远洋渔业作业系统虚拟仿真实验

唐浩 胡松

【摘要】针对海洋渔业技术学课程中围网捕捞作业教学中存在的问题，以远洋渔业资源调查船“淞航”号为载体，设计了六个围网捕捞作业过程虚拟仿真实验模块。通过实现围网作业中的鱼群侦察、放网操作和收网等步骤的虚拟仿真过程，增强教学过程的实操性和可视化，便于学生充分理解围网作业原理与特点，熟练掌握操作步骤和注意事项，有益于培养学生的自学能力和在海洋渔业领域的应用和创新能力。

【關键词】海洋渔业  虚拟仿真  围网捕捞  放网

【Abstract】In response to problems in teaching purse seine fishing in Marine fishery technology course， Six virtual simulation experiment modules were designed to based on “SONG HANG”， an distant？鄄water fishery resources survey vessel. The practical operation and visualization of the teaching process can be enhanced by implementing virtual simulation of fish detection， setting operation and haul net during the purse seine operation. It is convenient for students to fully understand the principles and characteristics of purse seine operation， and master the operation steps and notes. It is also beneficial to train the ability of self？鄄learning， application and innovation in the field of Marine fishery.

【Keywords】marine fishery; virtual simulation; purse seine fishing; setting net

【基金项目】上海海洋大学一流本科实践教学平台建设项目（A1-2023-18-0003）。

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）05-0166-03

我国是海洋大国和渔业大国，海洋渔业资源是国家的蓝色粮仓和战略性资源。海洋渔业现代化是建设海洋强国、实现农业现代化的重要组成部分，是新时代新农科教育背景下的时代需求。当前，世界海洋渔业正面临深刻变革，基于生态系统的海洋资源可持续开发，需要对海洋资源的精准调查。

海洋渔业技术学是根据捕捞对象种类、数量及其分布习性和渔场环境特点，研究海洋渔业生产技术，达到捕捞目的的综合性学科，是水产科学的重要分支，也是国家特色专业海洋渔业科学与技术专业主要必修专业基础课之一[1]。围网捕捞是单网次产量最高的一种渔法，其产量占世界总渔获量的 25%～30%[2]，是海洋渔业较为重要的组成部分，也是“海洋渔业技术学”“渔具设计学”“渔业海洋学”“航海与捕捞实习”等课程的重要教学内容之一。

围网捕捞作业具有生产技术水平要求高、生产规模大、成本高、投资大等特点[3]，而且均是远洋作业，完成一次海上实测，需要调动的社会资源、人力物力耗费极高，即便克服了这些困难，让学生在复杂多变的海上环境中开展实际生产练习也会存在安全隐患。但仅依赖课堂的理论教学，却又无法使学生真正理解和掌握围网实际捕捞作业的特点及操作步骤[4]。随着现代信息技术的不断发展，虚拟仿真实验教学可实现围网捕捞作业系统的仿真场景再现，为学生提供模拟实操的机会，以提高学生的自主学习能力、实践能力及创新能力。

1.实验设计目的和意义

海洋渔业科学与技术专业培养具备海洋科学、水产科学基本理论知识，掌握海洋生物资源高效开发的人才。学生要掌握渔具性能、操作、设计、研发等功能。“淞航号”围网捕捞作业系统虚拟仿真实验的主要目标是满足实验教学的需要，弥补传统理论教学的不足。结合海洋渔业学科的特点，利用虚拟现实技术构建三维的虚拟实验操作环境，使学生随时可以开展围网捕捞操作的虚拟实验，并以仿真的方式与虚拟对象进行自由交互[5]，通过反复虚拟练习，充分理解和掌握围网作业原理与特点、鱼群侦查手段、适合放网捕捞的鱼群特点、渔场形成原理及影响因素、围网操作流程和可能发生的渔捞事故判定和处理方法以及围网生产技术等专业知识，更好地促进学生进行探索学习、协同学习，获得真实的生产实践体验[6]。

2.实验依托平台

上海海洋大学远洋渔业资源调查船“淞航”号的航区为国际无限航区，设有全景式驾驶室、柴油机驱动、德国进口垂直式电力推进装置。调查船主尺度为总长85.00m，船宽14.96m，型深8.70m，满载排水量3271.4t，船舶最大航速15kn，续航力10000海里。集成了远洋渔业不同的作业方式，适应不同渔业资源生物学特性的调查，为开展不同渔具渔法研究提供基础保障。此外，“淞航”号配备了海洋生物、水文生化、调查监控和通用等实验室及艉部露天甲板调查作业区。围网捕捞作业系统虚拟仿真实验平台主要依托国家远洋渔业工程技术研究中心，上海海洋大学大洋渔业资源持续开发教育部重点实验室，远洋渔业资源调查船“淞航号”等综合性实体平台，坚持科学性、交互性和开放性原则[4]，利用计算机技术、视频、图片、网站和多媒体，结合海洋渔业特点和特色，综合运用现代化鱼群侦查、识别、围捕等技术，构建以“淞航号”为模型载体的围网捕捞操作虚拟仿真实验平台。

3.实验主要功能模块

虚拟仿真实验的主界面为现代化围网捕捞操作的动画界面，首先呈现围网捕捞操作全过程场景，采用第一人称视角，使学生作为“主人公”身临其境，在“淞航号”上进行三维游走，熟悉和掌握船体布局和实验室位置，体验和操作整个围网捕捞操作系统。左侧栏分别为实验目的，围网捕捞作业原理，进入实验和课后练习模块，可点击相应的选择按钮，进入实验操作模块。

点击进入实验后，分为练习模式和考核模式，其中练习模式配有各个环节步骤所涉及的相關装配、仪器的介绍和操作的文字提醒，便于学生反复操作练习，学习和掌握围网捕捞操作的流程顺序，专业知识及注意事项，考核模式则无相关文字提示，用作考查学生的实操掌握能力。每个模式下均共设计了6个围网捕捞操作步骤：寻鱼、追鱼、放网、绞纲、收网和整理（图1），真实地还原了实际围网捕捞流程。

（1）寻鱼模块：寻鱼是围网渔业中最重要的步骤，主要方式借助瞭望平台、直升机或声呐等观察海面海鸟、鲸、海豚和鱼群以及海上漂流物等征兆，达到寻找鱼群的目的。因此，首先呈现的是“淞航号”船体模型在海面缓慢行驶的画面，为了寻找鱼群目标，根据海鸟雷达和海洋环境图像确定母船航行方向。可点击选择直升机，切换直升机视角，搜寻海面状况信息，若发现鱼群信息（白色水花和海鸟盘旋），则通过无线电报告船长方位，以便船长决策直升机和母船航行动向，近距离观测鱼群。

（2）追鱼模块：当围网船发现自然集群的鱼群时，通常会先跟踪追逐，等到鱼群游泳方向及速度较为稳定、鱼群较密集且浮游在水表层时，再进行放网围捕。因此，设置鱼群位置相对稳定的场景，并在右上角弹出实际图片，供学生了解海上发现鱼群时的场景。为了放网前的准备，需出动小艇配合，点击选择释放的小艇并配有机械吊臂操作的动画。

（3）放网模块：放网是对稳定的鱼群进行圏捕的过程，作为虚拟仿真实验的核心内容，也是围网捕捞操作过程的重要环节。利用大艇牵引网具的取鱼部，母船围绕鱼群做圆周运动形成包围[7-8]（图2）。根据作业原理分别设计了确定放网、大艇下水、母船运动、小艇运动、合围完成等一系列协同操作动画，帮助学生掌握放网过程中水平包围的相关操作顺序和目的。

（4）绞纲模块：利用船舯甲板上的底环绞纲机绞收括纲将网底封闭[9]。虚拟仿真实验可完成网具底部包围，设计了大艇牵引端的浮子纲和括纲与母船绞机连接，大艇转向船舷右侧承担牵引母船控制方向，浮子纲和括纲绞收等动画环节。为了便于学生区分纲索和了解实际操作机械，增加了相关纲索、机械和实际图片作为说明，便于学生理解掌握围网捕捞所涉及的专业词汇及用途。

（5）收绞网衣模块：采用主吊杆上的动力滑车收绞网衣，逐步缩小包围圈，将渔获物聚集取鱼部，并采用船艏浮子纲绞机将浮子纲进一步收绞缩小网口。虚拟仿真实验可完成括纲完毕露出水面后，即可开展网衣绞收，设计了动力滑车牵动网具、底环拆卸、小艇协助牵引网圈、堆放网衣、取鱼部网衣收绞、捞鱼等环节。各环节是连贯操作，并配有操作流程旁白模块，增加学生的趣味性体验。

（6）整理模块：网具取鱼部、纲索、大艇和小艇固定等步骤，为下次捕捞操作做好准备。为了巩固学习不同模块，可随意切换模块进行反复练习及学习，掌握每个模块的关键技术点，从而达到模拟练习的最终目的。

上述模块切实地反映了海上围网捕捞作业的流程，用虚拟场景和动画让每一位学生都可以体验和学习围网捕捞操作的流程及注意事项，从而独立、完整地模拟操作围网捕捞装备，进而系统地学习围网捕捞技术。

4.结语

我国发展远洋围网渔业较晚，关键技术和装备受国外封锁，捕捞技术及装备与日本等发达国家有较大差距。为了促进我国围网渔业的发展与壮大，维护国家的海洋渔业权益，需要不断提升自身捕捞技术水平。然而，复杂多变的海上作业环境不仅给从业者带来了较大的挑战，也让海洋渔业科学与技术专业、远洋渔业学生真实的体验变得十分困难。在围网捕捞作业系统相关教学中融入虚拟仿真技术，利用可视化实验实习界面，能够使学生的学习模式由传统的理论教学模式，转变为个性化的线上线下相结合的新模式，可远程实现虚拟仿真实验教学和引导式、开放式教学模式相结合[10-11]，极大地激发了学生的学习兴趣，将校内教学资源与远洋渔业企业人才需求紧密结合起来[12]，是校企合作、协同育人的远洋渔业人才培养新途径。

参考文献：

[1]孙满昌.海洋渔业技术学[M].北京：中国农业出版社， 2005.

[2]许柳雄，唐浩.围网网具性能研究进展[J].中国水产科学， 2016， 23（3）： 713-726.

[3]唐浩.金枪鱼围网网具水动力特性及沉降性能研究[D]. 上海海洋大学， 2017.

[4]张春玲，胡松.海洋中尺度涡虚拟仿真实验设计[J].中国地质教育，2019，28（2）：100-102

[5]李娟娟.物理虚拟仿真实验系统的设计研究[D].扬州： 扬州大学，2012

[6]姜胜辉，韩宗珠，林霖.虚拟仿真技术在海底探测教学中的应用[J].实验科学与技术，2015，13（5）：46-48.

[7]唐浩，许柳雄，王学昉，等.两种典型渔法金枪鱼围网网具性能差异[J].水产学报，2015，39（2）：275-283.

[8]TANG H， XU L X， ZHOU C， et al. The effect of envi     ronmental variables， gear design and operational parameters on sinking performance of tuna purse seine setting on free-swimming schools[J]. Fisheries Research， 2017， 191：151-159.

[9]TANG H， XU L X， Hu F X， et al. Effect of mesh size modifications on the sinking performance， geometry and forces acting on model purse seine nets[J]. Fisheries Research， 2019， 211：158-168.

[10]熊宏齐.国家虚拟仿真实验教学项目的新时代教学特征[J].实验技术与管理，2019，36（9）：1-4.

[11]李震彪.本科教学虚拟仿真实验之思考[J]. 实验技术与管理，2019，36（9）：5-7.

[12]杜月林，黄刚，王峰，高翔.建设虚拟仿真实验平台， 探索创新人才培养模式[J]. 实验技术与管理，2015，32（12）：26-29.

作者简介：

唐浩（1988-），男，博士，讲师。

胡松（1978-），男，安徽祁门人，上海海洋大学海洋科学学院副院长，分管本科教学工作。