LED集魚燈在誘魚領(lǐng)域應(yīng)用的獨(dú)特之處
文章來源:恒光電器
發(fā)布時(shí)間:2015-11-18
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目前大部分光誘魷釣船配備的輔助燈具依然是傳統(tǒng)的金鹵燈,，漁業(yè)企業(yè)以及個(gè)人不愿冒險(xiǎn)使用LED集魚燈,。造成這種情況的一方面原因是LED集魚燈本身造價(jià)昂貴，另一方面也是最主要原因即漁業(yè)企業(yè)以及個(gè)人對(duì)LED集魚燈現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際作用和效果不了解,，擔(dān)心使用LED集魚燈會(huì)對(duì)產(chǎn)量帶來負(fù)面影響,。
燈具作用效果包括燈光亮度如何，光線所及深度如何,，以及是否會(huì)影響到漁獲量和燃油等方面,。國(guó)內(nèi)外有很多學(xué)者對(duì)LED集魚燈進(jìn)行研發(fā)和實(shí)驗(yàn)。MATSUSHITA等提出可以通過對(duì)日本近海漁船混合使用LED集魚燈和傳統(tǒng)金鹵燈來達(dá)到節(jié)省燃油,。YAMASHITA則驗(yàn)證了LED與金鹵燈混搭使用方式的捕魚效果,。國(guó)內(nèi)學(xué)者則偏重?zé)艄夤鈭?chǎng)分布研究，將漁船集魚燈整體作為點(diǎn)光源,，照明資質(zhì),，提出了單船以及多船的集魚燈合理配置方案。同時(shí)部分學(xué)者進(jìn)行了許多的理論研究,，提出了不同的理論計(jì)算模型和仿真,。
為了明確LED有無集魚效果、對(duì)產(chǎn)量有無負(fù)面影響,、光線在海水中的穿透性,，以及水中光譜分布等情況，行業(yè)資訊,，我們進(jìn)行了LED集魚燈的實(shí)船試驗(yàn)和分析,，以期能給漁業(yè)從業(yè)者和相關(guān)研究人員提供參考。
材料與方法
1.1LED集魚燈
目前國(guó)產(chǎn)LED集魚燈,，大部分為直板型燈具,，所有燈芯安排在同一個(gè)平面內(nèi)，若非進(jìn)行二次開發(fā),，燈具的配光曲線等光學(xué)特性在出廠后不可改變,。本項(xiàng)目使用了新型的300W型三列式LED水上集魚燈,，見圖1(a)，該燈由上海海洋大學(xué)與上海嘉寶協(xié)力電子有限公司合作開發(fā),。
LED集魚燈與傳統(tǒng)金鹵燈的波普見圖2,，由圖可知，LED集魚燈在380～400nm波段的強(qiáng)度明顯低于金鹵燈,，該波段范圍屬于近紫外線波段,， led室內(nèi)照明,，長(zhǎng)時(shí)間照射會(huì)使得漁業(yè)捕撈工作者皮膚黑色素沉淀,，使皮膚變黑快速老化和損傷。將每一個(gè)波段能量值積分,，會(huì)發(fā)現(xiàn)LED集魚燈的能量相對(duì)值總和為285,，金鹵燈能量相對(duì)值總和為1300，盡管金鹵燈的能量相對(duì)值是LED集魚燈的4.5倍,，但金鹵燈功耗則為L(zhǎng)ED集魚燈的6.6倍,，可見LED集魚燈發(fā)光效率明顯高于傳統(tǒng)金鹵燈。
1.2實(shí)驗(yàn)船參數(shù)
實(shí)驗(yàn)漁船“寧泰61”號(hào)參數(shù)如下：總長(zhǎng)51.80m,，型寬8.00m,，廠房照明，企業(yè)資訊,，型深4.00m,；總噸490t，建筑照明,，艙容140t,；主機(jī)功率882kW，副機(jī)功率250kW×2臺(tái),、150kW×1臺(tái),、25kW×1臺(tái)，速凍能力11t/d,；金屬鹵化物燈100×2kW,，LED集魚燈100×300W。集魚燈布置情況參見圖3,。2kW金鹵燈距離上甲板2.9～3.0m,，距離下甲板5.5m；燈間距0.58m,；LED集魚燈距離上甲板3.7m,，商業(yè)照明燈具，距離下甲板6.3m,；燈間距0.1m,。作為其對(duì)照組,，“寧泰62”號(hào)僅配備2kW型金屬鹵化物集魚燈，未配備LED集魚燈,，其他參數(shù)均一致,。
1.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)
2014年6－7月“寧泰61”號(hào)船進(jìn)行實(shí)地測(cè)試照度、光譜分布,、漁獲量(產(chǎn)量),、能耗，試驗(yàn)海域范圍為80°09'W－80°59'W,、15°05'S－15°50'S,；作為對(duì)照試驗(yàn)，“寧泰62”號(hào)船捕撈海域范圍為80°09'W－80°59'W,、15°03'S－15°55'S,。
1.4試驗(yàn)方法
使用的儀器包括水下照度計(jì)ZDS-10W-2D、HyperspectralprofilerⅡ高光譜剖面儀(加拿大Satlantic公司生產(chǎn),，技術(shù)資訊,，光譜測(cè)量范圍：348～802nm；測(cè)量深度0～100m,；水深精度:0.1m,；分辨率:0.01m)。
在作業(yè)過程中對(duì)“寧泰61”號(hào)船安裝的LED集魚燈和2kW型金屬鹵化物集魚燈測(cè)量時(shí),，交替開啟LED集魚燈和金鹵燈50盞,，在船側(cè)的海面設(shè)置21個(gè)測(cè)光點(diǎn)，利用高光譜剖面儀測(cè)試不同位置的光譜分布,、利用水下照度計(jì)ZDS-10W-2D測(cè)試照度數(shù)據(jù),，參見圖4。光場(chǎng)實(shí)驗(yàn)多次進(jìn)行,，取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最優(yōu)的一組結(jié)果,，對(duì)同一列數(shù)據(jù)進(jìn)行指數(shù)方式擬合處理，利用擬合結(jié)果計(jì)算特定照度值所處位置,。本結(jié)果的數(shù)據(jù)測(cè)試條件為:浪高0m,、月亮光照強(qiáng)度0.02lx。
試驗(yàn)結(jié)果
2.1照度對(duì)比分析
當(dāng)打開漁船右側(cè)50盞LED集魚燈時(shí),，LED集魚燈所形成的0.1～10lx的距離大致在船舷一側(cè)的25m至35m,；0.1lx照度最遠(yuǎn)距離可達(dá)到35m，10lx最遠(yuǎn)距離可達(dá)到25m,，船側(cè)15m內(nèi)照度均在50lx以上,。當(dāng)打開漁船右側(cè)50盞金鹵燈時(shí)，形成的最佳誘魚區(qū)域大致在船舷一側(cè)的30～45m，0.1lx最遠(yuǎn)距離可達(dá)到45m,，10lx最遠(yuǎn)距離可達(dá)到30m,，船沿20m內(nèi)海面照度均在50lx以上，測(cè)試結(jié)果如圖5所示,。
兩種燈在水中照度存在一定差距,。在距離船舷5m處，0～20m不同深度的照度分布如圖6所示,，LED集魚燈照度值為0.1lx最深可至水下21m左右,，僅比金鹵燈淺5m；而LED集魚燈照度值為10lx最深可至12m左右,僅比金鹵燈淺3m,。
在距離船舷10m處,，0～20m不同深度的照度分布如圖7所示，LED集魚燈照度值為0.1lx最深可至水下16m左右,，僅比金鹵燈淺3m,；而LED集魚燈照度值為10lx,，最深可至8m左右,，僅比金鹵燈淺2m。
2.2光譜變化及分析
本文針對(duì)船載的兩種集魚燈距離船舷3m處,，深度分別為0.5m,、1.0m、1.5m3個(gè)不同水層形成的光譜為例進(jìn)行分析對(duì)比,，以期了解其在海面和海水中的組成情況和深度對(duì)光譜變化的影響,。
在海水中，從水深0.5～1.5m隨著深度增加其光譜能量總和下降,，同等深度LED集魚燈光譜分布能量總和小于金鹵燈,。從光譜分布組成LED集魚燈光色主要是黃綠色，其次是藍(lán)紫色,，在紅外光和紫外光波段所占成分則較少,，見圖8(a)；而金鹵燈則波長(zhǎng)在500nm,、550nm,、580nm、600nm等波段出現(xiàn)峰值,，在紫外光和紅外光也占有不少的比例,，見圖8(b)。
LED集魚燈和金鹵燈燈光在海中傳遞過程中衰減,，但衰減速率不一致,，衰減速率如圖9所示。金鹵燈形成的光在海水中衰減速率明顯大于LED集魚燈,。金鹵燈在500nm,、550nm,、580nm、600nm等波段,，下降速率也是最快的,，而LED集魚燈衰減則稍微緩慢。
2.3產(chǎn)量與節(jié)能效果分析
2.3.1試驗(yàn)船與參照船產(chǎn)量差異性分析
研究人員跟蹤調(diào)查的45d期間,，同時(shí)記錄了兩艘船的漁獲量如圖10所示,。我們對(duì)兩船產(chǎn)量進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)，H0：使用LED集魚燈對(duì)產(chǎn)量不影響,，H1：使用LED集魚燈對(duì)產(chǎn)量有影響,，利用Matlab分析工具ttest2進(jìn)行雙樣本差異性檢驗(yàn)，其結(jié)果為H=0,，故判斷兩船的產(chǎn)量屬于同一正態(tài)分布,，不存在差異性。
2.3.2油耗節(jié)省效果對(duì)比
2014年6月1日－7月15日期間,，跟隨寧泰61號(hào)船參與實(shí)際漁業(yè)捕撈作業(yè),，記錄試驗(yàn)船與參照船的能耗和漁獲總量，相關(guān)數(shù)據(jù)見表1,。
為了配合測(cè)試LED集魚燈在實(shí)際捕撈作業(yè)過程中的效果,，寧泰61號(hào)、寧泰62號(hào)兩艘船在同一海域作業(yè),，其間距均在4海里(nmile)之內(nèi),，盡量確保兩艘船的作業(yè)環(huán)境、資源狀況等方面維持一致性,。同一時(shí)間內(nèi),，作業(yè)船的油耗包括主機(jī)、冷凍機(jī),、釣機(jī)和集魚燈,。故采用兩條船的油耗量整體對(duì)比，可以看出LED所節(jié)省的油耗量,。
在這樣的條件下,，我們可以看出寧61號(hào)作業(yè)船45d總共燃油14t左右，總產(chǎn)量達(dá)到了285t,，相比于寧62號(hào)產(chǎn)量263t并不存在明顯差異性,。單純從燃油角度看，LED集魚燈在不影響捕撈產(chǎn)量的同時(shí),，能夠節(jié)約燃油約60%～70%,。按照這樣計(jì)算，南太平洋秘魯智利外海(離海岸線大于200nmile)中國(guó)魷釣船約300艘，其中包括從大西洋新轉(zhuǎn)入的大型魷釣船,。以每艘船現(xiàn)有安裝100盞金鹵燈,，全部改換到100盞LED集魚燈照明系統(tǒng)，建筑照明,，則在集魚燈節(jié)能方面每年可以節(jié)省將近6萬噸,。
討論
照度值方面，以0.1Lx～10Lx為最適照度區(qū)域,，LED集魚燈在空氣中產(chǎn)生的照度與金鹵燈相比差距較大,；而在海水中，LED集魚燈產(chǎn)生的照度與金鹵燈相比差距較小,。距離船舷5m處水面以下0m～10m,，金鹵燈相對(duì)較高，CCC認(rèn)證,，但是這個(gè)深度不是魷釣作業(yè)深度,，在海水表層魷魚往往容易受到驚嚇而躲在更深的水層，甚至有學(xué)者提出魷魚懼怕強(qiáng)光,，恒光電器,照亮您的生活,，由遺傳因素決定;而在深度10m以上，兩種燈照度很接近,，故可以認(rèn)為L(zhǎng)ED集魚燈水下照度適用于魷釣作業(yè),。
光譜分布方面，口碑,，空氣中LED集魚燈與金鹵燈相比，金鹵燈各個(gè)波段能量值疊加總和比LED集魚燈的光譜高,。然而不是每個(gè)波段能量值越高越好,，例如350～400nm波段為紫外線波段，LED集魚燈在該段的能量值僅為金鹵燈光譜的一半,；同樣,，780～800nm波段為紅外線范圍，這兩個(gè)波段光線直接照射人體將造成皮膚快速老化和黑色素沉淀,，對(duì)誘魚過程沒有太大貢獻(xiàn),，LED集魚燈在該段的能量值也僅為金鹵燈光譜的一半，因此LED集魚燈相對(duì)于傳統(tǒng)的金鹵燈光線,，相對(duì)更為安全,、環(huán)保。在水中,，LED集魚燈各波段衰減率均小于金鹵燈,，這在很大程度上解釋了LED集魚燈在水中的穿透性高于金鹵燈的原因。LED集魚燈在480～650nm波段衰減率較小。兩種燈光進(jìn)入海水中,，金鹵燈的黃綠色部分將快速消失,，而LED集魚燈衰減則相對(duì)緩慢。
節(jié)能方面,，LED集魚燈相比于金鹵燈能節(jié)省近60%的油耗,。LED集魚燈和金鹵燈光束角存在差異，產(chǎn)業(yè)資訊,，金鹵燈屬于“萬向光”,，而LED集魚燈指向性較強(qiáng)，CE認(rèn)證,，本文討論的LED集魚燈,，CE認(rèn)證，其最大的光束角僅為112度,。金鹵燈燈光將近75%的燈光投射到空氣中和甲板上,，不僅造成燈光浪費(fèi)，還造成一定程度上的光污染,；LED集魚燈則把大部分光投射到海面上,。從油耗方面考慮，錢衛(wèi)國(guó)等學(xué)者從燈具效率和功率角度曾計(jì)算LED集魚燈節(jié)能效果,，油耗僅為傳統(tǒng)金鹵燈的1/3,。本文使用的LED集魚燈使用的水冷系統(tǒng)自身也需要消耗一定燃油，在一定程度上抵消了LED集魚燈的節(jié)能效果,，故冷卻系統(tǒng)能耗也應(yīng)納入節(jié)能計(jì)算過程,。
LED集魚燈的使用對(duì)魷釣作業(yè)船的漁獲量并沒有產(chǎn)生明顯的影響，能夠發(fā)揮較好的集魚效果,。本文主要證明LED集魚燈的誘魚效果與水中穿透性,，希望能夠?yàn)闈O業(yè)從事者和相關(guān)研究人員提供一些參考。但LED集魚燈的使用,，漁業(yè)從事企業(yè)以及個(gè)人初次資金投入較大,，且在誘魚效果沒有大幅度提高的前提下，漁業(yè)從事企業(yè)以及個(gè)人不愿意嘗試改裝,。希望由國(guó)家科研平臺(tái)打造示長(zhǎng)期性范漁船,，從而引起帶動(dòng)效果，最終使得LED集魚燈完全取代傳統(tǒng)高功率金鹵燈,。
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