CN104570994A - 一种水产养殖自动监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水产养殖自动监控方法，利用水质参数传感器、环境参数传感器、水产养殖执行设备等结合通信网络实现水产养殖自动监控，采用监控设备进行集中设置和监控管理，控制器根据设置独立的对传感器的监测数据进行分析，根据分析结果控制执行器的运行过程，提高了水产养殖的生产管理效率，适应现代化集成管理的需求；工作人员无需亲临养殖现场便可监控水产养殖单元的实际情况，有突发事件时系统自动报警，有助于提高管理效率、节省管理成本，减少水产养殖的风险；采用大数据技术，云数据中心对监控信息进行大数据分类储存，可以对各用户的管理信息进行分析，可总结出最具效益的养殖管理方式，并及时反馈给用户，提高用户的养殖效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种水产养殖监控方法。
背景技术
我国是一个农业大国，水产科研技术的不断深入以及环境保护意识的不断提高对水质各参数的连续实时监测提出了更高的要求，但目前我国农业生产仍大都停留在传统的依靠人工经验判断的水平上，无法实现自动化控制。人工管理必须经常亲临现场巡视，甚至二十四小时守候现场，以防止突发事件，因此人员工作效率低。同时，人工管理的工作量大，并容易忽视细节问题，造成管理不到位，从而带来不必要的重大损失。人工管理的人力成本占养殖成本的比重较大，并且管理技术主要依靠养殖人员的经验确定，因此水平参差不齐，难以形成标准化的养殖管理方式，生产效率较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种水产养殖自动监控方法，以以形成标准化的养殖管理方式，提高管理质量和生产效率。
为了解决上述技术问题，本发明的一种水产养殖自动监控方法，包括如下步骤：
1)在监控设备上运行监控软件，根据监控软件上的专家建议对水产养殖监控系统中控制器的控制参数进行设置；所述控制参数包括溶氧阈值范围、PH值阈值范围、盐度阈值范围、水温阈值范围、进水水位阈值范围、排水水位阈值范围、气温阈值范围、气压阈值范围、投食间 隔时间、摄像机调焦值和摄像机方位值；
2)控制器接收监控设备的控制参数，运行管理软件，根据控制参数中摄像机调焦值和摄像机方位值向摄像机单元发送相应的调焦控制指令和转向控制指令，并分别向摄像机单元和传感器单元发送数据请求；
3)摄像机单元根据调焦控制指令转向控制指令分别调整摄像机的调焦和转向，并在收到数据请求后将摄像机采集的图像数据发送给控制器；传感器单元收到数据请求后将水质参数传感器和环境参数传感器的监测数据发送给控制器；
4)控制器缓存收到的图像数据和监测数据，根据控制参数对监测数据进行分析处理，再针对分析结果向执行器单元发送相应的控制指令，并生成相应的监控信息分别发送给监控设备和云数据中心，云数据中心对所述监控信息进行大数据分类储存；
5)监控装置将接收来自控制器的图像数据、监测数据、执行器单元的控制状态和报警信息通过通讯网络发送到用户设备并进行显示；
6)长时间运作后，专家对云数据中心储存的、若干用户的监控信息进行分析总结，并根据分析总结结果对步骤1)中的控制参数进行调整。
所述步骤4）中的控制指令具体为：
a）当溶氧率低于溶氧阈值范围的下限时，控制器向执行器单元发送增氧指令；当溶氧率高于溶氧阈值范围的上限时，控制器向执行器单元发送停止增氧指令；
b）当水位低于进水水位阈值范围的下限时，控制器向执行器单元发送进水指令；当水位高于进水水位阈值范围的上限时，控制器向执行器单元发送停止进水指令；当水位高于排水水位阈值范围的上限时，控制器向执行器单元发送拍水指令；当水位低于进水水位阈值范围的下限时，控制器向执行器单元发送停止排水指令；
c）每间隔投食间隔时间的时长，控制器向执行器单元发送投食指令；
d）控制器将缓存的图像数据和监测数据以及对执行器单元的控制状态作为监控数据的一部分，实时发送给监控装置；并且，在溶氧率低于溶氧阈值范围的下限、PH值未在PH值阈值范围内、盐度值未在盐度阈值范围内、水温值未在水温阈值范围内、水位高于排水水位阈值范围的上限或气温值未在气温阈值范围内时，控制器生成相应的报警信息，作为监控数据的另一部分发送给监控装置；
e）执行器单元收到增氧指令时，控制开启增氧装置；收到停止增氧指令时，控制关闭增氧装置；收到进水指令时，控制水循环装置开启进水阀；收到停止进水指令时，控制水循环装置关闭进水阀；收到排水指令时，控制水循环装置开启排水阀；收到停止排水指令时，控制水循环装置关闭排水阀；收到投食指令时，控制投食装置进行一次投食操作。
所述云数据中心建有供用户交流的虚拟社区。
所述云数据中心可通过通讯网络向用户移动设备推送水产养殖专业知识。
本发明的有益效果是：由于采用了上述的水产养殖自动监控方法，本发明具有以下优点：
1、本发明利用现有的水质参数传感器、环境参数传感器、执行设备等电子产品，结合通信网络，提供了一种网络化的水产养殖自动化监控系统，管理人员无需经常亲临现场便可了解书产养殖区域的图像情况和监测数据，从而减轻了水产养殖人工管理的劳动强度，节省了人力成本；
2、采用远程自动化的管理方式，增加了管理的集成化程度，提高了水产养殖的生产管理效率；
3、水产养殖单元的管理可通过监控设备进行量化的设置，使得管理更加的数字化、标准化，有利于统一管理标准，为水产养殖产业的规模性发展提供了技术保证；
4、系统针对突发情况自动生成报警信息发送至监控设备，提高了水产养殖风险管理水平，降低了水产养殖风险；
5、云数据中心对使用该系统的若干用户的监控信息进行大数据分类储存，可以对各用户的管理信息进行分析，可总结出最具效益的养殖管理方式，并及时反馈给用户，用户的数量越多，其收集的信息越多样，越有利于分析得出科学的养殖管理方式。
具体实施方式
本发明的一种水产养殖自动监控方法，包括如下步骤：
1)在监控设备上运行监控软件，根据监控软件上的专家建议对水产养殖监控系统中控制器的控制参数进行设置；所述控制参数包括溶氧阈值范围、PH值阈值范围、盐度阈值范围、水温阈值范围、进水水位阈值范围、排水水位阈值范围、气温阈值范围、气压阈值范围、投食间隔时间、摄像机调焦值和摄像机方位值；
2)控制器接收监控设备的控制参数，运行管理软件，根据控制参数中摄像机调焦值和摄像机方位值向摄像机单元发送相应的调焦控制指令和转向控制指令，并分别向摄像机单元和传感器单元发送数据请求；
3)摄像机单元根据调焦控制指令转向控制指令分别调整摄像机的调焦和转向，并在收到数据请求后将摄像机采集的图像数据发送给控制器；传感器单元收到数据请求后将水质参数传感器和环境参数传感器的监测数据发送给控制器；
4)控制器缓存收到的图像数据和监测数据，根据控制参数对监测数据进行分析处理，再针对分析结果向执行器单元发送相应的控制指令，并生成相应的监控信息分别发送给监控设备和云数据中心，云数据中心对所述监控信息进行大数据分类储存；
5)监控装置将接收来自控制器的图像数据、监测数据、执行器单元的控制状态和报警信息通过通讯网络发送到用户设备并进行显示；
6)长时间运作后，专家对云数据中心储存的、若干用户的监控信息进行分析总结，并根据分析总结结果对步骤1)中的控制参数进行调整。
本发明利用现有的水质参数传感器、环境参数传感器、执行设备等电子产品，结合通信网络，提供了一种网络化的水产养殖自动化监控系统，管理人员无需经常亲临现场便可了解书产养殖区域的图像情况和监测数据，从而减轻了水产养殖人工管理的劳动强度，节省了人力成本，24小时在线监测各养殖水体的溶解氧、pH值、氨氮、亚硝酸盐氮、盐度、浊度、温度、叶绿素a等。水质参数采用远程自动化的管理方式，增加了管理的集成化程度，提高了水产养殖的生产管理效率，可通过手机或电脑网络查询水质参数和各种设备工作状况，还可以通过手机或电脑网络远程控制增氧机、投料机、水泵等设备启动或停止。
水产养殖单元的管理可通过监控设备进行量化的设置，使得管理更加的数字化、标准化，有利于统一管理标准，为水产养殖产业的规模性发展提供了技术保证；系统针对突发情况自动生成报警信息发送至监控设备，提高了水产养殖风险管理水平，降低了水产养殖风险；云数据中心对使用该系统的若干用户的监控信息进行大数据分类储存，可以对各用户的管理信息进行分析，可总结出最具效益的养殖管理方式，并及时反馈给用户，用户的数量越多，其收集的信息越多样，越有利于分析得出科学的养殖管理方式。
所述步骤4）中的控制指令具体为：
a）当溶氧率低于溶氧阈值范围的下限时，控制器向执行器单元发送增氧指令；当溶氧率高于溶氧阈值范围的上限时，控制器向执行器单元发送停止增氧指令，可通过监测到的溶解氧值自动控制增氧机工作，防止出现缺氧事故。当溶解氧低于安全值时（如4mg/l） ，自动打开增氧机，当溶解氧达到安全值时（如5mg/l） ，自动关闭增氧机，以节省电能；
b）当水位低于进水水位阈值范围的下限时，控制器向执行器单元发送进水指令；当水位高于进水水位阈值范围的上限时，控制器向执行器单元发送停止进水指令；当水位高于排水水位阈值范围的上限时，控制器向执行器单元发送拍水指令；当水位低于进水水位阈值范围的下限时，控制器向执行器单元发送停止排水指令；
c）每间隔投食间隔时间的时长，控制器向执行器单元发送投食指令；
d）控制器将缓存的图像数据和监测数据以及对执行器单元的控制状态作为监控数据的一部分，实时发送给监控装置；并且，在溶氧率低于溶氧阈值范围的下限、PH值未在PH值阈值范围内、盐度值未在盐度阈值范围内、水温值未在水温阈值范围内、水位高于排水水位阈值范围的上限或气温值未在气温阈值范围内时，控制器生成相应的报警信息，作为监控数据的另一部分发送给监控装置；
e）执行器单元收到增氧指令时，控制开启增氧装置；收到停止增氧指令时，控制关闭增氧装置；收到进水指令时，控制水循环装置开启进水阀；收到停止进水指令时，控制水循环装置关闭进水阀；收到排水指令时，控制水循环装置开启排水阀；收到停止排水指令时，控制水循环装置关闭排水阀；收到投食指令时，控制投食装置进行一次投食操作。
所述云数据中心建有供用户交流的虚拟社区，使用户们可以交流。
所述云数据中心可通过通讯网络向用户移动设备推送信息，实现用户管理、水质和环境信息管理、用药、投料信息跟踪，通过大数据分析系统，给客户推动养殖技术信息推送；根据采集信息，在下雨、疾病等方面提前预警及处理办法信息推送，以帮助用户提高养殖效益。
为了实现上述水产养殖自动监控方法需要如下系统：无线传感器节点（Sensor node）采集传感器信息（如水体温度、pH、DO、盐度、浊度、氨氮、COD、BOD 等等），执行节点可以对相关设备进行控制，它们基于ZigBee构成自组织无线传感器网络（WSN），感知信息或通过WIFI无线网络进行通讯，通过智慧硬件节点和云服务之间进行传输。智慧硬件节点具有ZigBee、WiFi、4G、3G通信网络接口，本地可以通过ZigBee或WiFi实现传感器节点之间的信息交互、通过WiFi实现无线音视频传输；用户可以采用手机、PC、笔记本等智能终端通过云服务器获取相关的信息、对其中设备进行控制管理。
所述智能节点把智能感知和智能控制节点结合在一起，智能控制节点还包括下级控制节点。
一个智能节点，可以配置多个传感器（当然也可以只配置一个传感器）和多台受控设备，用以采集水质和环境信息，包括如水体温度、pH、DO、盐度、浊度、氨氮、COD、BOD 、光照等等，可根据需要灵活选择。采集的信息通过信号处理电路进行处理（如放大、滤波、A/D转换等），然后送入微处理器转换成符合通信协议的数据格式，通过射频模块无线发送给智能节点；智能节点通过云服务传输的指令，对受控设备进行控制；。
根据不同的应用场合，智能节点还可以对采集到的数据，根据用户设定的参数阀值进行进行分析处理，比如，当该节点监测的水质温度，溶氧量等参数达到执行阀值时，智能节点可以发出相应的预警信息，进一步还可以发出控制指令给控制电路，对相关设备执行相应的控制操作。
上述系统具有以下创新点：
（1）云端服务的免费提供，通讯协议的公开化；
（2）智能节点软硬件设计标准化；
（3）基于物联互联平台系统，系统融合多种无线传输方式，解决设备通讯环境中分布区域广、布线困难的问题。
以上所述仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种水产养殖自动监控方法，包括，其特征在于：包括如下步骤：
1)在监控设备上运行监控软件，根据监控软件上的专家建议对水产养殖监控系统中控制器的控制参数进行设置；所述控制参数包括溶氧阈值范围、PH值阈值范围、盐度阈值范围、水温阈值范围、进水水位阈值范围、排水水位阈值范围、气温阈值范围、气压阈值范围、投食间隔时间、摄像机调焦值和摄像机方位值；
2)控制器接收监控设备的控制参数，运行管理软件，根据控制参数中摄像机调焦值和摄像机方位值向摄像机单元发送相应的调焦控制指令和转向控制指令，并分别向摄像机单元和传感器单元发送数据请求；
3)摄像机单元根据调焦控制指令转向控制指令分别调整摄像机的调焦和转向，并在收到数据请求后将摄像机采集的图像数据发送给控制器；传感器单元收到数据请求后将水质参数传感器和环境参数传感器的监测数据发送给控制器；
4)控制器缓存收到的图像数据和监测数据，根据控制参数对监测数据进行分析处理，再针对分析结果向执行器单元发送相应的控制指令，并生成相应的监控信息分别发送给监控设备和云数据中心，云数据中心对所述监控信息进行大数据分类储存；
5)监控装置将接收来自控制器的图像数据、监测数据、执行器单元的控制状态和报警信息通过通讯网络发送到用户设备并进行显示；
6)长时间运作后，专家对云数据中心储存的、若干用户的监控信息进行分析总结，并根据分析总结结果对步骤1)中的控制参数进行调整。
2.根据权利要求1所述的水产养殖自动监控方法，其特征在于：所述步骤4）中的控制指令具体为：
a）当溶氧率低于溶氧阈值范围的下限时，控制器向执行器单元发送增氧指令；当溶氧率高于溶氧阈值范围的上限时，控制器向执行器单元发送停止增氧指令；
b）当水位低于进水水位阈值范围的下限时，控制器向执行器单元发送进水指令；当水位高于进水水位阈值范围的上限时，控制器向执行器单元发送停止进水指令；当水位高于排水水位阈值范围的上限时，控制器向执行器单元发送拍水指令；当水位低于进水水位阈值范围的下限时，控制器向执行器单元发送停止排水指令；
c）每间隔投食间隔时间的时长，控制器向执行器单元发送投食指令；
d）控制器将缓存的图像数据和监测数据以及对执行器单元的控制状态作为监控数据的一部分，实时发送给监控装置；并且，在溶氧率低于溶氧阈值范围的下限、PH值未在PH值阈值范围内、盐度值未在盐度阈值范围内、水温值未在水温阈值范围内、水位高于排水水位阈值范围的上限或气温值未在气温阈值范围内时，控制器生成相应的报警信息，作为监控数据的另一部分发送给监控装置；
e）执行器单元收到增氧指令时，控制开启增氧装置；收到停止增氧指令时，控制关闭增氧装置；收到进水指令时，控制水循环装置开启进水阀；收到停止进水指令时，控制水循环装置关闭进水阀；收到排水指令时，控制水循环装置开启排水阀；收到停止排水指令时，控制水循环装置关闭排水阀；收到投食指令时，控制投食装置进行一次投食操作。
3.根据权利要求1或2所述的水产养殖自动监控方法，其特征在于：所述云数据中心建有供用户交流的虚拟社区。
4.根据权利要求1所述的水产养殖自动监控方法，其特征在于：所述云数据中心可通过通讯网络向用户移动设备推送水产养殖专业知识。
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