CN105320164A - 水体含氧量动态约束处理分层控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种水体含氧量动态约束处理分层控制方法。水体按照层级划分后，对影响水体含氧量信号的因素细分，通过因素值下传、上传、可以明显减少传感器监控设备建设投入，成本减少；指标值范围约束等综合约束后得到动态特性参数保证该水域所需的含氧量调整稳定性，以及保证水体整体调控的稳定性。又利用时变经验值平滑约束实现了放置水体含氧量控制信号的异常波动带来的控制对象寿命的减少，达到减少维护成本的作用。
Description
技术领域
本发明涉及水体含氧量控制调节方法，尤其涉及一种水体含氧量动态约束处理分层控制方法。
背景技术
水体含氧量是关系水体水生动植物健康生长的关键指标，水体含氧量大小通常用每升水毫克数溶解氧DO表示。淡水中DO≈8～10mg/L。它与诸多因素有关，主要涉及物理指标因素和生化指标因素两方面：其中物理指标因素包括水温、光照强度、水深、水域面积、水流速度、悬浮物固体浓度等；生化指标因素包括水体动植物数量、好氧有机物浓度、盐度、化学需氧量COD、生化需氧量BOD等。对这些指标因素的测定有比较成熟的传感器供我们采购使用，但普遍价格昂贵，且测得的数据有效性反应的水域面积较小。
近年来水体的污染使得水资源更加匮乏，与之不相称的是人类对于诸如鱼虾蟹等水产的食用量的增加。因此集约化的整体式多水域分类养殖是现今水产养殖的发展模式，及在湿地或室内环境中将水体划分为诺干个区域，不同区域养殖不同种类的水产。通过控制水体之间水流流通，营养物互换等达到具有一定抗环境波动的生态养殖系统。
对于这种规模化养殖系统，面临的主要问题是，该系统若采用常规的单个水域单个的控制方案，想要全面准备掌握水体含氧量，对于诸多物理指标因素和生化指标因素，将带来整体传感器数量的增加，势必带来场地投资成本的增加，监控数据复杂，分析耗时长的问题；若仅采取增设曝气头，不间断增氧的被动式方式，势必带来养殖过程中能耗成本的增加。
因此为了避免上述的成本的提高，并且通过检索查新后我们发现：如何以最小的传感器监控设备建设投入换来可以根据不同区域、不同养殖对象动态化增氧的分层控制途径是现有技术人员在水体含氧量控制中从未发现和试图解决的研究领域。
发明内容
本发明为了解决现有技术问题，提出一种将水体按照层级划分后，对影响水体含氧量信号的因素细分后，通过因素值下传约束、上传约束、时变经验值平滑约束、指标值范围约束等综合约束后得到动态特性参数的分层控制方法。即水体含氧量动态约束处理分层控制方法。
本发明的具体方法如下：一种水体含氧量动态约束处理分层控制的方法，其特征在于：在多个可以互通的水域的每一块水域中设置一个或多个传感器，其中在每块水域中的所述一个或多个传感器进行对含氧量的一个或多个特性的测量，以使得在水流依次流经的更低层水域中工作的所述一个或多个传感器对与含氧量相关的逐渐更小细分的一个或多个特性的测量，从而获得分层控制所需的对不同层级水域间中调节含氧量的控制对象的动态参数。
作为一种优选：其中第一即最高层包括对所述的含氧量信号的总体计量的根节点，该根节点的含氧量信号的总体计量对与含氧量相关的逐渐更小细分的一个或多个特性的测量值在设定最终动态参数值波动范围时进行区间上的约束。
作为一种优选：与含氧量相关的逐渐更小细分包括水体生化指标细分和水体物理指标细分二者之一或全部。
作为一种优选：生化指标和物理指标之间也可以以其中之一为参照对另一指标在设定最终动态参数值波动范围时进行区间上的约束。
作为一种优选：设定特定的层级水域对所述含氧量信号的计量而导出的信息在该层水域中被下传到一个或多个更低层级的水域，以便影响在这样层级水域中的传感器信号分析和控制对象的工作。
作为一种优选：设定特定的更层级水域对所述含氧量信号的计量而导出的信息在该层水域中被上传到一个或多个更高层级的水域，以便影响在这样层级水域中的传感器信号分析和控制对象的工作。
作为一种优选：每一层级水域的含氧量信号的总体计量被含氧量时变经验值曲线平滑后修正。
作为一种优选：传感器和控制对象采用远程无线传输方式，将信号送到远程监控中心。
作为一种优选：控制对象是水域间水体交换的阀门开度、增氧泵运行时长。
综上所述，本发明的有益效果是：水体按照层级划分后，对影响水体含氧量信号的因素细分后，通过因素值下传、上传、可以明显减少传感器监控设备建设投入，成本减少；指标值范围约束等综合约束后得到动态特性参数保证该水域所需的含氧量调整稳定性，以及保证水体整体调控的稳定性。又利用时变经验值平滑约束实现了放置水体含氧量控制信号的异常波动带来的控制对象寿命的减少，达到减少维护成本的作用。
附图说明
图1：多层级水域的水体含氧量动态约束处理分层控制过程框图。
图2：以某1小时水体总体溶解氧计量值增益图为约束参照下，某水域生化指标值和物理指标值对应的溶解氧增益值范围约束示例图。
图3：以某1小时某水域生化指标值溶解氧增益图为约束参照下，另一层级水域物理指标值对应的溶解氧增益值范围约束示例图。
图4：以24小时水体溶解氧时变经验值曲线平滑约束波动控制曲线得到平滑溶解氧控制曲线示意图。
具体实施方式
如图1所示：一种水体含氧量动态约束处理分层控制的方法：在多个可以互通的水域1-1，1-2，1-3…1-N的每一块水域中设置一个或多个传感器，其中在每块水域中的一个或多个传感器进行对含氧量的一个或多个特性的测量，这些特性是从背景技术所已知的水体含氧量的指标主要涉及物理指标因素和生化指标因素两方面进行传感器测量：其中物理指标因素包括水温、光照强度、水深、水域面积、水流速度、悬浮物固体浓度等；生化指标因素包括水体动植物数量、好氧有机物浓度、盐度、化学需氧量COD、生化需氧量BOD等。本发明中这些特性的测量在不同的水域中的数量和种类是不一样的。这主要依靠不同层级间水域中生化指标和物理指标的传递性，这就实现了水流依次流经的更低层的水域中工作的一个或多个传感器对与含氧量相关的逐渐更小细分就包括水体生化指标细分和水体物理指标细分二者之一或全部来确定对不同层级水域间中调节含氧量的控制对象的动态参数。
这里的“逐渐更小细分”的进一步解释就是选取水体生化指标和水体物理指标的二者之一中更多种特性的测量值来综合评判，或是两者中各获取部分特性的测量值来综合评判，或是对某一指标中的某一特性的测量值在水流依次流经的更低层的水域中设置更为细致分布的传感器进行精细化监测。
图中生化指标的信息可从2-1到2-2到2-3到…到2-N；物理指标的信息可从3-1到3-2到3-3到…到3-N。例如：水域1-1、1-2和1-3分别的物理指标3-1、3-2和3-3中由于水域间隔近，光照强度和水深的特性测量值是相等的则就可只在水域1-1中安装感光度传感器和液位传感器，减少水域1-2和1-3的传感器安装成本。1-2中可设置与含氧量相关的逐渐更小细分，即物理指标的一个或多个特性的测量，即对物理指标中的水域面积与水温这两个指标进行传感器监测，补充来自水域1-1中感光度传感器和液位传感器这两样与含氧量相关的因素，将含氧量的分析因素细分到四项，必然分析更为全面。
进一步的举例：当水域1-1、1-2和1-3可共享物理指标中的光照强度和水深的特性测量值时，水域1-3可以只增加化学指标中的因素测量传感器，实现水体生化指标和水体物理指标两者中各获取部分特性的测量值来综合评判。如此的“逐渐更小细分”能使数据分析结论，彼此有参考对比，对含氧量信息的纠偏具有明显的作用。
进一步的举例：当水域1-1和1-2中饲养的水产同为虾类，而1-3中饲养的水产是蟹类，生化指标2-1和2-2中水体动植物数量基本一致，但水域1-3的水域面积较水域1-2大2倍，则将生化指标2-1化学需氧量COD这一特征的测量值传递到生化指标2-3中作为参考值，并且在水域1-3中的不同区域和水体深度中安装多个化学需氧量COD传感器，从而更小的细分化测量。即对某一指标中的某一特性的测量值在水流依次流经的更低层的水域中设置更为细致分布的传感器进行精细化监测。这样可以使数据分析既有历史依据，又有当前依据，若两者差异巨大，则可推测传感器数据错误或其余不正常因素。可见如此的“逐渐更小细分”能使数据分析结论对含氧量信息的大范围波动错误具有清晰的分辨并有较强的剔除效果。
通过这三个举例，我们可以使得在每个依次更低层的水域中工作的所述一个或多个传感器对含氧量信号的逐渐更小细分的一个或多个特性的测量。测量获得控制不同层级水域间含氧量的动态参数4-1，4-2，4-3…4-N。上述动态参数分别控制水域中水体交换的阀门开度、增氧泵运行时长等控制对象6-1，6-2，6-3…6-N。
进一步的为了保证水体含氧量控制中即保证水体中某水域由于缺少部分传感器，紧靠一个或多个传感器对含氧量信号的逐渐更小细分测量的情况下该水域所需的调整稳定性，以及保证水体整体调控的稳定性，如图1所示：第一即最高层包括对所述的含氧量信号的总体计量的根节点，即：水体含氧量信号总体计量10，水体含氧量信号总体计量10的数据来自各水域生化指标或物理指标或两者接合汇总分析后得到。该根节点的含氧量信号总体计量对含氧量信号的逐渐更小细分的一个或多个特性的测量值在设定最终动态参数值波动范围时进行区间上的约束分析5-1，5-2，5-3…5-N。如图2所示：动态参数值取溶解氧增益值OD-K，约束分析过程如下：图中某1小时水体总体溶解氧计量值增益图中时间段TA～TB中总体溶解氧计量值增益OD-K的范围是KZ～KZ，以此为约束参照下，某水域生化指标值和物理指标值对应的溶解氧增益值OD-K范围KS～KS和KW～KW分别与KZ～KZ取交集后修正得到约束范围，其中生化指标值对应的溶解氧增益值OD-K的范围变为KS～KS＇。
生化指标和物理指标之间也可以以其中之一为参照对另一指标在设定最终动态参数值波动范围时进行区间上的约束。如图3所示：动态参数值取溶解氧增益值OD-K，约束过程如下：某水域生化指标值和物理指标值在时间段TA～TB所对应的溶解氧增益值OD-K范围KS～KS和KW～KW以KS～KS为约束参照后，其中物理指标值对应的溶解氧增益值OD-K的范围被取交集后约束为KW＇～KW。
进一步的，设定特定的层级水域对所述含氧量信号的计量而导出的信息在该层水域中被下传到一个或多个更低层级的水域，以便影响在这样层级水域中的传感器信号分析和控制对象的工作。设定特定的更层级水域对所述含氧量信号的计量而导出的信息在该层水域中被上传到一个或多个更高层级的水域，以便影响在这样层级水域中的传感器信号分析和控制对象的工作。如图1所示：不同水域对动态参数的约束分析5-1，5-2，5-3…5-N的信息，即含氧量信号的计量而导出的信息，如虚线箭头所示，还可以被下传到一个或多个更低层级的水域，或上传到一个或多个更高层级的水域。
进一步的，每一层级水域的含氧量信号的总体计量被含氧量时变经验值曲线平滑后修正。如图4所示：24小时水体溶解氧时变经验值曲线A平滑约束波动控制曲线B得到溶解氧控制平滑曲线C，即该层级水域的含氧量信号的总体计量的波动曲线被平滑后得到溶解氧控制平滑曲线。原本水体含氧量控制信号的异常波动被平滑后，较少水域间水体交换的阀门开度变化频率、增氧泵启停动作次数，最终实现控制对象寿命的增加，达到减少维护成本的作用。
进一步的，本发明中涉及的传感器和控制对象采用远程无线传输方式，将信号送到远程监控中心。无线传输的方式是SIM卡信号传输或是物联网无线传输技术的应用。并且综上所述的控制方法的全部或是部分关键数据约束处理部分可以一种计算机程序，存储在计算机的可读介质中，并有相应软件和人机交互式界面用于远程中央监控。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (9)
1.一种水体含氧量动态约束处理分层控制的方法，其特征在于：在多个可以互通的水域的每一块水域中设置一个或多个传感器，其中在每块水域中的所述一个或多个传感器进行对与含氧量相关的一个或多个特性的测量，以使得在每个水流依次流经的更低层水域中工作的所述一个或多个传感器对与含氧量相关的逐渐更小细分的一个或多个特性的测量，从而获得分层控制所需的对不同层级水域间中调节含氧量的控制对象的动态参数值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：其中第一即最高层包括对所述的含氧量信号的总体计量的根节点，该根节点的含氧量信号的总体计量对与含氧量相关的逐渐更小细分的一个或多个特性的测量值在设定最终动态参数值波动范围时进行区间上的约束。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的与含氧量相关的逐渐更小细分包括水体生化指标细分和水体物理指标细分二者之一或全部。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：生化指标和物理指标之间以其中之一为参照对另一指标在设定最终动态参数值波动范围时进行区间上的约束。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：设定特定的层级水域对所述含氧量信号的计量而导出的信息在该层水域中被下传到一个或多个更低层级的水域，以便影响在这样层级水域中的传感器信号分析和控制对象的工作。
6.根据权利要求1或2或5所述的方法，其特征在于：设定特定的层级水域对所述含氧量信号的计量而导出的信息在该层水域中被上传到一个或多个更高层级的水域，以便影响在这样层级水域中的传感器信号分析和控制对象的工作。
7.根据权利要求1或2或5所述的方法，其特征在于：每一层级水域的含氧量信号的总体计量被含氧量时变经验值曲线平滑后修正。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的传感器和控制对象采用远程无线传输方式，将信号送到远程监控中心。
9.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于：所述的控制对象是水域间水体交换的阀门开度、增氧泵运行时长。
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|---|---|
| CN (1) | CN105320164B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114698583A (zh) * | 2022-05-17 | 2022-07-05 | 青岛国信蓝色硅谷发展有限责任公司 | 工厂化鱼类养殖智能溶解氧自调控方法及其系统 |
| CN118333286A (zh) * | 2024-06-17 | 2024-07-12 | 大连守业生物科技有限公司 | 一种用于水产养殖的水质智能检测方法及系统 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050120778A1 (en) * | 2003-07-14 | 2005-06-09 | Brian Von Herzen | Distributed sensor array for fluid contaminant monitoring |
| WO2010077767A1 (en) * | 2009-01-02 | 2010-07-08 | Hach Company | Oxygen monitoring system and method for determining an oxygen density load of a fluid |
| CN201623860U (zh) * | 2009-12-08 | 2010-11-03 | 西安元智系统技术有限责任公司 | 一种无线传感器网络及基于该传感器网络的水质监测系统 |
| CN201681071U (zh) * | 2009-12-11 | 2010-12-22 | 中国计量学院 | 多参数模块化养殖水环境无线监测系统 |
| CN201821510U (zh) * | 2010-08-26 | 2011-05-04 | 李中兵 | 基于无线传感网络的鱼塘环境信息检测系统 |
| CN102902240A (zh) * | 2011-07-30 | 2013-01-30 | 无锡博越信息技术有限公司 | 一种基于物联网的水产智能监控系统 |
| CN103529866A (zh) * | 2013-10-18 | 2014-01-22 | 丹阳市现代生态水产养殖场 | 溶解氧智能控制系统 |
| CN104213534A (zh) * | 2014-07-18 | 2014-12-17 | 中国长江三峡集团公司 | 融合多源信息的梯级水库自适应综合调度系统及调度方法 |
| CN204265536U (zh) * | 2014-10-11 | 2015-04-15 | 福建工程学院 | 微增氧在线监测自控系统 |
-
2015
- 2015-06-30 CN CN201510387663.8A patent/CN105320164B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050120778A1 (en) * | 2003-07-14 | 2005-06-09 | Brian Von Herzen | Distributed sensor array for fluid contaminant monitoring |
| WO2010077767A1 (en) * | 2009-01-02 | 2010-07-08 | Hach Company | Oxygen monitoring system and method for determining an oxygen density load of a fluid |
| CN201623860U (zh) * | 2009-12-08 | 2010-11-03 | 西安元智系统技术有限责任公司 | 一种无线传感器网络及基于该传感器网络的水质监测系统 |
| CN201681071U (zh) * | 2009-12-11 | 2010-12-22 | 中国计量学院 | 多参数模块化养殖水环境无线监测系统 |
| CN201821510U (zh) * | 2010-08-26 | 2011-05-04 | 李中兵 | 基于无线传感网络的鱼塘环境信息检测系统 |
| CN102902240A (zh) * | 2011-07-30 | 2013-01-30 | 无锡博越信息技术有限公司 | 一种基于物联网的水产智能监控系统 |
| CN103529866A (zh) * | 2013-10-18 | 2014-01-22 | 丹阳市现代生态水产养殖场 | 溶解氧智能控制系统 |
| CN104213534A (zh) * | 2014-07-18 | 2014-12-17 | 中国长江三峡集团公司 | 融合多源信息的梯级水库自适应综合调度系统及调度方法 |
| CN204265536U (zh) * | 2014-10-11 | 2015-04-15 | 福建工程学院 | 微增氧在线监测自控系统 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 孙道宗 等: "鱼塘含氧量自动监控系统", 《农机化研究》 * |
| 张博 等: "无线传感器技术在鱼塘含氧量监控中的应用", 《软件导刊》 * |
| 王东 等: "大型水库水体动态分层特性试验研究及水源分层优化利用探讨", 《中国农村水利水电》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114698583A (zh) * | 2022-05-17 | 2022-07-05 | 青岛国信蓝色硅谷发展有限责任公司 | 工厂化鱼类养殖智能溶解氧自调控方法及其系统 |
| CN118333286A (zh) * | 2024-06-17 | 2024-07-12 | 大连守业生物科技有限公司 | 一种用于水产养殖的水质智能检测方法及系统 |
| CN118333286B (zh) * | 2024-06-17 | 2024-09-06 | 大连守业生物科技有限公司 | 一种用于水产养殖的水质智能检测方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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