基于光流法与特征统计的鱼群异常行为检测

鱼类群体行为的异常检测能够为鱼类健康监控与预警提供重要的方法和手段,对研究鱼类行为的机理,提升水产养殖过程中的信息化水平具有非常重要的意义。该文通过计算机视觉和图像处理技术,基于鱼群运动特征统计方法,对鱼群异常行为检测进行研究。利用Lucas-Kanade光流法得到目标鱼群的运动矢量,并对目标运动的行为特征进行统计,得到速度与转角这2个行为特征的联合直方图与联合概率分布。最后,在联合概率分布的基础上,基于标准互信息(normalized mutual information-NMI)和局部距离异常因子(local distance-based outlier factor-LDOF)2种方法对鱼群行为进行异常检测。试验结果表明,2种异常检测方法均达到99.5%以上的准确率。     

气浮机对高位池养虾水质的调控效果

为了探索气浮机在对虾高位池系统中的调控效果,该文利用2口高位池对射流式气浮机对养虾水质和养殖生物的影响进行了研究,试验结果表明:气浮机在对虾养殖试验中取得了显著的调控效果,试验组虾池40 d平均氨氮浓度(0.052±0.012)g/m3比对照组虾池(0.14±0.025)g/m3显著降低了0.088 g/m3、40 d平均亚硝氮浓度(0.0004±0.0001)g/m3比对照组虾池(0.004±0.001)g/m3显著下降了0.0036 g/m3、40 d平均溶解氧质量浓度(7.5465±0.3222)g/m3比对照组虾池(6.5398±0.2843)g/m3显著升高了1.007 g/m3,试验组虾池40 d平均弧菌总数(3553±1873)cfu/mL显著低于对照组(4907±1858)cfu/mL,试验组虾池40 d平均荧光菌(3±1.86)cfu/ml,显著低于对照组(9±2.14)cfu/mL,试验组虾池在60 d时凡纳滨对虾体质量(5.97±0.67)g大于对照组(5.53±0.61)g,差异显著。     

基于PC-RELM的养殖水体溶解氧数据流预测模型

养殖水体中溶解氧浓度一直是最重要的水质参数之一。为了精准地对水体溶解氧进行调控,提高养殖生产效率,降低养殖风险,该研究考虑外部天气条件对溶解氧的影响以及溶解氧自身的昼夜变化特征,提出一种基于正则化极限学习机（principal component analysis and clustering method optimized regularized extreme learning machine,PC-RELM）的养殖水体溶解氧数据流预测模型。首先,采用主成分分析法判断影响溶解氧浓度的强重要性因子,降低预测模型的数据维度;其次,利用熵权法计算各时刻点的天气环境指数,并利用快速动态时间规整算法（fast dynamic time warping,FastDTW）完成时间序列数据流在不同天气环境下的相似度度量;然后使用k-means算法对时间序列的相似度进行聚类分簇,并基于分簇结果完成正则化极限学习机预测模型的构建,实现溶解氧浓度的估算。最后将PC-RELM模型应用到无锡南泉试验基地养殖池塘的溶解氧预测调控过程中。试验结果表明：PC-RELM的预测均方根误差值（root mean square error, RMSE）为0.961 9,与PLS-ELM（partial least squares optimized ELM）、最小二乘支持向量机（least square support vector machine,LSSVM）以及BP神经网络模型进行对比,其RMSE值分别降低了41.54%、54.58%和67.16%。该预测模型可以有效地捕捉不同天气条件下溶解氧的变化特点,具有较高的预测精度和效率。     

间歇式双循环工厂化养殖系统构建及其养殖效果

为改善工厂化循环水养殖系统水质净化效果,提高养殖密度和成活率,构建了间歇式双循环工厂化养殖系统。通过间歇运行生物膜反应器增加水力停留时间,充分降解含氮污染物;连续运行弧形筛及时去除固体颗粒物。考察了该系统的启动过程及石斑鱼高密度养殖效果。启动初期,将硝化型生物絮团与海绵填料混合培养,生物膜22 d即可挂膜成功。以30.03 kg/m~3为初始养殖密度开展石斑鱼养殖试验,经66 d养殖,石斑鱼平均质量从(273.00±12.22)增至(552.52±107.04) g,最终养殖密度达到60.78 kg/m~3,成活率为100%。养殖过程中,生物膜逐渐适应养殖环境,氨氮、亚硝酸盐氮去除率从13.33%、14.84%增至93.73%、93.50%。此外,在弧形筛进水槽增加曝气形成曝气式弧形筛,可进一步除去细小颗粒物,有效控制养殖水体浊度。     

镂空方型增殖礁上升流特性的粒子图像测速试验

利用粒子图像测速技术（particle image velocimetry）对镂空方型增殖礁单体礁和组合礁的上升流流场特性进行分析,按照海区实测流速和礁区选址要求,设定5个不同的来流速度0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 m/s,并计算出试验流速分别为0.045、0.090、0.135、0.180、0.225 m/s。结果表明：单体礁在任何一种迎流方式下,上升流的规模都随来流速度的增加而增大;而相同来流速度下,主视面90o迎流时,上升流规模最大;单体俯视面45o迎流时,上升流规模最小;礁体横向组合排列时,礁体间距在0.5L～1.0 L时所产生的上升流规模最大,礁体间的协同作用最强;礁体纵向组合排列时,在0.5L～1.5 L倍的间距时,礁体间的相互作用较强,形成的上升流规模最大。     

电活性菌藻膜耦合虹吸曝气技术处理海水养殖废水

人工湿地耦合微生物燃料电池(constructed wetland-microbial fuel cell,CW-MFC)被广泛应用于低碳氮比水产养殖废水处理。然而,高盐度抑制限制了其在海水养殖废水处理中的应用。针对高盐抑制,该研究利用海水底泥和海洋微藻构建电活性菌藻生物膜并结合虹吸曝气技术强化CW-MFC处理海水养殖废水。相比CW-MFC,强化系统对化学需氧量、总磷、总氮、磺胺甲恶唑、Cu²⁺的去除率分别提高33.46%,31.07%、25.64%、12.03%、24.25%。高通量测序显示,硝化和反硝化细菌Marinobacter、Muricauda、Xanthomarina生长状况良好;在MFC阳极和电活性菌藻生物膜表面,胞外呼细菌Geobacteraceae和Pseudomonas以及海洋微藻细菌Pseudooceanicola和Hoeflea被显著富集。研究结果表明,电活性菌藻生物膜耦合虹吸曝气技术可以有效提高CW-MFC系统处理海水养殖废水的效能。     

融合YOLOv7和BYTE多目标跟踪的多类别海珍品计数方法

针对目前养殖过程中海珍品计数方法成本高、效率低、计数精度难以保障等问题,该研究以真实底播养殖环境下的海珍品为研究对象,以水下拍摄的海珍品视频为数据源,提出一种基于视频多目标跟踪的多类别海珍品计数方法。首先,采用性能优异的YOLOv7算法实现海珍品目标检测器,为多目标跟踪提供输入;然后,结合真实养殖环境下同类别海珍品外观相似性高、不清晰等特点,借鉴BYTE算法的多目标跟踪思想,设计多类别轨迹生成策略和基于轨迹ID号的计数策略,提出一种多类别海珍品跟踪与计数方法。并提出一套更适用于基于轨迹ID号计数方法的评估指标。试验结果表明,改进平均计数精度、改进平均绝对误差、改进均方根误差及帧率分别为91.62%、5.75、6.38和32帧/s,各项指标多优于YOLOv5+DeepSORT、YOLOv7+DeepSORT、YOLOv5+BYTE、YOLOv7+BYTE等算法,尤其改进平均计数精度、帧率指标比YOLOv5+DeepSORT高了29.51个百分点和8帧/s,且在改进平均绝对误差、改进均方根误差指标上分别降低19.50和12.08。该研究方法可有效帮助水产养殖企业掌握水下海珍品数量,为现代化渔业的测产研究提供技术参考,为水产养殖的智慧管理提供科学决策依据。     

活性光合细菌对改善水产养殖体系水质状况的作用初探

在鱼虾育苗、养殖，池塘淡水养鱼以及观赏鱼养殖中，使用以牛肉水提取液为主要培养基培养的活菌数大于50亿／mL的活性光合细菌，测定了使用前后水的pH值、COD值、NH3-N、亚硝酸盐、溶解氧等指标，结果表明：与市场出售的光合细菌(活菌数为25亿／mL)相比，活菌数大于50亿／mL活性光合细菌能明显改善水产养殖体系的水质状况。     

基于CFD的养殖污水净化内循环流化床反应器结构优化

针对水产养殖污水净化对内循环流化床反应器的相关要求及流化状态下反应器结构、操作参数与相流体力学行为的密切关系,该文利用构建的描述不同结构、操作参数反应器气液两相流动的计算流体力学数学模型,分析了不同结构、操作参数下反应器液体流场、液体循环流量、气含率的变化规律,得到了对于内径200 mm、底部采用均孔布气盘的反应器,在表观气速为0.5~2.5 cm/s时,导流筒与反应器的内径比0.5,导流筒高度与反应器内径比6,导流筒下端到反应器底部距离50 mm,导流筒上端到液面距离100 mm为最优值;针对液体循环流量,使用相关数学模型求解理论值并与试验值进行比对,通过偏差分析探究了数学模型应用的局限性;使用MATLAB最小二乘法拟合了反应器在最优结构参数下表观气速与液体循环流量、气含率的关系,验证了拟合公式的精确性。该研究为内循环流化床反应器在水产养殖污水处理中的设计应用提供理论和技术参考。     

微孔曝气流量与曝气管长度对水体增氧性能的影响

为了探究曝气流量与曝气管长度对增氧性能的影响,在不同曝气流量、不同曝气管长度条件下进行了室内水体底部微孔曝气增氧试验。分析了曝气流量与曝气管长度对氧体积传质系数、增氧量和氧利用率的影响。研究结果表明,当曝气流量为0.27~0.55 m3/s、曝气管长为0.9~1.5 m时,所对应的氧体积传质系数在0.63~1.1 h-1变化,增氧量在6.8~12.9 g/h变化,氧利用率在6.87%~9.28%变化,且在一定的曝气管长度下,氧体积传质系数、增氧量均与曝气流量成正比,而氧利用率则与其成反比关系;在一定的曝气流量下,曝气管长度对氧体积传质系数产生的影响表现为先高后低再高的趋势;氧体积传质系数与修正的饱和溶解氧浓度是否作为增氧量的主要影响因子取决于曝气管长度;曝气流量对氧利用率较曝气管长度更为敏感。研究还发现,微孔曝气系统中存在着最优曝气管长度,使得增氧性能最佳,并建立了最优曝气管长度与曝气流量、水深、输入压力、最优初始气泡直径的相关关系式,为低碳经济下微孔曝气系统的设计和运行提供了理论依据。