CN107249317B - 基于云的自动水产养殖系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种用于一个或许多离岸水产养殖场的远程监控以及命令和控制的系统和方法。操作人员能够安全地访问托管于云中的Web应用程序和服务，通过所述Web应用程序和服务能够自动地调度和执行例如喂养鱼类、清洁网箱以及清除死亡鱼类等饲养功能。离岸水产养殖场将环境传感器数据和视频反馈等信息转送回至云以由操作人员查看。

Description

基于云的自动水产养殖系统
相关申请的交叉参考
本申请案主张2015年2月19日提交的第62/118,171号美国临时申请案的优先权。此先前提交的申请案的整个内容在此全部并入。
技术领域
某些实施例总体上涉及计算机系统的使用，且更具体地说，涉及使用云计算用于水产养殖系统的自动化监控以及命令和控制。
背景技术
管理和操作传统的开放海域水产养殖系统充满了非常困难且危险的任务。例如喂养鱼类、清洁网箱或监控环境等日常饲养功能要求工作团队每天去几趟容纳鱼类的离岸围栏。当极其靠近海岸(例如，<5nm)时，操作人员可能每天花费两小时以上的空闲时间往返离岸水产养殖场(offshore aquafarm)。随着商业水产养殖场扩展，与海岸的距离以及网箱的大小将显著增大，从而加剧了此传统模型的低效率并降低了养殖场的获利能力。
发明内容
一个实施例涉及一种系统，其包含：至少一个离岸水产养殖场，所述离岸水产养殖场包括饲养设备和至少一个水产养殖网箱；计算和网络设备；云服务；以及至少一个上行链路，所述上行链路经配置以提供计算和网络设备与云服务之间的连通性。云服务经配置以由远程操作人员访问来监控和控制至少一个离岸水产养殖场。
另一实施例涉及一种方法，其可以包含经由至少一个上行链路将至少一个离岸水产养殖场连接到云服务，其中所述至少一个离岸水产养殖场包括饲养设备以及计算和网络设备。所述方法还可包含通过远程操作人员经由访问云服务来监控和控制至少一个离岸水产养殖场。
附图说明
为了适当理解本发明，应参考附图，其中：
图1示出根据一个实施例的高阶系统架构，其中操作人员可通过云服务访问多个水产养殖场；
图2示出利用多个网络适配器提供冗余网络链接的水产养殖场的一个实施例；
图3示出根据一个实施例的高阶数据云服务架构；以及
图4示出根据实施例的用户能够连接到、监控以及控制水产养殖场的多种方式。
具体实施方式
容易理解的是，如本文中大体描述且在附图中说明的本发明的组件可以各种不同的配置来布置和设计。因此，如附图中表示的，基于云的自动水产养殖系统的某些实施例的以下详细描述并不旨在限制本发明的范围，而是仅表示本发明的选定实施例。
在整个本说明书中描述的本发明的特性、结构或特征可以通过任何合适方式组合在一个或更多个实施例中。例如，词组“某些实施例”、“一些实施例”或其它类似语言在整个本说明书中的使用是指以下事实：结合实施例描述的特定特性、结构或特征可以包含在本发明的至少一个实施例中。因此，词组“在某些实施例中”、“在一些实施例中”、“在其它实施例中”或其它类似语言在整个本说明书中的出现未必都指实施例的相同群组，并且所描述特性、结构或特征可以通过任何合适方式组合在一个或更多个实施例中。
另外，必要时，下文所论述的不同配置和功能可以按不同次序和/或彼此同时执行。此外，必要时，所描述配置或功能中的一个或更多个可以是可选的或可以组合。因此，以下描述应该被视为仅说明本发明的原理、教示和实施例，而不限制本发明。
大多数传统饲养功能涉及呈各种配置的大量模拟泵和电机。这些装置需要以特定方式接通和断开以实现日常任务而不会有害于设备或鱼类。需要操作人员实际地紧邻设备，从而不断地监控系统以发现故障或缺陷。其它饲养功能包含通过从多个位置获取样本来监控水产养殖场中和周围的水质，这是耗时的操作。
不能可靠地与水产养殖系统通信并使劳动密集型任务自动化是可扩展水产养殖系统的显著屏障。
如图1的实例中所示，操作人员100能够通过管理云服务101与离岸水产养殖场105和相关联饲养设备104通信和互动。所提供的饲养功能包含但不限于喂养鱼类、捕获鱼类、清洁水产养殖网箱以及从水产养殖网箱清除死亡鱼类。云服务101可以将水产养殖场105聚集到单个云环境中，从而允许操作人员100同时监控和控制一个或更多个水产养殖场105。
根据本发明的某些实施例，一个或更多个上行链路102提供计算和网络设备103到云服务101的网络连通性。网络和计算设备可以包含防火墙、嵌入式计算机、交换器、支持互联网协议(IP)的摄像头，以及有助于离岸水产养殖场105上安装的饲养设备104的安全、可靠监控以及命令和控制(C2)的其它支持网络的装置。机载计算和网络设备103可以通过传输控制协议(TCP)等标准化协议与饲养设备104直接通信，或通过支持比如TCP的协议的机电装置与饲养设备104间接地通信。
图2示出利用两个适配器202的实施例，所述适配器用作用于水产养殖场的上行链路102。根据一个实施例，为了保证网络连通性，主要网络适配器201结合备份网络适配器202使用。在一个实施例中，网络适配器经配置以提供高可用性(HA)，其中如果主要网络适配器201出故障，将使得网络业务量被路由通过备份网络适配器202。在另一实施例中，网络适配器并行地配置，从而允许网络业务量流动通过主要网络适配器201或备份网络适配器202。计算和网络设备可以检测通过主要网络适配器201的拥塞并且选择通过辅助网络适配器202路由业务量，因此聚集可用于网络通信的带宽。网络适配器可以利用Wi-Fi等高带宽通信技术以及蜂窝式网络或DSL等较低带宽技术。
图3示出云服务300的高阶架构实施例以及其可以与之互动的外部作用者。云服务300可以利用基础设施即服务(IaaS)提供商或平台即服务(PaaS)提供商来管理计算资源，例如处理能力和网络带宽。在另一实施例中，云服务300在管理数据中心中自托管。公共服务302可以托管能由操作人员301经由各种构件安全访问的Web应用程序。另外，公共服务302可以向操作人员302显示应用编程接口(API)，从而以JavaScript对象符号(JSON)或可扩展标记语言(XML)等行业标准格式提供数据和C2资源。
可以通过针对短期存储数据库303中存储的期望值检查操作人员301提供的凭证来实现获得对云服务的接入。在另一实施例中，可以使用外部活动目录、OAuth或OpenID等第三方验证机制306验证用户并确保安全。
通过网络分段、虚拟专用网络(VPN)或以其它方式，能够固定专用服务305以仅允许从水产养殖场307进行访问。类似地，可以通过防火墙、网络配置或以其它方式配置水产养殖场307以限制仅仅到所允许专用服务305的连通性。在一个实施例中，专用服务305可以向外延伸至水产养殖场307，从而启动并维持提供从水产养殖场307到其它云服务300的路由的网络链路。在又另一个实施例中，水产养殖场307可以初始化并且维持到云300中托管的各种服务的安全连接。
可以通过两个机制满足数据存储要求。短期存储装置303可以提供尤其对系统已经接收到的最新易失性数据的瞬时访问。短期存储装置303的实例可以是存储器缓存。长期存储装置304可以提供对非易失性存储器的较慢访问，从而允许数据存留到磁盘并保存用于后续使用。可以通过MS SQL或MongoDB等传统数据库包提供存储服务，并且将存储服务直接存储到硬盘驱动器上。其它实施例可以包含使用由Amazon网站服务等IaaS提供的基于云的对象存储装置。
取决于本公开的实施例，云服务300可以存在于一个或许多计算装置上。在一个实施例中，每个服务可以存在于其自身的计算装置上，具有其自身的专用资源。根据另一实施例，构成云服务300的所有组件可以存在于单个计算装置上，其中资源(硬盘驱动器、存储器等)在服务之间共享。
图4示出通过本公开提供的操作人员400可以访问云服务406的许多方式的实例。在一个实施例中，操作人员400可以通过安装在台式计算机401上的web浏览器访问云服务406以及由此一个或许多水产养殖场。额外实施例包含通过安装在笔记本电脑402或智能手机403上的web浏览器访问云服务406。
所属领域的技术人员将容易理解，如上文所论述的本发明可以通过不同次序的步骤和/或通过呈不同于所公开配置的配置的硬件元件来实践。因此，尽管已基于这些优选实施例描述本发明，但是所属领域的技术人员将明白，在保持在本发明的精神和范围内时，某些修改、变化和替代构造将是明显的。为了确定本发明的边界和界限，因此应参考所附权利要求书。

Claims (12)

1.一种远程监控和命令和控制一个或更多个离岸水产养殖场的系统，所述系统包括：
在开放海域中的至少一个离岸水产养殖场，所述离岸水产养殖场包括饲养设备和至少一个水产养殖网箱；
计算和网络设备；
云服务；以及
至少一个上行链路，所述至少一个上行链路经配置以提供所述计算和网络设备与所述云服务之间的连通性；
其中所述云服务经配置以由远程操作人员访问来监控和控制所述至少一个离岸水产养殖场；
其中所述云服务利用基础设施即服务提供商或平台即服务提供商来管理计算资源，其中所述云服务经配置以将多个离岸水产养殖场聚集到单个云环境中，从而允许操作人员同时监控和控制所述多个离岸水产养殖场，
其中所述监控和控制所述至少一个离岸水产养殖场包括监控和控制所述饲养设备以调度和执行饲养功能，以及
其中所述饲养功能包括以下各项中的至少一项：从所述至少一个离岸水产养殖场捕获鱼类、清洁所述至少一个水产养殖网箱以及从所述至少一个水产养殖网箱清除死亡鱼类。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述饲养功能包括喂养鱼类。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述计算和网络设备包括防火墙、嵌入式计算机、交换器、支持互联网协议的摄像头即支持IP的摄像头，以及有助于所述至少一个离岸水产养殖场上安装的所述饲养设备的安全监控以及命令和控制即C2的其它支持网络的装置。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个上行链路包括至少两个网络适配器。
5.根据权利要求1所述的系统，其中在允许所述远程操作人员访问所述云服务之前，针对短期存储数据库中存储的期望值检查操作人员提供的凭证。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述远程操作人员通过Web应用程序访问所述云服务。
7.一种远程监控和命令和控制一个或更多个离岸水产养殖场的方法，所述方法包括：
经由至少一个上行链路将在开放海域中的至少一个离岸水产养殖场连接到云服务，其中所述至少一个离岸水产养殖场包括饲养设备、至少一个水产养殖网箱以及计算和网络设备；
其中所述云服务利用基础设施即服务提供商或平台即服务提供商来管理计算资源，以及
其中所述云服务经配置以将多个离岸水产养殖场聚集到单个云环境中，从而允许操作人员同时监控和控制所述多个离岸水产养殖场，以及
通过远程操作人员经由访问所述云服务来监控和控制所述至少一个离岸水产养殖场；
其中所述监控和控制所述至少一个离岸水产养殖场包括监控和控制所述饲养设备以调度和执行饲养功能；以及
其中所述饲养功能包括以下各项中的至少一项：从所述至少一个离岸水产养殖场捕获鱼类、清洁所述至少一个水产养殖网箱以及从所述至少一个水产养殖网箱清除死亡鱼类。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述饲养功能包括喂养鱼类。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述计算和网络设备包括防火墙、嵌入式计算机、交换器、支持互联网协议的摄像头即支持IP的摄像头，以及有助于所述至少一个离岸水产养殖场上安装的所述饲养设备的安全监控以及命令和控制即C2的其它支持网络的装置。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述至少一个上行链路包括至少两个网络适配器。
11.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括在允许所述远程操作人员访问所述云服务之前，针对短期存储数据库中存储的期望值检查操作人员提供的凭证。
12.根据权利要求7所述的方法，其中所述远程操作人员通过Web应用程序访问所述云服务。
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