LED集魚燈在誘魚領域應用的獨特之處
文章來源:恒光電器
發布時間: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的金鹵燈，漁業企業以及個人不愿冒險使用LED集魚燈。造成這種情況的一方面原因是LED集魚燈本身造價昂貴，另一方面也是最主要原因即漁業企業以及個人對LED集魚燈現場的實際作用和效果不了解，擔心使用LED集魚燈會對產量帶來負面影響。
燈具作用效果包括燈光亮度如何，光線所及深度如何，以及是否會影響到漁獲量和燃油等方面。國內外有很多學者對LED集魚燈進行研發和實驗。MATSUSHITA等提出可以通過對日本近海漁船混合使用LED集魚燈和傳統金鹵燈來達到節省燃油。YAMASHITA則驗證了LED與金鹵燈混搭使用方式的捕魚效果。國內學者則偏重燈光光場分布研究，將漁船集魚燈整體作為點光源，照明資質，提出了單船以及多船的集魚燈合理配置方案。同時部分學者進行了許多的理論研究，提出了不同的理論計算模型和仿真。
為了明確LED有無集魚效果、對產量有無負面影響、光線在海水中的穿透性，以及水中光譜分布等情況，行業資訊，我們進行了LED集魚燈的實船試驗和分析，以期能給漁業從業者和相關研究人員提供參考。
材料與方法
1.1LED集魚燈
目前國產LED集魚燈，大部分為直板型燈具，所有燈芯安排在同一個平面內，若非進行二次開發，燈具的配光曲線等光學特性在出廠后不可改變。本項目使用了新型的300W型三列式LED水上集魚燈，見圖1(a)，該燈由上海海洋大學與上海嘉寶協力電子有限公司合作開發。
LED集魚燈與傳統金鹵燈的波普見圖2，由圖可知，LED集魚燈在380～400nm波段的強度明顯低于金鹵燈，該波段范圍屬于近紫外線波段， led室內照明，長時間照射會使得漁業捕撈工作者皮膚黑色素沉淀，使皮膚變黑快速老化和損傷。將每一個波段能量值積分，會發現LED集魚燈的能量相對值總和為285，金鹵燈能量相對值總和為1300，盡管金鹵燈的能量相對值是LED集魚燈的4.5倍，但金鹵燈功耗則為LED集魚燈的6.6倍，可見LED集魚燈發光效率明顯高于傳統金鹵燈。
1.2實驗船參數
實驗漁船“寧泰61”號參數如下：總長51.80m，型寬8.00m，廠房照明，企業資訊，型深4.00m；總噸490t，建筑照明，艙容140t；主機功率882kW，副機功率250kW×2臺、150kW×1臺、25kW×1臺，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，商業照明燈具，距離下甲板6.3m；燈間距0.1m。作為其對照組，“寧泰62”號僅配備2kW型金屬鹵化物集魚燈，未配備LED集魚燈，其他參數均一致。
1.3試驗數據
2014年6－7月“寧泰61”號船進行實地測試照度、光譜分布、漁獲量(產量)、能耗，試驗海域范圍為80°09'W－80°59'W、15°05'S－15°50'S；作為對照試驗，“寧泰62”號船捕撈海域范圍為80°09'W－80°59'W、15°03'S－15°55'S。
1.4試驗方法
使用的儀器包括水下照度計ZDS-10W-2D、HyperspectralprofilerⅡ高光譜剖面儀(加拿大Satlantic公司生產，技術資訊，光譜測量范圍：348～802nm；測量深度0～100m；水深精度:0.1m；分辨率:0.01m)。
在作業過程中對“寧泰61”號船安裝的LED集魚燈和2kW型金屬鹵化物集魚燈測量時，交替開啟LED集魚燈和金鹵燈50盞，在船側的海面設置21個測光點，利用高光譜剖面儀測試不同位置的光譜分布、利用水下照度計ZDS-10W-2D測試照度數據，參見圖4。光場實驗多次進行，取實驗數據最優的一組結果，對同一列數據進行指數方式擬合處理，利用擬合結果計算特定照度值所處位置。本結果的數據測試條件為:浪高0m、月亮光照強度0.02lx。
試驗結果
2.1照度對比分析
當打開漁船右側50盞LED集魚燈時，LED集魚燈所形成的0.1～10lx的距離大致在船舷一側的25m至35m；0.1lx照度最遠距離可達到35m，10lx最遠距離可達到25m，船側15m內照度均在50lx以上。當打開漁船右側50盞金鹵燈時，形成的最佳誘魚區域大致在船舷一側的30～45m，0.1lx最遠距離可達到45m，10lx最遠距離可達到30m，船沿20m內海面照度均在50lx以上，測試結果如圖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個不同水層形成的光譜為例進行分析對比，以期了解其在海面和海水中的組成情況和深度對光譜變化的影響。
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)；而金鹵燈則波長在500nm、550nm、580nm、600nm等波段出現峰值，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產量與節能效果分析
2.3.1試驗船與參照船產量差異性分析
研究人員跟蹤調查的45d期間，同時記錄了兩艘船的漁獲量如圖10所示。我們對兩船產量進行假設檢驗，H0：使用LED集魚燈對產量不影響，H1：使用LED集魚燈對產量有影響，利用Matlab分析工具ttest2進行雙樣本差異性檢驗，其結果為H=0，故判斷兩船的產量屬于同一正態分布，不存在差異性。
2.3.2油耗節省效果對比
2014年6月1日－7月15日期間，跟隨寧泰61號船參與實際漁業捕撈作業，記錄試驗船與參照船的能耗和漁獲總量，相關數據見表1。
為了配合測試LED集魚燈在實際捕撈作業過程中的效果，寧泰61號、寧泰62號兩艘船在同一海域作業，其間距均在4海里(nmile)之內，盡量確保兩艘船的作業環境、資源狀況等方面維持一致性。同一時間內，作業船的油耗包括主機、冷凍機、釣機和集魚燈。故采用兩條船的油耗量整體對比，可以看出LED所節省的油耗量。
在這樣的條件下，我們可以看出寧61號作業船45d總共燃油14t左右，總產量達到了285t，相比于寧62號產量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量的同時，能夠節約燃油約60%～70%。按照這樣計算，南太平洋秘魯智利外海(離海岸線大于200nmile)中國魷釣船約300艘，其中包括從大西洋新轉入的大型魷釣船。以每艘船現有安裝100盞金鹵燈，全部改換到100盞LED集魚燈照明系統，建筑照明，則在集魚燈節能方面每年可以節省將近6萬噸。
討論
照度值方面，以0.1Lx～10Lx為最適照度區域，LED集魚燈在空氣中產生的照度與金鹵燈相比差距較大；而在海水中，LED集魚燈產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，金鹵燈相對較高，CCC認證，但是這個深度不是魷釣作業深度，在海水表層魷魚往往容易受到驚嚇而躲在更深的水層，甚至有學者提出魷魚懼怕強光，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，故可以認為LED集魚燈水下照度適用于魷釣作業。
光譜分布方面，口碑，空氣中LED集魚燈與金鹵燈相比，金鹵燈各個波段能量值疊加總和比LED集魚燈的光譜高。然而不是每個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，對誘魚過程沒有太大貢獻，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集魚燈相對于傳統的金鹵燈光線，相對更為安全、環保。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集魚燈衰減則相對緩慢。
節能方面，LED集魚燈相比于金鹵燈能節省近60%的油耗。LED集魚燈和金鹵燈光束角存在差異，產業資訊，金鹵燈屬于“萬向光”，而LED集魚燈指向性較強，CE認證，本文討論的LED集魚燈，CE認證，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，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，錢衛國等學者從燈具效率和功率角度曾計算LED集魚燈節能效果，油耗僅為傳統金鹵燈的1/3。本文使用的LED集魚燈使用的水冷系統自身也需要消耗一定燃油，在一定程度上抵消了LED集魚燈的節能效果，故冷卻系統能耗也應納入節能計算過程。
LED集魚燈的使用對魷釣作業船的漁獲量并沒有產生明顯的影響，能夠發揮較好的集魚效果。本文主要證明LED集魚燈的誘魚效果與水中穿透性，希望能夠為漁業從事者和相關研究人員提供一些參考。但LED集魚燈的使用，漁業從事企業以及個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，漁業從事企業以及個人不愿意嘗試改裝。希望由國家科研平臺打造示長期性范漁船，從而引起帶動效果，最終使得LED集魚燈完全取代傳統高功率金鹵燈。
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