一種帶有清洗裝置和數據采集系統的深水網箱

彭安華　劉成文　陸波

摘 要 網箱養殖具有節約資源、投資少、效益高、產品品質高等優點。針對目前網箱養殖過程中存在的網箱清洗困難，監測困難等問題，研究了一種深水網衣清洗裝置、網衣破損監測及網箱狀況監測的數據采集系統。經現場應用表明，這種帶有清洗裝置和數據采集系統的深水網箱明顯降低了工人操作的勞動強度，降低了維護成本，提高了網箱的使用壽命。

關鍵詞 深水網箱；數據采集系統；網衣破損監測

中圖分類號：S959；TP274.2 文獻標志碼：A 文章編號：1673-890X（2016）01--03

近年來，由于過度捕撈，近海的漁業資源日益貧瘠。由捕到養，由近海向遠海是未來漁業的經濟的出路。深水網箱養殖是指在特定海域利用框架、網衣和錨固等相關配套設施，構成具有較強抗風浪性能的各種形狀箱體，能在開放式離岸海區進行的一種養殖方式。由于深水網箱養殖具有節約資源、投資少、效益高、產品品質高等優點，深水網箱養殖在短短幾十年內迅猛發展，在挪威、美國、意大利和日本等國家已先后開發出十幾種性能優良的深水網箱并廣泛應用[1]。我國深水網箱是從1998年海南引進挪威全浮式重力網箱開始的，截至2009年12月，我國深水網箱的應用總量超過5 000只。通過近幾年的聯合攻關，深水網箱的國家專利已達100多項，基本上掌握了深水網箱的設備研制和養殖的核心關鍵技術。

但目前，我國的深水網箱仍存在清洗困難、監測困難等難題。傳統的深海網箱清洗一般采用人工方式進行：一種方式是把網箱浮到水面后，用高壓水槍或者刷子清洗；另一種方式是潛水員簽到水下網箱處，用刷子對網箱進行清洗。人工清洗占用人工費用很大，清洗所有時間長，并且對養殖物生長有影響。深水網箱由于網衣破損不能及時發現而造成箱內的魚大量逃逸，使養殖戶造成巨大損失，制約了網箱養殖的發展，而目前使用的紅外監視器，若在混水中則光學系統不能奏效，如果使用聲吶的方法則需要比較大的投資。因此，如何在深海高效地采集網箱數據成為一個非常有意義的研究方向[2]。目前，已有的深水網箱數據采集系統，其核心技術基本上都掌握在歐美等先進國家中，購買非常昂貴。本文重點研究了一種深水網箱清洗裝置和數據采集系統。該技術的應用推廣有利于海水養殖方式向集約化、規模化轉變，大幅提升海州灣經濟魚種的養殖產量，推動我國海洋與漁業經濟快速發展，實現海州灣海洋生物資源的可持續開發和保護。

1 深水網箱清洗裝置

深水網箱的主體主要由網架、網衣、沉子和錨碇系統組成，網箱裝備的發展在很大程度上依賴于配套設施的強力支持。網箱的主要配套裝備有投餌裝置、起捕設備、分級裝置、水下監視系統、網衣清理機、換網設備、阻流設施等。網衣系統可以防止魚類逃逸并使其不受外界干擾，是網箱系統必不可少的組成部分。在網箱養殖過程中，海水經常會有藤壺、青口螺、大型藻類等生物附著于框架管壁生長，這些附著物生長速度快，一段時間后幾乎覆蓋浮管水下的所有表面，隨著生物附著物的大量增加，附著物本身的質量會嚴重影響整個深水網箱浮式框架的浮力性能，造成深水網箱框架受力過重且不均勻，導致深水網箱出現傾斜、下沉、抗風浪能力下降等突出問題；同時，影響工作人員投喂、換網等日常工作，為深水網箱的正常養殖帶來不良影響[3]。目前，主要采取以下3類方法防止網衣污損。一是利用海區的生物消長規律，回避生物附著。二是浸泡防污涂料，達到有限度的防附著。NaPT是目前效果最佳的水溶性工業防霉防腐劑，具有高效、廣譜、低毒、穩定的特點，被廣泛地應用于醫藥、日化、金屬加工、農產品、防腐涂料、皮革制品、紡織、造紙及竹、木、藤、草制品中。研究表明：NaPT還可以影響細胞膜保持合適的PH值的能力，導致細胞酸化并破壞新陳代謝過程，即吡啶硫酮鈉不是通過殺死污損生物來實現材料表面的防污，而是通過破壞新陳代謝過程或麻痹等過程來實現對污損生物的趨避。三是定期清洗網箱附著生物。本論文研究的清洗裝置如圖1所示。在清洗管（1）上設有兩組送氣管（5），所述的兩組送氣管（5）的進氣端通過三通乙（6）與氣源（7）連接，這樣可以大大增加氣體的壓力而產生更多的氣泡。在使用時將本裝置安裝在網箱的底部[4]。當發現網箱的網衣上有海洋植物等雜物附著時，打開氣源（7），氣源（7）由送氣管（5）將氣體輸送至清洗管（1）內，氣體由于壓力的作用，由清洗管（1）的微氣孔（2）排出并生成氣泡。氣泡的浮游、爆破等會對附著在網衣上的雜質產生作用力，而達到清潔的目的。單向閥（4）的設置可以有效防止清洗管內的氣體倒流，從而增加微氣孔往外排出氣泡的量。

2 數據采集系統

如圖2所示，一種深水網箱數據采集系統，包括壓力傳感器（1）、位移傳感器（2）、信號調理器（3）、數據采集卡（4）、以及計算機（5），其中壓力傳感器（1）和位移傳感器（2）焊接固定在深水網箱（6）下方左右兩側，信號調理器（3）、數據采集卡（4）和計算機（5）放置在深水網箱（6）附近的數據采集船上，壓力傳感器（1）、位移傳感器（2）和信號調理器（3）通過數據線相連接，再通過數據線與數據采集卡（4）相連接，最后數據采集卡（4）通過數據線與計算機（5）相連接。信號調理器（3）包括信號放大器和濾波器，對收集到的信號進行放大和過濾。為了使得監控效果更好，防止深水網箱在水中受各種干擾破壞，設置有防水攝像頭（7）安裝深水網箱上方左右兩側，通過數據線連接到計算機，更加方便觀測深水網箱周圍的環境。為了應對海浪等使得深水網箱打翻或者晃動影響監控，數據采集系統還包括位置平衡器（8），位置平衡器（8）安裝在深水網箱底部，平衡深水網箱的位置。當然位置平衡器可以有很多種，如最簡單的負重鐵塊，以及各種現有技術中的位置平衡器[5]。

本裝置開始采集數據時，通過壓力傳感器接收深水網箱所受到的壓力信號，通過位移傳感器接收深水網箱升降位移信號，接收到的信號通過信號調理器進行調理，包括信號放大與一定的濾波，調理后的信號通過通過數據采集卡，再由數據采集卡傳到計算機，安裝有Labview的計算機可以顯示所采集到的壓力、位移信號曲線，達到數據采集、實時監控的效果。

另外，為了檢測網衣破損情況，本文還設計了一個網衣破損檢測裝置，如圖3所示。在每個網片的網線（1）中加入帶絕緣保護層的金屬導線（2），金屬導線的走向與常規網片的編織方法相同，每根金屬導線與網衣編織在一起的一端用耐海水密封膠密封住，另一端接在發射器（3）的一端。在信號發射器上還接有插入水下的電極（4）。在網片正常情況下，不導電；如果網衣破損，則電流通過海水、電極而導通，接通報警電路，然后以無線或有線的方式發送報警信號到信號接收器（5）。經解碼可知是哪根金屬導線破損，從而得知是哪個網片的網衣破損并采取措施進行修補。

3 結語

發展深水網箱是拓展食物生產空間的有效途徑，有利于緩解近海養殖環境壓力，保護海洋生態環境[6]。本文研究的裝置經過在海州灣海域使用。結果表明，該種裝置具有較好的性能，有效地降低了網箱清理的難度，及時獲得了網箱的數據及網衣的破損情況，有利于操作人員及時采取補救措施。深水網箱下一步的發展趨勢：一是采取數字化的設計、控制技術；二是養殖設施系統的大型化；三是養殖環境生態調控與保障技術；四是養殖地域向外海發展。

參考文獻

[1]張朝輝，王波，楊肖杰，等.海水網箱養殖的環境管理[J].海岸工程，2006，25（1）：93-97.

[2]關長濤.HDPE雙管圓形深海抗風浪網箱的研究[J].海洋水產研究，2005，26（1）：61-62.

[3]袁軍亭，周應褀.深水網箱的分類及性能[J].上海水產大學學報，2006，15（3）：350-358.

[4]郭根喜，陶啟友，黃小華，等.深水網箱研制裝備技術前沿進展[J].中國農業科技導報，2011，13（5）：44-49.

[5]張旭澤，周敏瓏，穆曉偉.深海網箱全自動投飼機械機構設計[J].機械工程師，2015（9）：120-124.

[6]李建平，楊明，陳江春，等.能自動監測網衣破損并報警的深水網箱：中國，02145476.0[P].2003-04-16.

（責任編輯：劉昀）