留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

光诱渔船金属卤化物集鱼灯海面光场分布计算方法优化研究

王伟杰 万荣 孔祥洪 肖俞辰

王伟杰, 万荣, 孔祥洪, 肖俞辰. 光诱渔船金属卤化物集鱼灯海面光场分布计算方法优化研究[J]. 南方水产科学, 2022, 18(5): 138-144. doi: 10.12131/20210320
引用本文: 王伟杰, 万荣, 孔祥洪, 肖俞辰. 光诱渔船金属卤化物集鱼灯海面光场分布计算方法优化研究[J]. 南方水产科学, 2022, 18(5): 138-144. doi: 10.12131/20210320
WANG Weijie, WAN Rong, KONG Xianghong, XIAO Yuchen. Optimization on calculation method of horizontal illuminance for metal halide fish lamp around fishing boats[J]. South China Fisheries Science, 2022, 18(5): 138-144. doi: 10.12131/20210320
Citation: WANG Weijie, WAN Rong, KONG Xianghong, XIAO Yuchen. Optimization on calculation method of horizontal illuminance for metal halide fish lamp around fishing boats[J]. South China Fisheries Science, 2022, 18(5): 138-144. doi: 10.12131/20210320

光诱渔船金属卤化物集鱼灯海面光场分布计算方法优化研究

doi: 10.12131/20210320
基金项目: 国家重点研发计划项目 (2019YFD0901503)
详细信息
    作者简介:

    王伟杰 (1989—),男,博士研究生,研究方向为集鱼灯应用。E-mail: oddapple@yeah.net

    通讯作者:

    万 荣 (1963—),男,教授,博士,从事渔具理论设计、离岸养殖设施水动力学、渔业资源评估与管理等研究。E-mail: rongwan@shou.edu.cn

  • 中图分类号: S 972.63+2

Optimization on calculation method of horizontal illuminance for metal halide fish lamp around fishing boats

  • 摘要: 蒙特卡罗模拟是一种有效的计算光场分布的数值模拟方法,通过将光束离散成大量光子,追踪光子路径计算目标区域的光照强度。为准确计算集鱼灯的海面光场分布情况,以金属卤化物集鱼灯为例对蒙特卡罗模拟求解过程中的光子数取值和光子辐射模型展开分析和优化。针对光子数取值问题,通过设定不同光子数进行数值模拟,探讨光子数差异对模拟结果稳定性的影响。针对光子辐射模型问题,根据灯具光度分布数据提出光子辐射优化模型,通过实测数据进行验证。结果显示:1) 模拟光子数取值越大,模拟结果的稳定性越好;以与灯具水平距离5 m的计算点为例,当取值设为108时结果的差异系数为0.07%,光子数取值继续增加至1010,则差异系数为0.05%;2) 模型优化后,模拟计算结果与实测的相对误差均值从0.051 2减少至0.045 3。此外,应用优化模型计算了渔船在实际作业环境的光场照度情况,计算结果与实测值的平均误差约为0.052 3。
  • 图  1  灯具与计算点的相对位置及灯具安装示意

    Figure  1.  Relative position between lamp and calculation point and installation diagram of lamp

    图  2  灯具配光曲线

    Figure  2.  Light distribution curve

    图  3  验证测试方案

    Figure  3.  Verifying test

    图  4  光子数取值对模拟结果波动性的影响

    Figure  4.  Effect of photon number on volatility of modeling results

    图  5  优化模型不同出射方向计算与实测比较

    Figure  5.  Comparison of different light field calculation models

    图  6  优化模型不同出射方向计算的差异系数(光子数取值为108)

    Figure  6.  Coefficient of variation of optimized model simulation results (Photons number of 108)

    图  7  优化模型应用计算结果与实测值对比(差异系数0~0.23%)

    Figure  7.  Calculated and measured values of horizontal illuminance at specific points beneath water (Difference coefficient 0−0.23%)

    表  1  模型参数表

    Table  1.   Model parameters

    项目 Item    数值 Value项目 Item    数值 Value
    船舶吨位 Tonnage 19.9 金卤灯功率 Metal halide lamp power/kW 2.0
    船长 Length/m 22.0 金卤灯光通量 Luminous flux/lm 200 000
    船宽 Width/m 4.8 灯组长度 Lamp length/m 17.0
    灯与灯间距 Distance between lamps/m 1.1 灯距水面高度 Height of lamp above water/m 3.0
    船尾第一个灯与船尾距离 Fist lamp near stern/m 2.8 渔船集鱼灯总功率 Total power/kW 75
    下载: 导出CSV
  • [1] AN Y, HE P, ARIMOTO T, et al. Catch performance and fuel consumption of LED fishing lamps in the Korea hairtail angling fishery[J]. Fish Sci, 2017, 83(3): 343-352. doi: 10.1007/s12562-017-1072-6
    [2] LEE D, LEE K, PYEON Y, et al. Development of a 250-W high-power modular LED fish-attracting lamp by evaluation of its thermal characteristics[J]. J Kor Soc Fish Ocean Technol, 2015, 51(2): 69-74.
    [3] BAE J, AN H, KIM M, et al. Simulation of undewater irradiance distribution in coastal squid jigging vessel using the LED and metal halide fishing lamp combination[J]. J Kor Soc Fish Ocean Technol, 2014, 50(4): 513-519.
    [4] LI F, HUA C, ZHU Q, et al. Optimization of LED fishing lamp allocation based on numerical modeling in Pacific saury fishery[J]. Fish Sci, 2021, 87(3): 283-296. doi: 10.1007/s12562-021-01513-w
    [5] ISLAM N Z M, AZIZ N M A N, ABU N, et al. Underwater fish attraction LED lamp (UFAL) for improving aquaculture productivity[J]. J Adv Res Appl Mech, 2019, 1(53): 8-14.
    [6] NGUYEN K Q, TRAN P D, NGUYEN L T, et al. Use of light-emitting diode (LED) lamps in combination with metal halide (MH) lamps reduce fuel consumption in the Vietnamese purse seine fishery[J]. Aquac Fish, 2021, 4(6): 432-440.
    [7] 钱卫国, 陈新军, 雷林. 300W型绿光led集鱼灯的光学特性[J]. 大连海洋大学学报, 2012, 27(5): 471-476. doi: 10.3969/j.issn.2095-1388.2012.05.016
    [8] 秦华, 冯东太. Matlab在几何光学仿真实验中的应用[J]. 物理实验, 2017, 11(37): 17-21.
    [9] 钱卫国, 王飞. 集鱼灯海面照度计算方法的比较研究[J]. 浙江海洋学院学报(自然科学版), 2004, 23(4): 285-290.
    [10] 丁明亮. 海面的光传输衰减分析[J]. 考试周刊, 2013(46): 171-173.
    [11] 阎旭光. 基于蒙特卡罗模拟的海水光信道特性研究[D]. 武汉: 华中科技大学, 2004: 15-23.
    [12] 张涤. 基于蒙特卡洛方法的水下可见光通信信道特性分析[D]. 南京: 南京邮电大学, 2016: 24-34.
    [13] 崔淅珍, 中村善彦, 有元貴文. 集魚灯による小型イカ釣り漁船周辺の海面照度分布[J]. 日本水產學會誌, 1997, 63(2): 160-165. doi: 10.2331/suisan.63.160
    [14] 肖启华, 张丽蕊. 光诱渔业中光强分布的理论研究及其应用[J]. 上海水产大学学报, 2007, 16(6): 613-617.
    [15] LAI M F, QUOC A N D, GAO J Z, et al. Design of multisegmented freeform lens for LED fishing/working lamp with high efficiency[J]. Appl Optics, 2015, 54(28): E69-E74.
    [16] 叶超. 有囊灯光围网水上集鱼灯水中照度分布及优化配置研究[D]. 上海: 上海海洋大学, 2017: 10-15.
    [17] 侍炯, 钱卫国, 杨卢明. 鲐鱼灯光围网渔船合适作业间距的理论研究[J]. 南方水产科学, 2013, 9(4): 82-86. doi: 10.3969/j.issn.2095-0780.2013.04.014
    [18] JAN S, HOEHER P A, RÖTTGERS R. Optical underwater communication: the potential of using converted green LEDs in coastal waters[J]. IEEE J Ocean Eng, 2019, 44(2): 535-547. doi: 10.1109/JOE.2018.2816838
    [19] 钱卫国, 王飞, 孙满昌, 等. 8154型鱿钓渔船合适作业间距的研究[J]. 浙江海洋学院学报(自然科学版), 2006, 25(1): 34-39.
    [20] 官文江, 钱卫国, 陈新军. 应用Monte Carlo方法计算水上集鱼灯向下辐照度在一类海水中的分布[J]. 水产学报, 2010, 34(10): 1595-1604.
    [21] 唐文翰, 韦树贡, 郑鑫. 激光水下通信信号特性分析和优化研究[J]. 激光杂志, 2019, 40(12): 163-166.
    [22] ELAMASSIE M, MIRAMIRKHANI F, UYSAL M. Performance characterization of underwater visible light communication[J]. IEEE Trans Commun, 2019, 67(1): 543-552. doi: 10.1109/TCOMM.2018.2867498
    [23] DING Y, SONG L, LIU Q, et al. Optical signal transmission characteristics in slant path of blue-green laser communication links[C]. International Symposium on Photoelectronic Detection and Imaging 2013: Laser Communication Technologies and Systems: International Society for Optics and Photonics, SPIE, 2013, 8906: 387-391.
    [24] 官斌. 基于蒙特卡罗方法的水体光场传输特性研究[J]. 舰船电子工程, 2020, 40(12): 153-157. doi: 10.3969/j.issn.1672-9730.2020.12.035
    [25] 朱晓玲, 姜浩. 任意概率分布的伪随机数研究和实现[J]. 计算机技术与发展, 2007, 17(12): 116-118. doi: 10.3969/j.issn.1673-629X.2007.12.033
    [26] 程晨. 星载激光雷达辐射传输蒙特卡罗模拟[D]. 合肥: 中国科学技术大学, 2018: 64-69.
    [27] COX C, MUNK W. Measurement of the roughness of the sea surface from photographs of the sun's glitter[J]. Josa, 1954, 44(11): 838-850. doi: 10.1364/JOSA.44.000838
    [28] LUHN S, HENTSCHEL M. Analytical Fresnel laws for curved dielectric interfaces[J]. J Optics, 2020, 22: 015605.
    [29] 丁豪杰, 唐迪, 姚琳, 等. 对伪随机数生成算法的随机性评价方法的研究[J]. 上海电机学院学报, 2020, 23(1): 44-49. doi: 10.3969/j.issn.2095-0020.2020.01.007
    [30] 孙贤明, 肖赛, 万隆, 等. 蒙特卡罗方法模拟水云对偏振激光雷达的多次散射去极化[J]. 中国激光, 2015, 42(11): 232-239.
  • 加载中
图(7) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  474
  • HTML全文浏览量:  151
  • PDF下载量:  25
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-01
  • 修回日期:  2022-01-07
  • 录用日期:  2022-02-05
  • 网络出版日期:  2022-03-03
  • 刊出日期:  2022-10-05

目录

    /

    返回文章
    返回