涡制导捕鱼器

王红亮

上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院

博士研究生

1　设计背景与关键技术

1.1　设计背景

现代陆上资源已经日益枯竭，海洋成为人类新的资源宝库，海洋生物也成为人类新的营养品。已知的海洋生物有21万种，预计的实际数量在这个数字的10倍以上，即210万种。这个数量是非常惊人的。如果人类能够充分利用海洋中的生物资源，对解决现代社会中的粮食紧缺有着重要意义。而在海洋生物中，已登录的海洋鱼类有15 304种，最终预计海洋鱼类大约有2万种。

经过几十年来来海洋科技工作者的调查研究，已在我国管辖海域记录到了20 278中海洋生物。这些海洋生物隶属于5个生物界、44个生物门。其中动物的种类最多有12 794种。我国的海洋生物种类约占全世界海洋生物总种数的10%。在我国水域海洋生物分布趋势是南多北少，即南海的种类较多，而黄海、渤海的种类较少。

如果能设计出涡制导的捕鱼器，那么对我国乃至世界的海洋捕捞业都有重要意义。

1.2　涡制导技术

涡制导技术是完成涡制导捕鱼器的核心技术。据前人实验可知，斑海豹（见图1）可以在屏蔽视觉、听觉和嗅觉的情况下，利用胡须探测流场来进行循迹捕获猎物。

麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology, MIT）早就开展了关于鳍足类生物利用胡须循迹追踪的实验。由流体力学可知，物体在流场中运动中会对流场产生影响。在自然界中，物体经过流场时，都会产生涡，例如海水在流经立管时就会产生周期性的卡门涡街。而物体以不同的状态（位置、角度、速度）流经流场时产生的涡也是各不相同的，因此如果能够弄清涡的变化与物体运动状态间的映射关系就可以通过对涡的探测来预测物体的位置。这就是涡制导技术的主要理论基础。

图1　斑海豹胡须^[1]

1.3　水下航行器技术

图2　民用水下航行器^[2]

水下航行器技术是完成涡制导捕鱼器的必需技术。民用水下航行器（见图2）比较稀少，因此要完成涡制导捕鱼技术就必须进一步开发水下航行器技术，使其得到进一步普及。此外，现代民用水下航行器的航行速度通常较慢，无法满足实现水下捕鱼所需的快速性要求，因此必须进一步开发水下航行器技术。

1.4　自动控制技术

自动控制技术完成涡制导捕鱼器的重要技术。自动控制需要捕鱼器能够自行进行计算，得到鱼类游动轨迹，并根据鱼类游动轨迹进行撒网，从而完成水下捕鱼。

2　应用意义与前景

现在的捕鱼方式大多是从渔船上撒网被动式地进行捕鱼。这种捕鱼方式通常难以将鱼汛时的鱼类资源充分利用。如果能开发出涡制导捕鱼器，就能在水下进行主动式的捕鱼，从而充分利用鱼汛时的鱼群资源。

目前，全世界从海洋中捕捞的6 000万t水产品中，90%是鱼类，其余为鲸类、甲壳类和软体动物等。鱼类种类较多，可食用的就有1 500多种。鱼类营养价值很高，含有大量的蛋白质，还有的具有医疗价值和作为精细化工业的贵重原料。如果能够充分利用海洋中的鱼类资源，一定能够缓解人类的粮食压力，改变人类的营养结构，促进人类的进步。

【注释】

[1]王丹，王丕烈，田继光.国家二级保护动物——斑海豹［J］.水族世界，2007（5）：140–143.

[2]毕凤阳.欠驱动自主水下航行器的非线性鲁棒控制策略研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.