克氏原螯虾饲料投喂无人船控制系统研究.pdfVIP

摘要

随着克氏原螯虾产业在我国迅猛发展，克氏原螯虾养殖户大幅增加。通过实

地走访咨询江苏、安徽地区部分养殖户，发现他们主要依据先前的养殖经验来估

算投饵量，并且进行人工投喂。人工投喂必然伴随着以下几点不足：1、人工投

喂过度依赖人力导致高昂的成本；2、人工投喂难以根据自然环境和克氏原螯虾

生理状态的变化进行投喂计划的调整；3、人工投喂通常受到时间和人力资源的

限制，尤其针对克氏原螯虾昼伏夜出的生活习性，这会对克氏原螯虾的饲料需求

造成影响。

为了实现精细化绿色养殖，并提高养殖效率和经济效益，本文设计了一套针

对饲料投喂应用场景下的无人船控制系统。该系统通过实时定位、主动避障、路

径规划等先进技术对无人船进行运动控制，通过采集环境数据制定精确的投喂计

划。基于这些需求本文开展以下工作：

（1）实时定位是自动避障和路径规划的基石，因此本文先对无人船定位技

术深入研究。首先采用GPS和IMU传感器松耦合的工作模式对无人船进行联合

定位，两者实现定位互补，有效提升了定位的精确度。接着将GPS得到的坐标

信息通过Gauss-Kruger投影变换转换为中国CGCS2000二维平面直角坐标，使

用卡尔曼滤波算法对数据进行降噪，最终建立以无人船为中心的平面坐标系。

（2）利用双目深度相机结合YOLOv5s算法实现无人船自主避障和路径规

划。双目相机的深度感知功能可以将场景中的图像转化为点云数据，做到实时构

建地图。再结合本文通过实地拍摄不同场景下的水面障碍物作为训练集训练

YOLOv5s模型，实测训练后识别水面障碍物精确度达94.1%，基于此无人船即可

判定养殖水域内是否有中小型障碍物，若判定为普通障碍物，则控制无人船进行

避障。若判定为岸基障碍物，则控制无人船转向进入下一投喂区间。无人船行径

轨迹采用全覆盖路径规划算法进行设计以实现遍历整个养殖水域。

（3）为了制定精准投饲计划，首先对克氏原螯虾生长模型进行优化。接着

利用克氏原螯虾生长模型、养殖密度和养殖面积数据综合计算得出克氏原螯虾的

总产量。最后利用RBF神经网络算法计算出环境影响因子的数值，并结合克氏

原螯虾的存活率和投饲率，确定总投饲量。这样便实现了根据环境变化实时调整

投饲计划，科学地将饲料分配到养殖区域，以满足克氏原螯虾的生长需求。

关键词：克氏原螯虾；目标检测；自主避障；路径规划；精准投喂

Abstract

WiththerapiddevelopmentoftheProcambarusclarkiitradeinmycountry,the

numberofProcambarusclarkiifarmershasincreasedsignificantly.Throughfieldvisits

andconsultationswithsomefarmers,wefoundthattheymainlyestimatetheamount

offeedandperformartificialfeedingbasedontheirpreviousbreedingexperience.

Artificialfeedingisinevitablyaccompaniedbythefollowingshortcomings:1.

Artificialfeedingreliestoomuchonmanpower,resultinginhighcosts;2.Artificial

feedingisdifficulttoadjustthefeedingplanaccordingtochangesinthenatural

environmentandthephysiologicalstateofProcambarusclarkii;3.Artificialfeeding

isusuallylimitedbytimeandhumanresources,especiallyforProcambarusclarkii’s

livinghabitsofdiurnal