳感器（2）、信號(hào)調(diào)理器（3）、數(shù)據(jù)采集卡（4）、以及計(jì)算機(jī)（5），其中壓力傳感器（1）和位移傳感器（2）焊接固定在深水網(wǎng)箱（6）下方左右兩側(cè)，信號(hào)調(diào)理器（3）、數(shù)據(jù)采集卡（4）和計(jì)算機(jī)（5）放置在深水網(wǎng)箱（6）附近的數(shù)據(jù)采集船上，壓力傳感器（1）、位移傳感器（2）和信號(hào)調(diào)理器（3）通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)相連接，再通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)與數(shù)據(jù)采集卡（4）相連接，最后數(shù)據(jù)采集卡（4）通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)與計(jì)算機(jī)（5）相連接。信號(hào)調(diào)理器（3）包括信號(hào)放大器和濾波器，對(duì)收集到的信號(hào)進(jìn)行放大和過(guò)濾。為了使得監(jiān)控效果更好，防止深水網(wǎng)箱在水中受各種干擾破壞，設(shè)置有防水?dāng)z像頭（7）安裝深水網(wǎng)箱上方左右兩側(cè)，通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)連接到計(jì)算機(jī)，更加方便觀(guān)測(cè)深水網(wǎng)箱周?chē)沫h(huán)境。為了應(yīng)對(duì)海浪等使得深水網(wǎng)箱打翻或者晃動(dòng)影響監(jiān)控，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還包括位置平衡器（8），位置平衡器（8）安裝在深水網(wǎng)箱底部，平衡深水網(wǎng)箱的位置。當(dāng)然位置平衡器可以有很多種，如最簡(jiǎn)單的負(fù)重鐵塊，以及各種現(xiàn)有技術(shù)中的位置平衡器[5]。

本裝置開(kāi)始采集數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)壓力傳感器接收深水網(wǎng)箱所受到的壓力信號(hào)，通過(guò)位移傳感器接收深水網(wǎng)箱升降位移信號(hào)，接收到的信號(hào)通過(guò)信號(hào)調(diào)理器進(jìn)行調(diào)理，包括信號(hào)放大與一定的濾波，調(diào)理后的信號(hào)通過(guò)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡，再由數(shù)據(jù)采集卡傳到計(jì)算機(jī)，安裝有Labview的計(jì)算機(jī)可以顯示所采集到的壓力、位移信號(hào)曲線(xiàn)，達(dá)到數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控的效果。

另外，為了檢測(cè)網(wǎng)衣破損情況，本文還設(shè)計(jì)了一個(gè)網(wǎng)衣破損檢測(cè)裝置，如圖3所示。在每個(gè)網(wǎng)片的網(wǎng)線(xiàn)（1）中加入帶絕緣保護(hù)層的金屬導(dǎo)線(xiàn)（2），金屬導(dǎo)線(xiàn)的走向與常規(guī)網(wǎng)片的編織方法相同，每根金屬導(dǎo)線(xiàn)與網(wǎng)衣編織在一起的一端用耐海水密封膠密封住，另一端接在發(fā)射器（3）的一端。在信號(hào)發(fā)射器上還接有插入水下的電極（4）。在網(wǎng)片正常情況下，不導(dǎo)電；如果網(wǎng)衣破損，則電流通過(guò)海水、電極而導(dǎo)通，接通報(bào)警電路，然后以無(wú)線(xiàn)或有線(xiàn)的方式發(fā)送報(bào)警信號(hào)到信號(hào)接收器（5）。經(jīng)解碼可知是哪根金屬導(dǎo)線(xiàn)破損，從而得知是哪個(gè)網(wǎng)片的網(wǎng)衣破損并采取措施進(jìn)行修補(bǔ)。

3 結(jié)語(yǔ)

發(fā)展深水網(wǎng)箱是拓展食物生產(chǎn)空間的有效途徑，有利于緩解近海養(yǎng)殖環(huán)境壓力，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境[6]。本文研究的裝置經(jīng)過(guò)在海州灣海域使用。結(jié)果表明，該種裝置具有較好的性能，有效地降低了網(wǎng)箱清理的難度，及時(shí)獲得了網(wǎng)箱的數(shù)據(jù)及網(wǎng)衣的破損情況，有利于操作人員及時(shí)采取補(bǔ)救措施。深水網(wǎng)箱下一步的發(fā)展趨勢(shì)：一是采取數(shù)字化的設(shè)計(jì)、控制技術(shù)；二是養(yǎng)殖設(shè)施系統(tǒng)的大型化；三是養(yǎng)殖環(huán)境生態(tài)調(diào)控與保障技術(shù)；四是養(yǎng)殖地域向外海發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：劉昀）