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[硕士论文] 李震
农业工程 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:硝氮、亚硝氮和氨氮(三氮)是水产养殖水体中氮的三种存在形式。水产养殖水体中过量的三氮会引起养殖水体的富营养化,破坏水体生态平衡,造成鱼、虾和蟹等养殖水产品的死亡,严重影响水产养殖业的产量,造成巨大的经济损失。水产养殖水体中三氮传统的检测方法包括分光光度法、电化学方法和光谱法等,但是这些方法存在很多缺点:检测精度低,样品预处理麻烦,不适合样品的连续检测等。因此需要研究一种快速、准确的水产养殖水体中低浓度三氮的在线检测方法。拉曼光谱技术是一种简单快速的分析方法,已经越来越多的被应用于水质检测领域。论文以水产养殖水体中硝氮、亚硝氮和氨氮为研究对象,分别利用普通拉曼光谱技术、表面增强拉曼光谱技术对水溶液中三氮进行检测和分析研究,并对实际水产养殖水体中的三氮进行检测和分析,实现了对水产养殖水体中硝氮的定量检测。论文主要研究内容如下:
  (1)利用集成的拉曼光谱仪系统,采用普通拉曼光谱方法分别采集水溶液中硝酸根离子、亚硝酸根离子和铵根离子的拉曼光谱。对光谱数据进行分析,结果表明普通拉曼光谱方法可以检测到硝酸根离子(浓度≥1 mg/L)的拉曼特征峰信号,但特征峰强度较弱;低浓度亚硝酸根离子和铵根离子的拉曼特征峰信号检测不到,杂峰较多。
  (2)使用金溶胶表面增强基底对水溶液中三氮进行检测。实验结果表明,使用表面增强拉曼光谱(SERS)技术检测到的硝氮拉曼特征峰信号增强效果显著,并且能够看到NO3-的拉曼特征峰位于1045 cm-1附近;NO2-表面增强拉曼光谱信号强度弱,在浓度比较高时,能够看到NO2-的拉曼特征峰位于1335 cm-1附近;使用SERS方法无法检测到水溶液中低浓度铵根离子的拉曼散射信号。本方法实现了对水溶液中的低浓度硝酸根离子的定性检测。
  (3)采用表面增强拉曼光谱对不同浓度的NaNO3和NaNO2溶液检测,并对光谱数据进行预处理。同时采用一元线性回归法,建立基于表面增强拉曼光谱的 NaNO3和NaNO2溶液的定量分析模型。研究结果表明,不同浓度硝酸钠溶液和其在1045 cm-1处拉曼特征峰强度的标准回归曲线为y=8.2333x+6772.1,相关系数平方R2=0.94279,线性拟合度较好,能够定量检测;亚硝酸钠溶液的浓度相对于拉曼信号强度所建立的标准回归曲线是y=0.9261x+1129.9,相关系数平方R2=0.84696,线性拟合度效果一般,灵敏度一般,只能定性检测;低浓度氨氮的拉曼信号检测不到,不能够进行浓度检测。在水产养殖水体中硝酸氮的检测中,该方法检测限约为1 mg/L,相对标准误差在4.0%-6.0%之间。在1 mg/L-5000 mg/L范围内,该方法检测精度可以满足检测要求,稳定性较好。本文实现了基于金溶胶基底的表面增强拉曼光谱的水产养殖水体中低浓度硝氮的定量检测。
[硕士论文] 杨培思
水工结构工程 广西大学 2017(学位年度)
摘要:鱼道作为水利枢纽中供鱼类洄游而修建的一种过鱼建筑物,是保护天然渔业资源、保护生物多样性及实现可持续发展的一项工程措施。鱼类进入鱼道入口后,鱼道的过鱼效果取决于池室水流的流速分布及流态分布是否合理,而隔板型式是影响池室水流流态的决定性因素。当前国内对鱼道隔板型式的设计没有统一的标准,大部分依靠工程经验,带有一定的主观性,缺少严密的科学论证;休息池不利的水流结构,使鱼道过鱼效果不佳,而国内对休息池不利水流结构改进措施的研究,也处于初步探索阶段;同时,当鱼道穿越坝旁公路、桥梁等建筑物时,受地形条件的限制有时需要设置90°转弯段,而国内对鱼道90°转弯段水力特性的研究较缺乏。鉴此,本文以老口鱼道为工程背景,对竖缝式鱼道隔板型式优化做出初步探索,并分析了鱼道平直段常规池室、休息池和90°转弯段常规池室的水力特性,针对休息池不利的水流结构提出初步的改进措施,主要内容有:
  (1)给出5种竖缝式鱼道隔板型式备选方案,采用室内模型试验和数值模拟计算相结合的方法,对5种隔板型式进行定性和定量的比较分析,并给出最优方案。研究发现:C型隔板主流区较平缓,轨迹偏转率为9%,最大流速沿程衰减率为18%;竖缝断面处流速平均值为0.95 m/s,其径向流速vr与平均流速va的比值为0.91,流速分布合理,在实际工程中可优先采用。
  (2)对老口鱼道隔板型式推荐方案,即C型隔板的水流特性进行三维数值模拟计算。研究发现:水流在池室中形成“S”形流向,流过隔板后在池室中充分消能;主流区分布在沿水流方向的池室右边约1/5~2/5处,主流区平缓,发生一定的偏转,但偏转程度较小,流速值约处于0.4m/s~1.1m/s之间,适合鱼类上溯;回流区范围适中,流速值基本在0.4m/s以下,方便鱼类休息。
  (3)采用数值模拟的方法分析了休息池的水力特性,针对休息池不利的水流结构,提出增设整流挡板的改进措施。研究发现:将整流挡板布置于休息池沿水流方向,距上游横隔板1/2处的左侧边壁,且整流挡板长宽比(n∶m)为2.75时,休息池不利水流结构改进效果最佳;经改进后,休息池主流区大部分区域位于纵向中心线左右两侧,回流区面积接近,是较为理想的流态分布。
  (4)对老口鱼道90°转弯段的水力特性进行计算分析。研究发现:90°转弯段3个池室主流明确,回流范围适中,紊动能大的区域面积小,流场结构合理;主流区最大流速轨迹位于沿水流方向的池室右边约1/5~2/5处,偏转程度适中,主流区流速沿程衰减情况良好,消能效果显著。
[硕士论文] 裴鹏兵
环境科学 汕头大学 2017(学位年度)
摘要:生物净水栅(biological water purification grid)——以聚酯(Polyethylene Terephthalate,PET)为材质通过缠绕成结而形成线性附着基质作为微生物附着的载体,微生物在其表面不断地聚集、生长、繁殖,逐渐形成一层结构复杂的生物膜。近年来,依托于包括净水栅在内的各种基质或载体而发展起来的生物膜技术广泛地应用于污水处理中,而在养殖水体调控上的应用才刚刚开始。经过前期调查,本文将以PET为材质的三种生物净水栅应用于对虾养殖池塘,通过跟踪观察生物膜形成过程及性质分析筛选净水效果最好的生物净水栅,通过监测养殖过程中水生态因子和对虾生长情况,探讨生物净水栅对虾塘养殖生态环境的影响,并进一步采用分子生物学方法比较不同水体、沉积物及虾肠道之间微生物群落组成及多样性,以探讨生物净水栅对养殖环境及虾肠道微生物群落组成的影响。生物净水栅的应用有助于降低生产成本,减少病害发生,提高池塘养殖效益,成为绿色生态养殖的一个有效途径,为水产养殖业可持续发展提供理论依据。
  本文的主要研究结果如下:
  1、2015年4月4日至2015年6月13日,开展了生物膜附着过程实验。本实验选取PET材质的3种不同形状的生物净水栅来进行生物膜附着过程实验。实验结果表明,生物膜的附着过程大体分为3个阶段:发展阶段,水体环境微生物附着生物净水栅表面过程;成熟阶段,生物净水栅表面附着微生物迅速增长和缓慢增长并逐渐形成成熟生物膜的过程;稳定阶段,部分生物膜脱落后趋于稳定的过程。实验期间,Biofilm-3生物膜浓度和膜上叶绿素a含量平均分别为42.00μg·cm-2、2.76μg·cm-2,均分别显著高于Biofilm-1和Biofilm-2(p<0.05)。生物膜上有机物质积累以Biofilm-3最多,干物质和无灰分干物质含量平均分别为362.24mg·g-1和216.65mg·g-1,Biofilm-3膜上干物质含量也显著高于Biofilm-1和Biofilm-2(p<0.05),Biofilm-3膜上无灰分干物质含量极显著高于Biofilm-1和Biofilm-2(p<0.01)。Biofilm-3膜上总菌数平均为10.56×109ind.·g-1,高于Biofilm-1和Biofilm-2(p>0.05)。Biofilm-3膜上弧菌数平均为12.03cfu·g-1,显著低于Biofilm-1和Biofilm-2(p<0.05)。3种生物膜性质参数表明,以Biofilm-3更适合应用于虾塘养殖。
  2、分别于不同池塘设置实验组(添加Biofilm-3生物净水栅)和对照组(未添加任何生物净水栅),于2015年6月23日至2015年12月12日定期采集虾池养殖水(一周一次)、浮游植物(三个月一次)、沉积物(两周一次)及对虾(一周一次)样品,分析生物净水栅对虾塘养殖生态环境及凡纳滨对虾生长情况的影响。实验结果表明,较养殖初期(6月23日至8月15日)相比,养殖末期(10月17日至12月12日)实验池水体氨氮、硝氮、亚硝氮浓度分别下降了38.59%、43.66%、64.14%。实验池和对照池浮游植物平均丰度为3.62×108cells·L-1、5.17×108cells·L-1,实验池浮游植物的Shannon-Wiener指数和均匀度指数分别高于对照池8.70%、6.45%(p>0.05)。在养殖效果方面,实验池凡纳滨对虾的平均体长、体重极显著高于对照池6.13%、16.67%(p<0.01),实验池单位面积饲料用量极显著低于对照池15.44%(p<0.01)。生物净水栅对虾塘养殖生态环境的影响主要表现在以下几个方面:(1)生物净水栅的使用有效地降低了养殖水体中无机氮等营养盐含量;(2)在添加生物净水栅的池塘内,其浮游植物多样性指数和均匀度指数要高于对照池,提高了池塘生态系统结构的稳定性;(3)生物净水栅放置于池塘内,促进了凡纳滨对虾生长,减少了饲料用量,并且不需投药,有效地降低了养殖成本,提高了池塘养殖效益。
  3、采用Illumina Miseq高通量测序技术和生物信息学分析手段,采集生物膜、水体、沉积物和虾肠道样品,分析比较有无生物净水栅条件下水体、沉积物、虾肠道微生物群落组成及多样性的差异,以探讨生物净水栅对养殖环境及虾肠道微生物群落组成的影响。实验结果表明,有生物净水栅池塘水体(T_Water)样品的Shannon指数为4.25,高于无生物净水栅水体(C_Water)样品的4.12,有生物净水栅池塘虾肠道(T_Intestine)样品的Shannon指数为2.04,高于无生物净水栅池塘虾肠道(C_Intestine)样品的1.80。可见,生物净水栅应用于虾塘养殖,提高了水体和虾肠道微生物物种丰富度。在细菌组成上,生物膜(Biofilm)样品(44.94%)、T_Water样品(51.92%)均以蓝细菌门(Cyanobacteria)为最优势细菌门类,有生物净水栅池塘沉积物(T_Sediment)样品(34.20%)、C_Water样品(32.19%)、无生物净水栅池塘沉积物(C_Sediment)样品(33.71%)则以变形菌门(Proteobacteria)为最优势细菌门类。在有益微生物方面,芽孢杆菌属(Bacillus)和乳球菌属(Lactococcus)在T_Sediment中出现的比例分别为26.21%和17.54%,均高于在C_Sediment中出现的比例。另外,在Biofilm样品(4.89%)和T_Intestine样品(1.06%)中鉴定出红杆菌属(Rhodobacter),而在C_Intestine样品中未鉴定出红杆菌属。硝化螺旋菌属(Nitrospira)作为Biofilm特有的有益菌属,占Biofilm样品细菌总数的8.01%。可见,虾塘中铺设生物净水栅增加了虾肠道内有益菌的种类和比例。
[硕士论文] 王永普
水利工程 三峡大学 2017(学位年度)
摘要:修建大坝工程为人类提供防洪、发电、灌溉等效益的同时,其对生态环境的影响备受国内外关注。大坝的修建对上下游河段会产生物理阻隔作用,致使河流生态因子发生明显的变化,对水生生物特别是鱼类产生了威胁。为保护鱼类生态资源,在实际工程中采用了鱼道、集运鱼系统等设施,为进一步提高过鱼效率,工程实际通常对过鱼设施设置配套的辅助导鱼技术,辅助导鱼技术包括声音导鱼、光驱诱鱼、气泡幕、拦鱼栅网、水流导鱼等。
  本文利用鱼类对水流的水力因子的感应,从鱼类的趋流性出发,在单个悬浮式水流导鱼器诱驱鱼机理的基础上,通过数值模拟计算研究在水流中布置多个扰动球时流场的水力特性分布情况,再在实验室中通过球体扰动器对水流制造扰动,验证悬浮式扰动器在纵、横方向上不同间距的布置形式下对鳙幼鱼的诱驱鱼效果。论文的研究内容主要包括以下几个方面:
  1)通过查阅资料,综述国内外水流水力特性对鱼类影响的研究和以往的诱驱鱼的方式;
  2)简述单个悬浮式水流扰动器对流场水力因素的影响并分析对鱼类游泳行为的诱驱效果;
  3)对水流进行数值模拟,计算水流中布置多个扰动器影响下的流速和紊动的流场分布变化规律,并验证模拟的可靠性;
  4)在扰动器影响的各工况下进行鳙幼鱼的游泳上溯实验。通过视频分析、轨迹跟踪技术分析扰动器后面鱼类在洄游过程中的行为特点,验证其诱驱鱼效果;
  5)结合流场水力特性扰动规律和鱼的游泳上溯实验结果分析扰动器在纵、横方向上不同布置距离时的诱驱鱼效果。
  Flow3D对流场的数值模拟显示,扰动器在纵横方向上不同间距时,流场水力特性的分布也不同。
  扰动器横向布置时,在扰动球后可看到明显的流速亏损越靠近球心,流速越小,亏损越严重,而相对紊动强度和紊动能则是不断增大,并且沿程向上,流速变化率在不断增大。但在扰动器的左右两侧因为水流流线在横向上受到球体挤压而变密,存在小范围的流速增大的现象。总的看来,在双球体扰动器的影响下,扰动器后部的流场流速、相对紊动强度和紊动能分布有相互吸引的作用,并且扰动球之间的横向距离越小,相互吸引的作用越强。另外中间的影响区较长,两侧则相对较短,与中间的影响区倾斜靠近,形成一个几近整体的平顺的水流影响区域。
  扰动器纵向布置时,各个水流扰动器后都存在明显的流速亏损及紊动增大的现象。总体看来,三个水流扰动球后的影响区形成一个沿程扩散的连续影响区。在沿程中心线上,扰动器之间区域流速分布基本相同,但随着扰动器间距的增大,流速变化范围增大,变化趋势也增加了渐变段的区间;而第二个扰动器后的扰动分布则受第一个扰动器的影响较大,这段区间的紊动程度较小。
  通过生物学验证实验表明,在横向上布置多个扰动器能够增大水流诱驱鱼的整体区间影响范围。在扰动器横向间距L=2.0D时,扰动器后部都能起到诱驱鱼的效果,另外还发现大部分鱼是从扰动器两侧绕过,有少量经过扰动器中间区域上溯;在扰动器间距L=1.5D时,扰动器后能形成整体的驱鱼区域,鳙鱼基本不会经过两个扰动器中间的空隙部分。另外,在纵向上布置多个扰动器能够起到连续的诱驱鱼效果,但扰动器在不同纵向间距下,诱鱼的效果不尽相同。在扰动器纵向间距L=5D时,中间区域的紊动程度整体较大,基本没有鳙幼鱼进入,表现出驱的作用;在L=8D时,鳙幼鱼进入扰动器之间区域的数量明显增加,但鱼前一个扰动器相比仍较少;而L=10D中,进入中间区域的鳙幼鱼比例只比最后一个扰动器后稍少,说明这段区域形成了有效、连续的“诱“到”驱”的过程。
[硕士论文] 杨怡
控制工程 广东工业大学 2017(学位年度)
摘要:近年来智能化技术已经成为热门话题,人们的需求随着科技的快速发展不断增加。各行各业都离不开智能化技术,乌龟养殖业也不例外,在科技快速发展和强大的市场竞争压力下,养殖者针对稚龟养殖过程中关键性技术问题,提出在养殖装置上智能化的要求。从企业需求的角度出发,在现有技术的基础上,研发更具创新的智能化养龟装置成为一个新的研究方向。
  本文主要针对稚龟养殖中技术的不足点进行研究,对水温、水位进行智能控制,更具创新性的设计出预加热水箱及防盗装置,并申请了实用新型专利且授权,本设计实现多功能于一体的智能养龟箱。在文中,分析了稚龟养殖箱的国内外研究现状,以及现有研发产品。介绍智能养龟箱使用的相关芯片及传感器功能,对于温度恒定的控制方式,本文采用模糊控制算法,结合PWM脉宽调节,控制单片机I/O口输出一定大小的控制量,进而控制恒温装置的功率大小,实现精确的温度控制。关于养龟箱水位的控制,从龟的是生长习性考虑,对水位的要求,不需要非常精确的控制,故本文采用继电器结合阀门及水泵对箱体中的水位进行控制。在器件上将控制器、传感器、继电器、加热棒、恒温装置等运用于养龟箱中,通过电路硬件及软件设计,做出仿真实物,实现恒温、自动恒定水位、自动换水、预加热水温、防盗等功能,测试出结果及数据,并不断的优化结构设计,使这些功能得到更好的实现,系统基本功能运行正常。
  最后,提出本文设计存在的问题及不足,并给出改进方法,为进一步完善产品提供一些参考。
[硕士论文] 耿鸽
控制工程 浙江理工大学 2016(学位年度)
摘要:我省是海洋大省,水产养殖行业发达,作为最重要的形式之一网箱养殖广泛应用于近海养殖。
  目前,网箱养殖在水质监控上,应用了一些传感检测手段,但还存在一些问题,如:接口各异而导致硬件设备不能互换;升级改造困难;不能很好的实时获取数据情况,往往需要依靠人员通过作业船只去获取采样样本,需要较大的开支;系统单一,不能直接组网。
  针对上述问题,课题利用各类传感器,结合无线网络技术、嵌入式与自动控制等技术,确立多层网络拓扑结构,优化网络传输,对系统内各种参数进行实时监测。论文的主要研究工作和成果如下:
  1)综述了国内外网箱养殖的现状,总结了传统网箱养殖监控系统存在的不足,在此基础上,论文提出了低功耗、远距离无线监控系统的整体架构。
  2)设计了传感器节点,实现了水体环境的温度、光照、溶解氧、PH等参数的测量以及无线数据通讯、组网等功能;
  3)设计了智能网关,完成了不同网络类型的转换和传输;
  4)设计了上位机、手机端应用软件,实现养殖现场进行实时监控。
[博士论文] 蒋建明
农业电气化与自动化 江苏大学 2016(学位年度)
摘要:近年来我国水产养殖业发展迅速,据农业部统计截至2015年,我国水产品总量占全球总量的61.7%,在国内大宗农产品出口份额中连续15年位居首位,超过30%。与2014年相比增长3.69%。水产品对外贸易顺差113.51亿美元,连续两年突破百亿大关。传统的水产养殖方式无论从资源利用率、养殖规模、单位产量和养殖效率等方面都难以满足社会日益增长的产量和品质需求,工业化和高密度化养殖已成为当前水产养殖的一种趋势。在水产养殖过程中,水体溶解氧含量是制约规模化发展的重要因子和事故引发的主要原因。当前我国水产养殖过程中一般采用人工控制的机械式增氧,稍有疏忽极易引起鱼虾的大面积死亡,抗风险能力差,而且浪费了人力资源。建立高效的水体溶解氧含量在线测量和自动增氧的测控一体化系统显得非常重要。
  规模化水产养殖存在养殖面积大、地理位置偏僻的特点,水质参数的有线测量需要架设通信电缆,成本高昂难以推广。在无线测控网络中,锂电池供电的测量节点能耗不均匀,个别节点由于能耗大过早失效,降低了无线测控网络的有效生命周期。本文对采用平面路由协议和低能量自适应分群分层路由协议(LEACH)的测控网络进行对比试验,发现采用LEACH层次型路由协议网络的有效生命周期延长19%以上。在应用LEACH协议的水质参数测量网络中,存在两个缺陷:一方面无线测控网络中每个簇的簇首功耗远远大于普通节点,LEACH协议通过等概率随机选择簇首改善了节点能耗的均衡性,但水产养殖参数监控中每个簇首功耗不同,为此在LEACH优化协议中依据节点剩余能量的多少选择簇首,使节点的剩余能量更趋均衡;另一方面水产养殖池中距离基站较远的节点容易提前失效,主要是因为监控面积大,簇首与基站采用单跳通信,远距离节点被选为簇首后向基站发送数据通信距离远,路径损耗采用多路径衰落信道模型,衰减指数为4。为此在优化的LEACH协议中,对远距离簇首与基站通信采用双跳通信,使路径损耗选择自由空间信道模型,衰减指数为2。通过试验验证无线传感网络有效生命周期延长8%,各节点失效时间更加接近,便于批量更换电池,节约了人力成本。
  在水质参数的测量过程中,水体溶解氧参数变化缓慢,系统要求在低浓度下能迅速提高,但对控制精度要求不高,在每一帧内节点测量到溶解氧浓度变化小于0.1mg/L时,不再向簇首发送数据,同时簇首调整各节点在该帧内数据发送时隙,使簇首和节点延长休眠时间,降低了功耗。
  通过无线传感网络测量到水体溶解氧浓度后,由于耕水机在白天充分利用太阳能、风能等以极低的功耗大幅改善水质和提高水体溶解氧含量,但不能起到应急增氧的作用;而叶轮增氧机、微孔曝气增氧机可以应急增氧,为了充分发挥各自的优点,讨论了二者混合增氧的模式。白天通过定时控制耕水机工作为主;晚上或阴雨天以叶轮增氧机等变频增氧为主。文中研究了采用可变PID参数、模糊变频增氧控制。
  本论文研究创新点主要有:
  (1)在无线传感网路采用的LEACH协议中通过节点供电电池剩余能量的多少选择簇首,使节点能量消耗更加均衡;
  (2)依据水产养殖中参数变化缓慢的特点设定数据发送的软、硬阀值,在达到系统精度要求条件下减少了数据发送;
  (3)调整每一帧内的时隙,增加了节点休眠时间;
  (4)依据水产养殖的具体特点,提出了采用耕水机和叶轮增氧机PID、模糊变频等混合式增氧方式,耕水机实现了利用太阳能、风能等绿色增氧,叶轮增氧机变频控制实现了精确、节约增氧目的。
  通过实验表明,采用优化LEACH协议延长了网络有效生命周期;采用混合式变频增氧控制节约了电力资源。溶解氧参数的测量与自动控制相结合不仅节约了人力资源,而且提高了水产养殖系统的安全性。
[硕士论文] 杨洁
农业信息化 河北科技师范学院 2016(学位年度)
摘要:目前,中国中小沿海城市海水工厂化养殖集成化和智能化程度不高。养殖环境参数还需要通过人工测量,设备调节仍需采用手动控制,环境参数得不到及时控制,这些问题导致水产品易出现病害,造成经济损失。同时,粗犷的管理方式也造成养殖成本的增加。针对这些问题,根据对秦皇岛海鑫水产养殖公司的实地调查,本文研究构建了一种基于ZigBee和GPRS技术的海水养殖智能监控管理系统,提高水产品养殖现代化、智能化水平。
  首先,依据工厂化养殖车间结构及设施以及养殖环境监测目标的调查,分析了水产养殖生产监测与远程服务的系统需求和功能需求,给出了系统总体设计方案。
  其次,采用ZigBee技术,构建车间无线传感网络。本文完成了传感器、控制器的选型以及ZigBee终端控制节点硬件设计和软件设计,实现了养殖海水的PH值、溶氧量、温度和养殖棚的光照度等环境信息的采集,并通过继电器自动控制增氧泵、取暖锅炉、卷帘机等环境调节电器设备。
  然后,进行了GPRS网关协调器节点的设计,实现ZigBee网络的数据汇集、ZigBee网络和GPRS网络间的通信、GPRS网络的远程数据通信。网关协调器节点是ZigBee终端节点和远程智能服务管理平台数据传输的纽带,负责上传采集的参数到远程服务器平台,并从远程服务器平台接收控制指令,传送控制指令给ZigBee终端控制节点驱动环境设备的开启和关闭。
  最后,设计了远程智能服务平台。远程智能服务平台接收GPRS网关节点发送的养殖环境参数,存入数据库,提供手机访问界面,方便手机客户端进行实时查询,并根据用户设置的参数阀值进行决策,驱动环境设备来调节养殖环境,实现远程控制功能。
  系统采用ZigBee和GPRS技术,具有低功耗、低成本、硬件可扩展的特点,实现了远程化和智能化,基本满足工厂化水产养殖智能监测和控制的需求。
[博士论文] 胡克
船舶与海洋工程 上海交通大学 2016(学位年度)
摘要:随着海洋资源的开发,海水网箱养殖已成为我国海洋经济的重要增长点,但由于过度的捕捞以及不合理开发造成了海洋生态环境日趋恶化,我国乃至世界各国都在寻求更好的养殖环境和更高质量的养殖产品,因此深水网箱养殖应运而生。深海网箱往往要受到比近海更为恶劣的海况环境考验。而作为一种高投入、高风险、高产出的养殖设备,网箱的安全性能将关系到整个海洋养殖。
  目前,我国的深海网箱的装备主要还是依靠引进国外的同类产品,自主的研发工作较少,缺少对网箱设计的理论的支持。另外,虽然网箱整体的结构庞大,但其构成的部件,例如浮圈、网衣等结构长细比较大,属于小尺度漂浮柔性结构物,而这类结构物与波浪和水流的相互作用机理的研究亟待发展。因此,准确预报网箱的水动力响应正逐渐成为养殖工程装备生产和建造领域的关键问题。基于上述问题,本文首先以数值模拟为出发点,定性的研究了实尺度网箱在波流作用下的水动力特性;另一方面,首次尝试网箱结构在实尺度 KC/Re波浪下的水动力试验,研究浮圈结构以及网衣的水动力特性。最后,基于有限元方法和本文的试验结果,提出了一种数值-试验的混合的方法用于计算实尺度网箱的水动力响应。
  本文研究主要涉及的内容有以下几个方面:
  一、介绍了目前世界上主要使用的深海网箱,并对每一种网箱的优缺点进行了总结,并对目前在深海领域使用最为广泛的一种网箱-重力式网箱的水动力研究进展进行了介绍。
  二、在本文中,首先基于限元方法对实尺度网箱在不规则波流作用下的网箱的运动响应以及锚链力进行了研究。研究结果表明,当波流同时存在的情况下,流的存在会增大浮圈的水平运动幅值,但对浮圈的变形影响不大。此外,还使用了模态叠加法对在不规则波流作用下的网箱的各阶模态权重进行了分析,分析结果表明,随着波高的增加,水平和垂直两个方向的各阶模态权重均有增加;对于同一波高不同的流速条件下,水平方向上可以明显增加刚体模态权重,而对弹性体模态的权重影响不大;但是流速对于垂直模态权重的大小没有影响。
  三、考虑到深海养殖常以多网箱的形式存在,本文基于前面的单网箱模型建立起多网箱系统,并对多网箱内各网箱的运动响应以及锚链张力的变化规律。研究结果表明:当锚链的预张力增加时,网箱在沿波浪传播方向运动的平均值将会明显减小,而且减小的幅度比纵荡要大。另一方面,锚链的预张力对于浮圈的垂向运动影响不大,但是通过计算结果也可以发现浮圈的垂向运动幅值要小于波幅,也就是说浮圈结构在漂浮的过程中将会伴有满溢的现象,这一现象在水动力载荷计算的过程中需要注意。
  四、由于试验条件的限制,目前尚无法进行实尺度网箱在真实海洋环境下的水动力试验。因此,本文基于自主研制的双自由度同时进行振荡的装置,开展了实尺度浮圈的分段模型在大 KC/Re数振荡流下的试验,在研究过程中,主要考虑了不同浸没下KC数、Re数和Vr对于其水动力系数的影响。研究结果显示:在没有出现满溢现象时,半浸没圆柱的阻力系数小于全浸没圆柱的一半而附加水质量系数大于全浸没的一半;当满溢现象出现后,半浸没圆柱的附加水质量系数会出现急剧的增加,而且在高Re数区域内,阻力系数也会显著增大。
  五、本文基于傅里叶级数展开的方法,提取出半浸没圆柱在水平方向上的波浪力的前五阶力的幅值。通过研究发现:在纯振荡流下,随着无因次化频率(β)和KC数的增大,半浸没圆柱的前五阶水动力系数也是随之增大的。而在振荡流伴随流的情况下,前五阶力的系数随着KC数和Vr的增大而增大的。
  六、在拖曳水池中,进行了浮筒带网模型在不同流速、振荡幅值以及周期下的强迫振荡试验,并对模型的水动力特性进行了研究。基于此实验结果以及之前浮圈分段模型试验的结果,研究出一种试验-数值的混合算法,用于预报三维实尺度网箱的水动力响应。
  综上,本文的目的在于认识了解重力式网箱在波流载荷作用下的运动响应特性,通过试验方法研究部分浸没圆柱在实尺度KC/Re数振荡流下的水动力特性,并提出一种更为准确可靠的实尺度网箱的水动力响应预报模型,为网箱的设计提供新的思路。
[硕士论文] 高兴盛
水生生物学 大连海洋大学 2016(学位年度)
摘要:皱纹盘鲍是一种高蛋白、低脂肪的海产单壳贝类,深受沿海城市人们喜爱。皱纹盘鲍目前以销售鲜活产品为主,深加工制品以干鲍为主要形式,部分加工成冷冻产品,一少部分加工成罐头制品。本文对皱纹盘鲍的含油含水率预测、贮藏期间品质变化、干品复水过程水分分布和迁移这三部分进行了研究。
  本研究主要内容包括:⑴采用CPMG序列测定横向弛豫时间T2,结果显示:皱纹盘鲍肉中含有三种水组份。分别是,结合水(T2b)、不易流动水(T21)和自由水(T22)。预测模型结果表明:PCR和PLSR预测模型校正集和交互验证的相关系数都大于0.9,皱纹盘鲍样品水分和脂肪含量PCR模型的交互验证均方根误差(RMSECV)分别为0.7165 g和0.1593 g,PLSR模型的交互验证均方根误差分别为0.4105 g和0.0163 g。通常,一个预测效果较好的模型应该具有较高的相关系数R2和较低的均方根误差。⑵运用低场核磁共振仪并结合真空冷冻包装监测皱纹盘鲍在4℃和-20℃两种温度连续贮藏(0 d、3 d、6 d、9 d、12 d、15 d、21 d、30 d)过程中,皱纹盘鲍的pH值、挥发性盐基氮(TVB-N)、持水力(WHC)的变化。结果表明:随着贮藏时间的延长,两组贮藏温度下皱纹盘鲍pH呈先上升后下降再上升的过程。TVB-N呈现先下降后上升的过程。在贮藏前期,4℃和-20℃贮藏皱纹盘鲍的TVB-N值呈逐渐下降趋势,至30 d时达到最低点;WHC随着贮藏时间的延长,两组贮藏温度在贮藏期30 d内持水力呈逐步下降趋势,且-20℃冻藏皱纹盘鲍的持水力值下降速度明显高于4℃的。⑶将干皱纹盘鲍放入盛有去离子水的烧杯中复水4h、8h、12h、16h、20h、24h、28 h运用核磁共振仪监测复水过程中水分的迁移与分布。结果显示:随着复水时间的延长,干皱纹盘鲍体重不断增加,由横向弛豫图谱T2可以清晰看出0-28 h复水时间段内皱纹盘鲍体内自由水含量逐渐增多,结合水含量变化不明显,这一结果在核磁共振T1和T2加权成像图片上也得到清楚的验证。
[硕士论文] 陈浩凯
检测技术与自动化装置 江苏大学 2016(学位年度)
摘要:本课题利用嵌入式ARM+Linux开发一套水产养殖无线网络远程监控系统,目的在于解决传统水产养殖行业中存在的人工观测控制水质环境参数不精确和有线监测限制于布线、不便携等问题。该系统能为水产养殖领域提供一套方便移动,精确可靠的新方法。
  该系统主要分为三个部分,远程现场数据采集收发设备、服务器中转存储设备、手持终端显示控制设备。远程现场利用MSP430f149单片机将各种传感器采集的水质参数模拟量转换为数字量,并作为ON-OFF控制的数据来源实现对氧、水泵自动控制;各项数据通过华为GTM900C无线模块建立TCP连接,以无线方式发送到远程数据库服务器中并存储。
  服务器采用S3C2440芯片配合必要外围模块,运行linux系统,通过WiFi网卡无线连接路由器与外界进行数据通信。服务器中移植SQLite数据库,对远程现场端发送的参数进行分类插入储存。该专用服务器替代传统计算机主机服务器,剔除多余功能模块,具有造价便宜、设备轻巧、安置方便等优点。
  手持终端也采用S3C2440和Linux搭建最小系统,利用LCD液晶触摸屏进行人机交互,并借助3G高速无线模块在移动状态下和服务器进行数据交换。手持终端可以查看来自现场端的数据和发送控制命令到现场端,控制氧泵和水泵的开闭,手动控制水质参数。
  该系统经雷磁公司研制的水质参数测量仪和德控公司研发的水位测试仪分析对比,具有较高检测精度。现场端、服务器端及客户端之间的交互响应时间短,数据传输成功率高,界面操作简单,菜单分类明确且切换流畅,人机交互感受友好,故该系统具有一定的稳定性及实用性。
[硕士论文] 管云霞
农业电气化与自动化 江苏大学 2016(学位年度)
摘要:随着水产养殖结构的调整,工厂化养殖规模不断扩大,养殖水质对水产品和经济收益的影响不断增加,远程监控系统作为现代水产养殖实现自动化和智能化必不可少的要素快速发展起来。但是,目前大部分水产养殖监控系统仍停留在只是简单的水质监测,不能进行水质参数预测预警的层面;人机交互设备单一,且界面只是简单的原始数据呈现,信息应用价值性不高;数据在系统中传输实时性不强。因此将数据融合应用到水产养殖监控领域,开发基于Web的多任务多终端系统已十分必要。
  本文提出了一套基于数据融合和 Web的水产养殖远程监控系统,实现养殖用户能够随时随地监测水温、溶氧、pH、水位等水质参数信息以及控制增氧机、电磁阀等节点的功能。硬件部分主要为信息采集模块、水环境控制模块、无线通信模块、PC机和手机等。水质参数传输到远程监控中心后,应用数据融合技术,设计了两层融合模型,同类传感器数据融合和异类传感器数据融合,最后以溶解氧为例建立预测模型,并由 Matlab软件进行仿真和误差分析,结果表明融合模型可靠。软件平台应用 B/S模式和C/S模式相结合的结构设计。以远程监控中心作为服务器,以浏览器平台作为B/S体系结构的客户端,Android作为C/S体系结构的客户端,设计了能够满足随时随地监控水产现场的人机交互界面,并着重介绍了浏览器平台的页面刷新技术和ActiveX控制插件设计,以提高系统实时性,增强平台可扩展性,保证水产品生产的高效性和安全性。
  通过各项性能测试,结果表明系统数据准确性高,网络丢包率低,远程手动控制模块成功率为97%,预警模块准确率为94.7%;用户通过有网络覆盖的终端,能实时监控鱼池现状;人机界面友好易操作,能够很好的适应水产养殖的需要。
[硕士论文] 吴兰
技术经济及管理 四川农业大学 2016(学位年度)
摘要:我国是世界第一渔业大国,水产品产量连续23年居世界第一位。近年来我国水产养殖业发展迅速,并在水产养殖技术等各方面取得了许多成果。但在我国水产养殖业快速发展的同时,养殖资源分布不均匀、水产养殖业发展不均衡等问题依然尤为突出。如何突破养殖资源投入的瓶颈,充分利用有限的水域资源提升水产养殖业的经济效益,成为水产养殖业发展面临的首要问题。
  作为水产养殖业最为重要的养殖模式,池塘养殖的生产技术效率如何?哪种养殖规模下生产技术效率最高?主要影响因素有哪些?这些都是水产养殖业发展中不容忽视的问题。本文从池塘淡水养殖业的角度出发,结合眉山市池塘淡水养殖户的实地调研数据,对不同养殖规模池塘淡水养殖户的生产技术效率和影响因素进行了分析。首先,概括眉山市池塘淡水养殖业的发展现状。然后利用基于投入导向的DEA模型测算各养殖规模下池塘淡水养殖的综合效率、纯技术效率和规模效率,并利用Malmquist生产率指数分析养殖户的技术效率和技术进步率的变化情况。最后利用Tobit模型分析不同养殖规模下池塘淡水养殖户综合效率、纯技术效率和规模效率的主要影响因素。
  通过上述研究,本文得出的主要结论有:(1)三种规模养殖户中,大规模养殖户的平均综合效率最高。三种养殖规模下平均综合效率的差异主要是由于规模效率的差异。其中,大规模养殖户的平均规模效率最高,最接近于最佳养殖规模;中、小规模养殖户的平均规模效率相对较低。大规模养殖户中,青鱼养殖户的平均综合效率较低;中规模养殖户中,特种水产品和鲫鱼养殖户的平均综合效率较高;小规模养殖户中,特种水产品养殖户的平均综合效率相对较高。(2)三种规模养殖户的技术效率均有不同程度的提升,其中小规模养殖户的技术效率提升最快。各个养殖规模的技术进步率均表现为不同程度的下滑,中规模养殖户的技术进步率下滑速度最快。(3)大规模养殖户的生产技术效率主要受直接投入、间接投入和养殖品种的影响;中规模养殖户的生产技术效率主要受直接投入、间接投入、养殖面积和养殖户文化水平的影响;小规模养殖户的生产技术效率主要受到直接投入、养殖面积、养殖年限和养殖品种等因素的影响。
  最后,根据以上结论,本文提出以下建议:加大扶持力度,鼓励规模养殖;调整投入结构,优化投入组合;调整养殖品种,改善品种结构;转变养殖观念,提升养殖技能;完善防疫体系,加大监管力度。
[硕士论文] 温子川
水产养殖 大连海洋大学 2016(学位年度)
摘要:本文对菲律宾蛤仔“斑马蛤”中间育成进行了研究。主要内容包括:⑴于2015年5月至10月,以菲律宾蛤仔“斑马蛤”为实验材料,开展了“斑马蛤”渤海池塘底播养殖和黄海獐子岛海区浮筏吊养两种中间育成方式的比较研究,结果表明:渤海池塘底播养殖蛤仔的壳长、湿重生长速度明显快于黄海海区浮筏吊养蛤仔(p<0.05),但浮筏吊养蛤仔存活率明显高于池塘底播养殖蛤仔(p<0.05);采用鲍鱼笼吊养的蛤仔平均壳长、湿重生长速度快于扇贝笼吊养的蛤仔(p<0.05),鲍鱼笼吊养蛤仔优于扇贝笼;鲍鱼笼50枚/层实验组“斑马蛤”的平均壳长、湿重生长速度快于鲍鱼笼100枚/层实验组(P<0.05),而扇贝笼50枚/层实验组与100枚/层实验组的蛤仔平均壳长、湿重差异不显著(P>0.05),但密度越小,蛤仔的平均壳长、湿重越大,养殖密度是影响蛤仔生长的主要因素之一;鲍鱼笼及扇贝笼的上、中、下层对“斑马蛤”的生长、存活无显著影响(P>0.05)。⑵营养成分是评价贝类品质的重要指标。本研究测定了渤海池塘底播养殖及黄海獐子岛海区浮筏吊养两种中间育成方式“斑马蛤”的一般营养成分、氨基酸、脂肪酸的组成与含量,结果表明:在两种不同中间育成方式的“斑马蛤”一般营养成分比较中,水分含量接近,池塘底播养殖“斑马蛤”粗蛋白与灰分含量高于海区浮筏吊养蛤仔,而粗脂肪含量低于浮筏吊养蛤仔;池塘底播蛤仔谷氨酸含量明显高于浮筏吊养蛤仔,池塘底播“斑马蛤”的必须氨基酸(EAAI)高达84.50,高于浮筏吊养“斑马蛤”(68.89);海区浮筏吊养“斑马蛤”的不饱和脂肪酸、EPA(二十碳五烯酸,鱼油)、DHA(二十二碳六烯酸,脑黄金)含量高于池塘底播养殖“斑马蛤”。⑶随着工业的发展,重金属对水产养殖生物的污染已经引起了人们的高度关注。本研究测定了盘锦池塘底播养殖和獐子岛海区浮筏吊养两种中间育成方式的“斑马蛤”体内的重金属组成与含量,结果表明:两种中间育成方式“斑马蛤”体内重金属富集的种类完全相同,分别为Cu、Pb、Zn、Cd、Hg和As。但含量略有差异,獐子岛海区浮筏吊养“斑马蛤”Cu、Pb、Zn与Hg的平均含量大于盘锦池塘底播养殖,但两者差异不显著(p>0.05),而Cd、As的平均含量渤海盘锦池塘底播养殖组明显大于黄海獐子岛海区浮筏吊养组,两种中间育成方式及两个海域水中重金属含量的差异是造成这一结果的主要原因。两个海区的“斑马蛤”中Cu、Pb、Zn、Hg和As的质量指数都相对较低,污染指数均小于0.5,远小于标准限值;值得关注的是,渤海盘锦池塘底播养殖组Cd的质量指数达到0.533,超过标准限值,但黄海獐子岛海区浮筏吊养组的Cd质量指数为0.164,低于标准限值。
[硕士论文] 汪健
水产养殖学 大连海洋大学 2016(学位年度)
摘要:岩扇贝自然分布在北美太平洋沿岸,属于大型海水贝类,具有较强的环境适应能力。成年岩扇贝闭壳肌的大小、风味与其他几种养殖贝类相比有很大优势,备受推崇。近年来,扇贝的增养殖业出现了大滑坡,严重挫伤了渔民的生产积极性。针对上述情况,大连市海洋与渔业局组织了有关的专家进行调研,认为建立一个新的养殖种群是解决这一问题的有效途径之一。在此背景下,开展了关于岩扇贝人工育苗和生长的研究。
  本研究主要内容包括:⑴于2016年2月获得岩扇贝受精卵,并进行其胚胎发育的初步观察。结果表明:岩扇贝受精卵卵径约为70μm从受精卵发育至D形幼虫共需70 h。全程可分为卵裂期、囊胚期、原肠期、担轮幼虫期、面盘幼虫期。⑵2015年人工育苗试验选用规格较大的野生岩扇贝作为亲贝,并于2014年11月从加拿大温哥华引入中国大连。海上暂养至翌年1月初,移至室内升温促熟,水温升至11℃时稳定待产,共培养80 d。结果表明:经阴干、升温、紫外线照射联合刺激获得约8亿卵,授精率为90%,孵化率80%,选育出D形幼虫约6.5亿个;幼虫浮游期持续30 d,成活率为36.4%,采苗后附着变态率不到1%,变态期持续7 d;采苗后培养25 d出池进行海上中间育成。⑶2016年选用规格较小的筏养岩扇贝作为种贝,采用人工控温的方法进行室内人工育苗试验。结果表明:种贝室内培育28 d后自然排卵一次,培育至37 d后用联合刺激法催产,获得约4亿卵,人工授精,受精率为90%,孵化率80%,选育出D形幼虫约3.2亿个;幼虫浮游期持续30d,成活率为31.4%,采苗后附着变态率为13.2%,变态期持续5 d;采苗后培养25 d出池进行海上中间育成。⑷2015年岩扇贝人工育苗所得稚贝转移到旅顺附近海区进行中间育成。数据表明岩扇贝稚贝生长速度与虾夷扇贝相比略慢,平均日增长率为3.5%;存活率约为10%,相比虾夷扇贝的正常水平也略低。⑸岩扇贝幼贝在10,12.5,15,17.5℃,4个温度梯度下共培养2个月,其生长速率先是随着温度的增加,在15℃时达到最大,随后又降低。单因素方差分析显示温度对岩扇贝幼贝生长速率影响显著(P<0.05),温度变化对幼贝存活率影响不显著(P>0.05)。
[硕士论文] 徐晓峰
控制理论与控制工程 江苏大学 2016(学位年度)
摘要:随着社会的不断发展,物联网技术的不断提升,中国农业将得到进一步发展,其中水产养殖业也将从原来的人工作业转化为自动化一体的作业。目前,中国的传统水产养殖业面临着全集成自动化程度不高和水质参数检测缺乏的现象,本文针对国内传统的水产养殖业现状和高密度养殖困难,提出了基于组态王的PLC水产养殖无线测控系统的设计方案。
  本文分析了国内外水产养殖发展的现状,确立了溶解氧为主要被测参数,提出了基于组态王的PLC水产养殖无线测控系统设计方案,阐述了本系统的硬件结构和软件总体设计。本系统由现场从站级、主站监控级、远程监控级三级构成,硬件系统由信号采集模块、指令执行模块、从站控制器、主站控制器、触摸屏、GPRS-DTU模块、服务器、远程终端组成。现场从站级主要由多个西门子PLC224XP、信号采集模块、指令执行模块、GPRS-DTU模块组成。其中模拟量信号由调理电路将信号转化为0到2.5V信号,数字量信号由PLC串口利用自由口通讯方式采集和发送数据,执行器MM420变频器由PLC通过USS协议控制,从而对溶氧泵调速;主站监控级为西门子PLC1200、GPRS-DTU模块、西门子TP700触摸屏组成。主站和现场从站级通过无线模块进行无线Modbus-RTU轮询测控,服务器采用VB2010编程,利用Winsock控件进行无线数据透传;远程监控级由组态王和智能手机监控,实现无线远程测控。在控制算法的选择上由于被控系统为非线性系统且参数时变,因此本文结合溶解氧控制特点,选用基于BP神经网络PID控制算法完成对溶解氧的控制。
  本系统由实践运用证明,基于组态王的PLC水产养殖无线测控系统运行稳定可靠,对溶氧的控制即时稳定,监控室利用组态王监控实时性和稳定性较高,而组态王远程网页监控和智能手机无线终端能实时检测水质参数,避免了由于参数得之不及时产生的严重后果,减少了经济损失。本系统实时性高,运行稳定可靠对物联网和全集成自动化水产养殖发展有着重要意义。
[硕士论文] 陈海磊
农业电气化与自动化 江苏大学 2016(学位年度)
摘要:针对国内水产养殖监控系统测量形式单一,测量范围有限,以及电脑客户端缺乏便携性等问题,运用物联网技术将定点测量与移动测量相结合,设计了一套适合大面积水产养殖的多客户端无线远程监控系统。
  系统由无线传感网络、远程服务器、客户端组成。其中,无线传感网络位于系统的感知层,包含多个固定传感节点与控制节点,一个移动传感节点和一个汇聚节点。传感节点通过ZigBee网络将采集的水质信息发送到汇聚节点,汇聚节点将数据汇总后通过GPRS模块发送到远程监控服务器。同样,汇聚节点在收到服务器的控制命令后,将指令发送给控制节点,控制节点触发执行器并反馈执行器状态。无线传感网络的硬件设计包括CC2530最小系统电路设计、传感器调理电路设计、通信接口电路设计、GPS定位模块设计和电源模块设计。软件设计则是利用IAR软件对ZigBee协议栈进行二次开发。远程服务器位于系统的中枢层,不仅具有实时数据接收,水质参数异常监控的功能,还具有历史数据查询,移动节点导航,近期数据曲线显示,以及与客户端数据交互等功能。服务器在Visual Studio2010集成软件环境下开发,使用的语言为VB.NET。客户端位于系统的表达层,负责与用户进行信息交互。系统的客户端除了传统的电脑客户端外,还包括安卓客户端与微信公众号。用户可以通过安卓客户端实时观测数据变化,也可以通过微信公众号查询最新数据。其中,安卓客户端采用JAVA语言开发,微信公众账号则是使用PHP语言开发。本系统不仅可以对水温、pH、溶解氧等参数信息进行采集、处理和存储,同时还实现了对控制节点的远程控制。系统不受时间和地域的限制,操作简单,可靠性强,用户可以在任何有网络的地方利用安卓客户端或微信公众号实施远程监控。本系统的下位机不仅可以作为整个监控系统的一部分,而且还可以单独作为野外监控系统使用。
  本系统在江苏省扬中市现代化水产养殖基地实际调试,调试结果良好,无线近程与远程通信都稳定可靠,服务器能够长期稳定运行,客户端能够及时准确地更新数据,采集的数据符合实际变化规律。实验表明:本系统具备高度的实用性和良好的精确度,可以满足智能化水产养殖参数数据远程无线监控的要求。
[硕士论文] 王吉祥
农业电气化与自动化 江苏大学 2016(学位年度)
摘要:随着经济和科学技术的发展,水产养殖业由粗放走向精细化是必然趋势。目前我国水产养殖业呈现单位产量低、效益低、污染严重、可持续性差、机械化和自动化程度不高等现状,严重限制了水产养殖业的高效发展。另外传统投饲手段采用人工投饲方式,成本越来越高,并且全凭主观意识判断投饲量,数量过高会浪费饲料、增加成本、污染养殖环境,数量过低会导致养殖对象生长参差不齐。因此本课题利用先进的嵌入式机器视觉技术研发水产养殖自动投饲装置,能够合理使用饲料,提高养殖效益。
  目前,国内利用嵌入式机器视觉和水产养殖业相结合的技术研究较少。本课题用图像分析技术与嵌入式技术相结合实现嵌入式机器视觉在水产养殖业中的应用,主要内容可归纳为以下几方面:
  (1)运用分水岭算法识别池塘水面浮饵图像。分水岭算法属于区域检测分割方法,使用分水岭算法对图片中的浮饵进行分割,并与常见的几种边缘检测分割算法的效果作对比,发现区域检测分割的方法更适合浮饵分割。但是在分水岭算法进行浮饵目标分割过程中容易出现过分割问题,所以先采用滤波去噪、灰度增强及数学形态学与分水岭算法相结合的图像处理方法,再使用分水岭分割浮饵图像,并基于最小二乘支持向量机对图像中的浮饵进行识别和个数统计。
  (2)基于模糊控制方法对投饲系统有效控制。由于投饲控制系统具有非线性、时变性、多变量耦合等特征,使用传统方法很难实现精细化投喂,所以本课题在投饲控制系统中加入模糊控制方法。根据模糊控制的基本原理和结构建立以剩余浮饵数和鱼群进食速度为输入变量,投饵时间为输出变量的模糊控制器以及模糊控制表。通过投饲实验证实模糊控制可以降低残饵量和提高养殖效益。
  在解决上述关键技术基础上并完成相关平台搭建和具体实验后,得出的研究结果表明:使用机器视觉的浮饵自动投放装置,浮饵识别率较高,投料比较合理,浮饵浪费较少,能有效提高投饲效益,符合精细化水产养殖的需求。
[硕士论文] 杨超
水产养殖 大连海洋大学 2016(学位年度)
摘要:现代渔业发展进程中,封闭循环水养殖模式以其占地少,节水、节电、减排,同时养殖过程不受外界环境影响等优点备受关注,因此该种养殖方式是今后水产养殖发展的重要方向。本文对循环水养殖几个重要环节,如 pH值的调节、纯氧增氧、臭氧消毒和泡沫排污等进行了研究,同时利用研究结果对相应的设备和循环水养殖工艺进行了优化与整合。最后利用优化的循环水养殖系统进行了为期一年的珍珠龙胆石斑鱼的养殖研究。
  本研究主要内容包括:⑴发明出一套循环水养殖pH值自动调节装置。通过实验结果可知该套装置可以自动调节循环水养殖水体稳定在pH值6.5~8的某个狭小范围,这样可以根据不同养殖对象对PH值的需求,设定相应的pH调节范围,并使其稳定,达到养殖动物处在安全养殖环境的目的。本文也为循环水养殖中pH的调节提供了新的方法和理论依据。⑵对增氧设备也进行了改进,研究结果表明:当供氧量为5l/min时利用常压氧锥文丘里管供氧方式出水口的溶解氧可以达到16.37mg/L,溶解氧增加值达到8.94mg/L,增氧率为120.32%,氧气利用率为62.56%;常压氧锥散气石供氧方式出水口的溶解氧可以达到15.56mg/L,溶解氧增加值达到7.88mg/L,增氧率为102.60%,氧气利用率为55.14%,而利用该种方式在供氧量为4l/min时氧气利用率达到最大为57.29%;氧锥加压、文丘里管供氧方式出水口的溶解氧可以达到16.79mg/L,溶解氧增加值达到9.34mg/L,增氧率为102.60%,氧气利用率为65.36%;氧锥加压、散气石供氧方式出水口的溶解氧可以达16.43mg/L,溶解氧增加值达到8.87mg/L,增氧率为117.33%,氧气利用率为50.07%。综上可以看出利用文丘里管给气方式的氧锥增氧效果要好于利用散气石给气的养锥增氧效果,加压氧锥增氧效果好于常压养锥增氧效果。⑶利用汇新自制的臭氧机生产臭氧并对养殖水体进行处理其结果为:当臭氧浓度较低时对亚硝酸盐的去除率高达95.7%、对COD去除率为19.77%,但在短时间内对氨氮没有去除能力还使氨氮浓度有所增加。只有当臭氧浓度足够高时才会对氨氮有去除效果,但是高浓度臭氧对养殖动物不利,所以可以认为在封闭循环系统中臭氧对养殖水体中的氨氮去除是无效的。⑷利用两种给气方式的泡沫分离器对养殖水体中TSS和COD的去除研究,结果表明:文丘里管泡沫分离器对TSS的去除率最高为30.81%,而散气石泡沫分离器对TSS的去除率最高为25.81%。文丘里管泡沫分离器对COD的去除率最高为25.82%,而散气石泡沫分离器对COD的去除率最高为22.38%。⑸在封闭循环水养殖系统优化后进行了为期一年的珍珠龙胆石斑鱼的养殖实验,结果表明:养殖期间水温为26~29℃,盐度25~30,溶解氧(DO)≥8mg/L,氨氮浓度为0.3~0.9mg/L,亚硝酸盐为0.1~0.25mg/L,pH值在6.0以上。养殖期间的平均TSGR为0.64±0.03%,总成活率80.11%,平均饲料系数1.03,密度由13.82kg/m3增加到102.00kg/m3,投入产出比为1:2.61,实验结果将为开展高密度养殖珍珠龙胆石斑鱼提供了实验依据。
[硕士论文] 祝楠
海洋科学 哈尔滨工业大学 2016(学位年度)
摘要:近几年刺参价格下降,市场对刺参的需求量增加,这给刺参养殖业仍带来较大的压力。刺参对温度的敏感性导致刺参每年适合生长的时间较短,并且成参有“夏眠”现象,造成刺参整个养殖周期较长。自然情况下刺参生长容易受自然环境的影响,较长的养殖周期积累的养殖风险仍然较高。工厂化循环水养殖是一种控温养殖,具有节水环保、健康养殖等优点,因此研究刺参循环水养殖对刺参产业的可持续发展具有一定的经济意义和社会意义。
  本论文设计建造了两套室内实验室水平的刺参循环水养殖系统。每套系统由4个养殖缸、沉淀蓄水池、水处理单元和自动控制系统四部分组成。养殖过程能够实现对养殖废水的自动化水处理和换水,此外本系统还可以控制温度达到适宜刺参生长的水温,解除温度对刺参生长的影响。对循环水养殖与静水养殖进行了试验研究,循环水养殖控制水温在14-16℃,静水养殖水温在18℃以上。结果表明循环水系统通过控温使刺参每天生长率为0.13%,显著高于静水养殖,水质中的亚硝态氮浓度去除30.7%,氨氮浓度去除44.2%,能保持良好的水质环境。
  优质的饵料是保证刺参生长率的重要因素。本论文选用的刺参饲料是以海带渣为主要成分、接种5%两种市售的微生态制剂的发酵饵料。采用恒温水浴保温,发酵的含水量增加到59%,维持发酵温度在33±1℃,发酵时间缩短至5d,发酵完成时pH低于6.5。结果表明两种发酵饵料都具有提高刺参摄食量的作用,同时可改善水质。
  论文探究了不同换水率对刺参生长的影响。每天对养殖缸采取0、10%、20%、30%和100%的换水率,养殖初始密度为3.28kg·m-3,用发酵饵料饲喂成参,养殖周期为21d。结果发现换水率为10%和20%每天的生长率分别为1.33%和1.41%,显著高于其他换水率。换水率越大,养殖水质越好。考虑换水成本,选用15%作为循环水养殖的参考换水率。
  论文同时探究了养殖密度对刺参生长的影响。设置3.64kg·m-3、2.81kg·m-3、1.76kg·m-3、和0.98kg·m-3四个养殖密度,用发酵饵料饲喂成参,每天换水率为15%,养殖周期为28d。结果表明养殖密度越大,生长率越低,2.81kg·m-3的养殖密度下刺参每天生长率为0.56%,生长率较高,水质良好。考虑经济效益,选用2.81kg·m-3作为循环水养殖的参考养殖密度。
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