CN109164853A - 鱼类养殖环境智能管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了鱼类养殖环境智能管理系统，包括管理终端、环境感知装置和智能终端；所述的环境感知装置、智能终端与管理终端通信连接；所述的环境感知装置包括汇聚节点和无线传感器网络节点，多个无线传感器网络节点随机分布在鱼类养殖场监控区域内，通过自组织方式构成无线传感器网络；汇聚节点部署于鱼类养殖场监控区域外，通过通信网络与管理终端通信，汇聚无线传感器网络节点采集的养殖环境参数并发送至管理终端；所述的管理终端用于对汇聚节点传送的养殖环境参数进行存储、显示，并在水质异常时向智能终端发送报警信号。

Description

鱼类养殖环境智能管理系统

技术领域

本发明涉及鱼类养殖环境监控技术领域，具体涉及鱼类养殖环境智能管理系统。

背景技术

在鱼类养殖的过程中，鱼类的排泄物以及剩余的饲料会在养殖池内不断累积造成养殖池水体富营养化，严重影响鱼类的健康以及降低鱼类的产量。现有常规的水质监测手段无法实现迅速、准确、实时的水质监测，从而影响鱼类养殖的科学管理工作。

发明内容

针对上述问题，本发明提供鱼类养殖环境智能管理系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了鱼类养殖环境智能管理系统，包括管理终端、环境感知装置和智能终端；所述的环境感知装置、智能终端与管理终端通信连接；所述的环境感知装置包括汇聚节点和无线传感器网络节点，多个无线传感器网络节点随机分布在鱼类养殖场监控区域内，通过自组织方式构成无线传感器网络；汇聚节点部署于鱼类养殖场监控区域外，通过通信网络与管理终端通信，汇聚无线传感器网络节点采集的养殖环境参数并发送至管理终端；所述的管理终端用于对汇聚节点传送的养殖环境参数进行存储、显示，并在水质异常时向智能终端发送报警信号。

优选地，无线传感器网络节点包括水温传感器、溶解氧浓度传感器、大气压传感器、酸碱值传感器。

优选地，所述的管理终端包括存储器、显示器、处理器和报警装置，存储器、显示器、报警装置皆与处理器通信连接。

本发明的有益效果为：能够迅速、准确、实时监测到养殖环境参数，从而监控人员能够根据监测到的养殖环境参数采取相应的措施，实现鱼类养殖的科学养殖与管理，从而优化养殖工艺，提高鱼类的成活率，增加养殖效益。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明一个示例性实施例的鱼类养殖环境智能管理系统的结构框图；

图2是本发明一个示例性实施例的管理终端的连接框图。

附图标记：

管理终端1、环境感知装置2、智能终端3、存储器10、显示器20、处理器30、报警装置40。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本实施例提供的鱼类养殖环境智能管理系统，包括管理终端1、环境感知装置2、智能终端3；所述的环境感知装置2、智能终端3与管理终端1通信连接。

环境感知装置2包括汇聚节点和多个无线传感器网络节点。其中，多个无线传感器网络节点随机分布在鱼类养殖场监控区域内，通过自组织方式构成无线传感器网络；汇聚节点部署于鱼类养殖场监控区域外，通过通信网络与管理终端1通信，汇聚无线传感器网络节点采集的养殖环境参数并发送至管理终端1。

在一种实施方式中，无线传感器网络节点包括水温传感器、溶解氧浓度传感器、大气压传感器、酸碱值传感器。

在一个实施例中，管理终端1用于对汇聚节点传送的养殖环境参数进行存储、显示，并在水质异常时向智能终端3发送报警信号。在一个实施例中，如图2所示，所述的管理终端1包括存储器10、显示器20、处理器30和报警装置40，存储器10、显示器20、报警装置40皆与处理器30通信连接。

本发明上述实施例能够迅速、准确、实时监测到养殖环境参数，从而监控人员能够根据监测到的养殖环境参数采取相应的措施，实现鱼类养殖的科学养殖与管理，从而优化养殖工艺，提高鱼类的成活率，增加养殖效益。

在一个实施例中，网络初始化后，无线传感器网络节点根据汇聚节点广播的分簇消息先选举出簇头并分簇；簇头负责收集簇内无线传感器网络节点采集的养殖环境参数，并将收集的养殖环境参数传输至汇聚节点。

在一种能够实现的方式中，选举出簇头的方法为，为所有无线传感器网络节点选取一个0到1之间的随机数，如果这个随机数小于预先设定的一个门限值，则该无线传感器网络节点被选为簇头，如果选举出来的两个簇头距离较近，则其中剩余能量高的无线传感器网络节点会作为簇头。还可以通过其他选举簇头的方法进行簇头选举和分簇。本实施例对具体的分簇方法不作限定。

在一个实施例中，分簇完成后，簇头获取到簇内无线传感器网络节点的最大剩余能量G_max0、最小剩余能量G_min0，根据下列的优先级划分公式为自己及簇内各无线传感器网络节点分配优先级，并按照设定的周期及时更新自己与簇内各无线传感器网络节点的优先级信息：

式中，E_i为无线传感器网络节点i的优先级，y为设定优先级数；int为取整函数，表示对进行取整运算；

若簇头的当前优先级低于簇内无线传感器网络节点的平均优先级，则在簇内最大优先级的无线传感器网络节点中选择距离自身最近的无线传感器网络节点作为新簇头，以实现簇头轮换。

本实施例以能量为依据，设定了优先级划分公式，并根据优先级划分公式对各无线传感器网络节点进行优先级分配；本实施例规定簇头在当前优先级低于簇内无线传感器网络节点的平均优先级时进行簇头轮换，有利于均衡分簇内各无线传感器网络节点的能量，避免簇头因能量快速消耗而失效，为鱼类养殖环境智能管理系统稳定运行奠定良好基础。

在一个实施例中，以簇头为根节点，簇内无线传感器网络节点根据优先级划分成多个子簇，并随着优先级信息的更新而重新划分子簇；其中每个子簇内的无线传感器网络节点的优先级相同；对于每个子簇，若子簇内的无线传感器网络节点满足下列公式，则作为子根节点，直接与簇头进行通信，而每个非子根节点在比它优先级高一级的子簇内的子根节点中选择下一跳节点：

或者

式中，u_io为无线传感器网络节点i与簇头的距离，Ω_i表示无线传感器网络节点i的邻居节点集，u_jo为无线传感器网络节点i的邻居节点集中的无线传感器网络节点j与簇头的距离；Ψ_i表示无线传感器网络节点i所在的子簇，u_ko为无线传感器网络节点i所在的子簇中的无线传感器网络节点k到簇头的距离。

本实施例设定了簇内无线传感器网络节点到对应簇头的通信机制，该通信机制中，根据优先级划分成多个子簇，并在每个子簇内确定与簇头直接通信的子根节点，而每个非子根节点在比它优先级高一级的子簇内的子根节点中选择下一跳节点。

本实施例通过设置子根节点的当选条件并限制养殖环境参数转发的跳数，有利于尽可能降低养殖环境参数传输的能耗，通过限定下一跳节点始终是优先级高一级的无线传感器网络节点，能够降低簇内低能量无线传感器网络节点的能耗，使得网络的负载能够被分担到簇内高能量的无线传感器网络节点上，均衡了网络中的能量消耗，有助于延长无线传感器网络的生命周期，提高鱼类养殖环境智能管理系统的稳定性。

在一个实施例中，非子根节点将比它优先级高一级的子簇内的各子根节点作为备选节点，构建备选节点列表，非子根节点按照下列公式计算各备选节点的权值，将备选节点列表中的各备选节点按照权值由大到小的顺序进行排序：

式中，D_ab为非子根节点a的备选节点b的权值，u_ab为非子根节点a与所述备选节点b的距离，u_bo为所述备选节点b与对应簇头的距离，L为簇距离，r₁、r₂为设定的权重系数，且满足r₁+r₂＝1；

非子根节点在选择下一跳节点时，在备选节点列表中选择排序最前的备选节点作为下一跳节点。

其中，非子根节点的备选节点列表随着优先级信息的更新而更新。

本实施例基于备选节点的相对位置设定了权值的计算公式，并根据备选节点的权值大小对备选节点列表中的各备选节点进行排序。本实施例只需要进行一次的权值计算，在后续备选节点列表的更新中只需要删除不符合优先级条件的备选节点或者增加新的备选节点，提高了下一跳节点的选择效率，优化了无线传感器网络的性能。非子根节点在选择下一跳节点时，在备选节点列表中选择排序最前的备选节点作为下一跳节点，有利于节省养殖环境参数转发的能耗，提高养殖环境参数转发的可靠性。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.鱼类养殖环境智能管理系统，其特征是，包括管理终端、环境感知装置和智能终端；所述的环境感知装置、智能终端与管理终端通信连接；所述的环境感知装置包括汇聚节点和无线传感器网络节点，多个无线传感器网络节点随机分布在鱼类养殖场监控区域内，通过自组织方式构成无线传感器网络；汇聚节点部署于鱼类养殖场监控区域外，通过通信网络与管理终端通信，汇聚无线传感器网络节点采集的养殖环境参数并发送至管理终端；所述的管理终端用于对汇聚节点传送的养殖环境参数进行存储、显示，并在水质异常时向智能终端发送报警信号。

2.根据权利要求1所述的鱼类养殖环境智能管理系统，其特征是，无线传感器网络节点包括水温传感器、溶解氧浓度传感器、大气压传感器、酸碱值传感器。

3.根据权利要求1或2所述的鱼类养殖环境智能管理系统，其特征是，所述的管理终端包括存储器、显示器、处理器和报警装置，存储器、显示器、报警装置皆与处理器通信连接。

4.根据权利要求1所述的鱼类养殖环境智能管理系统，其特征是，网络初始化后，无线传感器网络节点根据汇聚节点广播的分簇消息先选举出簇头并分簇；簇头负责收集簇内无线传感器网络节点采集的养殖环境参数，并将收集的养殖环境参数传输至汇聚节点。

5.根据权利要求4所述的鱼类养殖环境智能管理系统，其特征是，分簇完成后，簇头获取到簇内无线传感器网络节点的最大剩余能量G_max0、最小剩余能量G_min0，根据下列的优先级划分公式为自己及簇内各无线传感器网络节点分配优先级，并按照设定的周期及时更新自己与簇内各无线传感器网络节点的优先级信息：

式中，E_i为无线传感器网络节点i的优先级，y为设定优先级数；int为取整函数，表示对进行取整运算；

若簇头的当前优先级低于簇内无线传感器网络节点的平均优先级，则在簇内最大优先级的无线传感器网络节点中选择距离自身最近的无线传感器网络节点作为新簇头，以实现簇头轮换。

6.根据权利要求5所述的鱼类养殖环境智能管理系统，其特征是，以簇头为根节点，簇内无线传感器网络节点根据优先级划分成多个子簇，并随着优先级信息的更新而重新划分子簇；其中每个子簇内的无线传感器网络节点的优先级相同；对于每个子簇，若子簇内的无线传感器网络节点满足下列公式，则作为子根节点，直接与簇头进行通信，而每个非子根节点在比它优先级高一级的子簇内的子根节点中选择下一跳节点：

或者

式中，u_io为无线传感器网络节点i与簇头的距离，Ω_i表示无线传感器网络节点i的邻居节点集，u_jo为无线传感器网络节点i的邻居节点集中的无线传感器网络节点j与簇头的距离；Ψ_i表示无线传感器网络节点i所在的子簇，u_ko为无线传感器网络节点i所在的子簇中的无线传感器网络节点k到簇头的距离。