CN103389737B - 基于遥感监控的海洋深水养殖网箱的控制系统及运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于遥感监控的海洋深水养殖网箱的控制系统，包括通信装置、控制器、动力驱动器、GPS定位装置和能源装置，所述通信装置、动力驱动器、GPS定位装置和能源装置均与控制器的相应端口连接。通过卫星遥感技术感知海洋深水养殖网箱所属海洋区域的自然环境和海况情况，控制器计算出最适合网箱内渔业产品最佳的生产环境所处的区域，并通过海洋深水养殖网箱中的动力系统和GPS定位装置将深水养殖网箱驱动至预定的位置，实现海洋深水养殖网箱的最大化效益的养殖过程。

Description

基于遥感监控的海洋深水养殖网箱的控制系统及运行方法

技术领域

本发明涉及一种海洋深水养殖网箱，具体涉及一种基于遥感监控的海洋深水养殖网箱的控制系统及运行方法。

背景技术

目前海洋深水养殖将越来越受到渔业养殖的重视，运用海洋深水养殖网箱可以在深海上开辟出大型的渔业养殖产地，而且深海的渔业养殖环境比浅水渔业养殖环境要优越很多。一方面深海的海洋环境受人类活动的污染和影响程度较小，更适合渔业养殖，另一方面深海海洋养殖的产地往往远离大陆，甚至可以建立在公海的环境中。因此渔业养殖产地区域十分广阔，而且在深海渔业养殖过程中可以充分利用潮汐、软流、风向的自然条件因素，将渔业养殖网箱定期迁移到不同区域使网箱中养殖的水产品能够更好的生长。

然而在深海渔业养殖过程中面临的困难相对浅海的渔业养殖所面临的困难更为艰巨，也更为复杂。首先是深海渔业养殖环境远离大陆，人类对深海的海洋自然环境认识不够详细透彻，往往不能够很科学的利用自然环境的条件进行渔业养殖。甚至会因为错误的应用自然环境条件而导致所养殖的渔业水产品大面积的死亡，或者减产。而且在深海的渔业养殖过程中由于地域十分广泛，通过渔船对深海养殖的网箱的拖拽十分不方便，对网箱的拖拽效率很低，费用也很高，不适合大规模的深海渔业养殖网箱的推广和应用。为此需要研究更加科学合适的深海渔业养殖方法，设计更为先进的深海渔业养殖网箱的组成结构，提高深海渔业养殖效益。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可自动将网箱运行至适合渔业生长环境的、基于遥感监控的海洋深水养殖网箱的控制系统。

同时，本发明还提供了基于遥感监控的海洋深水养殖网箱的控制系统的运行方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

基于遥感监控的海洋深水养殖网箱的控制系统，包括通信装置、控制器、动力驱动器、GPS定位装置和能源装置，

所述通信装置用于接收遥感卫星发送的遥感监测到的海水温度、遥感监测到的涌升流数值、遥感监测到的大洋平流数值、遥感监测到的中尺度涡旋数值、遥感监测到的海洋色素浓度、遥感监测到的大型动植物数量、遥感监测到的海水潮流流速、遥感监测到的海风风力和遥感监测到的海浪浪高，并将接收到的数据发至控制器；

所述控制器用于接收通信装置的数据，并进行养殖适应度权值计算，得到适合渔业生长位置为目标区域；再将网箱当前所处区域和目标区域进行计算，得到从当前所处区域到目标区域的运动路线；然后发送数据至动力驱动器，动力驱动器根据接收到的数据按计算得到的运动路线推动网箱运动至目标区域，控制器发送数据至GPS定位装置启动GPS定位装置监测网箱的运动过程；

所述动力驱动器用于接收控制器的数据，并控制网箱的运动；

所述GPS定位装置用于接收控制器的数据，并根据接收到的数据监测网箱的运动过程；

所述能源装置用于向控制器提供能源。

优选的，所述动力驱动器包括螺旋桨驱动器，该螺旋桨驱动器设置于网箱的外部。

优选的，所述控制器还可以将从通信装置接收的数据按遥感卫星遥感监测区域划分，分别计算养殖适应度权值，并将各区域的养殖适应度权值排序，选择养殖适应度权值最小的区域作为适合渔业生长的位置。

优选的，所述通信装置为Viasat公司的Linkstar系统。

本发明提供的基于遥感监控的海洋深水养殖网箱的控制系统的运行方法，包括以下步骤：

1）通信装置接收遥感卫星发送的遥感监测到的海水温度、遥感监测到的涌升流数值、遥感监测到的大洋平流数值、遥感监测到的中尺度涡旋数值、遥感监测到的海洋色素浓度、遥感监测到的大型动植物数量、遥感监测到的海水潮流流速、遥感监测到的海风风力、遥感监测到的海浪浪高，并将这些数据发送至控制器；

2）控制器接收通信装置发送的数据，计算遥感检测区域的养殖适应度权值，得到适合渔业生长的目标区域，养殖适应度权值计算公式为：

$Q=a1*(T-\stackrel{\‾}{T})+a2(L-\stackrel{\‾}{L})+a3(P-\stackrel{\‾}{P})+a4(W-\stackrel{\‾}{W})+a5(S-\stackrel{\‾}{S})+a6(N-\stackrel{\‾}{N})$ $+a7(C-\stackrel{\‾}{C})+a8(F-\stackrel{\‾}{F})+a9(G-\stackrel{\‾}{G})$

其中a1表示海水温度权重，a2表示涌升流数值权重，a3表示大洋平流数值权重，a4表示中尺度涡旋数值权重，a5表示海洋色素浓度权重，a6表示大型动植物数量权重，a7表示海水潮流流速权重，a8表示海风风力权重，a9表示海浪浪高权重。

T表示遥感监测到的海水温度，L表示遥感监测到的涌升流数值，P表示遥感监测到的大洋平流数值，W表示遥感监测到的中尺度涡旋数值，S表示遥感监测到的海洋色素浓度，N表示遥感监测到的大型动植物数量，C表示遥感监测到的海水潮流流速，F表示遥感监测到的海风风力，G表示遥感监测到的海浪浪高。

表示海水温度的均值，表示涌升流数值均值，表示大洋平流数值均值，表示中尺度涡旋数值均值，表示海洋色素浓度均值，表示大型动植物数量均值，表示海水潮流流速均值，表示海风风力均值，表示海浪浪高均值；

3）控制器再将网箱当前所处区域和适合渔业生长的目标区域进行计算，得到从当前所处区域到适合渔业生长的目标区域的运动路线；

4）控制器发送数据至动力驱动器，动力驱动器根据接收到的数据按计算得到的运动路线推动网箱运动至目标区域；

5）控制器发送数据至GPS定位装置启动GPS定位装置监测网箱的运动过程；

6）网箱到达适合渔业生长的目标区域。

优选的，在步骤2）中，控制器将遥感卫星监测区域分割为单位尺寸的网格区域，分别对每个网格区域计算其养殖适应度权值，并将各网格区域的养殖适应度权值进行排序，选择养殖适应度权值最小的区域为适合渔业生长的目标区域。

优选的，在完成步骤2）后，控制器的计时器开始计时，直至下一计算周期，重新计算养殖适应度权值。

优选的，在开始步骤1）的工作前，先进行用户配置遥感参数、遥感检测各参数最佳均值及参数权重，遥感控制参数监测范围调整。其是调整遥感控制参数的个数，在某些海洋，有些遥感参数可以不做监测，以降低后端数据分析的复杂度。调整的依据由用户自定义，如用户觉得大洋平流数值监测的意义不大，则遥感参数不监测该数值。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、利用遥感监测技术获得大范围内的海洋环境特点，其中包括对渔业生产有密切关系的水温、潮流、海洋色素、赤潮和海洋污染情况等信息的获取，利用遥感卫星及时的掌握这些信息，根据这些信息，并选取最适合深水养殖的自然区域。

2、本发明设计控制系统能够根据遥感监测的结果计算出最适合渔业养殖的自然区域，并通过动力驱动器驱动深水养殖网箱运动到目标区域，使所养殖的水产品获得最佳的生长环境。

3、本发明设计控制系统中携带了GPS定位装置，能够精确的定位深水养殖网箱的准确位置，为深水养殖网箱在不同位置的精确位置提供了强有力的支持。

附图说明

图1为海洋深水养殖的遥感监测内容；

图2为控制系统的组成结构图；

图3为控制系统运行方法流程图。

具体实施方式

如图1、2所述，本发明基于遥感监控的海洋深水养殖网箱的控制系统，包括通信装置、控制器、动力驱动器、GPS定位装置和能源装置，所述通信装置、动力驱动器、GPS定位装置和能源装置均与控制器的相应端口连接。所述的控制器、动力驱动器、GPS定位装置和能源装置安装于养殖网箱上。

所述通信装置为Viasat公司的Linkstar系统，解决遥感卫星数据的通信需求。该通信装置漂浮于海面上，通过有线的方式与控制器连接，用于数据收发，实现数据交换。具体为用于接收遥感卫星发送的遥感监测到的海水温度、遥感监测到的涌升流数值、遥感监测到的大洋平流数值、遥感监测到的中尺度涡旋数值、遥感监测到的海洋色素浓度、遥感监测到的大型动植物数量、遥感监测到的海水潮流流速、遥感监测到的海风风力和遥感监测到的海浪浪高，并将接收到的数据发至控制器。

所述控制器为基于嵌入式技术的控制器，用于接收通信装置的数据，并进行养殖适应度权值计算，得到适合渔业生长位置为目标区域；再将网箱当前所处区域和目标区域进行计算，得到从当前所处区域到目标区域的运动路线；然后将运动方向数据、驱动功率和持续时间发送至动力驱动器，动力驱动器根据接收到的数据，推动网箱运动至目标区域，控制器发送数据至GPS定位装置启动GPS定位装置监测网箱的运动过程。

所述动力驱动器用于接收控制器的数据，并控制网箱的运动；动力驱动器包括螺旋桨驱动器，该螺旋桨驱动器设置于网箱的外部。

所述GPS定位装置为GPS定位系统，用于接收控制器的数据，并根据接收到的数据监测网箱的运动过程。

所述能源装置采用的是可充电蓄电池储备能源，用于向控制器提供能源。

所述的遥感卫星为遥感海洋卫星，对海洋深水养殖区域的海况和自然条件进行遥感监测获取该区域中的水温变化情况、涌升流变化情况进行监测，大洋平流变化情况，中尺度涡旋变化情况，海洋色素变化情况，大型动植物的分布情况，海况变化情况，赤潮分布情况和油污的分布情况。

所述控制器还可以将从通信装置接收的数据按遥感卫星遥感监测区域划分，分别计算养殖适应度权值，并将各区域的养殖适应度权值排序，选择养殖适应度权值最小的区域作为适合渔业生长的位置。

本发明基于遥感监控的海洋深水养殖网箱的控制系统的运行方法，包括以下步骤：

1）用户配置遥感参数、遥感检测各参数最佳均值及参数权重，遥感控制参数监测范围调整。

2）通信装置接收遥感卫星发送的遥感监测到的海水温度、遥感监测到的涌升流数值、遥感监测到的大洋平流数值、遥感监测到的中尺度涡旋数值、遥感监测到的海洋色素浓度、遥感监测到的大型动植物数量、遥感监测到的海水潮流流速、遥感监测到的海风风力、遥感监测到的海浪浪高，并将这些数据发送至控制器。

3）控制器接收通信装置发送的数据，将遥感卫星监测区域分割为单位尺寸的网格区域，分别对每个网格区域计算其养殖适应度权值，并将各网格区域的养殖适应度权值进行排序，选择养殖适应度权值最小的区域为适合渔业生长的目标区域。养殖适应度权值计算公式为：

$Q=a1*(T-\stackrel{\‾}{T})+a2(L-\stackrel{\‾}{L})+a3(P-\stackrel{\‾}{P})+a4(W-\stackrel{\‾}{W})+a5(S-\stackrel{\‾}{S})+a6(N-\stackrel{\‾}{N})$ $+a7(C-\stackrel{\‾}{C})+a8(F-\stackrel{\‾}{F})+a9(G-\stackrel{\‾}{G})$

其中a1表示海水温度权重，a2表示涌升流数值权重，a3表示大洋平流数值权重，a4表示中尺度涡旋数值权重，a5表示海洋色素浓度权重，a6表示大型动植物数量权重，a7表示海水潮流流速权重，a8表示海风风力权重，a9表示海浪浪高权重。

T表示遥感监测到的海水温度，L表示遥感监测到的涌升流数值，P表示遥感监测到的大洋平流数值，W表示遥感监测到的中尺度涡旋数值，S表示遥感监测到的海洋色素浓度，N表示遥感监测到的大型动植物数量，C表示遥感监测到的海水潮流流速，F表示遥感监测到的海风风力，G表示遥感监测到的海浪浪高。

表示海水温度的均值，表示涌升流数值均值，表示大洋平流数值均值，表示中尺度涡旋数值均值，表示海洋色素浓度均值，表示大型动植物数量均值，表示海水潮流流速均值，表示海风风力均值，表示海浪浪高均值。

4）控制器再将网箱当前所处区域和适合渔业生长的目标区域进行计算，得到从当前所处区域到适合渔业生长的目标区域的运动路线。

5）控制器发送数据至动力驱动器，动力驱动器根据接收到的数据按计算得到的运动路线推动网箱运动至目标区域。

6）控制器发送数据至GPS定位装置启动GPS定位装置的监测网箱的运动过程。

7）网箱到达合渔业生长的目标区域。

在深水养殖网箱到达适合渔业生长环境的目标区域之后，继续定期的使用遥感卫星监测深水养殖网箱所属区域及周边环境，海况和海水质量的变化情况，及时计算出当前最佳的海水养殖分布区域，并适时的驱动深水养殖网箱运动至最佳的水产品生长区域。

Claims (6)

1.基于遥感监控的海洋深水养殖网箱的控制系统，其特征在于：包括通信装置、控制器、动力驱动器、GPS定位装置和能源装置，

所述通信装置用于接收遥感卫星发送的遥感监测到的海水温度、遥感监测到的涌升流数值、遥感监测到的大洋平流数值、遥感监测到的中尺度涡旋数值、遥感监测到的海洋色素浓度、遥感监测到的大型动植物数量、遥感监测到的海水潮流流速、遥感监测到的海风风力和遥感监测到的海浪浪高，并将接收到的数据发至控制器；

所述控制器用于接收通信装置的数据，将从通信装置接收的数据按遥感卫星遥感监测区域划分，分别计算养殖适应度权值，并将各区域的养殖适应度权值排序，选择养殖适应度权值最小的区域作为适合渔业生长位置的目标区域；再将网箱当前所处区域和目标区域进行计算，得到从当前所处区域到目标区域的运动路线；然后发送数据至动力驱动器，动力驱动器根据接收到的数据按计算得到的运动路线推动网箱运动至目标区域，控制器发送数据至GPS定位装置启动GPS定位装置监测网箱的运动过程；

所述动力驱动器用于接收控制器的数据，并控制网箱的运动；

所述GPS定位装置用于接收控制器的数据，并根据接收到的数据监测网箱的运动过程；

所述能源装置用于向控制器提供能源。

2.根据权利要求1所述的基于遥感监控的海洋深水养殖网箱的控制系统，其特征在于：所述动力驱动器包括螺旋桨驱动器，该螺旋桨驱动器设置于网箱的外部。

3.根据权利要求1所述的基于遥感监控的海洋深水养殖网箱的控制系统，其特征在于：所述通信装置为Viasat公司的Linkstar系统。

4.基于遥感监控的海洋深水养殖网箱的控制系统的运行方法，其特征在于包括以下步骤：

1)通信装置接收遥感卫星发送的遥感监测到的海水温度、遥感监测到的涌升流数值、遥感监测到的大洋平流数值、遥感监测到的中尺度涡旋数值、遥感监测到的海洋色素浓度、遥感监测到的大型动植物数量、遥感监测到的海水潮流流速、遥感监测到的海风风力、遥感监测到的海浪浪高，并将这些数据发送至控制器；

2)控制器接收通信装置发送的数据，将遥感卫星监测区域分割为单位尺寸的网格区域，分别对每个网格区域计算其养殖适应度权值，并将各网格区域的养殖适应度权值进行排序，选择养殖适应度权值最小的区域为适合渔业生长的目标区域，养殖适应度权值计算公式为：

$\begin{array}{c}Q=a1*(T-\stackrel{\‾}{T})+a2(L-\stackrel{\‾}{L})+a3(P-\stackrel{\‾}{P})+a4(W-\stackrel{\‾}{W})+a5(S-\stackrel{\‾}{S})+a6(N-\stackrel{\‾}{N})\\ +a7(C-\stackrel{\‾}{C})+a8(F-\stackrel{\‾}{F})+a9(G-\stackrel{\‾}{G})\end{array}$

其中a1表示海水温度权重，a2表示涌升流数值权重，a3表示大洋平流数值权重，a4表示中尺度涡旋数值权重，a5表示海洋色素浓度权重，a6表示大型动植物数量权重，a7表示海水潮流流速权重，a8表示海风风力权重，a9表示海浪浪高权重。

T表示遥感监测到的海水温度，L表示遥感监测到的涌升流数值，P表示遥感监测到的大洋平流数值，W表示遥感监测到的中尺度涡旋数值，S表示遥感监测到的海洋色素浓度，N表示遥感监测到的大型动植物数量，C表示遥感监测到的海水潮流流速，F表示遥感监测到的海风风力，G表示遥感监测到的海浪浪高。

表示海水温度的均值，表示涌升流数值均值，表示大洋平流数值均值，表示中尺度涡旋数值均值，表示海洋色素浓度均值，表示大型动植物数量均值，表示海水潮流流速均值，表示海风风力均值，表示海浪浪高均值；

3)控制器再将网箱当前所处区域和适合渔业生长的目标区域进行计算，得到从当前所处区域到适合渔业生长的目标区域的运动路线；

4)控制器发送数据至动力驱动器，动力驱动器根据接收到的数据按计算得到的运动路线推动网箱运动至目标区域；

5)控制器发送数据至GPS定位装置启动GPS定位装置监测网箱的运动过程；

6)网箱到达适合渔业生长的目标区域。

5.根据权利要求4基于遥感监控的海洋深水养殖网箱的控制系统的运行方法，其特征在于：在完成步骤2)后，控制器的计时器开始计时，直至下一计算周期，重新计算养殖适应度权值。

6.根据权利要求4基于遥感监控的海洋深水养殖网箱的控制系统的运行方法，其特征在于：在开始步骤1)的工作前，先进行用户配置遥感参数、遥感检测各参数最佳均值及参数权重，遥感控制参数监测范围调整。