基于無線傳感裝置的自主航行水產(chǎn)養(yǎng)殖船設計

高夢娜 陳玲

摘 要：傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖多采用人工投喂方式，耗費勞力且效率不高，文章研究的水產(chǎn)養(yǎng)殖船可以解決這個問題。船上安裝有自動投餌設備，基于無線傳感裝置，在自主航行過程中可以高效、均勻地投餌，在徹底解放人力的同時實現(xiàn)全自動均勻投餌，提高了效率，促進了水產(chǎn)養(yǎng)殖的科學管理。

關鍵詞：水產(chǎn)養(yǎng)殖;雙體船;自主航行

0 引言

全球氣候日益嚴峻，漁業(yè)資源逐漸滿足不了日常所需。隨著生活水平的提高，人們對營養(yǎng)物質的需求也逐漸增加，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展已經(jīng)成為解決動物蛋白質短缺問題的重要手段之一?，F(xiàn)階段的國內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展形勢良好，但還是以零散的小養(yǎng)殖戶為主，集約化程度低[1-2]，如池塘河蟹養(yǎng)殖多以粗放的人工撐船投喂方式，勞動強度大，投餌不均勻，導致長期以來河蟹養(yǎng)殖精細化管理水平低，養(yǎng)殖成本過高等問題，大大降低了水產(chǎn)品的生產(chǎn)繁殖效率，甚至導致慘重的經(jīng)濟損失。

1 水產(chǎn)養(yǎng)殖船的總體設計

水產(chǎn)養(yǎng)殖船包括船體、動力裝置、圖像識別裝置、GPS定位儀器，拋餌裝置、控制面板（遠程監(jiān)控）以及魚群感應系統(tǒng)等。本水產(chǎn)養(yǎng)殖船采用小水線面雙體船，主船體由兩個前水體構成，兩個船體之間設有連接梁，拋餌裝置放在兩個船體之間的連接梁上，這樣可減少甲板的占用。小水線面雙體船既兼容了雙體船、潛艇和水翼船的優(yōu)點，又克服了傳統(tǒng)船型的缺陷，是綜合性能優(yōu)良的新船型[3]。動力裝置位于船體尾部，采用常規(guī)雙螺旋槳推進方式，以電力為動力，能源環(huán)保。船上的魚群探測器在感知到魚群以后，拋餌裝置就會自動拋餌，減少了餌料的浪費。水產(chǎn)養(yǎng)殖船的主視圖如圖1所示。

2 自主航行功能設計

自主航行主要包括3個方面：環(huán)境感知、路徑規(guī)劃與實時控制。本水產(chǎn)養(yǎng)殖船具有自主航行和避障的功能，船上設置攝像設備，配備衛(wèi)星導航系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測到船舶的具體位置，觀察船舶周圍水域的情況，實現(xiàn)自主航行。定位系統(tǒng)提高了水產(chǎn)養(yǎng)殖船定位的準確性，可以及時知曉水產(chǎn)養(yǎng)殖船的位置，通過攝像設備可以掌握水產(chǎn)養(yǎng)殖船的航行狀態(tài)。船舶的自主航行會根據(jù)事先規(guī)劃好的航線，但在航行過程中不可避免會遇到一些障礙物。而本水產(chǎn)養(yǎng)殖船具有避障功能，它在航行時遇到障礙物，會根據(jù)現(xiàn)有路線主動規(guī)劃新路線繞過障礙物，之后再次回到船舶原航行的路線上。

水產(chǎn)養(yǎng)殖船使用螺旋槳作為推進器，將左右螺旋槳對稱布置于兩個單體的尾側。在其兩個單體內(nèi)部各安裝一部直流電機，可以實現(xiàn)船體的直行、轉彎、停止等操作。為穩(wěn)定分揀船的巡航路線，GPS經(jīng)過數(shù)據(jù)解析，基于慣性導航設備信息獲得實時航向角φ1，與目標航向角φ2比較，得到航向角的差值，基于PD控制運算，得到φ;基于分揀船實際的偏離情況分析，將正負φ/2賦予左右電機，實現(xiàn)船舶航向的保持。同時GPS會實時獲取速度信息，基于慣性導航設備信息獲得實時速度ν1，將實時速度ν1與目標速度ν2進行比較，得到速度的差值，再基于PI運算得到ν同時賦予左右電機，具體控制如圖2所示[4]。如果因為室外環(huán)境變換導致存在信號的短時遮斷，可采用慣性導航的方法來解決。

3 水產(chǎn)養(yǎng)殖功能設計

船體上配備攝像設備，可以全方位觀察船體周圍水域情況;配備有魚群探測器，當其感應到船體周圍有大量魚群時，攝像設備和魚群探測器可以全方位觀測魚群的具體方位，并且進行針對性的投餌。圖3是水產(chǎn)養(yǎng)殖船的俯視圖，從中可以清晰地看出攝像設備和魚群探測器。傳統(tǒng)的人工投喂不僅不能實現(xiàn)均勻拋餌，以人工撐船的方式投喂，船游到哪就在哪投喂，這大大浪費了餌料，并且很有可能有魚的地方喂不到，沒魚的地方都是餌料。魚群探測器在感知到魚群后，拋餌裝置就會自動拋餌，減少了餌料的浪費[5]。

本水產(chǎn)養(yǎng)殖船采用的是小型拋餌裝置，基于主控器可以遠程控制餌料的拋撒，同時可以根據(jù)調節(jié)餌料孔的大小來調整餌料拋撒量，此拋餌裝置可以和控制面板相連接，可以實時監(jiān)測到投喂的次數(shù)，徹底解放了勞動力。很多時候事務繁忙導致漁民忘記自己是否給魚喂食，人工投喂耗時耗力，且拋餌不勻，此拋餌裝置就很好地解決了這個問題，投喂的時間與頻次一目了然。

4 結語

水產(chǎn)養(yǎng)殖船摒棄了傳統(tǒng)的人工投喂方式，采用自主航行實時監(jiān)測，從而實現(xiàn)自動均勻拋餌，減少了勞動力和餌料的浪費，提高了水產(chǎn)養(yǎng)殖的效率。

[參考文獻]

[1]侍廳廳.全自動水產(chǎn)養(yǎng)殖船的遠程實時智能監(jiān)控系統(tǒng)設計[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學，2019.

[2]曹陽.基于Android智能手機的全自動水產(chǎn)養(yǎng)殖作業(yè)船監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學，2018.

[3]龔茜茹，趙建超.衛(wèi)星導航系統(tǒng)的船舶航行軌跡智能跟蹤方法[J].艦船科學技術，2019（24）：37-39.

[4]陳玲，高潔.一種新型水面垃圾清理分揀船的設計[J].船舶工程，2020（2）：39-43.

[5]王子心，楊洋，丁海洪，等.基于北斗定位的智能投餌及水質監(jiān)測船[J].工業(yè)控制計算機，2020（5）：122-123，126.

（編輯 王雪芬）