網箱養殖水下監控系統

　　在網箱養殖生產中，養殖業者最為關注的是網衣是否破損及網箱內的魚群狀況。傳統的小型養殖網箱，由於養殖容量小、重量輕，通過誘集魚群和人力提升網衣，很容易觀察到網箱內的魚群和網衣情況。而大型深水網箱網箱，通過人力操作進行網箱工況觀察則十分困難。國外網箱養殖較發達的國家，由於其配套化設施比較完善，已有較完備的水下監視與監控設備，用於觀察網箱工作狀況。國內外用於對水下物體的觀察或監控，主要有光學和聲學兩種方法。光學監控是採用水下電視技術，在水質較清的情況下，通過攝像頭採集圖像，再將信號傳輸到顯示器進行觀察。聲學監控是採用聲吶技術進行監視和探測，再將聲信號轉換成數字或圖像信號，用以判斷所監視的工況。光學監控具有直觀、技術嫁接成熟和造價較低等優點，但對使用水域的透明度有一定的要求;而聲學監控系統雖不受水質條件的限制，但成本較高，且目前尚未達到與光學監控同樣直觀圖像的效果。　　1.光學監控系統　　目前，國內已研製的光學水下監控器的工作原理與國外的基本相同，均是將攝像機密封於一外罩殼體中，形成水下探頭，通過視頻光纜將視頻信號傳送至水面以上進行觀察。挪威水下探頭的外罩殼體為一注塑件，而我國研製的產品多為不鏽鋼加工件。黃海水產研究所和南海水產研究所等單位，近年來先後研製出單探頭可攜式網箱水下監視器和四探頭多視角網箱水下監視器。　　(1)可攜式單探頭網箱水下監視器：可攜式水下監視器由水下密封探頭、傳輸光纜、控制器、固定板和顯示器等部件組成(如上圖)，結構簡單、重量輕，主要作為巡視查看網箱使用。使用時將水下探頭固裝在固定板的一端，固定板的另一端通過一個裝有拉杆的連接板鉸接，使探頭與手持拉杆間的角度可調。在需要查看網箱內魚群狀態或檢查網具時，通過拉杆將密封探頭置於水下，開啟控制器電源開關，監視器開始工作。通過調整探頭與拉杆間的角度，可對網箱底部、側網和網箱內魚群進行現場觀察。該監視器的主要特點為：控制器內置可重複使用的鋰充電電池供電，體積小、使用方便。充電電路自動控制，具有完善的保護電路，避免了欠沖和過沖等對電池造成的損害，一次充電可連續使用4h左右。水下密封探頭由不鏽鋼製作，並採用可靠的密封方式，耐壓試驗水深可達50m以上。選用高靈敏度微光攝像機和超大光圈的變焦鏡頭，無需輔助光源。在一般水質條件下，依靠海水環境中的自然光可比較清楚地觀察到網箱內養殖魚類的活動及網衣箱體的工作狀態及附著情況等，為養殖用戶了解和掌握網箱養殖情況提供了簡單、經濟、實用的觀察設備。　　(2)多視角網箱水下監視器：圖33為設計的多視角遠程監視系統，由水下攝像裝置1、DSP控制器10、GPRS無線通信網絡11和監控室計算機12四部分組成。水下攝像裝置1通過一剛性支架3、浮體卡箍5和螺栓組件6(螺栓、螺母、墊圈、彈簧墊圈)弔掛於浮體4下方某一深度水層。浮體4通過連接繩索7和網箱框架14固定於網衣箱體15中央，通過配重沉石16調節浮沉力配備，使浮體4部分在水面以上，部分沒於水面以下。DSP控制器10通過焊接在浮體卡箍6上的上支架8、控制器安裝支架9和螺栓組件固裝於浮體上方。水下攝像裝置1通過視頻光纜束2與DSP控制器10之間進行信號傳輸。水下攝像裝置由4個獨立的密封探頭通過安裝殼體形成多視角布置，其中一個攝像頭位於裝置底端，可以得到攝像頭下方信號，其餘3個攝像頭在水平圓周上呈120°角，可以得到攝像頭水平方向上不同角度的信號。安裝在工作船上的監視系統產品樣機如圖34所示。該監視器雖尚未達到海上與陸地的遠距離無線傳輸，但可實現工作船上近距離控制。該系統採用太陽能供電，通過遙控器控制不同方向或部位的水下探頭輪換工作，視頻信號經高頻無線視頻發射機發射，由專用接收機接收，輸出視頻信號，供使用者觀察或錄製。該系統採用超大自動光圈變焦鏡頭，靈敏度高;遙控部分採用編碼，誤動作少;發射接收部分採用專用頻道，抗干擾能力強。將監視器安裝在網箱的中央一定深度水層，可對網箱工況進行實時在線監控。　　2.聲學監控系統　　在水質較清的海域，可以採用光學監視系統對網箱進行檢查或監控，一旦網衣出現破損，可即刻進行修復，解決網衣安全性問題。但是在我國北方及東部沿海諸省(市)的部分海域，往往以混水為主，光學監視器的有效觀測距離不過幾米，無法對大型網箱進行有效監視。在這種情況下，聲學技術的應用將是有效和合理的選擇。為此，不同的研究者提出了不同的設計方案。有研究者提出採用多部聲吶構成聲學警戒帶的方式對因網衣破損造成的逃魚現象進行監控，其設計思想是在海底布設若干數量的聲吶，對一定數量規模的養殖場實施聲學警戒，來監控網箱的破損或魚類的逃逸。也有人提出採用水下機器人搭載聲吶傳感器的方式，通過給水下機器人設置好行動路線，它就會按預設的路線反覆巡視，水下機器人的行走路線也相當於一個警戒帶。在這個警戒帶中，如果出現了魚類活動的異常現象，機器人就會向管理人員報告，從而達到監控網箱逃魚的目的。對上述兩種設計思想，國內的一些研究者通過分析提出異議，此兩種方式均是在網箱外的養殖海區中進行監測，海區中自然存在的魚群與網箱內逃逸的魚群信號很難區分;網箱外海區水體很大，當監測或巡視到網箱外有魚群時，網箱內的魚已大量逃逸，亡羊補牢，為時已晚。採用聲學技術對網箱中魚體大小和生物量進行監測的方案，得到了許多研究者的認可。即通過網箱內不同養殖品種的目標強度，監測總生物量的變化。當生物量增加時，認為是魚類正常生長;當生物量突然減少時則及時報警，通知工作人員對網箱進行檢查。生物量的變化可以限定在一定數量的逃魚範圍，這樣可對網箱的安全性實施有效的監控。目前國內的一些研究人員正在開展這方面的研究，預期產品樣機將在不久試製出來。此外，國外還開發出一些計算機軟體，可將獲得魚群的聲學信號轉換成圖像信號，雖然其圖像還遠達不到光學圖像的效果，但可對魚群的遊動和魚群的數量進行比較直觀的觀察和判斷。此外，利用聲學手段還可對網箱養殖的投料全過程進行監測。當投放的飼料開始從網箱底部漏出時，就要開始減少投放飼料，並減緩投料量。顯然，利用聲學手段監視餌料的投放全過程，可以減少餌料的浪費，降低飼養成本，有效地保護網箱附近的海洋環境。