CN103605330B - 一种近海养殖远程监控系统及其监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种近海养殖远程监控系统及其监控方法。监控系统包括通过网络相连的监控终端和监控主机，监控终端包括微处理单元及与微处理单元相连的温度传感器、盐度传感器、PH值传感器、溶解氧传感器、红外摄像机和通信单元及受微处理单元控制启停的加热元件、制冷设备和浓缩氧制造装置，监控主机设有报警单元。监控方法为，微处理单元根据测得的温度、盐度、PH值及溶解氧浓度值分别控制加热元件、制冷设备和浓缩氧制造装置的启停，监控主机还能根据获得的图像判断所养殖的鱼有否发生病变或死亡，一旦异常启动报警，便于养殖户或相关人员及时采取措施，提高收益，减少损失。

Description

一种近海养殖远程监控系统及其监控方法

技术领域

本发明涉及近海养殖领域，尤其涉及一种近海养殖远程监控系统及其监控方法。

背景技术

二十一世纪是海洋的世纪，世界各国都增加了对海洋探索的研究。近几年来，随着人们对海洋经济的重视，我们海洋地区的开发活动有了大幅度的增加。近海海水养殖技术也在逐步改进，但目前还没有对近海养殖环境进行实时检测和控制的智能化系统，近海养殖很大程度上还是受自然天气和自然环境的影响，不利于近海养殖业的发展。

发明内容

本发明主要解决目前还没有对近海养殖环境进行实时检测和控制的智能化系统，近海养殖很大程度上还是受自然天气和自然环境的影响，不利于近海养殖业的发展的技术问题；提供一种近海养殖远程监控系统及其监控方法，其能对近海养殖环境状况进行实时动态检测，为养殖户提供及时且准确的信息，并能自动控制相关设备，从而改变近海养殖环境，使之处于最适合海洋生物生长的状态，提高收益。

本发明另一目的是提供一种近海养殖远程监控系统及其监控方法，其能对近海养殖环境进行图像和视频监控，既防灾防盗，又防养殖的鱼类发生病变，便于及时作出相应措施，减少损失。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的近海养殖远程监控系统，包括若干个设于近海养殖本地端的监控终端和设于远端的监控主机，监控终端和监控主机通过有线或无线网络相连，所述的监控终端包括微处理单元及与微处理单元相连的温度传感器、盐度传感器、PH值传感器、溶解氧传感器和通信单元，所述的温度传感器、盐度传感器、PH值传感器和溶解氧传感器设于近海养殖水体中，所述的通信单元通过有线或无线网络和所述的监控主机相连，监控主机设有报警单元。温度传感器、盐度传感器、PH值传感器和溶解氧传感器分别实时采集近海养殖水体的温度、盐度、PH值和溶解氧浓度，采集到的数据输送给微处理单元，由微处理单元经过处理，再发送给监控主机，由监控主机对收到的数据进行处理、分析和计算，一方面送显示器显示，另一方面和预先设定的标准范围进行比对，一旦超限，则发出控制信号启动报警单元，便于养殖户及时作出相应处理，使近海养殖水体保持在正常状态，确保所养海生物在最佳环境中生长。通信单元根据安装环境及条件可以采用以太网通信单元、485通信单元、zigbee通信单元或GPRS通信单元。根据需要，近海养殖本地端也可安装和微处理单元相连的报警单元、按键单元和显示单元，便于近海养殖本地端也可进行观察、设置和报警。报警单元可采用声光报警设备，也可采用短信报警装置，直接发送报警短信给养殖户或相关工作人员，便于及时采取措施。监控终端还可采用市电供电和太阳能供电两种供电方式，两种方式互为补充，自动切换，确保系统工作更加可靠。当近海养殖端和远端监控中心距离非常远时，中间可设置基站进行信号传递。

作为优选，在所述的近海养殖水体中垂直地设有多根按矩阵排布的加热器安装管，加热器安装管内设有加热元件，在所述的近海养殖水体中水平地设有蛇形弯管，蛇形弯管连接所有加热器安装管，并且蛇形弯管中布设有连接所述的加热元件的导线，所述的监控终端包括第一驱动单元和第一继电器，第一驱动单元的一端和所述的微处理单元相连，第一驱动单元的另一端和第一继电器的驱动端相连，第一继电器的常开触点开关连接在所述的加热元件的供电线路中。微处理单元根据温度传感器测得的水温值对加热元件的启停进行自动控制。加热元件基本上均匀地布设在养殖水体中，确保加热均匀，水温调节均匀。

作为优选，所述的蛇形弯管中设有制冷剂，蛇形弯管的两端分别和设于岸上的制冷设备的制冷剂进口、制冷剂出口相连，所述的监控终端包括第二驱动单元和第二继电器，第二驱动单元的一端和所述的微处理单元相连，第二驱动单元的另一端和第二继电器的驱动端相连，第二继电器的常开触点开关连接在所述的制冷设备的供电线路中。微处理单元根据温度传感器测得的水温值对制冷设备的启停进行自动控制。通过制冷剂流经蛇形弯管降低海水温度，降温均匀。蛇形弯管既作为制冷剂的流经通道又作为加热元件连接导线的布设管道，结构更加紧凑和整齐，也确保导线不会被养殖物咬断，提高可靠性。

作为优选，所述的监控终端包括浓缩氧制造装置，浓缩氧制造装置的氧气输出管沿所述的蛇形弯管布设，所述的氧气输出管上设有多个间隔设置的氧气出孔，所述的监控终端包括第三驱动单元和第三继电器，第三驱动单元的一端和所述的微处理单元相连，第三驱动单元的另一端和第三继电器的驱动端相连，第三继电器的常开触点开关连接在所述的浓缩氧制造装置的供电线路中。微处理单元根据溶解氧传感器测得的氧气浓度值对浓缩氧制造装置的启停进行自动控制。氧气输出管沿蛇形弯管布设，氧气输出更加均匀。

作为优选，所述的监控终端包括若干个朝向近海养殖水体的红外摄像机，红外摄像机和所述的微处理单元相连。红外摄像机不管昼夜都能拍摄到清晰的图像和视频，拍摄到的图像和视频由微处理单元远传给监控主机进行显示，防灾防盗，还能观察养殖物的生长状态，如是否正常、是否处于病态，便于及时发现异常，及时作出相应措施。

本发明的近海养殖远程监控系统的监控方法，包括如下步骤：所述的温度传感器、盐度传感器、PH值传感器和溶解氧传感器分别实时采集近海养殖水体的温度、盐度、PH值和溶解氧浓度，采集到的数据输送给所述的微处理单元，由微处理单元经过处理，再通过所述的通信单元发送给所述的监控主机，监控主机上安装有近海养殖监控软件，由监控主机对收到的数据进行处理、分析和计算，一方面送显示器显示，另一方面和预先设定的标准范围进行比对，一旦超限，则发出控制信号启动报警单元。

作为优选，所述的监控终端包括加热元件、制冷设备和浓缩氧制造装置；所述的微处理单元经第一驱动单元和第一继电器的驱动端相连，第一继电器的常开触点开关连接在所述的加热元件的供电线路中；所述的微处理单元经第二驱动单元和第二继电器的驱动端相连，第二继电器的常开触点开关连接在所述的制冷设备的供电线路中；所述的微处理单元经第三驱动单元和第三继电器的驱动端相连，第三继电器的常开触点开关连接在所述的浓缩氧制造装置的供电线路中；所述的监控方法为：所述的微处理单元对接收到的温度、盐度、PH值和溶解氧浓度值分别进行处理、分析和计算，并和预先设定的标准范围进行比对，如果温度超出下限，则发出信号启动第一继电器，加热元件开始对水体加热，如果温度超出上限，则发出信号启动第二继电器，制冷设备开始对水体制冷，如果溶解氧浓度值太低，则发出信号启动第三继电器，浓缩氧制造装置开始制氧并将氧气送入水体中。

作为优选，所述的监控终端包括若干个朝向近海养殖水体的红外摄像机，红外摄像机和所述的微处理单元相连；所述的监控方法包括防灾及防盗方法和防鱼类发生病变的方法，防灾及防盗方法为：红外摄像机对所述的近海养殖水体进行拍摄，并将拍摄到的图像和视频输送给所述的微处理单元，再由微处理单元通过所述的通信单元远传给所述的监控主机进行显示，一旦发现火灾或盗窃事件，可及时作出处理，实现防灾及防盗；防鱼类发生病变的方法为：所述的监控主机定时读入一幅拍摄水体中鱼类状态的图像，再转换为灰度图像，将灰度图像转换成二值化图像，再将该二值化图像反复收缩扩张四次后得到去除了不必要的白色斑点的图像，然后利用力学中矩的概念，将区域内部的像素作为质点，像素的坐标作为力臂，从而以各阶矩的形式来表示区域特征，再利用bwlabel函数，判断出该图像中各个白色区域的大小，将最小的白色区域分别和预设的单条鱼病变或死亡时所暴露的白色区域面积的上限值及下限值进行比较，若最小的白色区域的大小落在该上、下限值之间，则判断为鱼出现不适或死亡现象，发出控制信号启动报警单元。当鱼类发生不适或死亡时，鱼会侧翻，腹部颜色较浅部分会浮在水面，与水体较深的背景颜色有较大的区别，容易区分，并且养殖场中统一放养的鱼具有品种相同、大小相近等特点，可以利用统计方法得出分割病鱼和水体背景色的阈值，同时也可以得到某一时段时期水体中鱼的大小及腹部白色区域的大小，因此，只要将得到的原始图像二值化，将病鱼的白色腹部与背景分割开，然后统计白色区域部分的数目和大小，当最小白色区域大于该段时间内的统计值的下限，且小于统计值的上限时，即认为有鱼出现不适反应或已经死亡，需要采取措施。

本发明的有益效果是：能对近海养殖区的水温、盐度、PH值和溶解氧浓度等参数进行实时动态检测，异常时启动报警，为养殖户提供及时且准确的信息，为科学养殖提供合理建议，并能根据实时检测到的参数值自动控制相关设备，从而改变近海养殖环境，使之处于最适合海洋生物生长的状态，提高收益。同时具有防灾、防盗及防养殖的鱼类发生病变或死亡的功能，便于养殖户及时作出相应措施，减少损失。

附图说明

图1是本发明近海养殖远程监控系统的一种系统连接结构框图。

图2是本发明近海养殖远程监控系统中监控终端的一种电路原理连接结构框图。

图3是本发明近海养殖远程监控系统中加热器安装管和蛇形弯管安装结构的一种俯视结构示意图。

图中1监控终端，2.监控主机，3.微处理单元，4.温度传感器，5.盐度传感器，6.PH值传感器，7.溶解氧传感器，8.通信单元，9.加热器安装管，10.加热元件，11.蛇形弯管，12.第一驱动单元，13.第一继电器，14.制冷设备，15.第二驱动单元，16.第二继电器，17.浓缩氧制造装置，18.氧气输出管，19.氧气出孔，20.第三驱动单元，21.第三继电器，22.红外摄像机，23.报警单元。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种近海养殖远程监控系统，如图1所示，包括多个安装在各近海养殖本地端的监控终端1和一台安装在远端监控中心的监控主机2，监控终端1和监控主机2通过无线网络相连。如图2所示，监控终端1包括微处理单元3、温度传感器4、盐度传感器5、PH值传感器6、溶解氧传感器7、通信单元8、加热元件10、第一驱动单元12、第一继电器13、制冷设备14、第二驱动单元15、第二继电器16及浓缩氧制造装置17、第三驱动单元20、第三继电器21和多个红外摄像机22，多个红外摄像机的镜头从各个角度朝向近海养殖水体，温度传感器4、盐度传感器5、PH值传感器6、溶解氧传感器7、通信单元8和红外摄像机22及第一驱动单元12、第二驱动单元15、第三驱动单元20的一端分别和微处理单元3相连，第一驱动单元12、第二驱动单元15及第三驱动单元20的另一端分别和第一继电器13、第二继电器16及第三继电器21的驱动端相连，第一继电器、第二继电器及第三继电器的常开触点开关分别连接在加热元件10、制冷设备14及浓缩氧制造装置17的供电线路中。通信单元8为无线通信单元，其通过无线网络和监控主机2相连，监控主机2和报警单元23，报警单元包括声光报警设备和监控主机的显示屏上显示的报警提醒。

温度传感器4、盐度传感器5、PH值传感器6和溶解氧传感器7安装在近海养殖水体中。如图3所示，近海养殖水体中垂直地安装有多根按矩阵排布的加热器安装管9，加热器安装管9内安装有加热元件10，在近海养殖水体中水平地安装有蛇形弯管11，蛇形弯管11连接所有加热器安装管9，并且蛇形弯管11中布设有连接加热元件10的导线。蛇形弯管11中有制冷剂，蛇形弯管11的两端分别和位于岸上的制冷设备14的制冷剂进口、制冷剂出口相连。浓缩氧制造装置17的氧气输出管18沿蛇形弯管11布设，氧气输出管18上沿长度方向有多个间隔设置的氧气出孔19，氧气出孔朝向水体。

上述近海养殖远程监控系统的监控方法，包括水体监控方法、防灾及防盗方法和防鱼类发生病变的方法。

水体监控方法包括如下步骤：温度传感器4、盐度传感器5、PH值传感器6和溶解氧传感器7分别实时采集近海养殖水体的温度、盐度、PH值和溶解氧浓度，采集到的数据输送给微处理单元3，微处理单元3对接收到的温度、盐度、PH值和溶解氧浓度值分别进行处理、分析和计算，并和预先设定的标准范围进行比对，如果温度超出下限，则发出信号启动第一继电器13，加热元件10开始对水体加热，如果温度超出上限，则发出信号启动第二继电器16，制冷设备14开始对水体制冷，如果溶解氧浓度值太低，则发出信号启动第三继电器21，浓缩氧制造装置17开始制氧并将氧气送入水体中，同时，微处理单元3通过通信单元8将实际测得的温度、盐度、PH值和溶解氧浓度值及超限信息远传给监控主机2，监控主机2上安装有近海养殖监控软件，由监控主机2对收到的数据进行处理和分析，作出各参数变化曲线图，进行统计分析，为科学养殖提供合理建议，各参数超限时，则发出控制信号启动报警单元23。

防灾及防盗方法为：红外摄像机22对近海养殖水体进行拍摄，并将拍摄到的图像和视频输送给微处理单元3，再由微处理单元3通过通信单元8远传给监控主机2进行显示，相关监控人员或养殖户一旦发现火灾或盗窃事件，可及时作出处理，实现防灾及防盗。

防鱼类发生病变的方法为：监控主机2定时读入一幅拍摄水体中鱼类状态的图像，再转换为灰度图像，将灰度图像转换成二值化图像，再将该二值化图像反复收缩扩张四次后得到去除了不必要的白色斑点的图像，然后利用力学中矩的概念，将区域内部的像素作为质点，像素的坐标作为力臂，从而以各阶矩的形式来表示区域特征，设图像各像素的质量为1，即1为像素的质量就等于它的像素值，S为图形面积，i、j为图形内像素坐标，矩的公式可表示为

$M(p,q)=\underset{(i,j)\∈s}{\mathrm{\Σ}}{i}^p{j}^{q}f(i,j)$

式中，M为p、q值下的图形矩，p＝0，1，2，…，q＝0，1，2…f(i，j)相当于一个像素质量，当p、q取值不同时，可得阶数不同的矩，若p＝0，q＝0时，有

$M\left(\mathrm{0,0}\right)=\underset{(i,j)\∈s}{\mathrm{\Σ}}f(i,j)$

即为图像中像素之和，也就是图像的面积。再利用bwlabel函数，判断出该图像中各个白色区域的大小，将最小的白色区域分别和预设的单条鱼病变或死亡时所暴露的白色区域面积的上限值及下限值进行比较，若最小的白色区域的大小落在该上、下限值之间，则判断为鱼出现不适或死亡现象，则监控主机发出控制信号启动报警单元。

本发明实现近海养殖区水体的水温、盐度、PH值和溶解氧浓度的实时动态检测，为养殖户提供及时且准确的信息，为科学养殖提供合理建议，并能根据实时检测到的参数值自动控制相关设备，从而改变近海养殖环境，使之处于最适合海洋生物生长的状态，提高养殖收益。同时还能实现防灾、防盗并及时防止鱼类发生病变或死亡，便于养殖户及时作出相应措施，减少损失。

Claims (4)

1.一种近海养殖远程监控系统，其特征在于包括若干个设于近海养殖本地端的监控终端(1)和设于远端的监控主机(2)，监控终端(1)和监控主机(2)通过有线或无线网络相连，所述的监控终端(1)包括微处理单元(3)及与微处理单元(3)相连的温度传感器(4)、盐度传感器(5)、PH值传感器(6)、溶解氧传感器(7)和通信单元(8)，所述的温度传感器(4)、盐度传感器(5)、PH值传感器(6)和溶解氧传感器(7)设于近海养殖水体中，所述的通信单元(8)通过有线或无线网络和所述的监控主机(2)相连，监控主机(2)设有报警单元(23)；在所述的近海养殖水体中垂直地设有多根按矩阵排布的加热器安装管(9)，加热器安装管(9)内设有加热元件(10)，在所述的近海养殖水体中水平地设有蛇形弯管(11)，蛇形弯管(11)连接所有加热器安装管(9)，并且蛇形弯管(11)中布设有连接所述的加热元件(10)的导线，所述的监控终端(1)包括第一驱动单元(12)和第一继电器(13)，第一驱动单元(12)的一端和所述的微处理单元(3)相连，第一驱动单元(12)的另一端和第一继电器(13)的驱动端相连，第一继电器(13)的常开触点开关连接在所述的加热元件(10)的供电线路中；所述的蛇形弯管(11)中设有制冷剂，蛇形弯管(11)的两端分别和设于岸上的制冷设备(14)的制冷剂进口、制冷剂出口相连，所述的监控终端(1)包括第二驱动单元(15)和第二继电器(16)，第二驱动单元(15)的一端和所述的微处理单元(3)相连，第二驱动单元(15)的另一端和第二继电器(16)的驱动端相连，第二继电器(16)的常开触点开关连接在所述的制冷设备(14)的供电线路中；所述的监控终端(1)包括浓缩氧制造装置(17)，浓缩氧制造装置(17)的氧气输出管(18)沿所述的蛇形弯管(11)布设，所述的氧气输出管(18)上设有多个间隔设置的氧气出孔(19)，所述的监控终端(1)包括第三驱动单元(20)和第三继电器(21)，第三驱动单元(20)的一端和所述的微处理单元(3)相连，第三驱动单元(20)的另一端和第三继电器(21)的驱动端相连，第三继电器(21)的常开触点开关连接在所述的浓缩氧制造装置(17)的供电线路中。

2.根据权利要求1所述的一种近海养殖远程监控系统，其特征在于所述的监控终端(1)包括若干个朝向近海养殖水体的红外摄像机(22)，红外摄像机(22)和所述的微处理单元(3)相连。

3.一种如权利要求1所述的近海养殖远程监控系统的监控方法，其特征在于包括如下步骤：所述的温度传感器(4)、盐度传感器(5)、PH值传感器(6)和溶解氧传感器(7)分别实时采集近海养殖水体的温度、盐度、PH值和溶解氧浓度，采集到的数据输送给所述的微处理单元(3)，由微处理单元(3)经过处理，再通过所述的通信单元(8)发送给所述的监控主机(2)，监控主机(2)上安装有近海养殖监控软件，由监控主机(2)对收到的数据进行处理、分析和计算，一方面送显示器显示，另一方面和预先设定的标准范围进行比对，一旦超限，则发出控制信号启动所述的报警单元(23)；同时，如果温度超出下限，则发出信号启动第一继电器(13)，加热元件(10)开始对水体加热，如果温度超出上限，则发出信号启动第二继电器(16)，制冷设备(14)开始对水体制冷，如果溶解氧浓度值太低，则发出信号启动第三继电器(21)，浓缩氧制造装置(17)开始制氧并将氧气送入水体中。

4.根据权利要求3所述的监控方法，其特征在于所述的监控终端(1)包括若干个朝向近海养殖水体的红外摄像机(22)，红外摄像机(22)和所述的微处理单元(3)相连；所述的监控方法包括防灾及防盗方法和防鱼类发生病变的方法，防灾及防盗方法为：红外摄像机(22)对所述的近海养殖水体进行拍摄，并将拍摄到的图像和视频输送给所述的微处理单元(3)，再由微处理单元(3)通过所述的通信单元(8)远传给所述的监控主机(2)进行显示，一旦发现火灾或盗窃事件，可及时作出处理，实现防灾及防盗；防鱼类发生病变的方法为：所述的监控主机(2)定时读入一幅拍摄水体中鱼类状态的图像，再转换为灰度图像，将灰度图像转换成二值化图像，再将该二值化图像反复收缩扩张四次后得到去除了不必要的白色斑点的图像，然后利用力学中矩的概念，将区域内部的像素作为质点，像素的坐标作为力臂，从而以各阶矩的形式来表示区域特征，再利用bwlabel函数，判断出该图像中各个白色区域的大小，将最小的白色区域分别和预设的单条鱼病变或死亡时所暴露的白色区域面积的上限值及下限值进行比较，若最小的白色区域的大小落在预设的单条鱼病变或死亡时所暴露的白色区域面积的上限值及下限值之间，则判断为鱼出现不适或死亡现象，发出控制信号启动报警单元(23)。