遠洋漁業作業系統虛擬仿真實驗

唐浩 胡松

【摘要】針對海洋漁業技術學課程中圍網捕撈作業教學中存在的問題，以遠洋漁業資源調查船“淞航”號為載體，設計了六個圍網捕撈作業過程虛擬仿真實驗模塊。通過實現圍網作業中的魚群偵察、放網操作和收網等步驟的虛擬仿真過程，增強教學過程的實操性和可視化，便于學生充分理解圍網作業原理與特點，熟練掌握操作步驟和注意事項，有益于培養學生的自學能力和在海洋漁業領域的應用和創新能力。

【關鍵詞】海洋漁業 ?虛擬仿真 ?圍網捕撈 ?放網

【Abstract】In response to problems in teaching purse seine fishing in Marine fishery technology course， Six virtual simulation experiment modules were designed to based on “SONG HANG”， an distant？鄄water fishery resources survey vessel. The practical operation and visualization of the teaching process can be enhanced by implementing virtual simulation of fish detection， setting operation and haul net during the purse seine operation. It is convenient for students to fully understand the principles and characteristics of purse seine operation， and master the operation steps and notes. It is also beneficial to train the ability of self？鄄learning， application and innovation in the field of Marine fishery.

【Keywords】marine fishery; virtual simulation; purse seine fishing; setting net

【基金項目】上海海洋大學一流本科實踐教學平臺建設項目（A1-2023-18-0003）。

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）05-0166-03

我國是海洋大國和漁業大國，海洋漁業資源是國家的藍色糧倉和戰略性資源。海洋漁業現代化是建設海洋強國、實現農業現代化的重要組成部分，是新時代新農科教育背景下的時代需求。當前，世界海洋漁業正面臨深刻變革，基于生態系統的海洋資源可持續開發，需要對海洋資源的精準調查。

海洋漁業技術學是根據捕撈對象種類、數量及其分布習性和漁場環境特點，研究海洋漁業生產技術，達到捕撈目的的綜合性學科，是水產科學的重要分支，也是國家特色專業海洋漁業科學與技術專業主要必修專業基礎課之一[1]。圍網捕撈是單網次產量最高的一種漁法，其產量占世界總漁獲量的 25%～30%[2]，是海洋漁業較為重要的組成部分，也是“海洋漁業技術學”“漁具設計學”“漁業海洋學”“航海與捕撈實習”等課程的重要教學內容之一。

圍網捕撈作業具有生產技術水平要求高、生產規模大、成本高、投資大等特點[3]，而且均是遠洋作業，完成一次海上實測，需要調動的社會資源、人力物力耗費極高，即便克服了這些困難，讓學生在復雜多變的海上環境中開展實際生產練習也會存在安全隱患。但僅依賴課堂的理論教學，卻又無法使學生真正理解和掌握圍網實際捕撈作業的特點及操作步驟[4]。隨著現代信息技術的不斷發展，虛擬仿真實驗教學可實現圍網捕撈作業系統的仿真場景再現，為學生提供模擬實操的機會，以提高學生的自主學習能力、實踐能力及創新能力。

1.實驗設計目的和意義

海洋漁業科學與技術專業培養具備海洋科學、水產科學基本理論知識，掌握海洋生物資源高效開發的人才。學生要掌握漁具性能、操作、設計、研發等功能?！颁梁教枴眹W捕撈作業系統虛擬仿真實驗的主要目標是滿足實驗教學的需要，彌補傳統理論教學的不足。結合海洋漁業學科的特點，利用虛擬現實技術構建三維的虛擬實驗操作環境，使學生隨時可以開展圍網捕撈操作的虛擬實驗，并以仿真的方式與虛擬對象進行自由交互[5]，通過反復虛擬練習，充分理解和掌握圍網作業原理與特點、魚群偵查手段、適合放網捕撈的魚群特點、漁場形成原理及影響因素、圍網操作流程和可能發生的漁撈事故判定和處理方法以及圍網生產技術等專業知識，更好地促進學生進行探索學習、協同學習，獲得真實的生產實踐體驗[6]。

2.實驗依托平臺

上海海洋大學遠洋漁業資源調查船“淞航”號的航區為國際無限航區，設有全景式駕駛室、柴油機驅動、德國進口垂直式電力推進裝置。調查船主尺度為總長85.00m，船寬14.96m，型深8.70m，滿載排水量3271.4t，船舶最大航速15kn，續航力10000海里。集成了遠洋漁業不同的作業方式，適應不同漁業資源生物學特性的調查，為開展不同漁具漁法研究提供基礎保障。此外，“淞航”號配備了海洋生物、水文生化、調查監控和通用等實驗室及艉部露天甲板調查作業區。圍網捕撈作業系統虛擬仿真實驗平臺主要依托國家遠洋漁業工程技術研究中心，上海海洋大學大洋漁業資源持續開發教育部重點實驗室，遠洋漁業資源調查船“淞航號”等綜合性實體平臺，堅持科學性、交互性和開放性原則[4]，利用計算機技術、視頻、圖片、網站和多媒體，結合海洋漁業特點和特色，綜合運用現代化魚群偵查、識別、圍捕等技術，構建以“淞航號”為模型載體的圍網捕撈操作虛擬仿真實驗平臺。

3.實驗主要功能模塊

虛擬仿真實驗的主界面為現代化圍網捕撈操作的動畫界面，首先呈現圍網捕撈操作全過程場景，采用第一人稱視角，使學生作為“主人公”身臨其境，在“淞航號”上進行三維游走，熟悉和掌握船體布局和實驗室位置，體驗和操作整個圍網捕撈操作系統。左側欄分別為實驗目的，圍網捕撈作業原理，進入實驗和課后練習模塊，可點擊相應的選擇按鈕，進入實驗操作模塊。

點擊進入實驗后，分為練習模式和考核模式，其中練習模式配有各個環節步驟所涉及的相關裝配、儀器的介紹和操作的文字提醒，便于學生反復操作練習，學習和掌握圍網捕撈操作的流程順序，專業知識及注意事項，考核模式則無相關文字提示，用作考查學生的實操掌握能力。每個模式下均共設計了6個圍網捕撈操作步驟：尋魚、追魚、放網、絞綱、收網和整理（圖1），真實地還原了實際圍網捕撈流程。

（1）尋魚模塊：尋魚是圍網漁業中最重要的步驟，主要方式借助瞭望平臺、直升機或聲吶等觀察海面海鳥、鯨、海豚和魚群以及海上漂流物等征兆，達到尋找魚群的目的。因此，首先呈現的是“淞航號”船體模型在海面緩慢行駛的畫面，為了尋找魚群目標，根據海鳥雷達和海洋環境圖像確定母船航行方向?？牲c擊選擇直升機，切換直升機視角，搜尋海面狀況信息，若發現魚群信息（白色水花和海鳥盤旋），則通過無線電報告船長方位，以便船長決策直升機和母船航行動向，近距離觀測魚群。

（2）追魚模塊：當圍網船發現自然集群的魚群時，通常會先跟蹤追逐，等到魚群游泳方向及速度較為穩定、魚群較密集且浮游在水表層時，再進行放網圍捕。因此，設置魚群位置相對穩定的場景，并在右上角彈出實際圖片，供學生了解海上發現魚群時的場景。為了放網前的準備，需出動小艇配合，點擊選擇釋放的小艇并配有機械吊臂操作的動畫。

（3）放網模塊：放網是對穩定的魚群進行圏捕的過程，作為虛擬仿真實驗的核心內容，也是圍網捕撈操作過程的重要環節。利用大艇牽引網具的取魚部，母船圍繞魚群做圓周運動形成包圍[7-8]（圖2）。根據作業原理分別設計了確定放網、大艇下水、母船運動、小艇運動、合圍完成等一系列協同操作動畫，幫助學生掌握放網過程中水平包圍的相關操作順序和目的。

（4）絞綱模塊：利用船舯甲板上的底環絞綱機絞收括綱將網底封閉[9]。虛擬仿真實驗可完成網具底部包圍，設計了大艇牽引端的浮子綱和括綱與母船絞機連接，大艇轉向船舷右側承擔牽引母船控制方向，浮子綱和括綱絞收等動畫環節。為了便于學生區分綱索和了解實際操作機械，增加了相關綱索、機械和實際圖片作為說明，便于學生理解掌握圍網捕撈所涉及的專業詞匯及用途。

（5）收絞網衣模塊：采用主吊桿上的動力滑車收絞網衣，逐步縮小包圍圈，將漁獲物聚集取魚部，并采用船艏浮子綱絞機將浮子綱進一步收絞縮小網口。虛擬仿真實驗可完成括綱完畢露出水面后，即可開展網衣絞收，設計了動力滑車牽動網具、底環拆卸、小艇協助牽引網圈、堆放網衣、取魚部網衣收絞、撈魚等環節。各環節是連貫操作，并配有操作流程旁白模塊，增加學生的趣味性體驗。

（6）整理模塊：網具取魚部、綱索、大艇和小艇固定等步驟，為下次捕撈操作做好準備。為了鞏固學習不同模塊，可隨意切換模塊進行反復練習及學習，掌握每個模塊的關鍵技術點，從而達到模擬練習的最終目的。

上述模塊切實地反映了海上圍網捕撈作業的流程，用虛擬場景和動畫讓每一位學生都可以體驗和學習圍網捕撈操作的流程及注意事項，從而獨立、完整地模擬操作圍網捕撈裝備，進而系統地學習圍網捕撈技術。

4.結語

我國發展遠洋圍網漁業較晚，關鍵技術和裝備受國外封鎖，捕撈技術及裝備與日本等發達國家有較大差距。為了促進我國圍網漁業的發展與壯大，維護國家的海洋漁業權益，需要不斷提升自身捕撈技術水平。然而，復雜多變的海上作業環境不僅給從業者帶來了較大的挑戰，也讓海洋漁業科學與技術專業、遠洋漁業學生真實的體驗變得十分困難。在圍網捕撈作業系統相關教學中融入虛擬仿真技術，利用可視化實驗實習界面，能夠使學生的學習模式由傳統的理論教學模式，轉變為個性化的線上線下相結合的新模式，可遠程實現虛擬仿真實驗教學和引導式、開放式教學模式相結合[10-11]，極大地激發了學生的學習興趣，將校內教學資源與遠洋漁業企業人才需求緊密結合起來[12]，是校企合作、協同育人的遠洋漁業人才培養新途徑。

參考文獻：

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[12]杜月林，黃剛，王峰，高翔.建設虛擬仿真實驗平臺， 探索創新人才培養模式[J]. 實驗技術與管理，2015，32（12）：26-29.

作者簡介：

唐浩（1988-），男，博士，講師。

胡松（1978-），男，安徽祁門人，上海海洋大學海洋科學學院副院長，分管本科教學工作。