一种网箱网衣受力易损部位检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种网箱网衣受力易损部位检测系统，包括网箱网衣基本特征及初始状态模块，用于对网衣基本参数的输入进行读取与构建；外部海洋流场环境特征模块，用于对外部环境流场参数进行读取与构建；项目控制与展示模块，负责启动整个系统的计算过程及绘制输出结果；项目控制与展示模块包括算法模块、存储模块；读取已构建完成的网箱网衣基本特征及初始状态模块、外部海洋流场环境特征模块，将读取到的网衣基本信息作为初始结果，存入到存储模块中；根据算法模块的计算结果，统计所有网衣基本单元的拉力分布情况，记录并输出拉力前10%的结节所对应的序号和时间，该位置即为网衣受力易损部位。衣受力易损部位。衣受力易损部位。

【技术实现步骤摘要】
一种网箱网衣受力易损部位检测系统


[0001]本专利技术涉及水产养殖工程和海洋信息化服务领域，尤其是一种网箱网衣受力易损部位检测系统。

技术介绍

[0002]网衣是深海网箱的重要组成部分，它在保证深海箱体与外界水环境交换畅通，维持鱼类生长环境，防止鱼类逃逸和天敌侵害等方面起到关键作用。然而目前网箱网衣的破损检测一直处于一个滞后的状态。在深海养殖过程中，对于网衣的破损检测，常采用定期换网或专业潜水员进行水下网目排查的方式，其过程十分繁琐，且效率不高。
[0003]针对网衣破损检测问题，目前有埋线探测法、声纳检测法以及图像分析法三种实施方案：埋线法通过金属导线的通断检测网衣的破损：当网衣片破损时，金属线会与海水、入海电极形成回路，触发报警装置，同时输出网箱的编号和网衣破损部位信息。而声纳检测法是通过在网箱外侧设置警戒区的方法间接判断网衣的破损：当网衣破损有鱼逃逸时，网箱内外区域的声波反射图像会发生显著变化。相对于前两种破损检测方法，采用图像分析法可对水下网衣进行最直观的观测，在水下机器人（AUV/ROV）上搭载水下摄像头进行图像的采集。然而上述方案由于技术的不成熟性，导致工程应用能力还比较薄弱。另外，上述方案均是在破损发生之后才能对网衣受损部位进行识别，无法有效分析网衣本身可能出现易损的部位，因此不能在问题发生之前做到有效地遏制。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种网箱网衣受力易损部位检测系统，该系统成本低廉、能在破损发生前有效预测可能发生破损的区域，为网衣的维护提供参考。
[0005]为实现上述目的，本专利技术一种网箱网衣受力易损部位检测系统，包括网箱网衣基本特征及初始状态模块，用于对网衣基本参数的输入进行读取与构建；外部海洋流场环境特征模块，用于对外部环境流场参数进行读取与构建；项目控制与展示模块，负责启动整个系统的计算过程及绘制输出结果；其中，项目控制与展示模块包括算法模块、存储模块；读取已构建完成的网箱网衣基本特征及初始状态模块、外部海洋流场环境特征模块，将读取到的网衣基本信息作为初始结果，存入到存储模块中；根据算法模块的计算结果，统计所有网衣基本单元的拉力分布情况，记录并输出拉力前10%的结节所对应的序号和时间，该位置即为网衣受力易损部位；其中，算法模块选用四阶龙哥库塔算法或Newmark
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β算法进行计算：选用四阶龙哥库塔算法进行计算，在x方向上，所述算法模块中求解算法的过程如下：
1）计算当前时刻下所有质量体的加速度，其计算公式为：将加速度看成是关于时间和的函数，该函数用表示；2）计算下一时刻的速度和位置，计算公式为：
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（9）
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（10）其中，表示下一时刻的速度，表示下一时刻的位置，分别为龙格库塔计算的参数；选用Newmark
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β算法进行计算，在x方向上，所述算法模块中求解算法的过程如下：1）计算当前时刻下所有质量体的加速度，其计算公式为：
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（8）将加速度看成是关于时间和的函数，该函数用表示；2）计算下一时刻的加速度和速度，计算公式为：其中，表示下一时刻的速度，和β分别为算法预设参数。
[0006]进一步，所述网衣基本参数包括：弹性系数 和；拖曳力系数；升力系数；每一个质量体的序号、位置、密度、直径；目脚数量；链接的质量体序号、与链接的结节距离的临界长度、直径、密度；固定质量体的数量；固定质量体的序号。
[0007]进一步，所述外部环境流场参数包括：重力加速度；流体密度；总运行时间；计算时间间隔；流场水流流速；流场水流方向。
[0008]进一步，所述项目控制与展示模块包括状态更新模块、求解模块，状态更新模块根据所述存储模块中存储的当前时刻下所有基本单元的位置和速度，计算当前时刻下网衣所有基本单元的受力情况，并将结果存入到求解模块中；所述求解模块用于接受所述状态更新模块计算的结果，供所述算法模块读取和使用，确保二者实现高效交互。
[0009]进一步，所述算法模块，根据状态更新模块所提供的当前时刻下的结果，计算下一时刻网衣的形变及受力情况，其处理过程包括：1）建立状态更新模块；2）通过状态更新模块计算获取当前时刻下网衣所有基本单元的受力情况，其中受
力情况包括：空间坐标系下三个方向上的流体力分量、拉力分量以及合力大小；3）根据获取的受力情况，计算当前时刻下网衣所有基本单元的加速度；4）将当前时刻的所有基本单元的受力情况和加速度存储到存储模块中；5）根据所选算法，计算下一时刻所有基本单元的位置和速度；6）重复步骤2）
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步骤5），直到到达运行结束时间。
[0010]进一步，所述网衣的结构通过网板和质量点进行表示，通过分析网板所受到的流体拖曳力和升力，并分配到相邻的质量点上，建立控制方程如下：
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（1）下标表示该值表征第个质量体，下标表示该值表征第个质量体；取值为2,
…
,N，N为质量体的总数；为第个质量体的质量，为第个质量体的质量；表示第个质量体沿方向上的加速度；表示第个质量体沿方向上的结构力；表示第个质量体沿方向上的结构力；表示第个质量体沿方向上的拖曳力；表示第个质量体沿方向上的拖曳力；表示第个质量体沿方向上的流体升力；表示第个质量体沿方向上的流体升力；表示第个质量体的重力和浮力的合力；表示第个质量体的重力和浮力的合力。
[0011]进一步，所述第个质量体，受到的拖曳力与水流和网板的相对速度平行，拖曳力是使网板产生位移的驱动力，其表达式为：
其中，为流体密度；为沿水流流速方向的投影面积；为流体流速沿方向上的分量；为第个质量体沿方向上的速度；为拖曳力系数。
[0012]进一步，所述第个质量体，受到的流体升力与水流和网板的相对速度垂直，其表达式为：
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（4）其中，为升力系数，分别为流体升力的方向向量，其具体表示如下：
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（5）其中，为第个质量体所关联的网板的法向量沿方向上的分量，且有。
[0013]进一步，所述第个质量体，受到的结构力与自身的位置和相邻的第个质量体的位置有关，其表达式为：
其中为第个质量体的位置；为第个质量体的位置；为第个和第个质量体之间的长度；为判断第个质量体是否收到结构力的临界长度，当第和第个质量体之间的长度大于临界长度，则认为存在结构力，第和第个质量体之间的长度小于临界长度，则认为不受结构力；和为质量体弹性参数。
[0014]进一步，所述存储模块，由项目控制与展示模块构建，负责存储计算过程中所产生的一切结果，其构建过程如下：1）首先由项目控制与展示模块建立；2）初始化所有结果，为所有结果的存储预分配存储空间；3）根据项目控制与展示模块读取的信息，对后网衣计算所需的基本参数进行计算和保存；4）随着计算过程，存储模块不断存储中间的计算结果。
[0015]本专利技术可用于复杂海况下网箱网衣的易损部位检测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种网箱网衣受力易损部位检测系统，其特征在于，包括网箱网衣基本特征及初始状态模块，用于对网衣基本参数的输入进行读取与构建；外部海洋流场环境特征模块，用于对外部环境流场参数进行读取与构建；项目控制与展示模块，负责启动整个系统的计算过程及绘制输出结果；其中，项目控制与展示模块包括算法模块、存储模块；读取已构建完成的网箱网衣基本特征及初始状态模块、外部海洋流场环境特征模块，将读取到的网衣基本信息作为初始结果，存入到存储模块中；根据算法模块的计算结果，统计所有网衣基本单元的拉力分布情况，记录并输出拉力前10%的结节所对应的序号和时间，该位置即为网衣受力易损部位；其中，算法模块选用四阶龙哥库塔算法或Newmark
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β算法进行计算：选用四阶龙哥库塔算法进行计算，在x方向上，所述算法模块中求解算法的过程如下：1）计算当前时刻下所有质量体的加速度，其计算公式为：将加速度看成是关于时间和的函数，该函数用表示；2）计算下一时刻的速度和位置，计算公式为：
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（9）
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（10）其中，表示下一时刻的速度，表示下一时刻的位置，分别为龙格库塔计算的参数；选用Newmark
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β算法进行计算，在x方向上，所述算法模块中求解算法的过程如下：1）计算当前时刻下所有质量体的加速度，其计算公式为：
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（8）将加速度看成是关于时间和的函数，该函数用表示；2）计算下一时刻的加速度和速度，计算公式为：其中，表示下一时刻的速度，和β分别为算法预设参数。2.如权利要求1所述的网箱网衣受力易损部位检测系统，其特征在于，所述网衣基本参
数包括：弹性系数 和；拖曳力系数；升力系数；每一个质量体的序号、位置、密度、直径；目脚数量；链接的质量体序号、与链接的结节距离的临界长度、直径、密度；固定质量体的数量；固定质量体的序号。3.如权利要求1所述的网箱网衣受力易损部位检测系统，其特征在于，所述外部环境流场参数包括：重力加速度；流体密度；总运行时间；计算时间间隔；流场水流流速；流场水流方向。4.如权利要求1所述的网箱网衣受力易损部位检测系统，其特征在于，所述项目控制与展示模块包括状态更新模块、求解模块，状态更新模块根据所述存储模块中存储的当前时刻下所有基本单元的位置和速度，计算当前时刻下网衣所有基本单元的受力情况，并将结果存入到求解模块中；所述求解模块用于接受所述状态更新模块计算的结果，供所述算法模块读取和使用，确保二者实现高效交互。5.如权利要求4所述的网箱网衣受力易损部位检测系统，其特征在于，所述算法模块，根据状态更新模块所提供的当前时刻下的结果，计算下一时刻网衣的形变及受力情况，其处理过程包括：1）建立状态更新模块；2）通过状态更新模块计算获取当前时刻下网衣所有基本...

【专利技术属性】
技术研发人员：白晔斐，魏笑然，刘英男，支泓欢，刘紫薇，房欣，刘金伟，周一帆，
申请(专利权)人：海南浙江大学研究院，
类型：发明
国别省市：