一种智能鱼卵采集与早期资源量监测估算装置的制作方法

1.本发明涉及鱼类早期资源的监测技术领域，特别是涉及一种智能鱼卵采集与早期资源量监测估算装置。


背景技术：

2.鱼类的群落结构变化影响着水生生物环境的生态平衡，评估鱼类早期资源量是了解鱼类物种组成与种群规模的重要手段，有助于指导渔业的开发利用和生态系统的保护修复。鱼类的早期生活史主要包括鱼卵、仔鱼和稚鱼阶段，其资源量是反映鱼类繁殖规模和种群规模的重要标准。
3.传统鱼卵早期资源的采集可以使用主动网具或定置网具。主动网具主要为浮游生物网，需要由船体拖曳，适宜采集静水湖泊中的鱼卵和仔鱼。定置网具包括圆锥网、弶网和纺锤形网等，固定在抛锚的船体上，适宜采集江河干流中的鱼卵和仔鱼。
4.江河中鱼卵的采样方法通常是固定河道断面采样点，选择合适的采集网箱，在网箱四周捆绑圆柱形塑料桶，保证网箱在悬浮在河流上。每次采集耗时2-3小时，采样结束后，需要人力打捞起网箱再进行样本的分拣分装。
5.现有的江河鱼卵采集与早期资源监测装置存在以下缺陷：
6.(1)采集装置体积庞大且操作困难，实际使用中要由渔船拖曳至固定监测断面放网采样，采样流程繁琐，需要投入大量的人力物力，且采集作业时间长、效率低。
7.(2)在江河的急流环境中，鱼卵受河流水动力输运影响，在河道断面上的散布往往是随机。但现有采集网通常只能在河道断面固定位置进行采样，采集的是河流表层的样方，难以监测中下层的鱼卵资源量，缺少在一个监测断面上进行多个垂向测线的鱼卵采样，所评估的只是漂浮在河水表层的鱼卵密度，影响了早期资源量的评估准确性。
8.(3)现有的鱼卵采集和早期资源评估由于难以搭载测量仪器，通常只能将流速仪放置于网口处测出流速，其他水文信息往往只能通过附近水文站获得，对于河流环境参数的监测准确性低。
9.(4)若在一次采样过程中发生网目破损等状况，则会极大程度的影响当次采样中鱼卵密度的计数。


技术实现要素：

10.针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种智能鱼卵采集与早期资源量监测估算装置，解决了现有的江河鱼卵采集与早期资源监测装置存在采集作业时间长、效率低和只能对在河水表层的鱼卵密度进行采集评估的问题。
11.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
12.提供了一种智能鱼卵采集与早期资源量监测估算装置，其包括潜水器，潜水器前方设置有感知模块，感知模块用于监测潜水器运行状态，底部设置有鱼卵集网箱，鱼卵集网箱的网口位于潜水器前方，鱼卵集网箱的网口处设置有流速仪，流速仪与潜水器固定连接；
鱼卵集网箱网口的正前方设置有与感知模块电性连接的摄像头。
13.本发明的一种智能鱼卵采集与早期资源量监测估算装置的基本原理为：感知模块实现潜水器的姿态稳定，通过在潜水器上设置有鱼卵集网箱，潜水器可以带动鱼卵集网箱在一个断面内多个垂向测线下任意指定水深的鱼卵采集工作，不仅有利于了解河流中下层鱼卵早期资源量的分布规律，而且潜水器带动鱼卵集网箱可在水下自由运动，并在设定深度位置点固定悬停，实现了灵活、便捷和高效率的鱼卵采集作业；同时鱼卵从网口处随着水流进入鱼卵集网箱，流速仪能在鱼卵采集过程中实时记录河流水文特征参数，摄像头实时记录鱼卵采集过程影像，并按设定时间间隔下拍摄鱼卵集网箱内影像，实现对任意指定水深位置的鱼卵密度进行评估，有利于更准确的估算鱼类早期资源量。
14.进一步地，作为潜水器的一种具体实施方式，潜水器包括主舱体，鱼卵集网箱设置于主舱体的下方，鱼卵集网箱的网口开设于潜水器向前运动方向；主舱体的前端设置有感知模块，主舱体内设置有控制系统，主舱体的后端设置有电源系统和螺旋桨推进器；
15.感知模块、所示控制系统和螺旋桨推进器均与电源系统电性连接；
16.感知模块包括与主舱体前端固定连接的壳体，壳体内设置有图像传感器、速度传感器、电子罗盘和三轴陀螺仪；摄像头与图像传感器电性连接；
17.主舱体内设置有控制系统，控制系统包括中央控制器和与中央控制器电性连接的信号模块，信号模块通过地面中继通信基站与地面软件系统电性连接；
18.图像传感器、速度传感器、电子罗盘、三轴陀螺仪和螺旋桨推进器均与中央控制器电性连接。
19.图像传感器用于将摄像头实时记录鱼卵采集过程图像传递至中央控制器，中央控制器通过信号模块将鱼卵采集过程图像回传至地面软件系统，地面软件系统可以通过图像识别技术快速计算出鱼卵密度，更准确的估算鱼类早期资源量。
20.速度传感器用于实时监测潜水器的速度信息、电子罗盘用于实时监测潜水器的方位信息、三轴陀螺仪用于实时监测潜水器的运行姿态信息，并将上述信息传递至中央控制器，中央控制器控制螺旋桨推进器运行，实现潜水器带动鱼卵集网箱在一个断面内多个垂向测线下任意指定水深的鱼卵采集工作，有利于了解河流中下层鱼卵早期资源量的分布规律。
21.进一步地，作为螺旋桨推进器的一种具体实施方式，螺旋桨推进器包括与中央控制器电性连接的舵机，舵机的输出轴上连接有螺旋桨；中央控制器控制舵机的转速和旋转角度，进而实现潜水器带动鱼卵集网箱在水中移动。
22.进一步地，主舱体的顶部设置有用于浮潜控制单元，浮潜控制单元包括封闭缸体和导水活塞，导水活塞用于向封闭缸体注入或排出水；浮潜控制单元控制封闭缸体空气体积实现潜水器的沉浮，其原理为潜水艇的沉浮原理相同；浮潜控制单元上还设置有与中央控制器电性连接的抗流自锁浮停模块，抗流自锁浮停模块配合感知系统和控制系统可以实现水下定点悬停。
23.进一步地，鱼卵集网箱与主舱体可拆卸连接。每次鱼卵采样结束后，潜水器上浮拆卸下鱼卵集网箱，收集样品保存，同时待另一组鱼卵集网箱更换完成后即可进行下一采样点的鱼卵采集，使得样本固定工作和新一组样品采样工作可以同步开展，提高了鱼卵采集工作的效率。
24.进一步地，作为鱼卵集网箱具体的设置方式，鱼卵集网箱包括网箱框架，网箱框架呈上端大下端小的四棱台结构，网箱框架的顶部与主舱体的底部可拆卸连接，网箱框架的四周均设置有鱼卵网；位于靠近主舱体前端的网箱框架侧的鱼卵网上开设有网口。
25.进一步地，流速仪为声学多普勒流速剖面仪，流速仪主体设置于主舱体内部，流速仪的探测端位于鱼卵网的网口处。
26.进一步地，网箱框架的底部设置有支撑脚架。
27.本发明的有益效果为：1、智能鱼卵采集与早期资源量监测估算装置可在水下自由运动，并在设定深度位置点固定悬停，实现了灵活、便捷的鱼卵采集作业。
28.2、智能鱼卵采集与早期资源量监测估算装置可在指定水深位置的鱼卵采集，并在同一采用断面上监测多个垂向测线的鱼卵密度，实现对河流中下层的鱼卵样方采集，有利于更准确的估算鱼类早期资源量。
29.3、智能鱼卵采集与早期资源量监测估算装置中的图像传感器用于将摄像头实时记录鱼卵采集过程图像传递至中央控制器，中央控制器通过信号模块将鱼卵采集过程图像回传至地面软件系统，地面软件系统可以通过图像识别技术快速计算出鱼卵密度，更准确的估算鱼类早期资源量。
30.4、智能鱼卵采集与早期资源量监测估算装置中可拆卸式鱼卵集网箱的设计，使得样本固定工作和新一组样品采样工作可以同步开展，提高了鱼卵采集工作的效率。
附图说明
31.图1为一种智能鱼卵采集与早期资源量监测估算装置的结构示意图。
32.图2为一种智能鱼卵采集与早期资源量监测估算装置的结构剖视图。
33.其中，1、感知模块；2、主舱体；3、支撑脚架、4、螺旋桨推进器、5、摄像头；6、流速仪；7、控制系统、8、电源系统、9、浮潜控制单元；10、鱼卵集网箱；101、网箱框架；102、鱼卵网。
具体实施方式
34.下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
35.实施例1
36.如图1～图2所示，本发明提供了一种智能鱼卵采集与早期资源量监测估算装置，其包括潜水器，潜水器前方设置有感知模块1，感知模块1用于监测潜水器运行状态，底部设置有鱼卵集网箱10，鱼卵集网箱10的网口位于潜水器前方，鱼卵集网箱10的网口处设置有流速仪6，流速仪6与潜水器固定连接；鱼卵集网箱10网口的正前方设置有与感知模块1电性连接的摄像头5。
37.具体地，流速仪6为adcp型号的声学多普勒流速剖面仪，流速仪6主体设置于主舱体2内部，流速仪6的探测端位于鱼卵集网箱10的网口处。
38.本实施例中，感知模块1实现潜水器的姿态稳定，通过在潜水器上设置有鱼卵集网箱10，潜水器可以带动鱼卵集网箱10在一个断面内多个垂向测线下任意指定水深的鱼卵采
集工作，不仅有利于了解河流中下层鱼卵早期资源量的分布规律，而且潜水器带动鱼卵集网箱10可在水下自由运动，并在设定深度位置点固定悬停，实现了灵活、便捷和高效率的鱼卵采集作业；同时鱼卵从网口处随着水流进入鱼卵集网箱10，流速仪6能在鱼卵采集过程中实时记录河流水文特征参数，摄像头5实时记录鱼卵采集过程影像，并按设定时间间隔下拍摄鱼卵集网箱10内影像，实现对任意指定水深位置的鱼卵密度进行评估，有利于更准确的估算鱼类早期资源量。
39.具体地，作为潜水器的一种具体实施方式，潜水器包括主舱体2，鱼卵集网箱10设置于主舱体2的下方，鱼卵集网箱10的网口开设于潜水器向前运动方向；主舱体2的前端设置有感知模块1，主舱体2内设置有控制系统7，主舱体2的后端设置有电源系统8和螺旋桨推进器4。
40.感知模块1、所示控制系统7和螺旋桨推进器4均与电源系统8电性连接。电源系统8位于控制系统7外围，电源系统8内设置有锂电池，锂电池为感知模块1、所示控制系统7和螺旋桨推进器4供电。
41.感知模块1包括与主舱体2前端固定连接的壳体，壳体内设置有图像传感器、速度传感器、电子罗盘和三轴陀螺仪；摄像头5与图像传感器电性连接。
42.主舱体2内设置有控制系统7，控制系统7包括中央控制器和与中央控制器电性连接的信号模块，中央控制器可以选用型号为stc15w的单片机，信号模块通过地面中继通信基站与地面软件系统电性连接。
43.图像传感器、速度传感器、电子罗盘、三轴陀螺仪和螺旋桨推进器4均与中央控制器电性连接。
44.图像传感器用于将摄像头5实时记录鱼卵采集过程图像传递至中央控制器，中央控制器通过信号模块将鱼卵采集过程图像回传至地面软件系统，地面软件系统可以通过图像识别技术快速计算出鱼卵密度，更准确的估算鱼类早期资源量。
45.速度传感器用于实时监测潜水器的速度信息、电子罗盘用于实时监测潜水器的方位信息、三轴陀螺仪用于实时监测潜水器的运行姿态信息，并将上述信息传递至中央控制器，中央控制器控制螺旋桨推进器4运行，实现潜水器带动鱼卵集网箱10在一个断面内多个垂向测线下任意指定水深的鱼卵采集工作，有利于了解河流中下层鱼卵早期资源量的分布规律。
46.而螺旋桨推进器4包括与中央控制器电性连接的舵机，舵机的输出轴上连接有螺旋桨；中央控制器控制舵机的转速和旋转角度，进而实现潜水器带动鱼卵集网箱10在水中移动。
47.本实施例中电器元件之间的连接关系和选型为现有的成熟技术，故在此不赘述电气元件之间的电路结构和工作原理。
48.实施例2
49.如图1～图2所示，本实施例在实施例1的基础上做出进一步限定，具体改进点在于在潜水器上设置有潜控制单元，其他未提及部分，请参照实施例1或现有技术。
50.主舱体2的顶部设置有用于浮潜控制单元9，浮潜控制单元9包括封闭缸体和导水活塞，导水活塞用于向封闭缸体注入或排出水；浮潜控制单元9控制封闭缸体空气体积实现潜水器的沉浮，其原理为潜水艇的沉浮原理相同；浮潜控制单元9上还设置有与中央控制器
电性连接的抗流自锁浮停模块，抗流自锁浮停模块配合感知系统和控制系统7可以实现水下定点悬停，在复杂水域中也能始终保持位置，不惧水下暗流干扰，实现高效安全作业。
51.抗流自锁浮停模块分为系统耦合参数辨识和自适应悬停解耦响应两部分模型。系统耦合参数辨识模型由感知系统提供实时输入数据，考虑潜水器的水下固定点悬停过程为一个马尔可夫过程，建立浮沉和俯仰运动自由响应的偏微分方程，通过多层感知器对方程中的参数进行系统辨识获得瞬态运动状态。潜水器动力学和运动方程如下所示：
52.以潜水器浮心为原点建立三轴坐标系，潜水器的动力学方程为：
[0053][0054][0055][0056][0057][0058][0059]
式中，v
x
、vy、v2和ω
x
、ωy、ωz分别为潜水器运动速度和角速度的三个分量；xc、yc、zc为潜水器质心坐标；f
x
、fy、f2和m
x
、my、m2分别为潜水器所受的外力f和力矩m的三个分量；m为潜水器质量。
[0060]
潜水器的转动运动学方程由角速度与姿态角关系组成：
[0061][0062][0063][0064]
式中，θ为俯仰角；ψ为偏航角；为横滚角。
[0065]
自适应悬停解耦响应模型通过滤波器获得瞬态状态信号，以径向基函数逼近对设定精度下的动态系统，基于水平移动偏差、垂直移动偏差和姿态角偏差，输出系统期望响应值至中央控制器，由控制器控制螺旋桨推进器调节方向，并控制封闭缸体的排注产生垂向力消除悬停过程中水下暗流的不平衡力矩，实现水下悬停的平衡调节。
[0066]
实施例3
[0067]
如图1和图2所示，本实施例在实施例1或实施例2的基础上做出进一步限定，具体改进点在于如何设置鱼卵集网箱10，其他未提及部分，请参照实施例1或实施例2或现有技术。
[0068]
具体地，鱼卵集网箱10与主舱体2可拆卸连接。鱼卵集网箱10包括网箱框架101，网箱框架101呈上端大下端小的四棱台结构，网箱框架101的顶部与主舱体2的底部可拆卸连接，网箱框架101的四周均设置有鱼卵网102，鱼卵网102网眼的密度和直径根据实际鱼卵采
样需求灵活设置；位于靠近主舱体2前端的网箱框架101侧的鱼卵网102上开设有网口。网箱框架101的底部设置有支撑脚架3。每次鱼卵采样结束后，潜水器上浮拆卸下鱼卵集网箱10，收集样品保存，同时待另一组鱼卵集网箱10更换完成后即可进行下一采样点的鱼卵采集，使得样本固定工作和新一组样品采样工作可以同步开展，提高了鱼卵采集工作的效率。
[0069]
支撑脚架3的设置，便于放置整个鱼卵集网箱10，同时鱼卵集网箱10在跟随潜水器在水中移动时，可以避免鱼卵集网箱10与水中暗礁直接接触，起到保护鱼卵集网箱10的作用，可以避免出现因鱼卵集网箱10的碰撞损坏而导致鱼卵集网箱10鱼卵损失的情况，提高了当次采样中鱼卵密度计数的准确性。
[0070]
实施例4
[0071]
如图1和图2所示，本实施例4主要提供一种智能鱼卵采集与早期资源量监测估算装置的使用方法，其方法包括：
[0072]
步骤1：在选定的鱼卵采样断面上确定横向和垂向采样间距，绘制鱼卵断面采样点位，根据实际鱼卵采样需求，组装合适鱼卵集网箱10的网眼，移动潜水器至预设采样点处固定悬停；
[0073]
步骤2：在鱼卵采样过程中，鱼卵随水流进入鱼卵集网箱10，摄像头5实时记录鱼卵采集过程图像，并按设定时间间隔下拍摄鱼卵集网箱10内的图像，并将采集到的图像通过图像传感器传递至中央控制器，中央控制器通过信号模块将鱼卵采集过程图像回传至地面软件系统，地面软件系统可以通过图像识别技术快速计算出鱼卵密度，更准确的估算鱼类早期资源量；
[0074]
步骤3：当前样点鱼卵采样结束后，中央控制器控制螺旋桨推进器4和浮潜控制单元9使潜水器上浮，将鱼卵集网箱10从主舱体2底部拆卸，收集鱼卵集网箱10中鱼卵样品并保存；同时待另一组鱼卵集网箱10更换完成后即可进行下一采样点的鱼卵采集工作。

技术特征：
1.一种智能鱼卵采集与早期资源量监测估算装置，其特征在于，包括潜水器，所述潜水器前方设置有感知模块，所述感知模块用于监测潜水器运行状态，底部设置有鱼卵集网箱，所述鱼卵集网箱的网口位于潜水器前方，鱼卵集网箱的网口处设置有流速仪，所述流速仪与潜水器固定连接；鱼卵集网箱网口的正前方设置有与所述感知模块电性连接的摄像头。2.根据权利要求1所述的智能鱼卵采集与早期资源量监测估算装置，其特征在于，所述潜水器包括主舱体，所述鱼卵集网箱设置于所述主舱体的下方，鱼卵集网箱的网口开设于潜水器向前运动方向；主舱体的前端设置有所述感知模块，主舱体内设置有控制系统，主舱体的后端设置有电源系统和螺旋桨推进器；感知模块、所示控制系统和所述螺旋桨推进器均与所述电源系统电性连接；感知模块包括与主舱体前端固定连接的壳体，所述壳体内设置有图像传感器、速度传感器、电子罗盘和三轴陀螺仪；所述摄像头与图像传感器电性连接；主舱体内设置有控制系统，所述控制系统包括中央控制器和与所述中央控制器电性连接的信号模块，信号模块通过地面中继通信基站与地面软件系统电性连接；图像传感器、速度传感器、电子罗盘、三轴陀螺仪和螺旋桨推进器均与中央控制器电性连接。3.根据权利要求2所述的智能鱼卵采集与早期资源量监测估算装置，其特征在于，所述螺旋桨推进器包括与所述中央控制器电性连接的舵机，所述舵机的输出轴上连接有螺旋桨。4.根据权利要求2所述的智能鱼卵采集与早期资源量监测估算装置，其特征在于，所述主舱体的顶部设置有用于浮潜控制单元，浮潜控制单元包括封闭缸体和导水活塞，所述导水活塞用于向所述封闭缸体注入或排出水；浮潜控制单元上还设置有与所述中央控制器电性连接的抗流自锁浮停模块。5.根据权利要求2所述的智能鱼卵采集与早期资源量监测估算装置，其特征在于，所述鱼卵集网箱与所述主舱体可拆卸连接。6.根据权利要求5所述的智能鱼卵采集与早期资源量监测估算装置，其特征在于，所述鱼卵集网箱包括网箱框架，所述网箱框架呈上端大下端小的四棱台结构，网箱框架的顶部与所述主舱体的底部可拆卸连接，网箱框架的四周均设置有鱼卵网；位于靠近主舱体前端的网箱框架侧的鱼卵网上开设有网口。7.根据权利要求6所述的智能鱼卵采集与早期资源量监测估算装置，其特征在于，所述流速仪为声学多普勒流速剖面仪，流速仪主体设置于所述主舱体内部，流速仪的探测端位于所述鱼卵网的网口处。8.根据权利要求6所述的智能鱼卵采集与早期资源量监测估算装置，其特征在于，所述网箱框架的底部设置有支撑脚架。

技术总结
本发明公开了一种智能鱼卵采集与早期资源量监测估算装置，其包括潜水器，潜水器前方设置有感知模块，感知模块用于监测潜水器运行状态，底部设置有鱼卵集网箱，鱼卵集网箱的网口处设置有流速仪，鱼卵集网箱网口的正前方设置有与感知模块电性连接的摄像头；感知模块实现潜水器的姿态稳定，潜水器带动鱼卵集网箱在任意指定水深的鱼卵采集工作，有利于了解河流中下层鱼卵早期资源量的分布规律，实现了灵活、便捷和高效率的鱼卵采集作业；流速仪能在鱼卵采集过程中实时记录河流水文特征参数，摄像头实时记录鱼卵采集过程影像，并按设定时间间隔下拍摄鱼卵集网箱内影像，实现对任意指定水深位置的鱼卵密度进行评估，有利于更准确的估算鱼类早期资源量。估算鱼类早期资源量。估算鱼类早期资源量。


技术研发人员：王义成 李游坤 王兴勇 赵月芬 甘醇 吕映 张秀丽 焦醒 李冰 范一为
受保护的技术使用者：中国水利水电科学研究院
技术研发日：2022.11.16
技术公布日：2023/4/4