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网箱养殖水下监控系统

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在网箱养殖生产中,养殖业者最为关注的是网衣是否破损及网箱内的鱼群状况。传统的小型养殖网箱,由于养殖容量小、重量轻,通过诱集鱼群和人力提升网衣,很容易观察到网箱内的鱼群和网衣情况。而大型深水网箱网箱,通过人力操作进行网箱工况观察则十分困难。国外网箱养殖较发达的国家,由于其配套化设施比较完善,已有较完备的水下监视与监控设备,用于观察网箱工作状况。国内外用于对水下物体的观察或监控,主要有光学和声学两种方法。光学监控是采用水下电视技术,在水质较清的情况下,通过摄像头采集图像,再将信号传输到显示器进行观察。声学监控是采用声呐技术进行监视和探测,再将声信号转换成数字或图像信号,用以判断所监视的工况。光学监控具有直观、技术嫁接成熟和造价较低等优点,但对使用水域的透明度有一定的要求;而声学监控系统虽不受水质条件的限制,但成本较高,且目前尚未达到与光学监控同样直观图像的效果。
网箱投饵机
网箱投饵机


















1.饵料仓 2.上出料管 3.下出料管 4.下出料管阀门 5.进水管 6.进水管阀门 7.水泵 8.饵料仓支架

1.光学监控系统

目前,国内已研制的光学水下监控器的工作原理与国外的基本相同,均是将摄像机密封于一外罩壳体中,形成水下探头,通过视频光缆将视频信号传送至水面以上进行观察。挪威水下探头的外罩壳体为一注塑件,而我国研制的产品多为不锈钢加工件。黄海水产研究所和南海水产研究所等单位,近年来先后研制出单探头便携式网箱水下监视器和四探头多视角网箱水下监视器。
便携式单探头网箱水下监视器
便携式单探头网箱水下监视器















(1)便携式单探头网箱水下监视器:便携式水下监视器由水下密封探头、传输光缆、控制器、固定板和显示器等部件组成(如上图),结构简单、重量轻,主要作为巡视查看网箱使用。使用时将水下探头固装在固定板的一端,固定板的另一端通过一个装有拉杆的连接板铰接,使探头与手持拉杆间的角度可调。在需要查看网箱内鱼群状态或检查网具时,通过拉杆将密封探头置于水下,开启控制器电源开关,监视器开始工作。通过调整探头与拉杆间的角度,可对网箱底部、侧网和网箱内鱼群进行现场观察。该监视器的主要特点为:控制器内置可重复使用的锂充电电池供电,体积小、使用方便。充电电路自动控制,具有完善的保护电路,避免了欠冲和过冲等对电池造成的损害,一次充电可连续使用4h左右。水下密封探头由不锈钢制作,并采用可靠的密封方式,耐压试验水深可达50m以上。选用高灵敏度微光摄像机和超大光圈的变焦镜头,无需辅助光源。在一般水质条件下,依靠海水环境中的自然光可比较清楚地观察到网箱内养殖鱼类的活动及网衣箱体的工作状态及附着情况等,为养殖用户了解和掌握网箱养殖情况提供了简单、经济、实用的观察设备。

多视角深水网箱远程监视系统
多视角深水网箱远程监视系统


















1.水下摄像装置 2.视频光缆 3.固定支架 4.浮体 5.浮体卡箍 6.螺栓组件 7.连接绳索 8.上支架 9.控制器安装架 10.控制器 11.通信网络 12.计算机

(2)多视角网箱水下监视器:图33为设计的多视角远程监视系统,由水下摄像装置1、DSP控制器10、GPRS无线通信网络11和监控室计算机12四部分组成。水下摄像装置1通过一刚性支架3、浮体卡箍5和螺栓组件6(螺栓、螺母、垫圈、弹簧垫圈)吊挂于浮体4下方某一深度水层。浮体4通过连接绳索7和网箱框架14固定于网衣箱体15中央,通过配重沉石16调节浮沉力配备,使浮体4部分在水面以上,部分没于水面以下。DSP控制器10通过焊接在浮体卡箍6上的上支架8、控制器安装支架9和螺栓组件固装于浮体上方。水下摄像装置1通过视频光缆束2与DSP控制器10之间进行信号传输。水下摄像装置由4个独立的密封探头通过安装壳体形成多视角布置,其中一个摄像头位于装置底端,可以得到摄像头下方信号,其余3个摄像头在水平圆周上呈120°角,可以得到摄像头水平方向上不同角度的信号。安装在工作船上的监视系统产品样机如图34所示。该监视器虽尚未达到海上与陆地的远距离无线传输,但可实现工作船上近距离控制。该系统采用太阳能供电,通过遥控器控制不同方向或部位的水下探头轮换工作,视频信号经高频无线视频发射机发射,由专用接收机接收,输出视频信号,供使用者观察或录制。该系统采用超大自动光圈变焦镜头,灵敏度高;遥控部分采用编码,误动作少;发射接收部分采用专用频道,抗干扰能力强。将监视器安装在网箱的中央一定深度水层,可对网箱工况进行实时在线监控。
多视角网箱水下监视器
多视角网箱水下监视器














2.声学监控系统

在水质较清的海域,可以采用光学监视系统对网箱进行检查或监控,一旦网衣出现破损,可即刻进行修复,解决网衣安全性问题。但是在我国北方及东部沿海诸省(市)的部分海域,往往以混水为主,光学监视器的有效观测距离不过几米,无法对大型网箱进行有效监视。在这种情况下,声学技术的应用将是有效和合理的选择。为此,不同的研究者提出了不同的设计方案。有研究者提出“采用多部声呐构成声学警戒带”的方式对因网衣破损造成的逃鱼现象进行监控,其设计思想是在海底布设若干数量的声呐,对一定数量规模的养殖场实施声学警戒,来监控网箱的破损或鱼类的逃逸。也有人提出采用水下机器人搭载声呐传感器的方式,通过给水下机器人设置好行动路线,它就会按预设的路线反复巡视,水下机器人的行走路线也相当于一个警戒带。在这个警戒带中,如果出现了鱼类活动的异常现象,机器人就会向管理人员报告,从而达到监控网箱逃鱼的目的。对上述两种设计思想,国内的一些研究者通过分析提出异议,此两种方式均是在网箱外的养殖海区中进行监测,海区中自然存在的鱼群与网箱内逃逸的鱼群信号很难区分;网箱外海区水体很大,当监测或巡视到网箱外有鱼群时,网箱内的鱼已大量逃逸,亡羊补牢,为时已晚。采用声学技术对网箱中鱼体大小和生物量进行监测的方案,得到了许多研究者的认可。即通过网箱内不同养殖品种的目标强度,监测总生物量的变化。当生物量增加时,认为是鱼类正常生长;当生物量突然减少时则及时报警,通知工作人员对网箱进行检查。生物量的变化可以限定在一定数量的逃鱼范围,这样可对网箱的安全性实施有效的监控。目前国内的一些研究人员正在开展这方面的研究,预期产品样机将在不久试制出来。此外,国外还开发出一些计算机软件,可将获得鱼群的声学信号转换成图像信号,虽然其图像还远达不到光学图像的效果,但可对鱼群的游动和鱼群的数量进行比较直观的观察和判断。此外,利用声学手段还可对网箱养殖的投料全过程进行监测。当投放的饲料开始从网箱底部漏出时,就要开始减少投放饲料,并减缓投料量。显然,利用声学手段监视饵料的投放全过程,可以减少饵料的浪费,降低饲养成本,有效地保护网箱附近的海洋环境。

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