一种带有清洗装置和数据采集系统的深水网箱

彭安华　刘成文　陆波

摘 要 网箱养殖具有节约资源、投资少、效益高、产品品质高等优点。针对目前网箱养殖过程中存在的网箱清洗困难，监测困难等问题，研究了一种深水网衣清洗装置、网衣破损监测及网箱状况监测的数据采集系统。经现场应用表明，这种带有清洗装置和数据采集系统的深水网箱明显降低了工人操作的劳动强度，降低了维护成本，提高了网箱的使用寿命。

关键词 深水网箱；数据采集系统；网衣破损监测

中图分类号：S959；TP274.2 文献标志码：A 文章编号：1673-890X（2016）01--03

近年来，由于过度捕捞，近海的渔业资源日益贫瘠。由捕到养，由近海向远海是未来渔业的经济的出路。深水网箱养殖是指在特定海域利用框架、网衣和锚固等相关配套设施，构成具有较强抗风浪性能的各种形状箱体，能在开放式离岸海区进行的一种养殖方式。由于深水网箱养殖具有节约资源、投资少、效益高、产品品质高等优点，深水网箱养殖在短短几十年内迅猛发展，在挪威、美国、意大利和日本等国家已先后开发出十几种性能优良的深水网箱并广泛应用[1]。我国深水网箱是从1998年海南引进挪威全浮式重力网箱开始的，截至2009年12月，我国深水网箱的应用总量超过5 000只。通过近几年的联合攻关，深水网箱的国家专利已达100多项，基本上掌握了深水网箱的设备研制和养殖的核心关键技术。

但目前，我国的深水网箱仍存在清洗困难、监测困难等难题。传统的深海网箱清洗一般采用人工方式进行：一种方式是把网箱浮到水面后，用高压水枪或者刷子清洗；另一种方式是潜水员签到水下网箱处，用刷子对网箱进行清洗。人工清洗占用人工费用很大，清洗所有时间长，并且对养殖物生长有影响。深水网箱由于网衣破损不能及时发现而造成箱内的鱼大量逃逸，使养殖户造成巨大损失，制约了网箱养殖的发展，而目前使用的红外监视器，若在混水中则光学系统不能奏效，如果使用声呐的方法则需要比较大的投资。因此，如何在深海高效地采集网箱数据成為一个非常有意义的研究方向[2]。目前，已有的深水网箱数据采集系统，其核心技术基本上都掌握在欧美等先进国家中，购买非常昂贵。本文重点研究了一种深水网箱清洗装置和数据采集系统。该技术的应用推广有利于海水养殖方式向集约化、规模化转变，大幅提升海州湾经济鱼种的养殖产量，推动我国海洋与渔业经济快速发展，实现海州湾海洋生物资源的可持续开发和保护。

1 深水网箱清洗装置

深水网箱的主体主要由网架、网衣、沉子和锚碇系统组成，网箱装备的发展在很大程度上依赖于配套设施的强力支持。网箱的主要配套装备有投饵装置、起捕设备、分级装置、水下监视系统、网衣清理机、换网设备、阻流设施等。网衣系统可以防止鱼类逃逸并使其不受外界干扰，是网箱系统必不可少的组成部分。在网箱养殖过程中，海水经常会有藤壶、青口螺、大型藻类等生物附着于框架管壁生长，这些附着物生长速度快，一段时间后几乎覆盖浮管水下的所有表面，随着生物附着物的大量增加，附着物本身的质量会严重影响整个深水网箱浮式框架的浮力性能，造成深水网箱框架受力过重且不均匀，导致深水网箱出现倾斜、下沉、抗风浪能力下降等突出问题；同时，影响工作人员投喂、换网等日常工作，为深水网箱的正常养殖带来不良影响[3]。目前，主要采取以下3类方法防止网衣污损。一是利用海区的生物消长规律，回避生物附着。二是浸泡防污涂料，达到有限度的防附着。NaPT是目前效果最佳的水溶性工业防霉防腐剂，具有高效、广谱、低毒、稳定的特点，被广泛地应用于医药、日化、金属加工、农产品、防腐涂料、皮革制品、纺织、造纸及竹、木、藤、草制品中。研究表明：NaPT还可以影响细胞膜保持合适的PH值的能力，导致细胞酸化并破坏新陈代谢过程，即吡啶硫酮钠不是通过杀死污损生物来实现材料表面的防污，而是通过破坏新陈代谢过程或麻痹等过程来实现对污损生物的趋避。三是定期清洗网箱附着生物。本论文研究的清洗装置如图1所示。在清洗管（1）上设有两组送气管（5），所述的两组送气管（5）的进气端通过三通乙（6）与气源（7）连接，这样可以大大增加气体的压力而产生更多的气泡。在使用时将本装置安装在网箱的底部[4]。当发现网箱的网衣上有海洋植物等杂物附着时，打开气源（7），气源（7）由送气管（5）将气体输送至清洗管（1）内，气体由于压力的作用，由清洗管（1）的微气孔（2）排出并生成气泡。气泡的浮游、爆破等会对附着在网衣上的杂质产生作用力，而达到清洁的目的。单向阀（4）的设置可以有效防止清洗管内的气体倒流，从而增加微气孔往外排出气泡的量。

2 数据采集系统

如图2所示，一种深水网箱数据采集系统，包括压力传感器（1）、位移传感器（2）、信号调理器（3）、数据采集卡（4）、以及计算机（5），其中压力传感器（1）和位移传感器（2）焊接固定在深水网箱（6）下方左右两侧，信号调理器（3）、数据采集卡（4）和计算机（5）放置在深水网箱（6）附近的数据采集船上，压力传感器（1）、位移传感器（2）和信号调理器（3）通过数据线相连接，再通过数据线与数据采集卡（4）相连接，最后数据采集卡（4）通过数据线与计算机（5）相连接。信号调理器（3）包括信号放大器和滤波器，对收集到的信号进行放大和过滤。为了使得监控效果更好，防止深水网箱在水中受各种干扰破坏，设置有防水摄像头（7）安装深水网箱上方左右两侧，通过数据线连接到计算机，更加方便观测深水网箱周围的环境。为了应对海浪等使得深水网箱打翻或者晃动影响监控，数据采集系统还包括位置平衡器（8），位置平衡器（8）安装在深水网箱底部，平衡深水网箱的位置。当然位置平衡器可以有很多种，如最简单的负重铁块，以及各种现有技术中的位置平衡器[5]。

本装置开始采集数据时，通过压力传感器接收深水网箱所受到的压力信号，通过位移传感器接收深水网箱升降位移信号，接收到的信号通过信号调理器进行调理，包括信号放大与一定的滤波，调理后的信号通过通过数据采集卡，再由数据采集卡传到计算机，安装有Labview的计算机可以显示所采集到的压力、位移信号曲线，达到数据采集、实时监控的效果。

另外，为了检测网衣破损情况，本文还设计了一个网衣破损检测装置，如图3所示。在每个网片的网线（1）中加入带绝缘保护层的金属导线（2），金属导线的走向与常规网片的编织方法相同，每根金属导线与网衣编织在一起的一端用耐海水密封胶密封住，另一端接在发射器（3）的一端。在信号发射器上还接有插入水下的电极（4）。在网片正常情况下，不导电；如果网衣破损，则电流通过海水、电极而导通，接通报警电路，然后以无线或有线的方式发送报警信号到信号接收器（5）。经解码可知是哪根金属导线破损，从而得知是哪个网片的网衣破损并采取措施进行修补。

3 结语

发展深水网箱是拓展食物生产空间的有效途径，有利于缓解近海养殖环境压力，保护海洋生态环境[6]。本文研究的装置经过在海州湾海域使用。结果表明，该种装置具有较好的性能，有效地降低了网箱清理的难度，及时获得了网箱的数据及网衣的破损情况，有利于操作人员及时采取补救措施。深水网箱下一步的发展趋势：一是采取数字化的设计、控制技术；二是养殖设施系统的大型化；三是养殖环境生态调控与保障技术；四是养殖地域向外海发展。

参考文献

[1]张朝辉，王波，杨肖杰，等.海水网箱养殖的环境管理[J].海岸工程，2006，25（1）：93-97.

[2]关长涛.HDPE双管圆形深海抗风浪网箱的研究[J].海洋水产研究，2005，26（1）：61-62.

[3]袁军亭，周应褀.深水网箱的分类及性能[J].上海水产大学学报，2006，15（3）：350-358.

[4]郭根喜，陶启友，黄小华，等.深水网箱研制装备技术前沿进展[J].中国农业科技导报，2011，13（5）：44-49.

[5]张旭泽，周敏珑，穆晓伟.深海网箱全自动投饲机械机构设计[J].机械工程师，2015（9）：120-124.

[6]李建平，杨明，陈江春，等.能自动监测网衣破损并报警的深水网箱：中国，02145476.0[P].2003-04-16.

（责任编辑：刘昀）