基于无线传感装置的自主航行水产养殖船设计

高梦娜 陈玲

摘 要：传统水产养殖多采用人工投喂方式，耗费劳力且效率不高，文章研究的水产养殖船可以解决这个问题。船上安装有自动投饵设备，基于无线传感装置，在自主航行过程中可以高效、均匀地投饵，在彻底解放人力的同时实现全自动均匀投饵，提高了效率，促进了水产养殖的科学管理。

关键词：水产养殖;双体船;自主航行

0 引言

全球气候日益严峻，渔业资源逐渐满足不了日常所需。随着生活水平的提高，人们对营养物质的需求也逐渐增加，水产养殖业的发展已经成为解决动物蛋白质短缺问题的重要手段之一。现阶段的国内水产养殖业发展形势良好，但还是以零散的小养殖户为主，集约化程度低[1-2]，如池塘河蟹养殖多以粗放的人工撑船投喂方式，劳动强度大，投饵不均匀，导致长期以来河蟹养殖精细化管理水平低，养殖成本过高等问题，大大降低了水产品的生产繁殖效率，甚至导致惨重的经济损失。

1 水产养殖船的总体设计

水产养殖船包括船体、动力装置、图像识别装置、GPS定位仪器，抛饵装置、控制面板（远程监控）以及鱼群感应系统等。本水产养殖船采用小水线面双体船，主船体由两个前水体构成，两个船体之间设有连接梁，抛饵装置放在两个船体之间的连接梁上，这样可减少甲板的占用。小水线面双体船既兼容了双体船、潜艇和水翼船的优点，又克服了传统船型的缺陷，是综合性能优良的新船型[3]。动力装置位于船体尾部，采用常规双螺旋桨推进方式，以电力为动力，能源环保。船上的鱼群探测器在感知到鱼群以后，抛饵装置就会自动抛餌，减少了饵料的浪费。水产养殖船的主视图如图1所示。

2 自主航行功能设计

自主航行主要包括3个方面：环境感知、路径规划与实时控制。本水产养殖船具有自主航行和避障的功能，船上设置摄像设备，配备卫星导航系统，可以实时监测到船舶的具体位置，观察船舶周围水域的情况，实现自主航行。定位系统提高了水产养殖船定位的准确性，可以及时知晓水产养殖船的位置，通过摄像设备可以掌握水产养殖船的航行状态。船舶的自主航行会根据事先规划好的航线，但在航行过程中不可避免会遇到一些障碍物。而本水产养殖船具有避障功能，它在航行时遇到障碍物，会根据现有路线主动规划新路线绕过障碍物，之后再次回到船舶原航行的路线上。

水产养殖船使用螺旋桨作为推进器，将左右螺旋桨对称布置于两个单体的尾侧。在其两个单体内部各安装一部直流电机，可以实现船体的直行、转弯、停止等操作。为稳定分拣船的巡航路线，GPS经过数据解析，基于惯性导航设备信息获得实时航向角φ1，与目标航向角φ2比较，得到航向角的差值，基于PD控制运算，得到φ;基于分拣船实际的偏离情况分析，将正负φ/2赋予左右电机，实现船舶航向的保持。同时GPS会实时获取速度信息，基于惯性导航设备信息获得实时速度ν1，将实时速度ν1与目标速度ν2进行比较，得到速度的差值，再基于PI运算得到ν同时赋予左右电机，具体控制如图2所示[4]。如果因为室外环境变换导致存在信号的短时遮断，可采用惯性导航的方法来解决。

3 水产养殖功能设计

船体上配备摄像设备，可以全方位观察船体周围水域情况;配备有鱼群探测器，当其感应到船体周围有大量鱼群时，摄像设备和鱼群探测器可以全方位观测鱼群的具体方位，并且进行针对性的投饵。图3是水产养殖船的俯视图，从中可以清晰地看出摄像设备和鱼群探测器。传统的人工投喂不仅不能实现均匀抛饵，以人工撑船的方式投喂，船游到哪就在哪投喂，这大大浪费了饵料，并且很有可能有鱼的地方喂不到，没鱼的地方都是饵料。鱼群探测器在感知到鱼群后，抛饵装置就会自动抛饵，减少了饵料的浪费[5]。

本水产养殖船采用的是小型抛饵装置，基于主控器可以远程控制饵料的抛撒，同时可以根据调节饵料孔的大小来调整饵料抛撒量，此抛饵装置可以和控制面板相连接，可以实时监测到投喂的次数，彻底解放了劳动力。很多时候事务繁忙导致渔民忘记自己是否给鱼喂食，人工投喂耗时耗力，且抛饵不匀，此抛饵装置就很好地解决了这个问题，投喂的时间与频次一目了然。

4 结语

水产养殖船摒弃了传统的人工投喂方式，采用自主航行实时监测，从而实现自动均匀抛饵，减少了劳动力和饵料的浪费，提高了水产养殖的效率。

[参考文献]

[1]侍厅厅.全自动水产养殖船的远程实时智能监控系统设计[D].镇江：江苏大学，2019.

[2]曹阳.基于Android智能手机的全自动水产养殖作业船监控系统研究[D].镇江：江苏大学，2018.

[3]龚茜茹，赵建超.卫星导航系统的船舶航行轨迹智能跟踪方法[J].舰船科学技术，2019（24）：37-39.

[4]陈玲，高洁.一种新型水面垃圾清理分拣船的设计[J].船舶工程，2020（2）：39-43.

[5]王子心，杨洋，丁海洪，等.基于北斗定位的智能投饵及水质监测船[J].工业控制计算机，2020（5）：122-123，126.

（编辑 王雪芬）