1. 引言
头足类是光诱鱿钓的捕捞对象，由于其高度洄游和集群的特点，形成了鱿钓渔场明显的区域性和局部性，从而使得鱿钓渔船常常会高度集中在某一海区同时进行钓捕作业。近年来，随着鱿钓渔船集鱼灯总功率的不断增大，在相对拥挤的鱿钓渔场，渔船之间的灯光干扰也更加明显，不仅影响了鱿钓作业的效果，同时还造成了集鱼灯总功率一再盲目增加的不良趋向。近年来，国内外都在积极探索使用LED集鱼灯来替代传统的金卤灯，并作了许多相关的研究 [1] 。本文根据300 W型白光LED水上集鱼灯的光学特性参数，结合头足类视觉对光的适应性以及渔船抛海锚等作业因素，对鱿钓渔船装备LED集鱼灯时的合适作业间距进行初步分析和研究。
2. 材料和方法
2.1. 鱿钓渔船集鱼灯布置参数
本研究选择上海水产集团“沪渔908”为例，将其船舷两侧分别安装80个300 W型的LED集鱼灯(见图1)，相关的布置参数见表1。300 W型LED集鱼灯的配光曲线见图2。
Figure 1. 300 W LED fish gathering lamp
图1. 300 W LED集鱼灯
Figure 2. Distribution of luminous intensity of 300 W LED fish gathering lamp
图2. 300 W LED集鱼灯配光曲线
表1. 沪渔908鱿钓渔船集鱼灯布置参数
2.2. 鱿钓渔船间距及计算方法
2.2.1. 合适照度间距
由于头足类的适宜照度在0.1 lx~10 lx之间，并能感受0.01 lx的弱光 [2] - [4] ，因而当背景照度为0.01 lx时就已经干扰了鱿钓渔船之间的诱集作业，故研究中可使用0.01 lx作为背景照度指标来进行分析 [5] [6] 。
为求得鱿钓渔船灯光不相互干扰的最小间距LS/m (以下称合适照度间距)，需先求得不同总功率时海面某一照度(考虑到两船灯光在海面的相互叠加，研究中取该照度值为0.005 lx)离船的最大距离。一般地，船中部位水平方向的照度要大一些，故选取船中FF'方向(参见图3)为该照度离船最大距离的计算方向。
当船上集鱼灯总功率变化时，计算FF'方向上海面照度为0.005 lx处与船的距离，对于船S1该距离以
/m表示，对于船S2该距离以
/m表示，则两船的合适照度间距：
(1)
其中，相关的集鱼灯在海面的照度计算方法参照钱卫国等的研究[7] 。
2.2.2. 合适作业间距
如图3所示，在鱿钓渔场实际作业中，为了不影响渔船S1的诱集和生产作业，渔船S2在漂移的过程中至少应与渔船S1保持一个“合适照度距离LS”。因此，渔船S2的抛锚位置至少应在“合适照度距离LS”以外水平距离大于Lm/m (渔船最大漂移距离)的某处。即渔船S2的抛锚位置与船S1的最小距离LZ/m (下称合适作业间距)为：
(2)
渔船和海锚共同作用下的漂移是一个复杂的运动过程。为研究方便，假定海锚在未充分受力前在原抛锚位置是静止的，那么渔船最大漂移距离Lm/m受到所放曳纲长度LH/m (一般为150 m左右)，以及渔船S2自身的长度L2/m的限制，即：
(3)
3. 结果分析
3.1. 合适照度间距计算公式
根据鱿钓渔船集鱼灯的布置参数(表1)，使用所编程序，可以获得沪渔908鱿钓渔船LED集鱼灯总功率变化时，照度为0.005 lx处与船的最远距离L0.005/m，计算结果见表2。值得注意的是，由于LED集鱼灯的面板设计具有指向性，表2的相关数据只计算渔船右舷一侧LED集鱼灯的数量变化。
由表2中的数据，可得到鱿钓渔船集鱼灯总功率变化时，海面上0.005 lx某处距船最远距离的分布情况(见图4)，其集鱼灯功率P/kW与L0.005/m的关系为：
(4)
对于集鱼灯功率为P1/kW的鱿钓渔船S1：
(5)
对于集鱼灯功率为P2/kW的鱿钓渔船S2：
(6)
根据式(1)、(5)、(6)，集鱼灯功率分别为P1/kW、P2/kW两艘鱿钓渔船的合适照度间距LS/m可由下式表示：
Figure 3. The available distance between two squid jigging vessel
图3. 鱿钓渔船合适作业间距示意图
Figure 4. The distance from the position of 0.005 lx to the squid jigging vessel with different LED light power
图4. 鱿钓渔船LED集鱼灯功率与海面上0.005 lx某处距船最远距离的关系
表2. 不同总功率时海面上照度为0.005 lx的某处与船的最远距离
(7)
考虑到渔船间距习惯上用海里(1 nm = 1852 m)表示，因此，上式可化为：
(8)
3.2. 合适作业间距计算公式
通过上述分析，由式(2)、(3)、(7)可得鱿钓渔船的合适作业间距LZ/m为：
(9)
式(9)中，假定船长L2取最大船长为74 m，曳纲长度LH取150 m，则可得到下式：
(10)
将距离以海里表示时，上式可化为：
(11)
根据式(11)，可以绘制得到两艘鱿钓渔船不同集鱼灯功率情况时所对应合适作业间距的等距离曲线簇，见图5。
由图5可以看出，当两艘鱿钓渔船各自一侧的LED集鱼灯功率均为24 kW时，两船的合适作业间距约为0.78 nm；当两艘鱿钓渔船各自一侧的LED集鱼灯功率均为18 kW时，合适作业间距约为0.74 nm；当两艘鱿钓渔船的各自一侧的LED集鱼灯功率均为12 kW时，两船的合适作业间距为0.69 nm左右。
3.3. 配备LED集鱼灯的鱿钓渔船与配备金卤灯的鱿钓渔船的合适作业间距
考虑到在实际渔场生产中，多数鱿钓渔船是未配备LED集鱼灯的，因此计算配备LED集鱼灯的鱿钓渔船与配备金卤灯的鱿钓渔船的合适作业间距十分有意义。同样以沪渔908渔船为例，假设其装备的集鱼灯为2 kW型金卤灯，每舷的总灯数为100个，相关安装参数使用表1数据。则同样可计算得到金卤灯功率为P3/kW的合适照度间距
/m可由下式表示：
(12)
Figure 5. Iso-distance curve according to the light output of two squid jigging vessels with LED lamps
图5. 鱿钓渔船配备LED集鱼灯时的合适作业间距等距离曲线
根据式(1)、(5)、(12)，两艘船的合适作业间距可由下式表示：
(13)
整理式(13)，并将距离折合成海里数表示，则可得到：
(14)
当LED集鱼灯功率为24 kW，金卤灯功率为400 kW，两船的合适作业间距为1.03 nm。
4. 结论和探讨
4.1. 结论
1) 本文提出了合适照度间距的概念，并对鱿钓渔船的合适照度间距进行了分析，并建立了相应的计算公式：
，式中：P1/kW、P2/kW为两艘渔船各自的LED集鱼灯功率，
/nm为合适照度间距。
2) 本文对鱿钓渔船使用LED集鱼灯时的合适作业间距作了解释，并建立了相应的计算公式：
，式中：P1/kW、P2/kW为两艘渔船各自一侧的LED集鱼灯功率，
/nm为合适作业间距。当两艘鱿钓渔船的一侧的LED集鱼灯功率均为24 kW时，其合适作业间距为0.78 nm。
3) 一艘配备金卤灯的鱿钓船，靠近一艘配备LED集鱼灯的鱿钓船，两者的合适作业间距关系为：，
式中：
/kW为渔船一侧的LED集鱼灯功率、P3/kW为渔船所有的金卤灯功率，
为合适作业间距。当LED鱿钓渔船一侧的集鱼灯功率为24 kW、金卤灯鱿钓船集鱼灯总功率为400 kW时，其合适作业间距为1.03 nm。
4.2. 讨论
1) 关于集鱼灯海面照度计算的常用方法主要有点光源方法[8] [9] 、线光源方法[5] [10] 、经验公式[11] -[13] 等，本文所使用的计算方法由于考虑了集鱼灯各向异性的配光特征，并结合了鱿钓渔船集鱼灯布置的实际情况，因而更为合理和精确。
2) 针对鱿钓渔场相对拥挤的作业状态，为保证鱿钓渔船能取得较好的生产效益，避免因集鱼灯灯光相互干扰而导致不必要的能源损耗等，渔船之间必须要保持合适的作业间距。根据我国专业鱿钓渔船的基本状况，本文首次分析和探讨了鱿钓渔船装备LED集鱼灯时的合理作业间距问题，该研究可为渔业主管部门制定有关政策提供参考。
基金项目
国家“八六三”高技术研究发展计划(SS2012AA091803)；上海市科委项目(2013ZY-87)；国家远洋渔业工程技术研究中心开放课题(NERCOF2014KF03)。