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光照强度对大口黑鲈游泳协作能力的影响

水生生物学报 2024年第2期48卷 275-282页

作者：吕义淞赵建文彦慈杭晟煜倪伟强蔡海莺叶章颖浙江科技学院生物与化学工程学院杭州310023 浙江大学生物系统工程与食品科学学院杭州310058 浙江大学海洋研究院舟山316021

文章以大口黑鲈(Micropterus salmoides)为研究对象,研究了光照强度对大口黑鲈游泳能耗及游泳协作能力的影响,测定了4种不同光照强度(0、300—500、2200—2500和3300—3900 lx)对大口黑鲈鱼群的游泳能耗、相对距离、相对位置分布和攻击... 详细信息

文章以大口黑鲈(Micropterus salmoides)为研究对象,研究了光照强度对大口黑鲈游泳能耗及游泳协作能力的影响,测定了4种不同光照强度(0、300—500、2200—2500和3300—3900 lx)对大口黑鲈鱼群的游泳能耗、相对距离、相对位置分布和攻击次数的影响。研究发现:(1)当光照增强时,由于强光刺激和攻击行为的加剧显著制约了鱼群游泳协作能力的表达;(2)在光强≤2200—2500 lx时,随着光照强度的增大,鱼群游泳能耗显著增加(P<0.05)。结果表明:光强的增大限制了鱼群游泳协作能力的表达,从而造成了个体不必要的游泳能耗。

关键词：光照强度循环水养殖游泳协作游泳能耗大口黑鲈

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基于机器视觉和改进YOLOv5s的鲫病害轻量级无损检测模型

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水生生物学报 2024年第7期48卷 1141-1148页

作者：陈科周勇薛明洋朱松明赵建蔡海莺叶章颖浙江科技学院生物与化学工程学院杭州310023 浙江大学生物系统工程与食品科学学院杭州310058 中国水产科学研究院长江水产研究所武汉430223 浙江大学海洋研究院舟山316021

以鲫(Carassius auratus)常见病害为例,从实际生产角度出发,提出了一种基于机器视觉和改进YOLOv5s的鲫病害轻量级无损检测模型,可实现鲫鱼体多种病害的同步无损快速检测。首先,通过利用Shuf-fleNetV2替换YOLOv5s主干网络,对模型进行轻... 详细信息

以鲫(Carassius auratus)常见病害为例,从实际生产角度出发,提出了一种基于机器视觉和改进YOLOv5s的鲫病害轻量级无损检测模型,可实现鲫鱼体多种病害的同步无损快速检测。首先,通过利用Shuf-fleNetV2替换YOLOv5s主干网络,对模型进行轻量化改进;在此基础上,耦合一种基于卷积块的注意力机制[Convolutional block attention module(CBAM)]提高模型精准度;最后,结合空洞空间卷积池化金字塔[Atrous spatial pyramid pooling(ASPP)]提升模型鲁棒性。通过在自制鲫病害数据集上测试可知,文章所提出模型病害检测精确率可达92.0%,模型体积仅为14400 kb,优于当前相关主流模型(最高精确率为83.6%,最小体积为15750 kb),为水产养殖鱼类病害无损快速检测提供了技术支撑。

关键词：水产养殖鲫病害无损检测改进YOLOv5s 轻量级

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融合摄食过程声像特征的鱼类摄食强度量化方法研究

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海洋与湖沼 2024年第3期55卷 577-588页

作者：郑金存叶章颖赵建张慧黄平覃斌毅庞毅玉林师范学院物理与电信工程学院广西玉林537000 浙江大学生物系统工程与食品科学学院浙江杭州310058 玉林师范学院生物与制药学院广西玉林537000 广西高校复杂系统优化与大数据处理重点实验室广西玉林537000

基于鱼类摄食行为反馈的精准投喂是确保饲料高效利用与降低水体污染的有效手段,针对当前单一传感器难以精确测量鱼群摄食强度的难题,提出一种基于摄食过程声像特征融合的鱼类摄食强度量化方法。首先利用深度图包含的三维空间信息分析水... 详细信息

基于鱼类摄食行为反馈的精准投喂是确保饲料高效利用与降低水体污染的有效手段,针对当前单一传感器难以精确测量鱼群摄食强度的难题,提出一种基于摄食过程声像特征融合的鱼类摄食强度量化方法。首先利用深度图包含的三维空间信息分析水体表层摄食鱼类数量,设计基于帧间差分运算的深度图能量变化测量系统表征鱼群摄食活跃程度;进而利用近红外光源因水面反射而导致的高亮度饱和点在近红外图中的位置变化测量水体流场的波动程度;同时利用音轨记录仪存储摄食音频。最后通过加权融合方式,综合摄食动态、水体流场变化、摄食音频三类具有不同物理属性的特征信息,精确量化了鱼群摄食强度,总体识别精确度达到97%。本文采用新的成像技术,取得分析速度与分析精度的最佳平衡,为精准投喂提供了一种鲁棒性强、分析速度快的实用方法。

关键词：鱼摄食强度近红外图深度图摄食音频加权融合

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基于三维姿态拟合的非接触式红鳍东方鲀全长精准估算方法

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农业工程学报 2023年第4期39卷 154-161页

作者：周佳龙季柏民倪伟强赵建朱松明叶章颖浙江大学生物系统工程与食品科学学院杭州310058 浙江大学海洋研究院舟山316021

鱼类生物量无损测算是智能化水产养殖的重要环节,如何实现鱼体全长精准估算是该环节稳定运行的重要前提。该研究以红鳍东方鲀为对象,提出了一种鱼体全长精准估算方法,可在非接触情况下对自由游动的红鳍东方鲀进行精准的体长估算。首先,... 详细信息

鱼类生物量无损测算是智能化水产养殖的重要环节,如何实现鱼体全长精准估算是该环节稳定运行的重要前提。该研究以红鳍东方鲀为对象,提出了一种鱼体全长精准估算方法,可在非接触情况下对自由游动的红鳍东方鲀进行精准的体长估算。首先,利用双目立体视觉技术对原始图像进行校正和立体匹配获得深度图像,并通过SOLOv2模型进行鱼体分割;然后,通过自主设计的独立分类器对图像进行高效分类,自动获取可用于全长估算的鱼类侧面图像,其分类准确率达95.3%;最后,耦合图像平面特征和深度信息,对鱼类进行三维姿态拟合,实现鱼类全长精准估算。结果表明,该方法全长估算的平均相对误差为2.67%,标准差为9.45%,且全长估算值与质量表现出良好相关性(R^(2)=0.88)。该研究将为鱼类生物量无损测算提供关键技术支撑,对水产养殖的信息化管理、鱼类生长状况评估、投饵控制等具有重要意义。

关键词：机器视觉三维红鳍东方鲀姿态拟合全长精准估算非接触式

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基于卷积神经网络的养殖鱼类品种识别模型

水产学报 2022年第8期46卷 1369-1376页

作者：蔡卫明庞海通张一涛赵建叶章颖浙大宁波理工学院信息科学与工程学院浙江大学控制科学与工程学院浙江大学生物系统工程与食品科学学院

随着机器学习、计算机视觉等技术的发展，卷积神经网络(CNN)越来越多地应用于图像识别领域，但现有的鱼类图像公共数据集资源较匮乏，难以满足深度CNN模型优化及性能提升的需要。实验以大黄鱼、鲤、鲢、秋刀鱼和鳙为对象，采用网络爬虫... 详细信息

随着机器学习、计算机视觉等技术的发展，卷积神经网络(CNN)越来越多地应用于图像识别领域，但现有的鱼类图像公共数据集资源较匮乏，难以满足深度CNN模型优化及性能提升的需要。实验以大黄鱼、鲤、鲢、秋刀鱼和鳙为对象，采用网络爬虫以及实验室人工拍照采集相结合的方式，构建了供鱼种分类的基础图片数据集，针对网络爬虫手段获取到的鱼类图像存在尺度不一、格式不定等问题，采用图像批处理的方式对所有获取到的图像进行了统一的数据预处理，并通过内容变换以及尺度变换对基础数据集做了数据增强处理，完成了7 993个样本的图像采集与归纳；在权值共享和局部连接的基础上，构建了一个用于鱼类识别的CNN模型，采用ReLU函数作为激活函数，通过dropout和正则化等方法避免过度拟合。结果显示，所构建的CNN鱼种识别模型具有良好的识别精度和泛化能力。随着迭代次数的增加，CNN模型的性能也逐步提高，迭代1 000次达到最佳，模型的准确率为96.56%。该模型采用监督学习的机器学习方式，基于CNN模型，实现了5种常见鱼类的鱼种分类，具有较高的识别精度和良好的稳定性，为养殖鱼类的品种识别提供了一种新的理论计算模型。

关键词：鱼类识别卷积神经网络图像识别

水下机器人在渔业中的应用现状与关键技术综述

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机器人 2023年第1期45卷 110-128页

作者：许裕良杜江辉雷泽宇蔡雨嫣叶章颖韩志英浙江大学生物系统工程与食品科学学院浙江杭州310058 农业农村部设施农业装备与信息化重点实验室浙江杭州310058

总结了2007~2021年水下机器人在渔业环境监测与水生动物行为监视、水生动物视觉识别与捕获、水生动物生存环境维护方面的应用现状,综述了在渔业场景下应用的水下机器人的关键技术,分析了水下机器人结构设计与外形优化技术、水下机器视... 详细信息

总结了2007~2021年水下机器人在渔业环境监测与水生动物行为监视、水生动物视觉识别与捕获、水生动物生存环境维护方面的应用现状,综述了在渔业场景下应用的水下机器人的关键技术,分析了水下机器人结构设计与外形优化技术、水下机器视觉与图像增强技术、水下运动规划和水下环境信息获取与传输技术等的研究现状与存在的问题。最后,展望了专用于渔业场景的水下机器人在未来的研究方向。

关键词：水下机器人渔业资源环境监测机器视觉运动规划

循环水养殖水处理系统中UVC-LED光反应器的CFD模拟及优化

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农业工程学报 2022年第1期38卷 258-265页

作者：田晔肖润国裴洛伟叶章颖朱松明刘鹰郭建林王朔浙江大学生物系统工程与食品科学学院杭州310058 浙江省淡水水产研究所湖州313001

为探究循环水养殖水处理系统中紫外发光二极管(Ultraviolet C Light Emitting Diode, UVC-LED)光反应器的合理结构,基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)的方法建立了UVC-LED光反应器消毒计算模型,并对该反应器进行了... 详细信息

为探究循环水养殖水处理系统中紫外发光二极管(Ultraviolet C Light Emitting Diode, UVC-LED)光反应器的合理结构,基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)的方法建立了UVC-LED光反应器消毒计算模型,并对该反应器进行了验证与优化。结果表明:该计算模型可以很好的预测反应器的消毒效果,模拟与试验得到的微生物对数灭活率误差在8%以内。通过对整流区圆柱流道的优化可以提升反应器的消毒效果,当反应器具有10个圆柱形流道时,等效还原辐射剂量较之于原反应器提升了19.6%;内壁反射系数的增加对辐射强度的提升具有显著的影响,在高透光率的水环境中表现更为明显。构建了两种不同内壁材料的反应器模型,在紫外光穿透率(Ultraviolet Transmission, UVT)80%、UVT85%和UVT90%透光率下,高反射率模型比低反射率模型的等效生物验证剂量(equivalent Reduction Dose, RED)分别提高了47.74%、55.02%和66.87%。本研究用CFD建模对UVC-LED光反应器进行表征、优化和消毒性能分析,为循环水养殖水处理系统中新型紫外消毒光反应系统设计提供理论参考。

关键词：水产养殖 LED 循环水养殖消毒反应器内壁反射系数 CFD

基于轻量级卷积神经网络的红鳍东方鲀个体身份无损识别方法

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水生生物学报 2023年第10期47卷 1545-1552页

作者：周佳龙季柏民倪伟强朱松明赵建叶章颖浙江大学生物系统工程与食品科学学院杭州310058 浙江大学海洋研究院舟山316021

文章充分利用红鳍东方鲀(Takifugu rubripes)体侧纹理特征提出了一种基于轻量级卷积神经网络的鱼类个体身份识别方法,可在无损前提下实现红鳍东方鲀个体身份的高精度识别。首先,采用SOLOv2模型进行前景分割,并结合红鳍东方鲀体型特点,... 详细信息

文章充分利用红鳍东方鲀(Takifugu rubripes)体侧纹理特征提出了一种基于轻量级卷积神经网络的鱼类个体身份识别方法,可在无损前提下实现红鳍东方鲀个体身份的高精度识别。首先,采用SOLOv2模型进行前景分割,并结合红鳍东方鲀体型特点,通过质心和哈希值计算方法完成数据集生成和筛选;随后,从多维度分别测试主流深度学习图像分类骨干网络和不同损失函数在红鳍东方鲀身份识别中的效果;继而,在MobileNet v2骨干网络基础上,耦合Softmax Loss函数,建立了一种适用于红鳍东方鲀的个体身份无损识别的最优组合方法。研究结果表明,文章方法准确率可达90.2%,优于其他相关主流方法(准确率73.6%—89.3%),相关研究成果将为循环水养殖鱼类个体身份无损识别和精准生物量估算提供技术支撑。

关键词：身份无损识别纹理特征轻量级卷积神经网络红鳍东方鲀

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工厂化水产养殖设施保温技术研究进展

现代农业科技 2024年第5期 182-188页

作者：孙侦龙宋家帅焦冬祥杨志鹏吴照学叶章颖李国峰吴爱君鲍恩财南通龙洋水产有限公司江苏南通226600 江苏省农业科学院江苏南京210014 安徽农业大学工学院安徽合肥230036 浙江大学生物系统工程与食品科学学院浙江杭州310058

工厂化水产养殖起源于20世纪60年代,其较传统粗放式养殖在生产各环节可调控、水质可处理,养殖模式符合节能环保理念,在我国发展迅速。本文介绍了工厂化水产养殖设施的发展现状,综述了水产养殖大棚、水产养殖温室、水产养殖车间保温技术... 详细信息

工厂化水产养殖起源于20世纪60年代,其较传统粗放式养殖在生产各环节可调控、水质可处理,养殖模式符合节能环保理念,在我国发展迅速。本文介绍了工厂化水产养殖设施的发展现状,综述了水产养殖大棚、水产养殖温室、水产养殖车间保温技术研究现状,并详细分析了养殖车间顶部保温技术和墙体保温技术(外墙外保温、外墙内保温、外墙中置保温),展望了未来发展方向和研究内容,以期为国内开展工厂化水产养殖设施保温技术的相关研究提供参考。

关键词：工厂化水产养殖养殖设施保温技术