【神器】水产养殖作业装备（一）：计数器（Counter）

文 | 叶章颖 冀大雄

来源：都市渔夫ZJU公众号辑 | 周佳龙 梁超 朋泽群

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前言

鱼类作为人类动物蛋白的主要来源，约占全球人口动物蛋白摄入量的1/6。近年来，渔业养殖业已经成为食品生产中增长最快的产业之一[1] 。根据SOFIA的数据，到2030年，世界鱼类总产量将增至2.4亿吨[2] 。准确估计鱼类数量是渔业养殖中的重要课题，是实现科学投饵、养殖密度控制、鱼苗存活率评估和鱼苗购销等规范化、科学化管理的基础保障[3] 。因此，现代化渔业养殖对自动化鱼类计数器的需求量也日益增加。

目前，我国鱼类养殖业中主要采用人工抽样称重的方式进行估算计数，不仅耗时、费力，存在15%-25% 的误差，而且容易对鱼类造成物理伤害和极大的压力，降低鱼类的生存率[4] ，已无法适应现代规模化水产养殖和销售的需求。

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各类计数器装备

本文对国内外现有的鱼类计数器进行了调研，目前生产鱼类计数器装备的公司主要有冰岛VAKI 公司、挪威AquaScan 公司、法国Faivre 公司和比利时Calitri Technology 公司。以下是对各个系列计数器的详细介绍。

VAKI公司

VAKI 公司针对不同使用场景，不同尺寸的鱼类大小研发了各类功能和大小的计数器，包括通道计数器、管道计数器。VAKI 公司的计数器大多数是基于扫描相机和计算机视觉技术来实现鱼类计数的，鱼在水中流过扫描区域，所有的图像都被记录下来，然后采用自定义软件用于分析和计算每个图像。即使在最大容量下，计数器的精度也超过99% 。

用于捕捞船的计数器

（1 ）Channel counters

Channel counters 在分离、分级操作或鱼类挑选时特别有用，因为它提供了每个尺寸组中鱼类数量。Channel counters 的设计是用于现代打捞泵和捕捞船上的鱼类运输系统中的鱼类计数器 ，适用于50g以上的鱼类计数，包括B型和Y型两种。

当计数后不需要将鱼引入管道时，使用B型。通常用于将鱼苗在网箱之间转移的驳船。

Y型用于大型分级机上，当鱼在计数后通过管道从分级机中运输出来时。

Video ofchannel counter

（2 ）Smolt counters

（3 ）Pipeline counter

Pipeline counter（PLC）安装在来自分级机的管道中，或安装在进入网箱的管道末端。最常见的情况是，当将鱼从一个网箱送至一个网箱时。PLC也可用于分级机的出口。当鱼通过计数器时，利用红外线光束在扫描仪内部形成一个网格来计数。对于每一条通过扫描器的鱼，网格被破坏，并生成鱼的图像。然后，通过该图像来计算鱼的数量。

用于渔场的计数器

（1 ）Macro Exel Counter

VAKI-Exel计数器是Macro范围内最大的鱼类计数器。它有一个120cm宽的计数区域，适用于800g以上的鱼类计数。Exel计数器可以作为单通道或4通道提供。

（2 ）Macro & Microcounters

Macro & Micro 计数器主要适用于鱼类从孵化场运出时，或在进行分离、移动或分级时使用可用在包括捕捞船和运输卡车上。Micro计数器适合计数0.1克到400克的小鱼，计数区域宽度100cm，能达到1000000条/小时（1g）的速度，分为一通道和四通道两种型号；Micro计数器适合计数0.1克到200克的小鱼，计数区域宽50厘米，能达到500000尾/小时（1g）的计数速度，分为一通道和三通道两种型号。

（3 ）NANO counter

NANO counter最小计数尺寸能达到0.05g，能达到200000尾/小时（1g）的速度。

（4 ）Pico counter

VAKI Pico 计数器专为2.5 英寸、4 英寸和6 英寸满水管中鱼苗的精确、高速计数而设计。Pico 计数器具有完整的Macro 计数器范围的所有优点，具有远程在线支持、计数报告和用于计数验证的图像记录。Pico counter 可供所有非透明鱼计数，并已证明是最好的虾类计数器之一。

（5 ）BIOSCANNER

Bioscanner 计数器的控制单元有两种可选：单通道或4 通道，最多可同时连接4 通道输入，单个通道计数速度可达60000 尾/h ；Bioscanner 计数器的通道型号有两种可选：V-CHANNEL-1 和V-CHANNEL-3 ，V-CHANNEL1 可对小鱼和中等大小的鱼进行计数（3g-750g ），V-CHANNEL3 可对中等大小以上的鱼进行计数（500g-6kg ）。

通道两个关键点是V 形和曲线形。当鱼从水池里出来时，它们靠得很近，必须分开才能准确地计数。V 型可以确保鱼不会掉头，也不会挤在一起。弯曲的形状使鱼加速下潜。如果两条鱼在开始时靠得很近，前面那条鱼会加速得更快，这就导致了鱼的分离。为了正确操作，必须根据鱼的大小调整水量。如果不使用太多的水，鱼的分离效果会更好。但必须用足够的水将鱼顺利地冲下水道。

Vaki公司技术生态

计数器上的触摸屏用于操作计数器，主屏幕显示数字、平均重量和吞吐量。图表显示了通过计数器的鱼的速度和最大容量。如果计数器过载，将发出警告信号。

每次计数后，将保存一个图像文件和一个报告文件。文件可以显示在屏幕上，并传输到闪存驱动器或内部网络。

鱼的图像是自动记录的，可以用来验证和检查计数的准确性。图像文件可以提供给客户或作为永久记录存储。

红色图表表示在整个计数过程中鱼的数量，用于选择进一步分析的时间范围。屏幕每1 秒显示一次经过摄像机的图像。准确度可以通过手动检查屏幕上显示的鱼类图像数量来验证。

除其他功能外，VAKI MACRO 计数器还为用户提供了通过智能手机和平板来运行计数器、查看结果以及电子邮件发送计数报告等选项。

计数报告在每次计数后生成，包括计数的总鱼数、每组中的鱼数、总计数时间、平均每分钟鱼数和任何计数器过载时间。另外，计数程序的一个可选功能是尺寸测量模块，它显示了被计数鱼的准确平均重量和尺寸分布。

VAKI 云是存储和访问所有VAKI 计数器报告、鱼类图像和智能流量分级报告的在线位置。所有的VAKI 计数器和分级机都能够自动将文件备份到VAKI 云。

计数和监测器

经过多年的开发和研究，Riverwatcher 在可靠性和准确性方面有着良好的记录。Riverwatcher 在已经在世界各地约500 多条河流中监测鱼类的迁移模式，包括各种各样的鱼梯、堰和通道等处于暴露状态的河流。Riverwatcher 有几种不同的安装方案可供选择，还可根据特殊需要定制，以适应几乎任何河流和河流地点。

Faivre公司的PESCAVISION系列产品

AquaScan公司的C系列产品

CSW系列

Aquascan CSW 系列鱼苗计数器是平板计数器，用于高容量鱼苗和小体型鱼计数。计数单元由平板和宽计数通道组成，鱼类将在平板表面分散展开，可以实现超高容量计数。通常用于鱼类传送系统中计数，主要应用于水产科研及水产养殖场所。CSW 系列是由1 ，2 ，3 或4 个计数单元组成的紧凑型模块化系统，并配有特殊的安装架，可以单独使用，也可以轻易将多个计数通道依次安装在一起。和其他计数器系列不同，这些没有管道安装。鱼类可以在整个扫描区域自由流动。

CSW 系列鱼类计数器有2 种型号，CSW2800 和CSW5500 分别适用于0.2g-200g 与1g-1kg 的鱼苗等小鱼计数。

CSE和CSF系列

Aquascan CSE 系列鱼类计数器通常与分级机结合使用。这类干式计数器只需要少量传输水用于鱼类通过。CSE 系列计数器可以作为独立计数器，连接到管道系统或直接安装于分级机上。CSE 系列鱼类计数器有4 种型号，不同计数通道口径适用鱼类重量范围不同。

Aquascan CSF 系列鱼类计数器设计适用于管道中满水状态下对大量鱼类的计数。这类计数器主要用于捕捞船和更大的岸上场所，需具有足够大的连续流泵，能够以高速输送稳定的水流。CSF 技术的核心是在充满水的圆管中测量鱼类，从头至尾保持圆管的完整性。

系统组成：

CSW 、CSE 和CSF 的系统组成很简单，控制单元与计数单元通过线缆连接。控制单元可连接最多4 个计数单元，可实现各计数单元的各自计数以及任意几个单元的计数和总计数。其中CSW 系统使用方式多样，可只需计数器和控制单元使用，或者配合一个特殊安装件使用，或者一个特殊安装件配两个计数器，再配合格栅对不同大小鱼类分级计数，即大小鱼类分两个方向从不同计数器通道计数输出；CSE 和CSF 系统的计数单元两侧与用户自己的管道或者选配厂家的连接管连接后即可正常工作。另外，还有其他配件可根据需要选择，如外部警报器，用于预定值时发出声音警报。

原理介绍

不管是一条鱼还是几条鱼同时通过传感器，AquaScan都能测量通过装置的所有物体的大小（形状）。计算的数量是所有鱼的总大小除以上次计算的鱼的平均大小。平均尺寸在整个计数过程中是不断计算和更新的（AquaScan将在有“单条鱼”通过时重新计算平均大小）。因此会出现当一条鱼通过时，AquaScan不计数或计数两条等情况。在第一种情况下，鱼可能太小而无法计数，或者平均值已经改变。但是，鱼的大小被记住了，这将对总数产生影响。

在使用之前需要对平均大小进行校准，将至少前125 条通过此计数装置的鱼用于校准此系统，这125 条鱼中必须至少有50 条鱼是单条通过通道的。校准完成后，AquaScan 将显示校准过程中通过的鱼的正确数量。当至少记录125 条鱼时，系统将自动将校准模式更改为正常计数。

Calitri Technology公司FC系列产品

Calitri Technology公司系列产品主要由铝制和塑料组成的鱼计数器，是专门用在自动分级机后快速（约3-5t/h）和准确（98%以上）计数活鱼的装置。计数器连接到平地机的出口管或任何其他管上。鱼计数器可以执行各种控制程序（自动测试），在计数失败的情况下会及时反馈给用户。电子显示屏可以提供鱼类计数数量、鱼类状态和选择的敏感度等信息。

两个带有发射器和接收器模块的传感器安装在一个舱体内，并配有电气接头。图形显示器和电源线配备了一个电气接头（90-220 VAC/15 VDC ）。各种连接器连接在主模块的接线盒中，所有的电子部件都是密封的，用户可以很容易地拆卸和更换。

其他产品

该款计数器（TPS 鱼苗计数系统）主要针对的是鱼苗，按照“自由游动”原则运行：鱼苗或鱼种（0.2-70.0克，视物种而定）始终处于自然状态，本能地游过计数器单元。因此，计数不会给鱼造成压力。计数器通过喷嘴喷水将鱼分开，使每一条鱼都能通过光电计数管，准确率为98-100%。计数器装有带存储功能的电子元件。电子气缸使用可充电电池工作，也可以连接到220V/50Hz的电源。传感器单元和电子气缸都是防水的。

每个计数器包括一个不锈钢水泵（220-240 V/50 Hz ，940 W ，11 kg ，容量12 m3/h ）和一个框架，用于将计数器安装在水箱边缘或放置在水箱中。作为辅助工具，可用于计数0.2-0.5 克的鱼苗。

国内虾苗计数器

该产品主要针对的是虾苗计数，使用前需要将虾苗分装在白色托盘内，然后放入计数器，通过手机拍照点苗。经过反复测试，计数器点苗准确率达到98% 以上，每次点苗仅需1 分钟左右，大大缩短了苗场点苗的时间，提高了点苗效率。目前，该产品还处于推广阶段。

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总结

综上所述，国外在鱼类计数器方面已经有很多较为成熟的产品，并且能为各种场景提供定制化服务，而国内目前相关的产品还比较欠缺。通过对比以上先进的计数器装备可知：

从计数方式看，大部分计数器均采用鱼类通过管道或扫描区域的方式实现高容量计数，通过改变管道的大小实现对不同尺寸的鱼类进行计数，不仅计数效率高，适用范围大（0.2g-5kg），而且对鱼类造成的损伤小，但几乎所有计数器均是针对长宽比不大的鱼类，如鳟鱼、鲑鱼、鲈鱼、鲷鱼等，还没有针对体型修长、柔软鱼类（如带鱼、龙舌鱼）的计数器。

• 对于成年鱼类，大部分采用管道式或轨道式限制鱼类通过计数传感器的数量，但以CSF计数器为代表的管道计数器能实现同时对多条鱼类计数；

• 对于鱼苗，大多数以扫描区域的方式进行计数，计数速度能达到百万级鱼苗每小时，如vaki公司的NAKI计数器；

• 对于极小的鱼苗，也可以采用对容器内的鱼类拍照计数的方式，如国内的虾苗计数机。

从计数原理看，主要有以VAKI 公司的产品为代表的机器视觉计数、Faivre 公司的PESCAVISION 系列产品和AquaScan 公司C 系列为代表的红外成像计数、Calitri Technology 公司FC 系列产品为代表的光电计数三种方式，计数精度均达到了98% 以上。

从实现功能看，大部分计数器均支持鱼苗数量、计数速度的实时显示，部分计数器支持视频、图像和计数报告生成和保存，计数报告包括计数的总鱼数、每组中的鱼数、总计数时间、平均每分钟鱼数等信息，VAKI 公司的channel 计数器还支持手机、平板控制和信息查看，数据云存储等功能。

随着智慧渔业等概念的提出，装备的机械化、智能化也逐渐成为渔业发展的关注焦点。鱼类计数作为渔业养殖中的重要课题，智能化鱼类计数器也将成为我国现代化渔业发展中亟待攻克技术之一。但面对我国目前渔业仍以个体户小规模养殖为主，养殖规范性和科学性弱、机械化水平低、鱼类品种众多等现状，鱼类计数器短期的发展趋势依然以小型化、模块化为主。小型化的计数器适用于小规模养殖，且便于转移，成本低；模块化的计数器便于零部件的更换及更新换代，有利于适应多种鱼类的计数和渔业装备的快速发展。此外，自动吸鱼泵、分级机等机械化装备需要同步发展，才能更有利于多尺寸的鱼类高容量、自动化计数。

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国家大宗淡水鱼产业技术体系智能化养殖岗位研发进展

针对目前国内的养殖现状，以常见的淡水鱼-- 草鱼为例，基于视觉检测技术实现了鱼苗（离线/ 在线）高容量计数功能，并能够显示计数界面，保存检测视频、图像和鱼苗数量等数据，包括硬件部分和软件部分。

硬件部分包括了鱼苗分离模块、观察舱模块、收集箱（网箱）模块和水循环模块：鱼苗分离模块用于分离堆积的鱼苗，使鱼苗在进入观察舱时尽可能不粘连；观察舱模块用于图像和视频的实时采集；收集箱模块用于收集已经计数的鱼苗；水循环模块采用水泵将水从收集箱抽到鱼苗分离模块，并产生水压迫使鱼苗进入观察舱。由于目前还没有适合的自动加鱼装备，因此，计数器的加鱼部分依然是通过人工倒鱼。

软件部分包括计算分析模块、图像显示模块和数据保存模块。用户通过图像显示模块控制计数器的运行；计数器开启后，计算分析模块对观察舱采集的图像进行处理和分析，并将图像实时反馈到图像显示模块，并将计数的图片、视频和结果实时保存，生成计数报告。

参考文献：

[1] Olsen RL,Hasan MR.Alimited supply of fish meal: impact on future increases in global aquacultureproduction. Trends in Food Science & Technology [J].2012,27(2):120–128.

[2] 联合国粮食及农业组织.2020 世界渔业和水产养殖状况（摘要）

[3] 朱从容. 一种基于机器视觉的鱼苗自动计数方法[J]. 渔业现代化, 2009, 36(002):25-28.

[4] Li D , Hao Y , DuanY . Nonintrusive methods for biomass estimation in aquaculture with emphasis onfish: a review[J]. Reviews in Aquaculture, 2020.

[5] 视频选自公司官网

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