CN106998592A - 一种基于无线传感网络的渔业智能施药方法 - Google Patents

一种基于无线传感网络的渔业智能施药方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于无线传感网络的渔业智能施药方法，采用学习模式操控施药船在需要施药的水域边界设定定位点序列后，由路径规划算法将定位点序列转化为多边形边界，并在此基础上向内生成偏置多边形即行驶路线。偏置多边形生成循环多次，直到偏置量小于设定值。在行驶中，受到风力、波浪等因素影响或行驶到规划路径转弯处时，施药船进行自我姿态判断及柔性控制行驶。自我姿态判断依靠行驶角度与偏移距离确定；柔性控制算法对定位信息、路径信息及惯性滑行数据进行运算，输出数字驱动信号并通过控制器分别调整两个推进螺旋桨转速，实现柔性变速与转向。此发明提高了渔业施药环境下施药船的自主运行能力，解决了传统的施药不均且耗时费力问题，保证了施药的作业效果。

Description

一种基于无线传感网络的渔业智能施药方法
技术领域
本发明涉及渔业养殖技术领域，具体而言，涉及一种基于无线传感网络的渔业智能施药方法。
背景技术
传统施药过程依靠人工完成，存在施药不均且耗时费力问题，在使用毒性较大的渔药时，还易造成人、畜、鱼中毒。
池塘养殖水面小，管理方便，容易实现高产。然而，高密度、高投饵、高产量养殖模式也为养殖水体带来了严重的内源污染，发病率逐年增多。目前养殖病害已经成为制约渔业可持续发展的瓶颈之一。
目前，国内关于渔药喷施机械的研究尚处于起步阶段。目前已有的施药船在投饵、喷药等作业方面能部分实现自动化，但存在用药不均匀、需要手动控制、“一塘配一机”、设备在池塘间不能共享等情况。
发明内容
本发明提供一种基于无线传感网络的渔业智能施药方法，用以解决当前池塘养殖环境下施药船的自主施药能力较差的问题。
为达到上述目的，本发明提出了一种基于无线传感网络的渔业智能施药方法，包括以下步骤：
S1：规划施药船在作业区域内通过Wi-Fi与岸基移动终端建立无线网络连接。
S2：通过Wi-Fi通信模块将船载GPRS、温度、水深、含氧量等传感器信号，经初步处理后通过岸基Wi-Fi AP传输给移动终端。
S3：根据传感器数据，匹配相应的施药参数，通过无线局域网传输至移动终端。
S4：移动终端连接移动互联网时，将数据压缩后加密上传至云存储平台存储。
S5：所述施药船通过自动控制或移动客户端的自由控制，绕水域边界行驶一周，完成定位点序列的采集(水域边界形状学习)。
S6：所述施药船通过采集的定位点序列，将水域形状简化成简单多边形(不含孤岛)，自动生成规划路径并存入中心存储器。
S7：路径规划算法将定位点序列转化为多边形边界，并在此基础上向内生成偏置多边形即行驶路线，偏置量为水下喷洒宽度。
S8：偏置多边形生成循环多次，直到偏置量小于设定值。
S9：所述施药船按照定位点生成的规划路径自动行驶、调用数据库中配药参数完成自动配药、施药流程。
S10：所述施药船在施药过程中，随着外界因素的影响(波浪、转弯、药量变化等)，施药船进行自我姿态判断并实现柔性化自动控制。
S11：自我姿态判断依靠行驶角度与偏移距离进行确定。
可选的，所述施药船在作业区域内通过Wi-Fi与岸基移动终端建立无线网络连接。
可选的，所述施药船通过采集的定位点序列，将水域形状简化成简单多边形(不含孤岛)。
可选的，将定位点序列转化为多边形边界，并在此基础上向内生成偏置多边形，即所述施药船的行驶路线。
可选的，偏置多边形生成循环多次，直到偏置量小于设定值。
可选的，所述施药船按照定位点生成的规划路径自动行驶、同时调用数据库中配药参数完成自动配药、施药流程。
可选的，施药船进行自我姿态判断并实现柔性化自动控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例中的一种基于无线传感网络的渔业智能施药方法流程示意图；
图2是本发明实施例中的基于简单多边形(池塘边界)的路径规划示例图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施中的技术方案进行清除、完整的描述，显然，描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明实施例中的一种基于无线传感网络的渔业智能施药方法流程示意图。如图1所示，该方法包括：
S1：规划施药船在作业区域内通过Wi-Fi与岸基移动终端建立无线网络连接；
施药船的Wi-Fi通信模块切换到AP模式，岸基移动终端使用客户端程序扫描施药船身份识别二维码，建立无线网络连接；岸基移动终端对配药船进行初始化，包括基于硬件特征的相互识别和加密认证，并将岸基Wi-Fi连接信息传输到施药船；施药船通过接收到的配置信息连接到岸基Wi-Fi AP并接入无线局域网。
S2：通过Wi-Fi通信模块将船载GPRS、温度、水深、含氧量等传感器信号，经初步处理后通过岸基Wi-Fi AP传输给移动终端；
船载中心控制器可存储传感器与施药数据，并通过无线局域网传输至移动终端；移动终端连接移动互联网时，将数据压缩后加密上传至云存储平台存储。
S3：根据传感器数据，匹配相应的施药参数，通过无线局域网传输至移动终端。
S4：移动终端连接移动互联网时，将数据压缩后加密上传至云存储平台存储。
S5：所述施药船通过自动控制或移动客户端的自由控制，绕水域边界行驶一周，完成定位点序列的采集(水域边界形状学习)。
S6：所述施药船通过采集的定位点序列，将水域形状简化成简单多边形(不含孤岛)，自动生成规划路径并存入中心存储器。
S7：路径规划算法将定位点序列转化为多边形边界，并在此基础上向内生成偏置多边形即行驶路线，偏置量为水下喷洒宽度。
S8：偏置多边形生成循环多次，直到偏置量小于设定值。
S9：所述施药船按照定位点生成的规划路径自动行驶、调用数据库中配药参数完成自动配药、施药流程。
S10：所述施药船在施药过程中，随着外界因素的影响(波浪、转弯、药量变化等)，施药船进行自我姿态判断并实现柔性化自动控制；
当施药船沿着规划行驶路径前行到定位点附近时，通过GPRS定位计算出当前位置与定位点的间距，中心控制器应用柔性控制算法对定位信息、路径信息及惯性滑行数据进行运算，输出数字驱动信号并通过控制器分别调整两个推进螺旋桨转速，实现柔性减速与转向。
S11：自我姿态判断依靠行驶角度与偏移距离进行确定。
图2为本发明一实施例的一种基于无线传感网络的渔业智能施药方法应用场景示意图，如图所示，作业区域边界为一不规则形状，根据其形状沿岸基确定若干个定位点，将定位点依次相连构成最外围航行线，最后一个定位点往内偏移一个距离r，其中r＝施药宽度，进行下一轮的路径规划，直到下一次的r小于施药宽度，则结束。将规划好后的路径保存并上传中心控制器，作为以后的施药路径。
下面进一步说明施药船行驶路线的规划过程，由于作业区域为规则形状时行驶路线较容易规划，且一般情况下作业区域边界均为不规则形状，故以下实施例也假设作业区域边界为不规则形状。
作业区域内行驶路线的规划：
以偏置量t为参数求得区域边界各轮廓段方程并保存到边界循环链表。依次求得边界循环链表的向内(左侧)平分线方程并保存到平分线循环链表。得到的平分线方程也是以t为参数的参数方程；
由起点开始,以第一个边界循环链表边界轮廓线段为偏置线，以施药宽度为偏置距离,沿着逆时针方向求得与第一个平分线循环链表的交点，裁剪偏置线，得到第一个边界轮廓段的偏置线段。依次处理边界循环链表，形成一个完整的封闭偏置环(一圈的施药路径)。增大偏置量，重复上述过程并最终生成覆盖整个水域的施药路径。
本发明实现施药过程的精准化、智能化，配药过程在密闭空间自动完成，并按施药标准将药物均匀压入水下20cm处，杜绝了药物及药液在空中飘散对环境造成的污染，提高了施药的安全性，具有显著的环境效益。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程不一定是实施本发明所必须的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于无线传感网络的渔业智能施药方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：规划施药船在作业区域内通过Wi-Fi与岸基移动终端建立无线网络连接；
S2：通过Wi-Fi通信模块将船载GPRS、温度、水深、含氧量等传感器信号，经初步处理后通过岸基Wi-Fi AP传输给移动终端；
S3：根据传感器数据，匹配相应的施药参数，通过无线局域网传输至移动终端；
S4：移动终端连接移动互联网时，将数据压缩后加密上传至云存储平台存储；
S5：所述施药船通过自动控制或移动客户端的自由控制，绕水域边界行驶一周，完成定位点序列的采集(水域边界形状学习)；
S6：所述施药船通过采集的定位点序列，将水域形状简化成简单多边形(不含孤岛)，自动生成规划路径并存入中心存储器；
S7：路径规划算法将定位点序列转化为多边形边界，并在此基础上向内生成偏置多边形即行驶路线，偏置量为水下喷洒宽度；
S8：偏置多边形生成循环多次，直到偏置量小于设定值；
S9：所述施药船按照由定位点自动生成的规划路径自动行驶、调用数据库中配药参数完成自动配药、施药流程；
S10：所述施药船在施药过程中，随着外界因素的影响(波浪、转弯、药量变化等)，施药船进行自我姿态判断并实现柔性化自动控制；
S11：自我姿态判断依靠行驶角度与偏移距离进行确定。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网络的渔业智能施药方法，其特征在于所述施药船在作业区域内通过Wi-Fi与岸基移动终端建立无线网络连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网络的渔业智能施药方法，其特征在于所述施药船通过采集的定位点序列，将水域形状简化成简单多边形(不含孤岛)。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网络的渔业智能施药方法，其特征在于将定位点序列转化为多边形边界，并在此基础上向内生成偏置多边形，即所述施药船的行驶路线。
5.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网络的渔业智能施药方法，其特征在于偏置多边形生成循环多次，直到偏置量小于设定值。
6.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网络的渔业智能施药方法，其特征在于所述施药船按照定位点生成的规划路径自动行驶、同时调用数据库中配药参数完成自动配药、施药流程。
7.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网络的渔业智能施药方法，其特征在于施药船进行自我姿态判断并实现柔性化自动控制。
8.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网络的渔业智能施药方法，其特征在于自我姿态判断依靠行驶角度与偏移距离进行确定。
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