智能化浮式聚鱼装备研发与试验

摘要

海洋牧场是减缓我国近海渔业资源衰退，实现可持续利用的重要抓手，鱼类行为控制是海洋牧场高效运行的四大关键技术之一。为满足海洋牧场系统化渔业生产和管理的需要，研制了一种可业务化运行的智能化浮式聚鱼装备。该装备以黑鲷为研究对象，通过诱鱼机理的研究确定驯化诱导因子，同时针对海洋牧场中的环境监测、信息交互等功能进行研究，从而确定装备的系统功能，并根据装备特点进行能源供应模块、系统控制模块以及辅助模块的设计。最终在宁波象山港进行驯化和放流试验，通过试验结果验证了装备的有效性，为我国海洋牧场高效运行和科学化管理提供有效的装备支撑。 本论文的主要研究内容和取得的成果如下： （1）以黑鲷为研究对象在水槽内对黑鲷进行诱鱼机理的试验研究，试验采用声音刺激和饵料诱导相结合的方式进行。通过对大约300尾黑鲷进行40次音响驯化，利用黑鲷的学习能力使黑鲷建立起条件反射，并通过强化训练将短期的条件反射转化成长期的有效记忆。本次试验研究证明，对黑鲷采用350 Hz单频音结合饵料诱导的驯化方式是可行的。 （2）对智能化浮式聚鱼装备进行总体设计，确定智能化浮式聚鱼装备功能模块以及整体的结构形式。通过研究设计，智能化浮式聚鱼装备的功能模块分别是驯化模块、检测模块、信息交互模块、控制模块、能源供应模块以及辅助模块。各个功能模块通过核心控制单元载体进行集成，构成整个设备的机体结构，其主要组成是核心控制单元、柔性分级驯化栅、连接细缆和底锚。 （3）根据设计需求对智能化浮式聚鱼装备的各个功能模块进行具体的设计。驯化模块的设计主要有声音刺激系统、饵料诱导系统、柔性分级驯化栅系统。声音刺激系统主要针对水下音响和功放模块进行选型设计，同时进行系统试验验证了该系统的有效性；对饵料诱导系统的仓储结构和下料方式进行结构设计；柔性分级驯化栅主要是网格间距的设计以及加工。检测模块的设计主要是针对水质监测和视频监控进行设计优化，成功选取水质传感器以及自主研发出一款新型的水下监控系统。信息交互模块的设计对信息处理系统和无线传输系统进行研究和选型设计，确立了基于ARM Cortex-M3内核的LPC1768微控制器以及3G的无线网络传输方式。 控制模块的设计主要是逻辑控制器的选型运用，确立了KG316T型微电脑时控开关的控制方式。能源供应模块的设计主要是能量转换装置以及储能装置的设计和校核，通过对比和计算确立了4×15W的太阳能板和2×20Ah的铅蓄电池并联的供能方案。辅助模块的设计主要是防沉系统和锚系系统的设计，通过对浮力和装备的整体受力分析，确定防沉结构以及锚块质量。 （4）在宁波象山港通过对标记的黑鲷进行驯化试验和放流试验。通过黑鲷的驯化试验，充分验证了装备工作原理的可行性，同时也为其他鱼种的驯化提供了试验参考和理论依据。放流试验主要针对放流鱼苗的标记方法、放流策略进行方案的制定，为放流后对黑鲷进行研究提供保障。最终通过中国水产科学研究院东海水产研究所的资源回捕调查对我们放流后装备的聚鱼效果进行评价，从而证明我们装备的有效性和可行性，为海洋牧场的进一步发展提供有力的装备保障。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外人工浮式鱼礁技术的研究现状

1.3 课题研究的思路与内容

第二章 水槽中音响驯化的机理研究

2.1 引言

2.2 黑鲷的生物学特性

2.3 黑鲷音响驯化试验的研究

2.4 小结

第三章 智能化浮式聚鱼装备的总体设计

3.1 引言

3.2 智能化浮式聚鱼装备的功能设计

3.3 智能化浮式聚鱼装备的结构设计

3.4 小结

第四章 智能化浮式聚鱼装备功能模块设计与优化

4.1 引言

4.2 驯化模块的设计

4.3 检测模块的设计

4.4 控制模块的设计与优化

4.5 信息交互模块的设计与优化

4.6 能源供应模块的设计与优化

4.7 辅助模块的设计与优化

4.8 小结

第五章 智能化浮式聚鱼装备的机体结构设计与模块集成

5.1 引言

5.2 核心控制单元载体设计

5.3 模块集成设计与优化

5.4 小结

第六章 智能化浮式聚鱼装备的验证性试验

6.1 引言

6.2 驯化试验

6.3 增值放流试验

6.4 小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

作者在校科研成果