CN110908376A - 一种抗风力的自动投饵船精准投饵方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗风力的自动投饵船精准投饵方法,首先进行投饵机在各种风向风力条件下的饵料抛撒实验,建立以风向、风力、饵料流量、抛盘转速为参量的多变量饵料分布,在多变量饵料分布中提取特征点,建立多变量饵料分布特征点数据库。根据自动投饵船上设置的风向风力传感器在线实时自动检测风向风力等气象参数,结合投饵船当前航向,得出当前风向相对与投饵船的相对方向。根据当前投饵作业幅宽和流量要求,以及测取的风力和相对风向等参数,通过调用多变量饵料分布特征点数据库,将相邻的风向变量所对应的函数值进行线性插值,确定饵料密度重心偏移量。结合原航线和饵料密度重心偏移量得到新的航向,实现精准投饵。
Description
技术领域
本发明涉及河蟹养殖投饵船作业领域,特别是一种抗风力影响的自动精准投饵方法。
背景技术
随着经济的持续发展,人们的生活水平明显提高,市场对河蟹的需求逐年增长。
由于河蟹养殖具有较强的地域限制,河蟹不能大范围运动,只能在自身附近区域觅食;饵料的分布不均匀很容易造成投饵量过多或不足,投放过多的饵料不仅会增加成本,还会导致水质的污染;同时,争食与好斗是河蟹的天性,在密度大、饵料少时会相互残杀;另外河蟹过度密集容易造成水体中溶解氧的降低,从而导致河蟹因溶解氧低而逃窜。显然,人工投喂方式以及传统的定点投喂机是无法精准投饵的。此外,饵料的抛撒的过程中,风力和风向对饵料的精准抛撒有较大影响,会改变饵料的抛撒风向和抛撒密度。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗风力影响的河蟹养殖自动精准投饵的方法。实现在不同的气象环境下,实现精准投饵。
1、一种抗风力的自动投饵船精准投饵方法,包括以下步骤:
(a)采用自动导航投饵船作为河蟹养殖投饵作业工具,进行投饵机在各种风向风力条件下的饵料抛撒试验,建立以风向、风力、饵料流量、抛盘转速为参变量的多变量饵料分布;
(b)在多变量饵料分布中提取特征点,建立多变量饵料分布特征点数据库;
(c)投饵船上设置风力风向传感器,得到当前投饵船的工作环境,实时检测风向和风力,根据风力传感器测得的实际风向w1和投饵船的当前航向w2,确定当前风力相对于投饵机的相对风向w0;
(d)根据当前投饵作业幅宽和流量的要求,以及测取的风力和相对风向等参数,通过调用多变量饵料分布特征点数据库,确定饵料密度重心偏移量;
(e)修正投饵船的作业路径(航向),确定新航向;
(f)根据测取的风力和相对风向参数,实施前馈控制,实现精准投饵。
2、步骤(a)中所述的自动导航投饵船。船体采用双浮体结构,在船体平台上安装了用于固定投饵机的支架、驱动明轮和控制柜;在支架和投饵机之间安装称重传感器,用来测量投饵机中饵料剩余量;在控制柜中放置电源总开关、控制板以及用于投饵船明轮、投饵机抛盘、振动机构等电机供电的蓄电池,明轮用于驱动船体运动,抛盘用于抛撒饵料,采用的是离心式的单抛盘结构,振动机构用于控制饵料流量;在船体上设置风力风向传感器,获取实时风力风向。
3、步骤(a)中所述的饵料抛撒试验,并排布置3台大型风扇,通过变频驱动,改变风力;通过调整与投饵机的相对位置,分8个方向改变风向,分别为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°。通过在投饵机抛料口正前方1m、离地高度1m处设置风向风力传感器,测定风向风力完成后撤除;改变饵料流量和抛盘转速,进行饵料抛撒试验。采用静态试验法对饲料颗粒进行采集,在收集区域为长12.6m,宽16.2m的长方形区域,以抛盘中心在水平地面的投影为原点,建立直角坐标系,Y轴为投饲机前进方向,X轴为与其垂直的横轴方向,在该长方形区域内共摆放285个饲料收集盒,其中X轴方向每列饲料收集盒间距为0.9m,共放置19列,Y轴方向每行饲料收集盒间距为0.9m,共放置15行,地面上饲料收集盒形成一个15×19的矩阵,投饲机抛盘中心正对着X轴方向正中间饲料收集盒的中间,距离第一行饲料收集盒1.1m,饲料收集盒的尺寸为33cm×25cm×12cm。
4、步骤(a)中所述的多变量饵料分布,为数据记录,在不同风力、风向、饵料流量、抛盘转速为参量的饵料分布情况。
5、步骤(b)中所述的多变量饵料分布特征点数据库,在多变量饵料分布模型中提取特征点,建立多变量饵料分布特征点数据库的具体过程为:
通过计算,提取纵向饵料累积密度最大值、纵向饵料累积密度1/2最大值所对应的横向坐标x1、x2(正对投饵机抛盘为0,左为-,右为+)3个特征点,并转换为有效抛幅(纵向饵料累积密度1/2最大值所对应的左右二个横向坐标之间的距离)、饵料密度重心偏移量x,建立多变量饵料分布特征点数据库。纵向饵料累积密度最大值ρmax:
第j列饵料累积密度ρj:
式中N为第j列饲料收集盒的个数,mi为第j列第i个收集盒中饲料的质量,sb为饲料收集盒的底面积。
式中M表示共有M列饲料收集盒。
有效抛幅q:
q=x2-x1
饵料密度重心偏移量x:
x=1/2(x1+x2)
6、步骤(c)中所述的相对风向,根据风力传感器测得的实际风向w1和投饵船的当前航向w2,确定当前风力相对于投饵机的相对风向w0:
w0=w1-w2
7、步骤(d)中所述的饵料密度重心偏移量,根据当前投饵作业幅宽和流量要求,以及测取的风力和相对风向等参数,通过调用多变量饵料分布特征点数据库,根据相邻的风向变量所对应的函数值进行线性插值,确定饵料密度重心偏移量。
当前风向为w,调用多变量饵料分布特征点数据库得到其相邻风向为w-和w+,风向为w-和w+情况下的饵料密度重心偏移量x-和x+,将(w-,x-)和(w+,x+)进行线性插值得到线性插值公式X(w):
将当前风向w代入上述公式求出饵料密度重心偏移量。
8、步骤(e)中所述的修正投饵作业路径,定义航向右侧为正,新航线=原航线-饵料密度重心偏移量。9、步骤(f)中所述的前馈控制,实施前馈控制的具体过程为:在投饵船开始工作之前,根据测得的实时风力和风向参数,结合当前作业幅宽和流量要求,得到初始航向。作业过程中,当测得的实时风向和风力受到改变时,及时修正投饵作业航向,减小风力对精准投饵的影响。
本发明的有益效果为:本发明为一种抗风力影响的自动精准投饵方法,实现了在不同气象环境下精准投饵。由于投饵的分布不均匀,容易导致饵料量过多或者不足,从而影响河蟹的正常生长发育。使用本方法,结合前馈控制,根据风力风向的变化及时调试投喂航向,保证投喂的宽幅和流量。
附图说明
图1自动投饵船结构图
图2风力风向试验模型图
图3饵料抛撒试验模型图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步描述。
本发明的目的是提供一种抗风力影响的河蟹养殖自动精准投饵的方法。实现在不同的气象环境下,实现精准投饵。
一种抗风力的自动投饵船精准投饵方法,包括以下步骤:
采用自动投饵船作为河蟹养殖投饵作业工具,根据安装在船上的风力风向传感器测得实时的风力和风向,通过修投饵船的作业路线,实施前馈控制,实现在不同风力风向环境下的精准投饵。
进行投饵机在各种风向风力条件下的饵料抛撒试验,建立以风向、风力、饵料流量、抛盘转速为参量的多变量饵料分布;
在多变量饵料分布中提取特征点,建立多变量饵料分布特征点数据库;
自动投饵船上设置风向风力传感器,在线实时自动检测风力风向等气象参数;
根据投饵船的当前航向,和风向传感器测取的实际风向,确定当前风力相对于投饵机的相对风向;
根据当前投饵作业幅宽和流量的要求,以及测取的风力和相对风向等参数,通过调用多变量饵料分布特征点数据库,确定饵料密度重心偏移量;
修正投饵船的作业路劲(航向),确定新航向;
根据测取的风力和相对风向参数,实施前馈控制,实现精准投饵。
所述的自动导航投饵船(如图1),船体采用双浮体结构,在船体平台上安装了用于固定投饵机的支架、驱动明轮和控制柜;在支架和投饵机之间安装称重传感器,用来测量投饵机中饵料剩余量;在控制柜中放置电源总开关、控制板以及用于投饵船明轮、投饵机抛盘、振动机构等电机供电的蓄电池,明轮用于驱动船体运动,抛盘用于抛撒饵料,采用的是离心式的单抛盘结构,振动机构用于控制饵料流量;在船体上设置风力风向传感器,获取实时风力风向。
本发明具体内容主要分为投饵机在各种风向风力条件下的饵料抛撒试验、多变量饵料分布特征点数据库的建立、确定饵料密度重心偏移量。具体如下:
1、投饵机在各种风向风力条件下的饵料抛撒试验
并排布置3台大型风扇,通过变频驱动,改变风力;通过调整与投饵机的相对位置,分8个方向改变风向分别为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°(如图2);通过在投饵机抛料口正前方1m、离地高度1m处设置风向风力传感器,测定风向风力完成后撤除;改变饵料流量和抛盘转速,进行饵料抛撒试验,建立以风向、风力、饵料流量、抛盘转速为参变量的多变量饵料分布模型。为了获取投饲机抛撒模型,采用静态试验法对饲料颗粒进行采集,在收集区域为长12.6m,宽16.2m的长方形区域(如图3),以抛盘中心在水平地面的投影为原点,建立直角坐标系,Y轴为投饲机前进方向,X轴为与其垂直的横轴方向,在该长方形区域内共摆放285个饲料收集盒,其中X轴方向每列饲料收集盒间距为0.9m,共放置19列,Y轴方向每行饲料收集盒间距为0.9m,共放置15行,地面上饲料收集盒形成一个15×19的矩阵,投饲机抛盘中心正对着X轴方向正中间饲料收集盒的中间,距离第一行饲料收集盒1.1m,饲料收集盒的尺寸为33cm×25cm×12cm。
2、多变量饵料分布特征点数据库的建立
基于上述试验,提取纵向饵料累积密度最大值、纵向饵料累积密度1/2最大值所对应的横向坐标x1、x2(正对投饵机抛盘为0,左为-,右为+)3个特征点,并转换为纵向饵料累积密度最大值、有效抛幅(纵向饵料累积密度1/2最大值所对应的左右二个横向坐标之间的距离)、饵料密度重心偏移量x,建立多变量饵料分布特征点数据库;
纵向饵料累积密度最大值ρmax:
第j列饵料累积密度ρj:
式中N为第j列饲料收集盒的个数,mi为第j列第i个收集盒中饲料的质量,sb为饲料收集盒的底面积。
式中M表示共有M列饲料收集盒。
有效抛幅q:
q=x2-x1
饵料密度重心偏移量x:
x=1/2(x1+x2)
3、确定饵料密度重心偏移量
在投饵船上设置风力风向传感器,得到当前投饵船的工作环境,实时检测风向和风力。根据风力传感器测得的实际风向w1和投饵船的当前航向w2,确定当前风力相对于投饵机的相对风向w0,
w0=w1-w2
根据当前投饵作业幅宽和流量要求,以及测取的风力和相对风向等参数,通过调用多变量饵料分布特征点数据库,根据相邻的风向变量所对应的函数值进行线性插值,确定饵料密度重心偏移量;
当前风向为w,调用多变量饵料分布特征点数据库得到其相邻风向为w-和w+,风向为w-和w+情况下的饵料密度重心偏移量x-和x+,将(w-,x-)和(w+,x+)进行线性插值得到线性插值公式X(w):
将当前风向w代入上述公式求出饵料密度重心偏移量。
例如,当风向为75°时,相邻风向为45°和90°,则
x75°=(15*x45°+30*x90°)/45
得到当前风向下的饵料密度重心偏移量,修正投饵船作业路线,定义航向右侧为正,
新航线=原航线-饵料密度重心偏移量
综上,本发明公开了一种抗风力的自动投饵船精准投饵方法,用于实现在不同风向、风力的复杂环境下实现精准投饵的功能。通过进行投饵机在各种风向风力条件下的饵料抛撒实验,建立以风向、风力、饵料流量、抛盘转速为参量的多变量饵料分布模型,在多变量模型中提取特征点,建立多变量饵料分布特征点数据库。根据自动投饵船上设置的风向风力传感器在线实时自动检测风向风力等气象参数,结合投饵船当前航向,得出当前风向相对与投饵船的相对方向。根据当前投饵作业幅宽和流量要求,以及测取的风力和相对风向等参数,通过调用多变量饵料分布特征点数据库,将相邻的风向变量所对应的函数值进行线性插值,确定饵料密度重心偏移量。结合原航线和饵料密度重心偏移量得到新的航向,实现精准投饵。
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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种抗风力的自动投饵船精准投饵方法,其特征在于,包括以下步骤:
采用自动导航投饵船作为河蟹养殖投饵作业工具,进行投饵机在各种风向风力条件下的饵料抛撒试验,以此建立以风向、风力、饵料流量、抛盘转速为参变量的多变量饵料分布,在多变量饵料分布中提取特征点,建立多变量饵料分布特征点数据库;
投饵船上设置风力风向传感器,得到当前投饵船的工作环境,实时检测风向和风力,根据风力传感器测得的实际风向w1和投饵船的当前航向w2,确定当前风力相对于投饵机的相对风向w0;
根据当前投饵作业幅宽和流量的要求,以及测取的风力和相对风向等参数,通过调用多变量饵料分布特征点数据库,确定饵料密度重心偏移量,修正投饵船的作业路径,确定新航向,根据测取的风力和相对风向参数,实施前馈控制,实现精准投饵。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,自动导航投饵船,船体采用双浮体结构,在船体平台上安装了用于固定投饵机的支架、驱动明轮和控制柜;在支架和投饵机之间安装称重传感器,用来测量投饵机中饵料剩余量;在控制柜中放置电源总开关、控制板以及用于投饵船明轮、投饵机抛盘、振动机构等电机供电的蓄电池,明轮用于驱动船体运动,抛盘用于抛撒饵料,采用的是离心式的单抛盘结构,振动机构用于控制饵料流量;在船体上设置风力风向传感器,获取实时风力风向。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,饵料抛撒试验中,并排布置3台大型风扇,通过变频驱动,改变风力;通过调整与投饵机的相对位置,分8个方向改变风向,分别为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°。通过在投饵机抛料口正前方1m、离地高度1m处设置风向风力传感器,测定风向风力完成后撤除;改变饵料流量和抛盘转速,进行饵料抛撒试验,对饲料颗粒进行采集,在收集区域为长12.6m,宽16.2m的长方形区域,以抛盘中心在水平地面的投影为原点,建立直角坐标系,Y轴为投饲机前进方向,X轴为与其垂直的横轴方向,在该长方形区域内共摆放285个饲料收集盒,其中X轴方向每列饲料收集盒间距为0.9m,共放置19列,Y轴方向每行饲料收集盒间距为0.9m,共放置15行,地面上饲料收集盒形成一个15×19的矩阵,投饲机抛盘中心正对着X轴方向正中间饲料收集盒的中间,距离第一行饲料收集盒1.1m,饲料收集盒的尺寸为33cm×25cm×12cm;为数据记录,在不同风力、风向、饵料流量、抛盘转速为参量时,饵料收集盒中的饵料分布。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据风力传感器测得的实际风向w1和投饵船的当前航向w2,确定当前风力相对于投饵机的相对风向w0:
w0=w1-w2。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,修正投饵作业路径,定义航向右侧为正,新航线=原航线-饵料密度重心偏移量。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,实施前馈控制的具体过程为:在投饵船开始工作之前,根据测得的实时风力和风向参数,结合当前作业幅宽和流量要求,得到初始航向。作业过程中,当测得的实时风向和风力受到改变时,及时修正投饵作业航向,减小风力对精准投饵的影响。
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