池塘河蟹養(yǎng)殖船載自動均勻投飼系統(tǒng)研究.pdf

1、投飼是池塘河蟹養(yǎng)殖中任務繁重而又關鍵的一項工作，因為河蟹不能進行大范圍運動，只能在自身附近區(qū)域覓食，同時河蟹又具有較強的領地意識，投喂的飼料分布不均勻會導致河蟹爭斗甚至自相殘殺；如果投放過多的飼料不但會增加養(yǎng)殖成本，還會污染水質，因此，投喂時，飼料要按需均勻投放在整個池塘水面。目前，河蟹養(yǎng)殖主要靠人工經驗確定投喂量和行駛路線，通過人工駕駛或遙控船載投飼機在池塘中進行投喂，行駛路線隨機性強，準確度和效率較低，難以保證投飼效果。隨著城鎮(zhèn)化腳

2、步的加快，越來越多的農民進入城區(qū)，導致漁民的數(shù)量劇減，養(yǎng)殖人工成本增加。因此，推進河蟹產業(yè)化精細養(yǎng)殖，采用河蟹養(yǎng)殖自動投飼設備代替人工進行投喂作業(yè)勢必成為發(fā)展趨勢。
　　針對以上情況，本文在江蘇省“十二五”農業(yè)支撐計劃項目“水產生態(tài)健康設施養(yǎng)殖信息管理技術系統(tǒng)研發(fā)(BE2013402)”和江蘇省鎮(zhèn)江市重點研發(fā)（現(xiàn)代農業(yè)）計劃項目“多功能全自動水產養(yǎng)殖作業(yè)船的研制與應用”(NY2015022)的資助下，主要圍繞船載自動均勻投飼系統(tǒng)拋

3、撒模型、均勻度目標函數(shù)的構建與最優(yōu)工作參數(shù)求解、投飼軌跡的獲取及優(yōu)化等方面展開研究和探討，主要研究內容如下：
　　1.搭建明輪驅動雙體船載自動投飼系統(tǒng)。提出基于RTK-GPS導航定位的自動投飼系統(tǒng)總體方案；設計喂料口下料速度可控、拋料器拋幅可調、料倉內剩余飼料量可測的雙拋盤投飼裝置，實現(xiàn)變量投飼功能；架構船載自動投飼系統(tǒng)硬件系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)，并設計航速PI控制、航向PD控制的雙閉環(huán)明輪船移動平臺導航控制系統(tǒng)方案。
　　2.建立

4、雙拋盤投飼裝置飼料拋撒模型。通過雙拋盤投飼裝置的工作原理分析，對飼料顆粒運動過程進行數(shù)學建模，并利用離散元EDEM軟件對雙拋盤投飼裝置進行了建模與仿真；通過拋撒性能試驗，建立投飼裝置拋撒飼料分布模型；研究投飼裝置喂料口開度、拋盤轉速和投飼裝置拋盤高度等因素對投飼均勻度的影響程度。分析表明，雙拋盤投飼裝置與單拋盤投飼裝置相比，拋撒均勻度較高，有效投飼幅寬較大；同時，兩拋盤背向旋轉拋撒飼料顆粒時能獲得較均勻的飼料分布及合適的幅寬；且拋盤轉速

5、對投飼均勻度影響較大。
　　3.構建投飼累積密度分布模型和投飼均勻度目標函數(shù)。通過引入理想投飼類型，結合徑向分布模式RAD，建立基于扇環(huán)形分布的飼料累積密度分布模型；提出通過兩個相鄰投飼行程的飼料分布進行疊加來提高橫向投飼均勻度的原理，構建實際飼料累積密度與期望分布密度間的最小均方差作為衡量投飼均勻度的目標函數(shù)；利用遺傳算法求解出均勻投飼系統(tǒng)最優(yōu)工作參數(shù)，包括兩個相鄰投飼行程寬度、投飼行程航速、投飼扇角、投飼裝置拋盤轉速以及投飼裝

6、置喂料口下料速度。通過系統(tǒng)仿真與試驗，對模型進行驗證分析，結果表明，該目標函數(shù)能夠較為有效地衡量橫向幅寬方向的投飼均勻度。
　　4.提出針對不規(guī)則四邊形池塘的全覆蓋均勻投飼軌跡規(guī)劃方法。首先獲取四邊形池塘頂點的GPS坐標，然后利用高斯-克呂格投影正算將頂點的GPS經緯度坐標轉換成平面坐標，進而建立池塘區(qū)域平面坐標系；為了提高算法的實用性，簡化計算，方便直觀地表示出工作區(qū)域，通過設定安全距離和引入方向向量確定工作區(qū)域；利用沿垂直作業(yè)

7、方向向池塘內推平行線求交點的方法計算出往復遍歷方式投飼軌跡特征點坐標；采用沿池塘四條邊分別向內推平行線，兩相鄰平移直線求交點的方法獲取內螺旋遍歷方式投飼軌跡規(guī)劃特征點坐標；然后通過高斯-克呂格投影反算將軌跡規(guī)劃特征點平面坐標轉換成GPS經緯度坐標，自動生成池塘全覆蓋均勻投飼軌跡，提供給船載自動投飼系統(tǒng)作業(yè)。最后通過仿真與試驗對軌跡規(guī)劃方法進行驗證，結果表明，試驗結果與仿真結果具有一致性，驗證了均勻投飼軌跡規(guī)劃方法的有效性與適用性。

8、>　　5.提出基于多目標函數(shù)的投飼軌跡優(yōu)化方法，通過構建投飼系統(tǒng)工作性能多目標函數(shù)，包括投飼均勻度、投飼作業(yè)總時間、投飼作業(yè)總行駛路程和投飼未覆蓋率等目標函數(shù)；通過NSGA-Ⅱ遺傳算法對該多目標函數(shù)進行優(yōu)化求解，對計算出的非劣解通過篩選規(guī)則進一步確定投飼系統(tǒng)綜合較優(yōu)工作參數(shù)，能使自動投飼系統(tǒng)獲得較為均衡的投飼性能。
　　通過對河蟹養(yǎng)殖池塘全覆蓋自動均勻投飼系統(tǒng)關鍵技術進行研究，本研究成果為河蟹養(yǎng)殖全池自動均勻投餌喂料和其他水產養(yǎng)殖