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[博士论文] 白晓东
港口、海岸及近海工程 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着社会发展和生活水平的提高,人们对水产品的消费在不断增加,为满足人们日益增长的海洋水产品的需求,拓展水产品发展空间大力开发和利用海洋渔业资源成为必然选择。近些年来,传统海洋渔业资源开发多围绕着近岸区域发展,渔业资源的养殖、增殖和捕捞受到近岸海洋污染等众多因素的限制;同时过度的捕捞和开发利用,可利用的近岸海洋渔业资源也在不断较少,渔业水产品的养殖捕捞量也逐渐下降。为进一步开发海洋渔业资源和保护近岸生态环境,发展深远海养殖牧场已成为全球渔业发展的趋势。深海养殖牧场是将网箱安装在深远海,利用海洋优质水质进行规模化人工养殖的主要方式。经过过去几十年的发展,对深远海养殖牧场的开发在挪威和美国等发达国家已经初具规模,但国内网箱养殖产业的发展依然滞后。关于网箱水动力特性及安全性能研究已取得一些进展,但相关研究基础还比较薄弱,很多基础性科学问题需要进一步的深入研究。本文主要对深水网箱浮架结构的水动力特性及安全疲劳进行分析研究。
  本文通过曲线梁法和有限元模型,对网箱浮架系统的弹性响应和应力应变分布进行了分析;并利用疲劳估算时域法和频域法对浮架疲劳寿命进行了估算。主要研究内容如下:
  (1)采用曲线梁理论对网箱浮架结构弹性响应进行了分析。通过模态叠加法和曲线梁法建立浮架弹性响应分析模型,利用牛顿第二定律分析网箱和浮架运动响应;通过物理模型实验结果和数值结果对比验证了浮架运动分析和变形分析模型的有效性;对比分析了浮架变形的各阶模态、不同波浪入射角等因素对浮架变形的影响,并对浮架变形最大位置进行了分析;分析了随机波浪作用下浮架变形的频域响应,计算了浮架平面内变形和外变形与波浪的传递函数、相干数和相位差。
  (2)联合利用有限元模型和水动力学模型对浮架系统应力响应进行了研究。通过将计算浮架受力的水动力学模型和计算浮架应力的有限元模型交替迭代求解,实现水流作用下网箱系统柔性浮架结构的应力计算。通过与模型实验结果比较,验证了数学模型。分析了单点系泊双体和三体组合式网箱浮架系统水流作用下的应力分布情况。同时,分析了波浪作用下浮架的应力分布情况,并计算得到浮架应力的历时曲线及浮架应力与波高之间的相关性和相位差。
  (3)利用疲劳寿命估算的时域方法和频域方法,对浮架的疲劳寿命进行了估算。时域疲劳寿命分析中,利用线性疲劳损伤理论和浮架材料疲劳SN曲线,建立简化疲劳分析时域模型,求解出浮架疲劳损伤和寿命;研究了不同材料疲劳性能曲线,波浪入射角,锚碇形式和极端海况等因素对浮架疲劳寿命的影响。频域疲劳寿命分析中,利用Weibull分布,Rayleigh分布,Gamma分布和广义极值分布等分布函数拟合浮架应力范围的短期和长期分布,建立浮架疲劳分析频域模型,探究分布模型估算浮架疲劳寿命的适用性;分别基于应力范围的短期分布和长期分布估算浮架疲劳寿命;并将简化时域方法和频域方法估算得到疲劳寿命进行对比分析。
[博士论文] 史明明
农业机械化工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:生物絮团技术因契合高密度养殖需求,实现水质无污染与处理过程资源化等优点,已成为近来行业研究热点。其生产过程中,随着营养盐输入强度增加,导致养殖池内总固体悬浮物浓度逐渐上升。此外,因养殖池结构不合理或工况参数设置不当,易造成絮团在养殖池底部沉积,进而引发底部溶解氧降低和水体浑浊度升高,影响养殖对象的摄食欲望,产生慢性胁迫并最终影响经济效益。鉴于此,循环式生物絮团技术通过实现养殖池内液相流动,有效改变养殖池的流场,同时,固液分离装置的使用,能及时将多余的絮团颗粒去除。理论上能够克服生物絮团系统总固体悬浮物浓度不稳定和养殖池底部生物絮团过量沉积的弊端,但相关操作的水力学特性研究鲜有报道。由于系统水体浑浊,利用传统试验方法研究循环式生物絮团系统养殖池流态和絮团颗粒分离,存在过程复杂、成本高和效率低的弊端。随着计算机软硬件的提升,计算流体动力学逐渐被应用于各领域,其能够按照要求设定各种试验条件,试验周期短且可重复性高,信息获取全面且具有可视化效果强的特点,能有效规避上述问题。
  论文针对上述情况,以中试规模的循环式生物絮团系统为研究对象,开展了该系统主要组成部分(跑道式养殖池和涡旋分离器)的模拟和试验研究。相关研究对于分析跑道式养殖池和新型固-液分离的内部流场以及提高养殖池内生物絮团颗粒分布均匀性和涡旋分离器的分离效率具有重要意义,可为循环式生物絮团系统内总固体颗粒物精确管理以及养殖水体固体废弃物的高效分离提供理论依据。具体研究结论如下:
  1)针对跑道式养殖池有效养殖水体大小,综合多种涡旋分离器设计方法,确定了新型固-液涡旋分离器的结构和尺寸。运用模型相似原理,完成了试验规模的涡旋分离器模型的制作,并以此模型为基础完成了相关PIV试验。结果表明:PIV试验由于激光能量一定,其穿透能力有限,对于复杂结构的模型的PIV试验的流场结果依然有待改进;另一方面,不同HRT条件下,涡旋分离器内套筒内部区域的左下角和上部区域均表现一定的涡旋,同时随着HRT的加快,中间内套筒内的颗粒速度方向大致相同,只在筒壁附近产生小的二次流,同时沉积仓内的颗粒速度方向亦趋于一致,而HRT加快对轴向和径向的合速度分布影响并不大,且不同大小速度占据的比例相同,同时对于不同工况下顺时针和逆时针涡量大小基本相同,HRT越慢流场的涡量就相对越小,并随着HRT加快涡量分布趋向均匀。
  2)针对涡旋分离器内清水流场确定了数值模拟方法,包括高质量网格的划分、相关湍流模型的选择以及离散格式和离散方法的确定。将HRT为248s时涡旋分离器的模拟结果和PIV试验数据进行了比较,发现数值计算和试验结果吻合相对较好,证明了所建立模型的可靠性。在此基础上分别以欧拉-欧拉方法和欧拉拉格朗日方法进行更深入的模拟,研究涡旋分离器结构参数和运行工况变化对涡旋分离器分离效率的影响以及欧拉-欧拉方法和欧拉-拉格朗日方法在模拟涡旋分离器固液分离方面可靠性的差异。结果表明:涡旋分离器内部流场为强旋流流动,以切向分速度为主,径向分速度和轴向分速度较小。由于流动的不稳定性或空间结构的非轴对称性,旋转流的旋转中心和空间的几何中心存在一定的偏移。在一定条件下,随着内外筒径比α的增加,套筒内流场湍流加剧,且在进水口相对位置和套筒内部涡旋加剧。当α大于1.5后,涡旋分离器出口固相体积分数由0.465增加至0.496,并当α大于2.0后,出口固相体积分数基本保持不变。通过试验对比,欧拉-欧拉方法模拟结果可靠,虽然通过出口固相体积分数来计算涡旋分离器分离效率的精确度有待提高,但其与分离效率实测结果的变化规律一致,故可以通过涡旋分离器出口固相体积分数的高低判断其工作性能的优劣,同时,在设计循环式生物絮团系统涡旋分离器时α取1.5效果较好。另一方面,针对同一涡旋分离器,其分离效率随着HRT的增加有所提高,对于欧拉-拉格朗日方法的模拟,当HRT大于31s时,其结果与试验数据吻合程度相对较高,且计算精度高于欧拉-欧拉方法。最后为实现RBFT系统TSS的精确智能化管理,提出了涡旋分离器简化的操作模型:VHDVSFV30ρfηst=[Mp-(Mu+Md)]THRT。
  3)以中试规模跑道式养殖池为研究对象,采用三维网格和欧拉-欧拉方法的非稳态模型对其清水流场进行数值计算。结果表明:将计算域划分为大约32W网格计算时模拟结果与网格无关;通过监测不同位置处流场速度分布,可知不同的k-ε湍流模型对养殖池清水流场的模拟结果具有一定影响,并根据对所设监测点处模拟速度与试验速度的偏差大小的统计,确定标准k-ε湍流模型的监测点位置流体速度分布与试验数据吻合相对较好,同时,通过对各监测点误差大小的计算分析,进一步验证模拟涉及的计算模型具有一定的可靠性。综合考虑,对于不合养殖对象的跑道池32W网格已满足计算要求,同时标准k-ε湍流更适合跑道式养殖池流场数值计算。
  4)以欧拉-欧拉多相湍流模型为理论框架,对RBFT系统跑道式养殖池进行气-液-固多相流模拟和试验验证,讨论了不同工况、是否含有养殖对象以及涡旋分离器与养殖池耦合的全流场模拟对液相速度流场和固相分布特性特性的影响。结果表明:在相同条件下,RBFT系统能很好改善养殖池流场,提高絮团颗粒分布的均匀性,减少絮团颗粒的沉积,并当养殖池水力停留时间达到2h时,其絮团颗粒的沉积问题得到初步解决,并随着水力停留时间进一步加快,流场的改善程度不明显。其次,养殖对象的存在对养殖池流场有一定的影响,相同进水条件下,其整体液相速度高于没有养殖对象的养殖池内液相速度;在固相分布方面,养殖对象的存在将会增加固相颗粒的沉积,但总体固相沉积量不高,相对原位BFT系统无鱼养殖池亦有较大改善。综合考虑,在养殖对象存在的条件下,生产中水力停留时间控制在0.5~2h的范围,跑道式养殖池流场较佳。
[博士论文] 邓闵
渔业资源 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:养殖池塘水体和底泥的特征微生物群落与其栖息的生态位的环境条件相适应,并且行使特殊的生态功能。研究微生物群落结构和他们的生态功能可以帮助我们理解池塘不同营养盐的生物地球化学循环过程和它们在原位的关联。由于有大量的外来有机碳(C)和有机氮(N)输入,C和N营养循环在池塘生态系统中尤其重要。为了更好地理解池塘中N素的地球化学循环过程,降低氮污染物对养殖对象的危害,调控氮素更多地流向水产品,我们调查了池塘C、N循环代谢通路及其功能微生物结构特征,分析了C、N代谢通路相互关联性,探索了有机碳源对生物絮团降氮作用的影响机制。主要研究结果如下:
  1.本研究使用宏基因组技术检测了华中地区经典草鱼(Ctenopharyngodon idellus)养殖池塘表层水体(surface water,SW)、底层水体(bottom water,BW)、表层底泥(surface sediment,SS)和深层底泥(deep sediment,DS)微生物群落特征和功能。总体上,池塘水层的群落结构和微生物过程与SS和DS有显著差异,Alphaproteobacteria、Actinobacteria、Cyanobacteria和Planctomycetes在池塘水体更丰富,而Deltaproteobacteria、Gammaproteobacteria、Euryarchaeota(Archaea)和Nitrospirae在底泥中含量更高(P<0.05)。我们在电脑中重建了功能潜力和N营养循环代表微生物。池塘水体较高的N同化、蛋白质合成和细胞增殖功能潜力可能为监测到的低氨氮浓度负责。氨氧化功能基因丰度非常低,并且主要在水层发现与Nitrosomonas(100%)相关。反硝化主要在SS中发现,涉及的主要物种是Rhodocyclales。N固定(nif基因)和硝酸盐异化还原成铵的功能潜力也主要在底泥中被发现,它们对于池塘生态系统的氨减少是不利的。总体上,这些结果为养殖池塘的微生物功能生态提供了更加详细的图景。
  2.使用宏基因组技术分析了养殖池塘C营养循环相关的功能潜力及其功能微生物。相对于自养光合生物Cyanobacteria和Cryptophyta,异养细菌Actinobacteria和Betaproteobacteria是池塘进行呼吸作用的主要微生物。底泥中的CO2还原产甲烷菌Methanomicrobiales和硫还原细菌Syntrophobacterales的化能合成作用是池塘主要的碳固定过程。由于游离氨对产甲烷菌的选择抑制,氢营养的产甲烷菌Methanomicrobiales是池塘底泥主要的产甲烷微生物。在池塘水层,AOB(Nitrosomonadaceae)通过氧化途径,Ⅰ型嗜甲烷菌Methylococcaceae通过RuMP途径,Ⅱ型嗜甲烷菌Methylocystaceae通过丝氨酸途径利用CH4。此外,本研究暗示外源有机碳的呼吸作用可能为池塘异养细菌的N同化作用和反硝化作用提供能量,Nitrosomonadales在池塘水体中扮演多种角色,不仅仅进行硝化作用也进行N矿化和甲烷氧化过程,Methanomicrobiales是池塘底泥主要的产甲烷、CO2固定和N2固定微生物。这些结果表明,池塘底泥氨氮的积累影响产甲烷过程,反过来有机碳及甲烷循环过程对氮循环过程也有显著影响。
  3.在得到养殖水体中有机碳源可以通过多种途径影响氮循环过程后,我们在应用生物絮团技术的零水体交换养殖桶中研究了不同碳源对微生物多样性的影响。本实验包含对照组和使用不同碳源的三种生物絮团系统,分别是木薯粉(tapioca starch,TS)处理组,植物纤维素(plant cellulose,PC)处理组,和木薯粉、植物纤维素混合(TS+PC)处理组,实验在12个300L的圆形纤维加强塑料桶中进行了42天,平均体重38.1±5.9g的黄颡鱼(Pelteobagrus vachelli)共72尾被随机分配到12个养殖桶中。通过对PCR扩增的16S rRNA基因片段进行Illumina MiSeq测序,我们研究了所有实验组的总细菌和氨氧化细菌的群落特征。结果表明对照组的氨氮浓度为3.6±4.6mg/L,显著高于TS处理组(2.4±2.9mg/L),PC处理组(1.8±2.4mg/L)和TS+PC处理组(2.2±2.5mg/L)(P<0.05)。TS处理组的增重率显著高于对照组(P<0.05),而PC和TS+PC处理组与对照组没有显著差异(P>0.05)。Illumina MiSeq测序结果表明添加植物纤维素的生物絮团处理组(PC和TS+PC处理组)总细菌多样性和细菌丰度显著高于对照组和TS处理组(P<0.05)。对照组和TS处理组的Betaproteobacteria显著增高,而添加植物纤维素的处理组Alphaproteobacteria更高(P<0.05)。Illumina测序分析氨氧化细菌同样检测到相对于对照组(Shannon index=0.84;Simpson index=0.6149),生物絮团处理组有更高的群落多样性(Shannon index>1.21;Simpson index<0.3949)。综上所述,生物絮团系统中的额外有机碳源可以减少氨氮浓度和提高总细菌和氨氧化细菌的群落多样性。
  4.为了更加细致的了解生物絮团系统中,有机碳源添加对水体微生物群落的影响。我们在混合种群的悬浮生长反应器中调查了生长阶段(growth period,GP)和维持阶段(maintenance period,MP)细菌群落组成伴随时间的演化过程。进一步的在处理阶段(treatment period,TP)检测了不同碳氮比率(C/N)的合成污水输入液对硝化细菌和潜在氨氧化速率的影响。结果表明,在10天的初始培育后,所有的生物絮团反应器(biofloc reactor,BR)系统都显示了非常高的氨氮(NH4+-N)移除效率(>95%)。总体上,通过Illumina MiSeq测序从18个样品中获得了1191895条有效序列(平均长418bp)。PCA分析表明,接种的池塘水体(S0)与BR中的细菌群落明显分离,同时,S0中的细菌α多样性显著低于BR。在GP,绝大部分显著增加的细菌是异养菌,包括许多有氧反硝化细菌,例如,Zoogloea,Rhodobacter,Pseudomonas,Methyloversatilis和Terrimonas。在GP中,自养硝化细菌也显著积累并导致硝酸盐氮(NO3--N)在第28天达到峰值。在MP,有氧或兼性有氧反硝化细菌,主要是Rhodobacter,Hydrogenphaga和Sphaerotilus显著增加,并作为补充来移除增加的NO3--N。不同碳氮比率实验表明,Rhodobacter,Hydrogenphaga和Sphaerotilus与有机碳呈正相关,而自养硝化细菌与有机碳呈负相关。高C/N(20∶1)处理组的潜在氨氧化速率显著高于低C/N(2∶1)处理组,暗示了BR中可能存在Pseudomonas的异养硝化作用。我们的结果表明,有氧反硝化作用在生物絮团反应器的氮移除过程中扮演重要角色。
[硕士论文] 郭丽云
水工结构工程 河北农业大学 2018(学位年度)
摘要:针对传统鱼道一经建成,其固体边界条件已经固定,池室内水流流速分布变化不大,过于条件单一等的缺点,研究了一种固体边界条件可相对变化的、通过太极圆盘和八卦爻条组合消减水流能量,能形成多态流速场以适应多种鱼类洄游的太极式新型鱼道的水流特性。主要研究内容如下:
  针对简版太极式新型鱼道制作了实验装置,进行了物理模型的室内试验,测量了不同方案时鱼道各关键断面的的水位,并进行了过鱼对比试验;
  建立了简版太极式新型鱼道的计算流体动力学(CFD)模型,对鱼道水力特性进行了三维数值模拟,物理试验与模型试验结果对比表明:数值模拟和试验结果变化趋势基本一致,并分析了随太极圆盘转动的不同方案时鱼道的流速场;
  基于CFD数值模型模拟分析了改进后的太极八卦式鱼道的水力特性。
  研究结果表明:该新型鱼道有良好的消能减速效果。简版太极式鱼道最浅处水深达到无太极圆盘时相应最浅水深的2倍以上,断面平均最大流速为0.95m/s,相对于无太极圆盘的情况降低50%以上;鱼道池室内水流呈现多态化,另外随太极圆盘方位不同流速场亦有明显变化,故该种鱼道可为鱼类提供更多适宜的洄游条件;改进后的太极八卦式鱼道,在消能减速效果和营造多态水流方面性能更优。
[硕士论文] 何相逸
农业工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:随着养殖规模的不断提升,水产养殖面临水质资源破坏、病害逐年增多、沿海工业用地挤压和国家倡导节能减排等压力,亟需构建经济、有效的养殖水处理设施。其中旋流器因其处理能力大,购置、运行成本低廉等优点,在水产养殖中具有良好应用前景。但由于养殖水中悬浮颗粒物密度与水密度相近,粒径分布范围很大,使得养殖水中悬浮颗粒物的旋流去除存在一定的难度,去除效率不高。
  本文以甲鱼养殖水体为对象,设计了水产养殖水体固液旋流分离装置的主要结构和尺寸,建立了旋流分离装置流场的CFD模型,研究了参数变化对旋流分离装置分离性能的影响。优化旋流分离装置参数,提高装置分离性能;以数值模拟指导物理试验,提高开发效率,节约试验成本,为水产养殖中固液旋流分离装置的设计和研究提供参考与科学依据。论文主要结果如下:
  1.针对测定的养殖水固体悬浮颗粒物参数,根据工业上旋流分离装置的研究,确定了水产养殖旋流分离装置的主直径、入口、底流口和溢流口尺寸、结构等主要参数。
  2.建立了旋流分离装置流场的CFD模型,利用RSM模型模拟旋流分离装置内湍流作用,Mixture模型描述装置内多相流运动。将模拟结果与试验结果进行了对比,模拟结果与试验结果具有较好的一致性,证明了建立的CFD模型的可靠性良好。
  3.柱段高度和锥段锥角两个基本结构参数变化会影响旋流分离装置的流场分布、压力降、分流比和分离结果。锥角的变化对于底流水体的影响较大,对于溢流水体的影响较小。锥段锥角取大锥角(90°~120°)时,旋流分离装置对固体颗粒的分离效果较好。柱高的变化对底流水体,溢流水体都有较大的影响。柱段高度取2D时(D为旋流分离装置主直径),旋流装置对固体颗粒的分离性能较优。锥段锥角取90°,柱段高度取2D时,旋流分离装置分离效率为27.18%。
  4.入口流量和入口浓度两个基本工作参数对旋流分离装置的分离性能存在影响。定量地分析了参数改动对于流场分布、压力降、分流比和分离结果影响情况。入口流量、入口浓度的变化对底流水体,溢流水体都有较大的影响。在保证生产效率的情况下,减小入口流量,降低入口浓度,可提高固体颗粒的分离效果。
[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] 翟晓东
机械工程 上海海洋大学 2017(学位年度)
摘要:近些年来,由于水产品具有高蛋白、低脂肪、营养平衡性好的特点,获得人们越来越多的喜爱。虽然近几年我国水产养殖产量已经达到7000万吨,水产品产量均占全世界的70%以上,排名全球首位,水产养殖面积达到将近2000万平方米,但国内水产养殖多为粗放型管理,存在着现代化、信息化、智能化程度低,监控因素单一等亟待解决的问题,容易造成水体污染、水产品品质下降等不利后果,因此通过利用新兴技术实现水产养殖的信息化、智能化成为一种必然。
  在这种背景下物联网技术的引入使高效、高产、环保、节约人力成本的水产养殖成为可能,物联网系统以其智能化、可靠性、适应环境能力强等优良特性在近些年来得到越来越多的应用。本文通过对物联网相关技术的研究设计了一种基于物联网的水产养殖智能监控系统,通过硬件和软件的设计,对水产养殖环境的温度、pH、溶解氧等水质环境参数和视频数据等进行实时智能监控,使整个水产养殖的环境监测系统一体化、自动化,即实现对水产养殖的生产环境进行实时远程智能监控,方便用户随时随地进行生产环境控制。本文主要完成以下工作:
  (1)通过对系统需求的分析,根据物联网感知层、网络层、应用层三层体系架构,结合实际水产养殖环境,设计了系统底层水质环境检测与控制层、监控中心层、远程终端管理层的三层体系架构。
  (2)系统硬件与软件设计。系统底层水质环境检测与控制层通过温度、pH、溶解氧等多种传感器和相应的执行设备对养殖水环境进行监控,并依据ZigBee无线传输网络协议与监控中心层进行无线通信,监控中心层作为系统核心部分,采用CC2530单片机作为核心处理器,对检测数据进行分析处理,可根据接收到的检测数据智能调节相应的执行设备调节水质环境参数,同时监控中心层配备液晶显示屏在养殖车间现场实时显示水质参数,并通过GPRS无线传输网络与远程终端进行数据通信。
  (3)系统采用LabVIEW软件设计了远程用户终端,即远程终端管理层,使用户具有更好的设备操作体验,主要包括用户管理界面、水质环境监控界面、数据管理界面、视频监控界面等部分的设计。不仅可以实现远程实时显示水产养殖的各环境参数及视频监控数据,还建立了水产养殖数据库,可进行历史数据的查询。
  (4)此外系统设计了视频监控子系统实现水产养殖环境的实时安防监控,视频监控子系统通过人体红外感应器对养殖环境进行布防,当某处被入侵时,应用CC3200WiFi模块和摄像头监控设备实时采集养殖环境的现场视频信息,并产生声光报警,使相关人员做出防范措施。
  (5)在水产养殖的过程中,对水中溶氧量的控制尤为关键。由于水产养殖外部环境容易变化,而且本系统的被控对象存在较强的滞后性,传统的控制方法如阈值控制、经典PID控制等很难适应外部环境参数的变换,容易造成能源的浪费,或因调控不及时造成不必要的损失。因此本系统优化了对溶氧量的控制方式,采用了模糊控制方法设计了带积分环节的模糊控制器,实现了对溶氧量更加有效、节能、实时、精确的控制,进一步确保的养殖户的财产安全。
  最后,该系统经过硬件测试、软件测试,并通过在小型鱼塘养殖场地的整体测试,系统运行稳定可靠。整个系统成本低,操作简便,实用性强,扩展性强,信息化、智能化程度高,改善了传统水产养殖劳作中的弊端,具有良好的实用价值,在普遍的水产养殖生产中有良好的发展前景。
[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] 蒋为
港口、海岸及近海工程 大连理工大学 2017(学位年度)
摘要:近些年来,人类对海洋资源的掠夺和海洋环境的污染加剧,造成渔业资源的逐渐衰退。海洋牧场建设过程中证实了人工鱼礁对渔业资源的恢复和保护发挥了重要作用,并且还使近海的海洋生态环境得到改善。人工鱼礁水动力特性包含人工鱼礁的流场效应和安全稳定性两个方面的内容。人工鱼礁的流场效应关系到人工鱼礁产生的生态效应,而人工鱼礁的安全稳定性关系到人工鱼礁的使用寿命及人工鱼礁是否能正常的发挥作用。在复杂的海洋环境中,人工鱼礁在海底会受到波浪和水流的共同作用,研究波流共同作用下的人工鱼礁水动力特性更符合实际情况,可为人工鱼礁的设计、评估人工鱼礁产生的生态效应提供更准确的理论依据。
  本文根据边界造波法的原理,利用FLUENT软件建立了可以分别模拟单独水流、单独波浪及波流作用下人工鱼礁水动力特性的三维数值波流水槽。通过该数值模型模拟了7种波流组合中单独波浪、单独水流及波流作用下圆柱镂空型人工鱼礁的受力及其周围的流场。将数值模拟得到7种不同波流工况的受力情况与对应工况下物理模型实验的结果进行了对比分析,验证了此数值模型模拟人工鱼礁水动力特性的可行性。根据数值模拟的受力结果,对波流联合作用下水动力系数进行了分析;同时对7种波流工况下圆柱镂空型人工鱼礁的稳定性也进行了校核。根据数值模拟得到的人工鱼礁周围流场的结果,对在单独水流、单独波浪和波流分别作用下圆柱镂空型人工鱼礁周围的流场进行分析;也研究了不同流速水流和不同波流组合对圆柱镂空型人工鱼礁背涡流的影响。
[硕士论文] 庞运禧
物理海洋 广东海洋大学 2017(学位年度)
摘要:人工鱼礁具有饵料和集鱼效应,可以有效的缓解近海海洋渔业资源逐渐枯竭的现状。人工鱼礁的饵料和集鱼效应主要通过鱼礁产生的流场效应和生态效应实现,目前对人工鱼礁的研究主要集中于单礁体和双鱼礁组合的鱼礁周围流场效应特征分布,以及鱼礁的不同材料结构特性对鱼礁流场效应的响应,关于多鱼礁组合的鱼礁周围流场效应和鱼礁水动力学特性研究较少,多鱼礁组合在不同礁体间距产生的上升流特性和背涡流特性的分析研究仍然没有得到很好的分析解释。
  通过计算流体动力学技术(CFD),分别模拟了非定常流作用下的箱型、梯形台、三棱体多孔空心单体鱼礁及组合鱼礁,3种人工鱼礁模型的透空率都为20%,6种工况分别为0.1、0.2、0.3、0.4、0.6和0.8m/s。箱型、梯形台和三棱体人工鱼礁模型分别采用30°、45°和90°(0°)3种迎流角度进行布设;鱼礁组合采用九礁组合排列方式,3中礁体布设工况,九礁组合中的鱼礁礁体间距分别为0.5L、1.0L和1.5L(L为礁体长度)。模拟计算结果表明:水流遇到礁体迎流面抬升形成上升流,上升流的产生促进了鱼礁区上下层海水的水体交换,加强了营养盐的输运作用,提高了鱼礁区海域的初级生产力。同种模拟工况下,同类型的多孔空心人工鱼礁以90°摆放时形成的上升流和背涡流规模强度达到最大,30°摆放时次之,45°摆放时的上升流和背涡流规模、强度最小;单礁体情况下箱型鱼礁产生的流场效应更优。
  通过分析不同礁距下的九礁组合流场差异,同一工况下,上升流规模强度随着礁距的增加呈现出先增大后减小的趋势,1倍礁体距离下的鱼礁组合能产生更好的流场调控效应,并且箱型鱼礁组合和三棱体鱼礁组合的第一组礁体背面出现双涡旋现象,而梯形台鱼礁组合只存在一个涡旋,双涡旋结构稳定,促进了鱼礁区的水体交换,对营养盐的输运作用更强,鱼类生存所需的饵料聚集效果更好,而稳定的双涡旋结构有利于鱼类的聚集,形成鱼群;同种工况下,箱型鱼礁和三棱体鱼礁组合能更好地发挥鱼礁的集鱼、饵料效应和环境修复功能。不同工况下,鱼礁九礁组合的上升流和背涡流规模基本保持不变,上升流和背涡流强度随来流速度的增大而增大,箱型鱼礁九礁组合模型在0.1m/s时,礁体内部和背流面出现涡旋现象,此时的涡旋流速低、结构不稳定,不利于鱼类的聚集;随着来流速度的增大,涡旋得到充分发育,形成稳定的结构,对鱼类的集鱼效应更显著。
[硕士论文] 夏思雨
海洋科学 上海海洋大学 2017(学位年度)
摘要:地理空间信息是海洋渔业信息化的重要支撑,渔业海图是海洋地理空间和渔业生物资源等综合信息的载体,对于提高渔业作业的工作效率,保障航行安全具有重要意义。本文以 ECIVMS组件为基础进行二次开发,设计与实现了渔业电子海图系统,促进海洋渔业信息化的发展,能够为渔业安全生产、管理和研究提供综合信息服务。
  基于对国内外渔业电子海图系统发展趋势和实际需求,本文提出了开发新型渔业电子海图的设计方案、数据组织和功能结构,其中包括信息输入与管理模块、显示与图层管理模块、信息标绘模块、信息查询模块和其他辅助功能模块。介绍了应用IHO S-57国际标准(Transfer Standard for Digital Hydrographic Data,海道测量数据传输标准)的电子海图,以及Visual C++2010开发环境和ECIVMS开发组件进行系统设计的关键技术和方法,并详细介绍了系统中主要类的设计,最后,通过舟山渔场应用实例,演示了海图显示、渔区信息管理、设定渔业作业安全等深线等基本功能。
  系统的设计与实现结果表明:(1)系统已实现了快速显示海图和高效查询信息的功能,包括:海图物标图层显示、渔业信息查询、渔区数据库管理和渔区及作业安全等深线标绘等主要功能;(2)可创建渔业专题层,标绘与显示渔业专题要素;(3)支持风场、气温、气压等气象要素的显示并兼容遥感影像信息;(4)提供全球主要港口的潮汐查询和预报。
  本文创新点有:(1)本系统为便于存储、管理和应用多元数据信息,提出并采用了渔业工作空间的概念;(2)以IHO S-57海图数据为基础,融合了渔业数据、影像数据、潮汐数据和气象数据等多源数据;(3)通过加载符号库数据,实现了渔业专题物标图层的显示与(自定义和手动)标绘。本系统将为渔业信息组网服务及构建一体化信息获取、存储、处理、表达、传输和发布平台提供了基础支持。
[硕士论文] 庞云
水产养殖 上海海洋大学 2017(学位年度)
摘要:推广生物絮凝技术有利于水产养殖业的可持续发展。生物絮凝技术的关键在于成功构建具有高效转化氨氮和亚硝酸盐氮能力的微生物生态系统。传统上,生物絮凝技术是通过添加碳源促进异养细菌利用氨氮转化为细菌蛋白,以保证水质稳定,促进养殖对象生长。异养型生物絮凝系统若每天按照C/N为15~20计算碳源添加量。整个养殖过程碳源添加量占总饲料投喂量的40%以上。硝化型生物絮凝系统不需要添加有机碳源,在氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌共同作用下也能控制氨氮和亚硝酸盐氮浓度处于较低水平。因此,应用硝化型生物絮体养殖凡纳滨对虾的研究在养殖生产中具有重要意义。本研究在生产上应用硝化型生物絮体养殖凡纳滨对虾。主要研究结果如下:
  1、应用硝化型生物絮体在超高放养密度(1667尾/m3和2821尾/m3)条件下养殖凡纳滨对虾,研究放养密度对水质和凡纳滨对虾的生长性能的影响以及养殖过程中絮体细菌群落结构和丰度变化。养殖周期为109 d。结果表明,硝化型生物絮体的细菌群落在门水平上主要优势菌群是变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)。超高放养密度条件下,富含硝化型生物絮体的系统能够长期维持氨氮和亚硝酸盐氮浓度低于1 mg/L。实验结束时,2821尾/m3密度组的硝酸盐氮浓度和总固体悬浮物浓度明显高于1667尾/m3密度组。两个处理组间的对虾产量没有显著性差异(P>0.05)。但凡纳滨对虾在1667尾/m3密度组获得更好的存活率、饵料系数、特定生长率、终末体长和体重。
  2、通过接种经脱氮处理的硝化型生物絮体养殖水,调节养殖系统的初始TSS浓度约为532 mg/L(絮体体积为15~22 mL/L),在放养密度为897尾/m3条件下研究高浓度絮体对系统的水质变化和凡纳滨对虾的生长性能的影响以及硝化型生物絮体细菌群落结构和丰度的变化。养殖周期为82 d。结果表明高浓度的硝化型生物絮体能够有效控制氨氮和亚硝酸盐氮浓度在较低水平,最高浓度分别不超过0.62 mg/L和0.5 mg/L。生物絮体的硝化细菌丰度在养殖中、后期明显上升,亚硝酸盐氧化菌最高丰度可达(3.26±1.64)%。实验结束时,凡纳滨对虾的存活率为(53.04±4.57)%,产量为(4.85±0.5)kg/m3,终末个体重为(10.17±0.19)g。高通量检测结果表明不添加碳源的养殖系统中,硝化型生物絮体的优势菌群是变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)。
  3、通过研究不同碳源添加量(0 g/m3/d,167.78 g/m3/d,335.56 g/m3/d)对高硝酸盐养殖水反硝化脱氮效果的影响。结果表明,添加碳源有利于促进高硝酸盐养殖水进行反硝化脱氮。添加碳源的实验组,pH先下降后上升,氨氮和亚硝酸盐氮均出现积累现象。实验结束时,167.78 g/m3/d组和335.56 g/m3/d组的硝酸盐氮去除率和总氮去除率都没有显著性差异(P>0.05),硝酸盐氮和总氮的去除率分别能达到99.7%和75%以上。但一水葡萄糖添加量为167.78 g/m3/d的实验组,硝酸盐氮去除完成所用消耗的时间更少。硝化型生物絮凝系统高硝酸盐含量养殖水的脱氮处理按照C6H12O6/初始NO3--N=1确定每日碳源添加量最经济。
[硕士论文] 程文平
机械工程 上海海洋大学 2017(学位年度)
摘要:随着消费者对虾类产品需求量的日益增加,虾类养殖已成为水产养殖中的重要组成部分。其中,饵料在养殖过程中是最直接的可控成本,如何确保饵料抛洒的均匀性,减少浪费,实现虾塘养殖的智能投喂是虾类养殖过程中亟待解决的关键问题。由于觅食习性的差异,养虾需要全塘投喂,所以养虾饵料泼洒方式有别于养鱼,养鱼可以用固定式投饵机,虾类养殖当前多以人工岸边泼洒或撑船泼洒为主,耗时费力,作业效率不高。随着劳动力资源不断减少,人工费用不断上涨,在水产养殖领域经济效益起伏不定的实际情况下,若不能提前做好相关技术储备和创新,该行业将无法完成柔性转换,阻碍自身的优化升级。上海有近4万亩虾塘,全国有上百万亩[1],具有巨大的市场需求,研发一种高效的智能投喂装置将具有广阔的前景。
  我国虾类养殖在技术方面已经取得了较大的进步,但是在“精确”养殖还很不足,存在着过分依靠养殖人员的经验问题。饵料投喂方面,由于需要均匀遍洒,主要还是依靠人力进行,劳动力耗费大,效果不能令人满意。目前国内还没有适合于解决虾类养殖过程中饵料投喂问题的装备支撑,而且这些装备还必须满足相对恶劣的现场应用环境,保证高可靠和易用。为解决这一问题,必须选择核心点进行突破,依托信息化、物联网等新技术,对相关装备进行攻关。本文针对虾塘饵料投喂不均、投喂方式落后等问题,研制简单易于操作的智能型虾塘移动式投饵装置。该装置结合滚塑成型、北斗自主导航、自动投饵和太阳能持续供电等技术进行开发,真正实现易操作、高可靠性下的智能化运作,通过自主投喂提高工作效率。
  本论文的主要研究内容和取得的成果如下:
  1)提出以双体船为载体,基于北斗自主导航定位和双螺旋桨推进技术的智能型虾塘移动投饵装置的总体设计方案,并对各功能系统进行合理化布局设计。
  2)采用双体船“一体化”设计的概念,对船体型线和料箱进行优化设计,利用滚塑成型工艺完成双体船和料箱的加工制造。整体装置设计参数为:船长1800mm,型宽1200mm,型高1000mm,片体高350mm,最大吃水深度240mm。完成对整个装置负载结构参数的校核,以及装置重心和浮心的估算。通过装置动力系统设计,确定以2个150W直流电机带动双螺旋桨的驱动方式,完成投饵装置移动功能。
  3)分别对投饵机下料系统和抛料系统进行结构优化设计。该投饵系统选用偏心抖动的下料方式和转盘高速离心抛洒的抛料方式完成投饵。对偏心抖料系统进行建模,利用铰链四杆机构分析计算出抖料盘的最优振幅区间为1.26~1.68mm;对抛料盘进行运动仿真分析,抛料盘最优折弯角度为12o,借助陆上抛料试验验证优化效果,结果表明,优化后的投饵系统在抛料均匀性和破碎率方面有了明显改善,达到了优化效果。
  4)完成装置控制系统的设计。对自主导航定位模块进行精度测试,完成北斗自主导航定位模块选型,最终选定定位精度为0.82m的MN110模块。基于北斗导航技术开发回转式路径规划纠偏控制算法、区域自适应投饵控制算法以及航速自适应投饵控制算法,按照装置功能系统的控制需求实现对主控板卡和电机驱动板卡的开发,促使装置依靠指令的自我反馈完成智能投喂。
  5)采用太阳能板持续充电的方式完成对装置的供电。经计算,决定采用2块最高充电电压为18V,额定功率为180W的单晶硅太阳能板和一组铅酸蓄电池(共120Ah)形成持续供电系统,保证整个装置的正常运行,避免用户频繁进行电力补给所带来的不便,促进无人化操作的实现。
  6)以上海海锋水产养殖合作社为基地,将自主研发的智能型虾塘移动式投饵装置组装调试后进行虾塘现场试验,以验证装置的可靠性和可行性。试验主要测试4个项目,第一,测试装置的最大航偏量以验证回转式路径纠偏控制算法的实用性和装置的可行性;第二,测试装置在极限运行状态下的性能指标参数,获取包括航行时长、航速、投饵量以及饵料抛洒分布密度等值的适用区间;第三,验证航速自适应投饵控制算法的可行性;第四,验证区域自适应投饵控制算法的可行性。上述试验结果为该装置的推广与应用提供了基本的依据。
[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] 孙晨光
控制工程 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:影响水产养殖的因素很多,其中水质的影响最为关键。水产养殖中需要检测的水质参数主要有亚硝酸盐氮(NO2-N)、溶解氧、pH值、氨氮等;其中,亚硝酸盐氮的含量一般应控制在0.1mg/L以内,否则会引起鱼类中毒,甚至大面积死亡。目前,亚硝酸盐氮的检测普遍使用的方法是人工比色法,这种检测方法费时费力。随着自动化技术、无线通信技术、微型计算机技术的发展,研制一个成本低、可靠性高的亚硝酸盐氮在线检测系统,对于水产养殖业的发展有着重要的意义。
  在对亚硝酸盐氮检测方法分析的基础上,研制了面向水产养殖的亚硝酸盐氮在线检测系统。主要工作内容归纳如下:
  (1)从pH值、温度、显色时间、波长等影响因素入手,分析其对亚硝酸盐氮检测吸光度的影响,并给出相应的处理方案;
  (2)在亚硝酸盐氮检测过程中,若药剂与水样混合不均匀,导致最佳显色时间不确定,针对该问题提出了一种新的药剂混合方法,在一定程度上,提高药剂混合的均匀性,减小检测误差;
  (3)完成了现场检测装置中的采样、加药、检测等机构以及相关硬件与软件的设计。硬件电路主要包括:STM32F103RBT6最小系统、LED驱动电路、硅光电池信号调理电路、无线数据传输电路等;软件程序主要包括:主程序、水样采集子程序、加药子程序、数据采集子程序、无线数据传输子程序等;
  (4)设计上位机监控系统软件,实现亚硝酸盐氮的实时显示、数据存储、超限报警等功能;
  (5)整个实验平台搭建完成后,对实验平台进行相关实验,验证检测系统的实用性与可靠性。
  实验结果表明:本课题研制的亚硝酸盐氮在线检测系统,能够实现亚硝酸盐氮的在线检测功能且检测误差较低;通过对影响因素的分析与处理,在一定程度上提高了在线检测的精度;药剂混合机构与方法的设计能够有效提高药剂混合均匀性。
[硕士论文] 张弛
控制科学与工程 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:在信息化、集约化的现代水产养殖产业中,把握水质变化等信息能够保证高密度养殖的优质高产。鱼类的行为变化是监测由溶解氧等水质变化造成的鱼类应激反应的指标。通过监测鱼类行为变化能够反应水质情况,为监控鱼类健康提供有效依据。本设计提出了基于嵌入式图像处理鱼类轨迹跟踪系统的远程监测方案,采用嵌入式系统结合图像处理技术对实时采集的鱼类图像进行处理,跟踪鱼类目标的运动轨迹,获得的鱼类轨迹数据及其参数分析结果可以通过服务器、客户端准确可靠的提供给养殖用户。
  本系统主要包括两个部分,第一部分为嵌入式图像处理轨迹跟踪现场端。嵌入式图像处理现场端使用嵌入式 Linux系统,搭载ARM Cortex-A9架构的Exynos4412高性能处理器。本设计采用的图像处理基本流程:图像采集、图像预处理、目标分割、目标标记、目标跟踪以及输出轨迹。通过鱼类轨迹数据能够计算速度、位移量参数,检测目标活跃程度。结合Qt和OpenCV设计图像处理软件程序和GUI界面程序。鱼类轨迹数据和参数分析结果会以帧为单位上传至服务器的SQLite数据库中,可供用户通过客户端查看。
  第二部分为嵌入式中转存储服务器和手机客户端,用于配合现场端进行监测。嵌入式服务器使用嵌入式Linux系统连接互联网进行通信,搭建监测专用服务器。内容包括SQLite数据库服务器的配置,实现服务器的网络通信程序,实现IO复用循环服务器模型。此服务器旨在替代传统主机服务器,分类储存与转发远程现场端发送的轨迹数据和参数分析结果。安卓手机客户端使用数据流量的方式与服务器进行通信,设计友好的GUI界面,传递鱼类轨迹、速度、位移等信息。
  本文通过实验,在分析鱼类轨迹的基础上,对比不同溶解氧浓度下鱼类行为变化,检测其活跃程度。实验验证在严重缺氧时鱼的活跃程度明显减小。验证了鱼类运动轨迹参数分析方法的有效性。鱼类轨迹跟踪与参数分析获得的数据上传至远程服务器中,通过手机客户端实时查看,为集约化水产养殖的信息化和应对突变情况的快速反应提供保证。
[硕士论文] 高欣
水产养殖 大连海洋大学 2017(学位年度)
摘要:池塘中良好的水环境对凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei Boone,1931)的生长至关重要,浮游生物在水域生态系统的物质循环、能量流动和信息传递中有着重要的作用,与水环境有着密切的关系,并可作为环境的指示种。为了探索高位池养殖模式在北方大规模养殖的可行性,本文于2015年和2016年研究了锦州海水高位养殖凡纳滨对虾池塘中浮游生物的群落结构和水质特征,分析了浮游生物优势种与环境因子的关系。结果表明,2015年和2016年的实验池平均水温分别为26.8℃和27.2℃;pH分别为8.16和8.67;盐度分别为23.0和20.3。2015年的浮游植物组成以硅藻,裸藻和绿藻为主,各占39.58%,20.83%和18.75%。甲藻、蓝藻和隐藻只占少数。2016年的浮游植物组成以硅藻,甲藻和绿藻为主,各占58.82%,17.65%和11.76%,裸藻、蓝藻只占少数。浮游植物密度分别为1.11×108cells/L和6.22×1010cells/L,浮游植物生物量分别为22.39mg/L和18.81mg/L。浮游植物多样性指数(H′)分别为0.59、2.08,均匀度指数(J)分别为0.16、0.73。浮游动物密度分别为24.72ind/L和62.26ind/L;生物量分别为0.56mg/L和0.46mg/L;浮游动物多样性指数(H′)分别为0.68、1.43,均匀度指数(J)分别为0.52、0.73。据CCA/RDA分析显示,2015年驱动浮游植物优势种的主要因子为TN、S(盐度)、PO43--P;;2016年驱动浮游植物优势种的主要因子为:TH(总硬度)。2015年驱动浮游动物优势种的主要因子为S(盐度)、NO2--N;2016年驱动浮游动物优势种的主要因子为NH4+-N。实验证明,在苗种、水质、饲料等条件良好的前提下,北方高位池养殖凡纳滨对虾是可行的。
[硕士论文] 任作为
农业电气化与自动化 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:精细化养殖具有养殖密度高和经济效益好等特点,已逐渐取代粗放养殖成为主流养殖模式。由于养殖密度较高,常导致水中营养元素氮转变为有毒的氨氮。当氨氮浓度超过2.00mg/L时,水生物便会出现中毒症状,甚至大量死亡。因此,必须周期性检测养殖水体中氨氮浓度。而我国水产养殖氨氮检测技术相对落后,缺乏专用于水产养殖业的低浓度高精度氨氮在线检测设备。养殖水体中氨氮浓度较低,要求检测精度较高,但是高精度实验室氨氮检测设备因价格较高和操作复杂难以推广。因此,多数养殖厂仍使用便携式氨氮测定仪或氨氮试纸人工检测氨氮浓度。人工检测常由于检测员操作不当导致较大的人为误差,便携式氨氮测定仪或氨氮试纸存在检测低浓度水体时检测误差大、检出限高和试剂浪费等问题。
  针对上述问题,论文提出了一种水产养殖氨氮在线检测方法,实现低浓度氨氮在线高精度检测,主要研究内容如下:(1)从纳氏试剂配制方法、试剂与氨氮化学反应和吸光度检测三方面分析水产养殖氨氮检测精度影响因素,并根据分析结果提出优化措施,降低检出限和检测误差,提高了低浓度氨氮检测分辨率。(2)因为检测环境常年变化较大,所以为了避免对在线检测精度的影响,提出了基于LSSVM软测量数据处理算法,选取养殖水体温度、吸光度峰值和峰值时间作为输入量,氨氮浓度作为输出量,实现在线检测精度补偿,无需增加额外功能组件,减少成本,提高了检测精度。(3)实现水产养殖氨氮在线检测系统,完成现场检测装置和监控终端的软硬件设计。硬件电路主要有微处理器最小系统、光电检测、温度检测和GPRS通信等电路,软件有以微处理器为核心的控制、AD采样、显示以及无线通信等程序,并采取自定义数据包、差错控制和断点续传技术提高通信可靠性。(4)在搭建的水产养殖氨氮在线检测系统平台上,进行检测系统的精度、稳定性和重复性实验,并选用便携式氨氮检测仪进行对比实验。
  实验结果表明:基于LSSVM软测量方法提高了低浓度氨氮检测准确性,实现了检测精度补偿;本课题提出的水产养殖氨氮在线检测系统具有较高的检测精度、稳定性和重复性,避免了影响因素干扰,检测实验结果标准偏差和相对标准偏差平均值分别为0.0107mg/L和1.28%;基于影响分析结果优化后的在线检测系统降低了检测误差和检出限,提高了检测精度,节省试剂,减少单次检测成本。
[硕士论文] 栾瀚韬
捕捞学 大连海洋大学 2017(学位年度)
摘要:水中理化因子是水生生物生存的基础,决定着水域的养殖种类和数量,决定着水域的渔业发展方向。但是关于赛里木湖理化因子时空分布及水质评价的系统研究却较少,仅有陈志军等总结了2004-2006年期间赛里木湖的地理特征和湖水的水化学状况并进行了水质评价。随着时间的推移,湖水的理化因子可能会发生变化,进而影响渔业发展方向。但是关于赛里木湖理化因子近年来的系统研究却罕见报道。
  为了充分开发和利用新疆赛里木湖的水质资源,本文于2010-2015年间,较系统地研究了湖中的盐度、水温、离子组成、溶解氧(DO)、pH、化学需氧量(COD)、总磷、总氮、氨氮、透明度、叶绿素a(Chl-a)等的时空变化,并对赛里木湖水质进行了评价。研究结果表明,赛里木湖的各项水质参数存在着时空差异。
  赛里木湖的水体pH波动范围为8.1—9.2,平均为8.99。在同一断面上,上下层水体中pH变动不大,不同地点测得的pH变动很小,测得的年度变化结果变化不大。赛里木湖湖水清澈,透明度6.0—13.5m,湖中透明度大于湖岸透明度,由于时常刮风,风浪对透明度影响很大。其中调查区域内平均盐度为3.58,不同地点盐度变动很小,测得的年度变化结果变化不大。赛里木湖水体的溶解氧为7.1—11.5mg/L。表层溶解氧变化不大,溶解氧和温度呈负相关,在八月份含量最低。参照国家地面水环境质量分级标准,结果显示2010年8月和2011年2月以及2014年6月和2015年1月的水质总体处于良好状态,除总硬度、硫酸盐为Ⅲ级标准和2014年、2015年的总磷以及2015年总氮为IV级标准外,其他项目均符合Ⅱ及以上水质标准,平均水质为Ⅰ类。富营养化指数评价法分析显示湖水属于贫营养性水质,没有富营养化现象,几次实测水质指标通过单因子评价方法计算显示赛里木湖未受到外部环境污染,适用于各种用水水源,同时也适合渔业发展对水质的要求,赛里木湖地处新疆高原地带,年均地表径流水量较小,湖水水体水化学组成相对稳定,水质处于良好状态,完全可以开发和利用赛里木湖丰富的水资源发展水产养殖业。
[硕士论文] 阎笑彤
软件工程 大连海洋大学 2017(学位年度)
摘要:现如今,海洋养殖业蓬勃发展的同时,一些水产养殖中对疾病的诊断和预防的问题也逐渐暴露了出来,例如,人工诊断疾病往往存在着找人难,诊断精确度不尽如人意,效率低下的问题,不能针对疾病病症及时给药,造成了养殖物的大量染病死亡以及水产养殖户极大的经济损失。针对以上问题,本文对现有的文本关键字提取算法TFIDF 算法进行了改进,综合了两种改进算法M_TF算法和CTD算法的优点,创造出新的算法,此算法对提取信息角度更加多样化,也对对文本集存在偏斜的情况加以优化。本系统诊断模型,采取改进后的余弦相似度匹配算法,诊断算法参考了水质监测系统采集到的实时水质温度参数,让养殖户在疾病出现时可以结合当时的水质情况对疾病进行辅助诊断,针对因温度引起的疾病,增强了诊断的准确性,从很大程度上解决了传统专家系统的缺点。
  本系统的建立基于JavaWeb的B/S三层架构,实现了64种常见水产的疾病诊断,涵盖了海参,鲍鱼,龙虾,甲鱼,海胆,牡蛎共六个品种。用户可以查看疾病的详细介绍文档和图片,并通过输入疾病症状获取诊断结果和预防治疗的措施,为养殖户提供了支持。
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