基于無線傳感裝置的自主航行水產養殖船設計

高夢娜 陳玲

摘 要：傳統水產養殖多采用人工投喂方式，耗費勞力且效率不高，文章研究的水產養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全自動均勻投餌，提高了效率，促進了水產養殖的科學管理。

關鍵詞：水產養殖;雙體船;自主航行

0 引言

全球氣候日益嚴峻，漁業資源逐漸滿足不了日常所需。隨著生活水平的提高，人們對營養物質的需求也逐漸增加，水產養殖業的發展已經成為解決動物蛋白質短缺問題的重要手段之一。現階段的國內水產養殖業發展形勢良好，但還是以零散的小養殖戶為主，集約化程度低[1-2]，如池塘河蟹養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殖精細化管理水平低，養殖成本過高等問題，大大降低了水產品的生產繁殖效率，甚至導致慘重的經濟損失。

1 水產養殖船的總體設計

水產養殖船包括船體、動力裝置、圖像識別裝置、GPS定位儀器，拋餌裝置、控制面板（遠程監控）以及魚群感應系統等。本水產養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、潛艇和水翼船的優點，又克服了傳統船型的缺陷，是綜合性能優良的新船型[3]。動力裝置位于船體尾部，采用常規雙螺旋槳推進方式，以電力為動力，能源環保。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。水產養殖船的主視圖如圖1所示。

2 自主航行功能設計

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

水產養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。在其兩個單體內部各安裝一部直流電機，可以實現船體的直行、轉彎、停止等操作。為穩定分揀船的巡航路線，GPS經過數據解析，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 水產養殖功能設計

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是水產養殖船的俯視圖，從中可以清晰地看出攝像設備和魚群探測器。傳統的人工投喂不僅不能實現均勻拋餌，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]。

本水產養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，同時可以根據調節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，可以實時監測到投喂的次數，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

水產養殖船摒棄了傳統的人工投喂方式，采用自主航行實時監測，從而實現自動均勻拋餌，減少了勞動力和餌料的浪費，提高了水產養殖的效率。

[參考文獻]

[1]侍廳廳.全自動水產養殖船的遠程實時智能監控系統設計[D].鎮江：江蘇大學，2019.

[2]曹陽.基于Android智能手機的全自動水產養殖作業船監控系統研究[D].鎮江：江蘇大學，2018.

[3]龔茜茹，趙建超.衛星導航系統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測船[J].工業控制計算機，2020（5）：122-123，126.

（編輯 王雪芬）