海洋牧场鱼类驯化设备的功能与结 构设计

近年来随着海洋生态环境的修复需要，在近海海域投放了大量鱼种。基于上述声响、灯光鱼类驯化试验的结果，将黑鲷驯化的声响频率设定为350 赫兹的单频音，光源设定为500nm 的绿色LED 灯，驯化设备中的相关诱导信号均参照上述指标和设定进行设计，同时考虑到海洋牧场的实际生产环境，综合使用声响、灯光、饵料等来实现对鱼类的驯化，同时使设备的运作完全处于自动化环境中进行无人值守的运行，使用水下视频监控和无线通信技术对驯化设备进行监控和通信。

海洋牧场鱼类驯化设备的功能

海洋牧场鱼类驯化设备的功能主要包括饵料供给、信号诱导、能源供应、通信定位、环境检测、浮体、监控等。驯化设备的工作原理与机制如下：信息诱导系统提供诸如声响、光源等诱导性因子，饵料供给系统负责提供鱼群所需的信息素饵料，控制系统负责实现信号诱导系统与饵料供应系统的工作匹配与逻辑控制，根据条件反射的原理持续不断地对鱼类行为和生活习性进行驯化，从而使鱼群对信号诱导和饵料保存一个长期的记忆，进而实现对鱼群行为的控制，能源供应系统为设备运行提供电力能源支持，监控系统通过水下摄像实现对整个驯化过程和效果的记录与监控，同时该驯化设备可以作为一个独立的海洋平台，搭载各种传感器和监控设备，并通过通信系统实现图像和信息的全过程监控与反馈。

海洋牧场鱼类驯化设备的结构设计

浮体的设计。浮体是海洋牧场鱼类驯化设备的载体，对于设备的安全性和可靠性具有重要影响，在型式上以海洋浮标为基本参照物，经过对比各种型式的浮体优缺点，最终选定盘型浮体作为海洋牧场鱼类驯化设备的载体，在进行浮体样机设计时要综合考虑其直径、吃水、方形、型深等参数以及海浪、海流等因素的影响，精确计算好浮体的重量、重心、浮心坐标、固有周期等重要数值，在浮体的加工与制作过程中要掌握好相关材料的选取和工艺的抉择，确保浮体的安全性和可靠性。饵料供应系统的设计。饵料供应系统主要包括二了仓和饵料输送机构，饵料仓储存和供给饵料，饵料仓设计时需要确保饵料供应的流畅，避免结拱，考虑到浮体的结构和空间，为了最大程度上增加料仓的体积容量，同时也为了后续的加工制造的便利，饵料仓采用中出卸料斗型式，饵料仓的设计与容积要经过精确的计算，饵料仓的加工选材采用不锈钢和铝合金的材质，焊接工艺上选择使用氩弧焊。

饵料输送机采用螺旋输送式，其输送方式可以分为水平输送和螺旋输送两种方式，在设计饵料输送机时需要重点考虑的参数包括输送量、转速、螺旋叶片直径、螺旋轴直径以及螺距等，在二维及三维建模的基础上进行螺旋输送机构的加工，选材上使用304 不锈钢。

控制系统的设计。海洋牧场中鱼类的驯化时间和次数在每天的分布是固定均匀的，所以使用可编程多路定时器和可控开关进行逻辑控制，定时开启驯化设备，实现信号诱导系统和饵料供给系统之间的逻辑控制，经过市场比较和选择最终采用KG316 微型芯片时控开关和JSPD-144 可编程多路定时器。根据黑鲷的驯化设计，通过微型芯片时控开关（KG316）实现对JSPD-144 的电源输入进行控制，从而实现对定时器工作时间的控制。摄像系统首先进入工作状态，将其接入到定时器的OUT1 接口，在定时器开启时其就进入工作状态，定时器工作1 分钟后信号诱导系统开始播放声响和打开光源，定时器工作2 分钟后饵料供给系统开始向鱼群喂饵。通过设定驯化设备可以按照系统控制自动地完成无人守值情况下的鱼类驯化工作。另外可以根据实践需要或经验来对该系统进行持续不断地优化升级。

防沉系统的设计。防沉系统是为了提高驯化设备的安全性，在驯化设备完全没入水中后仍然能够自主浮出水面，目前比较常见的防沉系统有两种类型，一是舱体式防沉系统，二是填充式防沉系统，这两种类型都有其优缺点，经过各种因素的综合考虑，选择填充式防沉系统作为鱼类驯化设备的防沉系统。防沉系统的加工和测试是防沉系统设计中的两个重要环节，要严格按照防沉系统的加工工序进行加工制作。水下监控系统的设计。水下监控系统包括网络摄像机、玻璃罩、箱体、蓄电池、螺杆、撑片等。箱体中防止蓄电池、摄像机及其他固定元器件，玻璃罩放置在箱体的上面，玻璃罩与箱体之间放置橡胶垫片，同时使用法兰对之进行密封处理，网络摄像机可以实现左右350 度、上下90 度旋转，从而可以大范围、立体化地对周围环境进行监控。水下摄像系统可以在局域网和3G 等两种不同的网络环境中进行工作，其供电模块有两种充电方式，一是可取回式220V 充电，二是固定式太阳能充电，从而满足了不同环境和要求下的摄像监控。

通信定位系统的设计。海洋牧场鱼类驯化设备不仅可以用来实现鱼类的驯化，而且还可以作为一个航洋设备平台，搭载检测海洋环境的传感器、气象监测设备等，因此需要通信定位系统来实现相关图像检测信息的反馈与传输。鱼类驯化设备使用锚绳索进行固定，同时需要考虑到一旦锚绳索断裂后设备被冲走后仍然可以找回，就需要在驯化设备上安装定位系统，以便随时跟踪驯化设备的行踪，使用GPS 对驯化设备进行定位，借助3G 网络将相关定位信息回传，实时反馈驯化设备的定位信息和图像信息。

【基金项目】海洋牧场鱼类驯化技术研究及效益分析（编号：201502A228）

（作者单位：河北农业大学海洋学院）