CN106305564A - 一种自主导航河蟹养殖投饵装置及均匀投饵方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自主导航河蟹养殖投饵装置及均匀投饵方法，在明轮动力投饵船体上安装有气动风送投饵装置和电气控制装置，所述气动风送投饵装置主要包括自动投饵机、风机和气体分流器，所述电气控制装置主要包括ARM9控制板以及与ARM9控制板相连接的上位机通讯装置、GPS/INS组合导航装置和明轮驱动器；所述的均匀投饵方法主要包含以下步骤：步骤1，建立蟹塘矩形工作区域坐标系；步骤2，确定内螺旋均匀投饵的圈数；步骤3，计算内螺旋均匀投饵目标点，生成目标投饵路径；步骤4，根据目标投饵密度及当前船速计算投饵机各通道流量，进行内螺旋均匀投饵。本发明可实现投饵作业的精确控制，能显著提高河蟹的养殖效益，促进河蟹养殖业的发展。

Description

一种自主导航河蟹养殖投饵装置及均匀投饵方法

技术领域

本发明涉及水产养殖自动投饲领域，特别是河蟹养殖的自动投饲。

背景技术

河蟹是我国重要的淡水蟹类，其肉质鲜美、营养丰富，深得广大消费者的青睐。近年来，随着市场需求的不断增加，河蟹的养殖规模也日益扩大，给渔民们带来了良好的经济效益。在河蟹的养殖过程中，喂料投饵是一项十分重要的工作，然而，由于河蟹爬行缓慢且活动范围有限，只能在自身附近的区域内觅食。饵料的投放不均会导致局部饵料过多或者过少，饵料过多时不仅会造成饵料的浪费，还会造成河蟹的过度集中，导致局部溶解氧的过度消耗，从而引起水质环境的恶化；饵料过少时又会降低河蟹的摄食量并引起河蟹的打斗，最终造成河蟹的伤亡，降低河蟹的品质和产量。目前，河蟹养殖过程中主要采用三种投饵方式：一是通过人工撑船投料，这种方式完全依靠经验，费时费力，效率低下；二是通过投饵机定点投喂，这种方式虽然可以做到定时定量投喂，但是只能固定在某一地点，缺乏灵活性，无法覆盖整个池塘；三是通过船载投饵机投喂，这种投喂方式虽然可以在一定程度上节省人力并且增大投喂面积，但是每次的投喂路线和投喂量都具有很大的随机性。同时，市面上的投饵机大多使用振动电机作为下料装置，使用一个或多个抛盘作为抛洒装置，饵料的分布区域为一个不均匀的扇面，无法保证饵料均匀地落在池塘内。

随着农业电气化、自动化技术的发展，出现了一些自动或半自动的投饵设备，如申请号为201510614663.7的专利“移动式自动投饵机及投料方法”可以沿着池塘边缘进行移动式自动投饵，在一定程度上解决了定点式投饵机覆盖面积小的问题。但是这种方法需要在池塘边缘铺设环形滑道，成本较高，并且无法方便地将设备移植到其它池塘，同时，当池塘面积较大时，该投饵机无法覆盖到池塘的中心区域，浪费了池塘的养殖空间；申请号为02229989.0的专利“遥控自动投饵船”可使用遥控器进行远程操作，但是其路线完全依靠人工经验，且其载料量较小，无法完成大面积的池塘投饵作业。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种自主导航河蟹养殖投饵装置及均匀投饵方法。本发明采用如下技术方案：

一种自主导航河蟹养殖投饵装置，包括明轮动力投饵船体、气动风送投饵装置和电气控制装置；所述气动风送投饵装置和所述电气控制装置均设置在所述船体上；所述电气控制装置与所述气动风送投饵装置相连；

所述气动风送投饵装置包括自动投饵机、风机和气体分流器；所述风机通过输气干管与所述气体分流器相连，所述气体分流器通过若干个输气支管与自动投饵机相连；所述自动投饵机包括饵料箱；所述饵料箱的内部底端设置有若干个喂料漏斗；每个喂料漏斗下端均安装有饵料开度阀门；所述饵料开度阀门与三通接头的一端相连，所述三通接头的另外两端分别连接导料管和输气支管；所述导料管连接出料管；所述输气支管连接所述气体分流器；所述饵料开度阀门的开度由阀门电机控制器控制，用于调节出料管流出饵料的流量；

所述电气控制装置包括ARM9控制板、上位机通讯装置、GPS/INS组合导航装置、明轮驱动器；所述上位机通讯装置、GPS/INS组合导航装置、明轮驱动器均与所述ARM9控制板相连；所述上位机通讯装置用于ARM9控制板和上位机之间进行通讯；所述GPS/INS组合导航装置用于获取船体的位置信息；所述ARM9控制板根据船体的位置信息，通过控制与明轮推进器的电机相连的明轮驱动器实行控制船体的航行轨迹；所述ARM9控制板还与所述气体分流器和阀门电机控制器相连，用于控制输气支管的气体流量和出料管流出的饵料流量。

进一步地，所述气动风送投饵装置安装在明轮动力投饵船体的尾部；所述电气控制装置安装在明轮动力投饵船体的头部；所述电气控制装置的底部设有蓄电池，为整个投饵装置提供动力。

进一步地，所述气动风送投饵装置通过底座支架固定安装在明轮动力投饵船体的尾部；所述电气控制装置通过设备安装板安装在所述明轮动力投饵船体的头部；所述出料管通过金属支架固定在所述底座支架上。

进一步地，所述若干个喂料漏斗均匀并列设置，且与船体纵轴平行；所述出料管的通道半径沿出料方向由小变大；所述出料管间隔为0.5m等距离分布。

进一步地，所述饵料箱的外部底端安装有压力传感器，用于测量剩余饵料的重量；所述压力传感器与所述ARM9控制板相连，所述ARM9控制板在剩余饵料不足时，控制蜂鸣器进行报警。

本发明还提出了一种河蟹养殖的均匀投饵方法，包括如下步骤：

S1，建立蟹塘矩形工作区域坐标系；

S2，确定内螺旋均匀投饵的圈数；

S3，计算内螺旋均匀投饵的目标点，生成目标投饵路径；

S4，根据目标投饵密度及当前船速计算自动投饵机各通道流量，进行内螺旋均匀投饵。

进一步地，所述步骤S1的具体过程包括如下：

步骤S1001，利用GPS/INS组合导航装置测量并记录能够反映蟹塘矩形工作区域的4个顶点在经纬度坐标系下的坐标；

步骤S1002，将四个顶点按照逆时针顺序分别标记为M₁(x_m1,y_m1)、M₂(x_m2,y_m2)、M₃(x_m3,y_m3)和M₄(x_m4,y_m4)，并保证M₁M₂为短边；

步骤S1003，分别计算边M₁M₂的长度L_m1m2、M₁M₄的长度L_m1m4。

进一步地，所述步骤S2中确定内螺旋均匀投饵的圈数q为：

$q=\mathrm{int}\left(\frac{L_{m1m2}}{2\×l_1}\right),$

其中，l₁为气动风送式投饵船的投饵总宽度。

进一步地，所述步骤S3的具体过程包括如下：

步骤S3101，对变量k赋初始值，令k＝1；

步骤S3102，取第一个目标点T₁的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{t1}=x_{m1}+\frac{l_1}{L_{m1m4}}\×(x_{m4}-x_{m1})+\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(x_{m2}-x_{m1})\\ y_{t1}=y_{m1}+\frac{l_1}{L_{m1m4}}\×(y_{m4}-y_{m1})+\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(y_{m2}-y_{m1})\end{array}\right.$

步骤S3103，令k＝k+1，判断是否k≤8×q，若是，跳转到步骤S3104，若否跳转到步骤S3113；

步骤S3104，判断k-1余8的结果是否为0？若是，跳转到步骤S3105；若否，跳转到步骤S3106；

步骤S3105，取目标点T_k的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{t_k}=x_{t_{k-1}}+\frac{3\×l_1}{2\×L_{m1m4}}\×(x_{m4}-x_{m1})+\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(x_{m2}-x_{m1})\\ y_{t_k}=y_{t_{k-1}}+\frac{3\×l_1}{2\×L_{m1m4}}\×(y_{m4}-y_{m1})+\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(y_{m2}-y_{m1})\end{array}\right.$

跳转到步骤S3103；

步骤S3106，判断k余2的结果是否为0？若是，跳转到步骤S3107；若否，跳转到步骤S3108；

步骤S3107，判断余2的结果是否为0？若是，跳转到步骤S3109；若否跳转到步骤S3110；

步骤S3108，判断k+1余8的结果是否为0？若是，跳转到步骤S3111；若否，跳转到步骤S3112；

步骤S3109，取目标点T_k的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{t_k}=x_{t_{k-1}}+{(-1)}^{{\mathrm{\α}}_1}\×\frac{(L_{m1m2}-{\mathrm{\β}}_1\×l_1)}{L_{m1m2}}\×(x_{m2}-x_{m1})\\ y_{t_k}=y_{t_{k-1}}+{(-1)}^{{\mathrm{\α}}_1}\×\frac{(L_{m1m2}-{\mathrm{\β}}_1\×l_1)}{L_{m1m2}}\×(y_{m2}-y_{m1})\end{array}\right.$

其中，跳转到步骤S3103；

步骤S3110，取目标点T_k的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{t_k}=x_{t_{k-1}}+{(-1)}^{{\mathrm{\α}}_2}\×\frac{(L_{m1m4}-{\mathrm{\β}}_2\×l_1)}{L_{m1m4}}\×(x_{m4}-x_{m1})\\ y_{t_k}=y_{t_{k-1}}+{(-1)}^{{\mathrm{\α}}_2}\×\frac{(L_{m1m4}-{\mathrm{\β}}_2\×l_1)}{L_{m1m4}}\×(y_{m4}-y_{m1})\end{array}\right.$

其中，跳转到步骤S3103；

步骤S3111，取目标点T_k的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{t_k}=x_{t_{k-1}}+{(-1)}^{{\mathrm{\α}}_3}\×\frac{l_1}{2\×L_{m1m4}}\×(x_{m4}-x_{m1})-\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(x_{m2}-x_{m1})\\ y_{t_k}=y_{t_{k-1}}+{(-1)}^{{\mathrm{\α}}_3}\×\frac{l_1}{2\×L_{m1m4}}\×(y_{m4}-y_{m1})-\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(y_{m2}-y_{m1})\end{array}\right.$

其中，跳转到步骤S3103；

步骤S3112，取目标点T_k的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{t_k}=x_{t_{k-1}}+{(-1)}^{{\mathrm{\α}}_4}\×\frac{l_1}{2\×L_{m1m4}}\×(x_{m4}-x_{m1})+\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(x_{m2}-x_{m1})\\ y_{t_k}=y_{t_{k-1}}+{(-1)}^{{\mathrm{\α}}_4}\×\frac{l_1}{2\×L_{m1m4}}\×(y_{m4}-y_{m1})+\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(y_{m2}-y_{m1})\end{array}\right.$

其中，跳转到步骤S3103；

步骤S3113，遍历结束，生成的投饵船目标点集合为：{T₁,T₂…T_(8q-1),T_8q}，对应的投饵船目标航道路线为：T₁→T₂...→...→T_(8q-1)→T_8q。

进一步地，所述步骤S4包括：

4-A，所述内螺旋均匀投饵包括直行投饵与转向投饵两个部分：

直行投饵时，投饵机的各通道线速度均相同，各通道的投饵流量相同，设目标投饵密度为ρ₁，当前船速为v，投饵机的通道总数为λ，则计算得到投饵机各个通道的流量为：

$f_i=\frac{{\mathrm{\ρ}}_1\×l_1\×v}{\mathrm{\λ}},i=1,2,3...,\mathrm{\λ};$

转向投饵时，投饵机各通道的线速度成比例变化，设投饵机两侧的目标投饵密度为ρ₂，则计算得到投饵机各通道的流量为：

$\left\{\begin{array}{c}{f}_i=(2\×i-1)\×\frac{{\mathrm{\ρ}}_1\×v\×l_1}{{\mathrm{\λ}}^2},(i=2,3,4...,\mathrm{\λ}-1)\\ f_i=(2\×i-1)\×\frac{{\mathrm{\ρ}}_2\×v\×l_1}{{\mathrm{\λ}}^2},(i=1,\mathrm{\λ})\end{array}\right.;$

当投饵船完成一圈投饵作业，准备切换至下一圈继续投饵时，应当关闭投饵机各个投饵通道，即此时投饵机各通道的流量为：

f_i＝0，i＝1,2,3…,λ；

4-B，按4-A的投饵方法，顺序遍历步骤S3中计算得到的投饵目标点即可完成内螺旋均匀投饵；

具体实现步骤如下：

步骤S4101，内螺旋均匀投饵开始，对变量k、p赋初始值，令k＝0，p＝1；

步骤S4102，判断是否p余8的结果为1并且p＝k+1？若是，跳转到步骤S4103；若否，跳转到步骤S4104；

步骤S4103，将目标点T_p作为投饵船的当前目标点进行航向、航速双闭环自主导航，设定投饵机各通道流量为f_i＝0，i＝1,2,3…,λ，跳转到步骤S4107；

步骤S4104，判断k余2的结果是否为0？若是，跳转到步骤S4105，若否，跳转到步骤S4106；

步骤S4105，令投饵船顺时针转向，设定其转弯半径设定投饵机各通道流量：

$\left\{\begin{array}{c}{f}_i=(2\×i-1)\×\frac{{\mathrm{\ρ}}_1\×v\×l_1}{{\mathrm{\λ}}^2},(i=2,3,4...,\mathrm{\λ}-1)\\ f_i=(2\×i-1)\×\frac{{\mathrm{\ρ}}_2\×v\×l_1}{{\mathrm{\λ}}^2},(i=1,\mathrm{\λ})\end{array}\right.$

其中，ρ₁、ρ₂为目标投饵密度，且ρ₂>ρ₁，λ为投饵机通道数，v为当前船速，跳转到步骤S4107；

步骤S4106，将目标点T_p作为投饵船的当前目标点进行航向、航速双闭环自主导航，设定投饵机各通道流量为：

$f_i=\frac{{\mathrm{\ρ}}_1\×l_1\×v}{\mathrm{\λ}},i=1,2,3...,\mathrm{\λ};$

步骤S4107，判断投饵船是否到达当前目标点，若是，跳转到步骤S4108；若否，跳转到步骤S4102；

步骤S4108，判断k或者k+1余8的结果是否为0？若是，跳转到步骤S4109；若否，跳转到步骤S4110；

步骤S4109，判断p余8的结果是否为0？，若是，跳转到步骤S4111；若否，跳转到步骤S4112；

步骤S4110，令k＝k+1，p＝p+1，跳转到步骤S4114；

步骤S4111，令k＝k+1，p＝k-7，跳转到步骤S4114；

步骤S4112，判断是否p＝k+1？，若是，跳转到步骤S4110；若否，跳转到步骤S4113；

步骤S4113，令p＝k+1；

步骤S4114，判断是否p≤8×q，若是，跳转到步骤S4102；若否，跳转到步骤S4115；步骤S4115，内螺旋均匀投饵结束。

本发明的有益效果：

本发明首先建立蟹塘矩形工作区域坐标系：使用GPS/INS组合导航设备测量并记录能够反映蟹塘工作区域轮廓的4个顶点的经纬度坐标，按逆时针顺序分别标记为M1(xm1,ym1)、M2(xm2,ym2)、M3(xm3,ym3)和M4(xm4,ym4)，并保证M1M2为短边，分别计算边M1M2、M1M4的长度L_m1m2和L_m1m4；然后根据蟹塘的工作区域确定内螺旋均匀投饵的圈数；接着使用顺序内推的方法计算出内螺旋均匀投饵的目标点，生成目标投饵路径；最后，分别计算出投饵机各通道在直行与转弯时的目标流量并按照目标点顺序遍历完成内螺旋均匀投饵。本发明可以根据蟹塘的四个顶点坐标自动生成最优的均匀投饵路线，实现精确投饵，能显著提高河蟹的养殖效益，促进河蟹养殖业的发展。

附图说明

图1为河蟹养殖投饵船装置结构示意图；

图2为气动风送投饵装置正视图；

图3为电气控制装置结构图；

图4为内螺旋均匀投饵示意图；

图5为计算内螺旋均匀投饵目标点示意图；

图中：1、明轮动力投饵船体；2、气动风送投饵装置；3、自动投饵机；4、电气控制装置；5、风机；6、气体分流器；7、明轮推进器；8、底座支架；9、压力传感器；10、导料管；11、出料管；12、输气干管；13、喂料漏斗；14、饵料开度阀门；15、阀门电机控制器；16、三通接头；17、输气支管；18、ARM9控制板；19、上位机通讯装置；20、GPS/INS组合导航装置；21、明轮驱动器；22、设备安装板；23、蓄电池；24、金属支架；25、饵料箱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明所述的一种自主导航河蟹养殖投饵装置包括明轮动力投饵船体1、气动风送投饵装置2和电气控制装置4。所述明轮动力投饵船体1中部两侧均安装有可正反转的明轮推进器7，不仅可以灵活地控制船体航行，还可以起到防止水草缠绕和活水增氧的效果。所述气动风送投饵装置2安装在明轮动力投饵船体1的尾部，主要包括自动投饵机3、风机5和气体分流器6，风机5通过输气干管12与气体分流器6相连，气体分流器6通过多个输气支管17与自动投饵机3相连，且气体分流器6每个通道的气体流量均可独立控制，自动投饵机3、风机5和气体分流器6均安装在底座支架8上，底座支架8安装船体尾部；所述的电气控制装置4放置在明轮动力投饵船体1的头部以利于整个系统的平衡。

如图1和图2所示，所述的自动投饵机3包括一个饵料箱25、九个喂料漏斗13、九个饵料开度阀门14、九个三通接头16、九根导料管10、九根输气支管17、九个出料管11、九个阀门电机控制器15和四个压力传感器9。所述多个喂料漏斗13设置在饵料箱25的底部，每个喂料漏斗13下端均安置有饵料开度阀门14，所述饵料开度阀门14的开度由阀门电机控制器15控制，从而达到控制投饵流量的效果。所述饵料开度阀门14的下端与三通接头16一端相连，三通接头16的另一端通过导料管10连接出料管11，另外一端通过输气支管17连接气体分流器6。当风机5开始工作时，产生的气体经气体分流器6、输气支管17进入三通接头16，在饵料开度阀门14下端形成负压，将喂料漏斗13内的饵料吸入至三通接头16内，并沿着导料管10将饵料输送至出料管11处喷洒出去。所述的多个出料管11由光滑的轻质材料制成(例如玻璃钢)，并通过金属支架24固定到底座支架8上，出料管11的通道半径沿出料方向由小变大，每个出料管11间隔0.5m等距离分布，总投饵宽度为4.5m。所述自动投饵机3的底部安装有四个压力传感器9，用于测量剩余饵料的重量。

如图3所示，所述的电气控制装置4主要包括ARM9控制板18以及与ARM9控制板18相连的上位机通讯装置19、GPS/INS组合导航装置20、明轮驱动器21、蓄电池23。所述的ARM9控制板18还与气体分流器6、压力传感器9、阀门电机控制器15相连，如图3所示。所述的GPS/INS组合导航装置20获取投饵船当前的位姿信息并将相关的数据发送给ARM9控制板18，ARM9控制板18根据内置的导航控制算法计算出调整量，通过控制与明轮推进器7的电机相连的明轮驱动器21，从而控制投饵船的航行轨迹，同时，ARM9控制板18还可以通过控制气体分流器6以及阀门电机控制器15达到控制输气支管17的气体流量和投饵机3各通道饵料流量的目的。ARM9控制板18通过压力传感器9不断地检测自动投饵机3的剩余饵料，当饵料不足时及时报警并返航填充饵料。上位机通讯装置19用于连接ARM9控制板18和上位机，实时接收来自上位机的投饵作业指令并将投饵船的位姿、剩余电量、剩余饵料等状态信息上传至上位机。ARM9控制板18、上位机通讯装置19、GPS/INS组合导航装置20、明轮驱动器21等均安装在设备安装板22上。所述的蓄电池23位于电气控制装置4底部，为整个投饵船系统提供动力。

本发明一种自主导航河蟹养殖投饵装置工作时，按照如下步骤进行均匀投饵：

步骤1.在经纬度坐标系下建立蟹塘矩形工作区域

用于河蟹养殖的池塘一般呈矩形或者类矩形，建立蟹塘矩形工作区域坐标系的具体步骤为：

步骤S1001，使用GPS/INS组合导航设备测量并记录能够反映蟹塘矩形工作区域的4个顶点的经纬度坐标；

步骤S1002，将四个顶点按照逆时针顺序分别标记为M₁(x_m1,y_m1)、M₂(x_m2,y_m2)、M₃(x_m3,y_m3)和M₄(x_m4,y_m4)，并保证M₁M₂为短边；

步骤S1003，分别计算边M₁M₂、M₁M₄的长度L_m1m2和L_m1m4。

已知L_m1m2和L_m1m4计算的公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{L}_{m1m2}=2\×6378137\×arcsin\left(\sqrt{{\sin }^2\left(\frac{y_{m2}-y_{m1}}{2}\right)+cos\left(y_{m1}\right)\×cos\left(y_{m2}\right)\×{\sin }^2\left(\frac{x_{m2}-x_{m1}}{2}\right)}\right)\\ L_{m1m4}=2\×6378137\×arcsin\left(\sqrt{{\sin }^2\left(\frac{y_{m4}-y_{m1}}{2}\right)+cos\left(y_{m1}\right)\×cos\left(y_{m4}\right)\×{\sin }^2\left(\frac{x_{m4}-x_{m1}}{2}\right)}\right)\end{array}\right.$

其中，横坐标x表示经度，纵坐标y表示纬度，L的单位为m。

步骤2.确定内螺旋均匀投饵的圈数

对于内螺旋均匀投饵方法，如图4所示，需要先根据工作区域的大小确定内螺旋均匀投饵的圈数q，由于已知M₁M₂为短边，内螺旋均匀投饵的圈数q为：

$q=\mathrm{int}\left(\frac{L_{m1m2}}{2\×l_1}\right)$

其中，l₁为气动风送式投饵船的投饵总宽度；

步骤3.计算内螺旋均匀投饵目标点，生成目标投饵路径

由于内螺旋均匀投饵每圈的投饵宽度固定，可以使用顺序内推的方法计算出均匀投饵的目标点{T₁,T₂…T_(8q-1),T_8q}，示意图如图4、图5所示。

为了方便计算，引入向量操作，由于：

向量：

即：

向量：

即：

向量：

即：

依次类推，可分别计算出T₁,T₂…T_(8q-1),T_8q的坐标。具体的计算流程为：

步骤S3101，对k赋初始值，令k＝1；

步骤S3102，取第一个目标点T₁的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{t1}=x_{m1}+\frac{l_1}{L_{m1m4}}\×(x_{m4}-x_{m1})+\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(x_{m2}-x_{m1})\\ y_{t1}=y_{m1}+\frac{l_1}{L_{m1m4}}\×(y_{m4}-y_{m1})+\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(y_{m2}-y_{m1})\end{array}\right.$

步骤S3103，令k＝k+1，判断是否k≤8×q，若是，跳转到步骤S3104，若否跳转到步骤S3113；

步骤S3104，判断k-1余8的结果是否为0？若是，跳转到步骤S3105；若否，跳转到步骤S3106；

步骤S3105，取目标点T_k的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{t_k}=x_{t_{k-1}}+\frac{3\×l_1}{2\×L_{m1m4}}\×(x_{m4}-x_{m1})+\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(x_{m2}-x_{m1})\\ y_{t_k}=y_{t_{k-1}}+\frac{3\×l_1}{2\×L_{m1m4}}\×(y_{m4}-y_{m1})+\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(y_{m2}-y_{m1})\end{array}\right.$

跳转到步骤S3103；

步骤S3106，判断k余2的结果是否为0？若是，跳转到步骤S3107；若否，跳转到步骤S3108；

步骤S3107，判断余2的结果是否为0？若是，跳转到步骤S3109；若否跳转到步骤S3110；

步骤S3108，判断k+1余8的结果是否为0？若是，跳转到步骤S3111；若否，跳转到步骤S3112；

步骤S3109，取目标点T_k的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{t_k}=x_{t_{k-1}}+{(-1)}^{{\mathrm{\α}}_1}\×\frac{(L_{m1m2}-{\mathrm{\β}}_1\×l_1)}{L_{m1m2}}\×(x_{m2}-x_{m1})\\ y_{t_k}=y_{t_{k-1}}+{(-1)}^{{\mathrm{\α}}_1}\×\frac{(L_{m1m2}-{\mathrm{\β}}_1\×l_1)}{L_{m1m2}}\×(y_{m2}-y_{m1})\end{array}\right.$

其中，跳转到步骤S3103；

步骤S3110，取目标点T_k的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{t_k}=x_{t_{k-1}}+{(-1)}^{{\mathrm{\α}}_2}\×\frac{(L_{m1m4}-{\mathrm{\β}}_2\×l_1)}{L_{m1m4}}\×(x_{m4}-x_{m1})\\ y_{t_k}=y_{t_{k-1}}+{(-1)}^{{\mathrm{\α}}_2}\×\frac{(L_{m1m4}-{\mathrm{\β}}_2\×l_1)}{L_{m1m4}}\×(y_{m4}-y_{m1})\end{array}\right.$

其中，跳转到步骤S3103；

步骤S3111，取目标点T_k的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{t_k}=x_{t_{k-1}}+{\left(-1\right)}^{{\mathrm{\α}}_3}\×\frac{l_1}{2\×L_{m1m4}}\×(x_{m4}-x_{m1})-\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(x_{m2}-x_{m1})\\ y_{t_k}=y_{t_{k-1}}+{\left(-1\right)}^{{\mathrm{\α}}_3}\×\frac{l_1}{2\×L_{m1m4}}\×(y_{m4}-y_{m1})-\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(y_{m2}-y_{m1})\end{array}\right.$

其中，跳转到步骤S3103；

步骤S3112，取目标点T_k的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{t_k}=x_{t_{k-1}}+{(-1)}^{{\mathrm{\α}}_4}\×\frac{l_1}{2\×L_{m1m4}}\×(x_{m4}-x_{m1})+\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(x_{m2}-x_{m1})\\ y_{t_k}=y_{t_{k-1}}+{(-1)}^{{\mathrm{\α}}_4}\×\frac{l_1}{2\×L_{m1m4}}\×(y_{m4}-y_{m1})+\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(y_{m2}-y_{m1})\end{array}\right.$

其中，跳转到步骤S3103；

步骤S3113，遍历结束，生成的投饵船目标点集合为：{T₁,T₂…T_(8q-1),T_8q}，对应的投饵船目标航道路线为：T₁→T₂...→...→T_(8q-1)→T_8q。

步骤4.根据目标投饵密度及当前船速计算投饵机各通道流量，进行内螺旋均匀投饵

(4-A)由于内螺旋均匀投饵包括直行投饵与转向投饵两个部分，投饵船直行投饵时，投饵机的各通道线速度均相同，因而各通道的投饵流量也相同，已知目标投饵密度为ρ₁，当前船速为v，投饵机的通道总数为λ，可以计算得到投饵机各个通道的流量为：

$f_i=\frac{{\mathrm{\ρ}}_1\×l_1\×v}{\mathrm{\λ}},(i=1,2,3...,\mathrm{\λ})$

投饵船转向投饵时，由于投饵机各通道的线速度成比例变化，为了保证投饵密度的均匀性，必须使得各通道的投饵量也成比例变化。同时，由于投饵船的转弯半径固定为两侧投饵通道的边缘会出现无法覆盖到的空白区域，此时应该适当地加大两侧通道的投饵量，以提高投饵的均匀度。已知投饵机两侧的目标投饵密度为ρ₂，可以计算得到投饵机各通道的流量为：

$\left\{\begin{array}{c}{f}_i=(2\×i-1)\×\frac{{\mathrm{\ρ}}_1\×v\×l_1}{{\mathrm{\λ}}^2},(i=2,3,4...,\mathrm{\λ}-1)\\ f_i=(2\×i-1)\×\frac{{\mathrm{\ρ}}_2\×v\×l_1}{{\mathrm{\λ}}^2},(i=1,\mathrm{\λ})\end{array}\right.$

特别地，当投饵船完成一圈投饵作业，准备切换至下一圈继续投饵时，应当关闭投饵机各个投饵通道，即此时投饵机各通道的流量为：

f_i＝0，(i＝1,2,3…,λ)

(4-B)接着，顺序遍历步骤3中计算得到的投饵目标点即可完成内螺旋均匀投饵。具体的步骤如下：

步骤S4101，内螺旋均匀投饵开始，对k、p赋初始值，令k＝0，p＝1；

步骤S4102，判断是否p余8的结果为1并且p＝k+1？若是，跳转到步骤S4103；若否，跳转到步骤S4104；

步骤S4103，将目标点T_p作为投饵船的当前目标点进行航向、航速双闭环自主导航，设定投饵机各通道流量为f_i＝0，(i＝1,2,3…,λ)，跳转到步骤S4107；

步骤S4104，判断k余2的结果是否为0？若是，跳转到步骤S4105，若否，跳转到步骤S4106；

步骤S4105，令投饵船顺时针转向，设定其转弯半径设定投饵机各通道流量：

$\left\{\begin{array}{c}{f}_i=(2\×i-1)\×\frac{{\mathrm{\ρ}}_1\×v\×l_1}{{\mathrm{\λ}}^2},(i=2,3,4...,\mathrm{\λ}-1)\\ f_i=(2\×i-1)\×\frac{{\mathrm{\ρ}}_2\×v\×l_1}{{\mathrm{\λ}}^2},(i=1,\mathrm{\λ})\end{array}\right.$

其中，ρ₁、ρ₂为目标投饵密度，且ρ₂>ρ₁，λ为投饵机通道数，v为当前船速，跳转到步骤S4107；

步骤S4106，将目标点T_p作为投饵船的当前目标点进行航向、航速双闭环自主导航，设定投饵机各通道流量为：

$f_i=\frac{{\mathrm{\ρ}}_1\×l_1\×v}{\mathrm{\λ}},(i=1,2,3...,\mathrm{\λ})$

步骤S4107，判断投饵船是否到达当前目标点，若是，跳转到步骤S4108；若否，跳转到步骤S4102；

步骤S4108，判断k或者k+1余8的结果是否为0？若是，跳转到步骤S4109；若否，跳转到步骤S4110；

步骤S4109，判断p余8的结果是否为0？，若是，跳转到步骤S4111；若否，跳转到步骤S4112；

步骤S4110，令k＝k+1，p＝p+1，跳转到步骤S4114；

步骤S4111，令k＝k+1，p＝k-7，跳转到步骤S4114；

步骤S4112，判断是否p＝k+1？，若是，跳转到步骤S4110；若否，跳转到步骤S4113；

步骤S4113，令p＝k+1；

步骤S4114，判断是否p≤8×q，若是，跳转到步骤S4102；若否，跳转到步骤S4115；

步骤S4115，内螺旋均匀投饵结束。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

Claims (10)

1.一种自主导航河蟹养殖投饵装置，其特征在于，包括明轮动力投饵船体(1)、气动风送投饵装置(2)和电气控制装置(4)；所述气动风送投饵装置(2)和所述电气控制装置(4)均设置在所述船体上；所述电气控制装置(4)与所述气动风送投饵装置(2)相连；

所述气动风送投饵装置(2)包括自动投饵机(3)、风机(5)和气体分流器(6)；所述风机(5)通过输气干管(12)与所述气体分流器(6)相连，所述气体分流器(6)通过若干个输气支管(17)与自动投饵机(3)相连；所述自动投饵机(3)包括饵料箱(25)；所述饵料箱(25)的内部底端设置有若干个喂料漏斗(13)；每个喂料漏斗(13)下端均安装有饵料开度阀门(14)；所述饵料开度阀门与三通接头(16)的一端相连，所述三通接头(16)的另外两端分别连接导料管(10)和输气支管(17)；所述导料管(10)连接出料管(11)；所述输气支管(17)连接所述气体分流器(6)；所述饵料开度阀门(14)的开度由阀门电机控制器(15)控制，用于调节出料管(11)流出饵料的流量；

所述电气控制装置包括ARM9控制板(18)、上位机通讯装置(19)、GPS/INS组合导航装置(20)、明轮驱动器(21)；所述上位机通讯装置(19)、GPS/INS组合导航装置(20)、明轮驱动器(21)均与所述ARM9控制板(18)相连；所述上位机通讯装置(19)用于和上位机进行交互；所述GPS/INS组合导航装置(20)用于获取船体的位置信息；所述ARM9控制板(18)根据船体的位置信息，通过控制明轮驱动器(21)实行控制船体的航行轨迹；所述ARM9控制板(18)还与所述气体分流器(6)和阀门电机控制器(15)相连，用于控制输气支管(17)的气体流量和出料管(11)流出的饵料流量。

2.根据权利要求1所述的自主导航河蟹养殖投饵装置，其特征在于，所述气动风送投饵装置(2)安装在明轮动力投饵船体(1)的尾部；所述电气控制装置(4)安装在明轮动力投饵船体(1)的头部；所述电气控制装置(4)的底部设有蓄电池(23)，为整个投饵装置提供动力。

3.根据权利要求2所述的自主导航河蟹养殖投饵装置，其特征在于，所述气动风送投饵装置(2)通过底座支架(8)固定安装在明轮动力投饵船体(1)的尾部；所述电气控制装置(4)通过设备安装板(22)安装在所述明轮动力投饵船体(1)的头部；所述出料管(11)通过金属支架(24)固定在所述底座支架(8)上。

4.根据权利要求1所述的自主导航河蟹养殖投饵装置，其特征在于，所述若干个喂料漏斗(13)均匀并列设置，且与船体纵轴平行；所述出料管(11)的通道半径沿出料方向由小变大；所述出料管(11)间隔为0.5m等距离分布。

5.根据权利要求1所述的自主导航河蟹养殖投饵装置，其特征在于，所述饵料箱(25)的外部底端安装有压力传感器(9)，用于测量剩余饵料的重量；所述压力传感器(9)与所述ARM9控制板(18)相连，所述ARM9控制板(18)在剩余饵料不足时，控制蜂鸣器进行报警。

6.一种河蟹养殖的均匀投饵方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，建立蟹塘矩形工作区域坐标系；

S2，确定内螺旋均匀投饵的圈数；

S3，计算内螺旋均匀投饵的目标点，生成目标投饵路径；

S4，根据目标投饵密度及当前明轮动力投饵船体的速度计算自动投饵机各通道流量，进行内螺旋均匀投饵。

7.根据权利要求6所述的均匀投饵方法，其特征在于，所述步骤S1的具体过程包括如下：

步骤S1001，利用GPS/INS组合导航装置测量并记录能够反映蟹塘矩形工作区域的4个顶点在经纬度坐标系下的坐标；

步骤S1002，将四个顶点按照逆时针顺序分别标记为M₁(x_m1,y_m1)、M₂(x_m2,y_m2)、M₃(x_m3,y_m3)和M₄(x_m4,y_m4)，并保证M₁M₂为短边；

步骤S1003，分别计算边M₁M₂的长度L_m1m2、M₁M₄的长度L_m1m4。

8.根据权利要求7所述的均匀投饵方法，其特征在于，所述步骤S2中确定内螺旋均匀投饵的圈数q为：

$q=\mathrm{int}\left(\frac{L_{m1m2}}{2\×l_1}\right),$

其中，l₁为自主导航河蟹养殖投饵装置的投饵总宽度。

9.根据权利要求8所述的均匀投饵方法，其特征在于，所述步骤S3的具体过程包括如下：

步骤S3101，对变量k赋初始值，令k＝1；

步骤S3102，取第一个目标点T₁的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{t1}=x_{m1}+\frac{l_1}{L_{m1m4}}\×(x_{m4}-x_{m1})+\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(x_{m2}-x_{m1})\\ y_{t1}=y_{m1}+\frac{l_1}{L_{m1m4}}\×(y_{m4}-y_{m1})+\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(y_{m2}-y_{m1})\end{array}\right.$

步骤S3103，令k＝k+1，判断是否k≤8×q，若是，跳转到步骤S3104，若否跳转到步骤S3113；

步骤S3104，判断k-1余8的结果是否为0？若是，跳转到步骤S3105；若否，跳转到步骤S3106；

步骤S3105，取目标点T_k的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{t_k}=x_{t_{k-1}}+\frac{3\×l_1}{2\×L_{m1m4}}\×(x_{m4}-x_{m1})+\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(x_{m2}-x_{m1})\\ y_{t_k}=y_{t_{k-1}}+\frac{3\×l_1}{2\×L_{m1m4}}\×(y_{m4}-y_{m1})+\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(y_{m2}-y_{m1})\end{array}\right.$

跳转到步骤S3103；

步骤S3106，判断k余2的结果是否为0？若是，跳转到步骤S3107；若否，跳转到步骤S3108；

步骤S3107，判断余2的结果是否为0？若是，跳转到步骤S3109；若否跳转到步骤S3110；

步骤S3108，判断k+1余8的结果是否为0？若是，跳转到步骤S3111；若否，跳转到步骤S3112；

步骤S3109，取目标点T_k的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{t_k}=x_{t_{k-1}}+{\left(-1\right)}^{{\mathrm{\α}}_1}\×\frac{(L_{m1m2}-{\mathrm{\β}}_1\×l_1)}{L_{m1m2}}\×(x_{m2}-x_{m1})\\ y_{t_k}=y_{t_{k-1}}+{\left(-1\right)}^{{\mathrm{\α}}_1}\×\frac{(L_{m1m2}-{\mathrm{\β}}_1\×l_1)}{L_{m1m2}}\×(y_{m2}-y_{m1})\end{array}\right.$

其中，跳转到步骤S3103；

步骤S3110，取目标点T_k的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{t_k}=x_{t_{k-1}}+{\left(-1\right)}^{{\mathrm{\α}}_2}\×\frac{(L_{m1m4}-{\mathrm{\β}}_2\×l_1)}{L_{m1m4}}\×(x_{m4}-x_{m1})\\ y_{t_k}=y_{t_{k-1}}+{\left(-1\right)}^{{\mathrm{\α}}_2}\×\frac{(L_{m1m4}-{\mathrm{\β}}_2\×l_1)}{L_{m1m4}}\×(y_{m4}-y_{m1})\end{array}\right.$

其中，跳转到步骤S3103；

步骤S3111，取目标点T_k的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{t_k}=x_{t_{k-1}}+{\left(-1\right)}^{{\mathrm{\α}}_3}\×\frac{l_1}{2\×L_{m1m4}}\×(x_{m4}-x_{m1})-\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(x_{m2}-x_{m1})\\ y_{t_k}=y_{t_{k-1}}+{\left(-1\right)}^{{\mathrm{\α}}_3}\×\frac{l_1}{2\×L_{m1m4}}\×(y_{m4}-y_{m1})-\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(y_{m2}-y_{m1})\end{array}\right.$

其中，跳转到步骤S3103；

步骤S3112，取目标点T_k的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{t_k}=x_{t_{k-1}}+{\left(-1\right)}^{{\mathrm{\α}}_4}\×\frac{l_1}{2\×L_{m1m4}}\×(x_{m4}-x_{m1})+\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(x_{m2}-x_{m1})\\ y_{t_k}=y_{t_{k-1}}+{\left(-1\right)}^{{\mathrm{\α}}_4}\×\frac{l_1}{2\×L_{m1m4}}\×(y_{m4}-y_{m1})+\frac{l_1}{2\×L_{m1m2}}\×(y_{m2}-y_{m1})\end{array}\right.$

其中，跳转到步骤S3103；

步骤S3113，遍历结束，生成的投饵船目标点集合为：{T₁,T₂…T_(8q-1),T_8q}，对应的投饵船目标航道路线为：T₁→T₂...→...→T_(8q-1)→T_8q。

10.根据权利要求9所述的均匀投饵方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

4-A，所述内螺旋均匀投饵包括直行投饵与转向投饵两个部分：

直行投饵时，自动投饵机的各通道线速度均相同，各通道的投饵流量相同，设目标投饵密度为ρ₁，当前船速为v，投饵机的通道总数为λ，则计算得到投饵机各个通道的流量为：

$f_i=\frac{{\mathrm{\ρ}}_1\×l_1\×v}{\mathrm{\λ}},i=1,2,3...,\mathrm{\λ};$

转向投饵时，投饵机各通道的线速度成比例变化，设投饵机两侧的目标投饵密度为ρ₂，则计算得到投饵机各通道的流量为：

$\left\{\begin{array}{c}{f}_i=(2\×i-1)\×\frac{{\mathrm{\ρ}}_1\×v\×l_1}{{\mathrm{\λ}}^2},(i=2,3,4...,\mathrm{\λ}-1)\\ f_i=(2\×i-1)\×\frac{{\mathrm{\ρ}}_2\×v\×l_1}{{\mathrm{\λ}}^2},(i=1,\mathrm{\λ})\end{array}\right.;$

当投饵船完成一圈投饵作业，准备切换至下一圈继续投饵时，应当关闭投饵机各个投饵通道，即此时投饵机各通道的流量为：

f_i＝0，i＝1,2,3…,λ；

4-B，按4-A的投饵方法，顺序遍历步骤S3中计算得到的投饵目标点即可完成内螺旋均匀投饵；

具体实现步骤如下：

步骤S4101，内螺旋均匀投饵开始，对变量k、p赋初始值，令k＝0，p＝1；

步骤S4102，判断是否p余8的结果为1并且p＝k+1？若是，跳转到步骤S4103；若否，跳转到步骤S4104；

步骤S4103，将目标点T_p作为投饵船的当前目标点进行航向、航速双闭环自主导航，设定投饵机各通道流量为f_i＝0，i＝1,2,3…,λ，跳转到步骤S4107；

步骤S4104，判断k余2的结果是否为0？若是，跳转到步骤S4105，若否，跳转到步骤S4106；

步骤S4105，令投饵船顺时针转向，设定其转弯半径设定投饵机各通道流量：

$\left\{\begin{array}{c}{f}_i=(2\×i-1)\×\frac{{\mathrm{\ρ}}_1\×v\×l_1}{{\mathrm{\λ}}^2},(i=2,3,4...,\mathrm{\λ}-1)\\ f_i=(2\×i-1)\×\frac{{\mathrm{\ρ}}_2\×v\×l_1}{{\mathrm{\λ}}^2},(i=1,\mathrm{\λ})\end{array}\right.$

其中，ρ₁、ρ₂为目标投饵密度，且ρ₂>ρ₁，λ为投饵机通道数，v为当前船速，跳转到步骤S4107；

步骤S4106，将目标点T_p作为投饵船的当前目标点进行航向、航速双闭环自主导航，设定投饵机各通道流量为：

$f_i=\frac{{\mathrm{\ρ}}_1\×l_1\×v}{\mathrm{\λ}},i=1,2,3...,\mathrm{\λ};$

步骤S4107，判断投饵船是否到达当前目标点，若是，跳转到步骤S4108；若否，跳转到步骤S4102；

步骤S4108，判断k或者k+1余8的结果是否为0？若是，跳转到步骤S4109；若否，跳转到步骤S4110；

步骤S4109，判断p余8的结果是否为0？，若是，跳转到步骤S4111；若否，跳转到步骤S4112；

步骤S4110，令k＝k+1，p＝p+1，跳转到步骤S4114；

步骤S4111，令k＝k+1，p＝k-7，跳转到步骤S4114；

步骤S4112，判断是否p＝k+1？，若是，跳转到步骤S4110；若否，跳转到步骤S4113；

步骤S4113，令p＝k+1；

步骤S4114，判断是否p≤8×q，若是，跳转到步骤S4102；若否，跳转到步骤S4115；

步骤S4115，内螺旋均匀投饵结束。