CN113325741B - 一种水产养殖饲料投喂机的智能化控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水产养殖饲料投喂机的智能化控制系统及控制方法，涉及养殖设施技术领域，包括：获取所述鱼群投喂区的水面环境信号；获取所述非鱼群投喂区的水面环境信号；根据所述鱼群投喂区的水面环境信号和所述非鱼群投喂区的水面环境信号确定饲料投喂机的工作指令，并将所述工作指令发送至所述饲料投喂机；所述工作指令包括继续工作指令和停止工作指令。本发明通过在鱼群投喂区和非鱼群投喂区分别设置信号采集装置同时采集鱼群活跃度信号，并将两个区域内的鱼群活跃度信号做差比较，能够消除由于风浪等环境因素引起的鱼群活跃度中的“伪”信号，保留真实的鱼群活跃度信号，实现饲料投喂机的按需精准控制。

Description

一种水产养殖饲料投喂机的智能化控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及养殖设施技术领域，特别是涉及一种水产养殖饲料投喂机的智能化控制系统及控制方法。

背景技术

鱼群喂食时的抢食活跃度，是表示鱼群饥饿程度的重要指标，其抢食活跃度越高表示鱼群越饥饿，通过检测鱼群摄食时的活跃度变化，可以精准控制饲料投喂机的运行，实现按需投喂饲料，避免饲料投喂不足或投喂过多的风险。

近年来，有人员研究了基于鱼类行为学模式的鱼群活跃度探测方法，该方法是通过采集鱼类的行为引起的周边环境的变化(如水流变化、水面波动等)，来表征鱼群的活跃度信号。

但基于鱼类行为学模式的鱼群活跃度探测方法，也存在一定的局限，即容易受到风浪等自然因素的影响，无法区分捕获的活跃度信号，是由于鱼群活动本身活动引起的，还是受风浪等自然因素引起的。倘若在饲料投喂过程中一直存在风浪影响，此种情况下的风浪影响是可以通过时序动态分析，在一定程度上区分出是由于自然环境因素引起的扰动还是由于鱼群活跃度的真实变化引起的扰动。但是倘若在饲料投喂过程中突发短时的风浪影响，却无法判别和消除所出现的扰动是由于自然环境因素引起的还是由于鱼群活跃度的真实变化引起的。

发明内容

本发明的目的是提供一种水产养殖饲料投喂机的智能化控制系统及控制方法，能够消除鱼群活跃度信号中的“伪”信号，保留真实的鱼群活跃度信号，实现饲料投喂机按需投喂的精准控制。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种水产养殖饲料投喂机的智能化控制系统，包括：

控制器；

第一信号采集装置，与所述控制器连接；所述第一信号采集装置用于采集鱼群投喂区的水面环境信号；所述水面环境信号为水面水流信号或水面波动信号；

第二信号采集装置，与所述控制器连接；所述第二信号采集装置用于采集非鱼群投喂区的水面环境信号；

所述控制器用于获取所述鱼群投喂区的水面环境信号和所述非鱼群投喂区的水面环境信号，并根据所述鱼群投喂区的水面环境信号和所述非鱼群投喂区的水面环境信号确定饲料投喂机的工作指令，并将所述工作指令发送至所述饲料投喂机；所述工作指令包括继续工作指令和停止工作指令。

优选地，所述控制器包括信息获取单元、计算处理单元和指令输出单元；

所述信息获取单元用于获取当前时刻对应的所述鱼群投喂区的水面环境信号和当前时刻对应的所述非鱼群投喂区的水面环境信号；

所述计算处理单元用于计算当前时刻对应的所述鱼群投喂区的水面环境信号与当前时刻对应的所述非鱼群投喂区的水面环境信号的差值；并根据当前时刻对应的所述差值和当前阶段对应的开关阈值确定饲料投喂机的工作指令；所述当前阶段为所述饲料投喂机开启至所述饲料投喂机关闭的时间阶段；

所述指令输出单元用于将所述工作指令发送至所述饲料投喂机。

优选地，所述计算处理单元，还用于判断当前时刻对应的所述差值是否小于当前阶段对应的所述开关阈值；

若是，确定所述饲料投喂机的停止工作指令；

若否，确定所述饲料投喂机的继续工作指令。

优选地，所述水产养殖饲料投喂机的控制系统还包括与所述控制器连接的云服务器；

所述云服务器用于确定当前阶段对应的所述开关阈值，并将所述开关阈值发送至所述控制器中的计算处理单元，其中，不同的阶段对应不同的开关阈值。

优选地，所述第一信号采集装置与所述第二信号采集装置为型号相同的传感器，在没有投喂饲料情况下，两个采集装置采集的信号强度相近。

一种水产养殖饲料投喂机的控制方法，包括：

获取所述鱼群投喂区的水面环境信号；

获取所述非鱼群投喂区的水面环境信号；

根据所述鱼群投喂区的水面环境信号和所述非鱼群投喂区的水面环境信号由信息获取单元获取后，再由计算处理单元确定饲料投喂机的工作指令，并将所述工作指令发送至所述饲料投喂机；所述工作指令包括继续工作指令和停止工作指令。

优选地，所述根据所述鱼群投喂区的水面环境信号和所述非鱼群投喂区的水面环境信号确定饲料投喂机的工作指令，具体包括：

计算当前时刻对应的所述鱼群投喂区的水面环境信号与当前时刻对应的所述非鱼群投喂区的水面环境信号的差值；

根据当前时刻对应的所述差值和当前阶段对应的开关阈值确定饲料投喂机的工作指令，所述当前阶段为所述饲料投喂机开启至所述饲料投喂机关闭的时间阶段。

优选地，所述根据当前时刻对应的所述差值和当前阶段对应的开关阈值确定饲料投喂机的工作指令，具体包括：

判断当前时刻对应的所述差值是否小于当前阶段对应的所述开关阈值；

若是，确定所述饲料投喂机的停止工作指令；

若否，确定所述饲料投喂机的继续工作指令。

优选地，当前阶段对应的所述开关阈值的计算过程为：

计算上一阶段对应的鱼群投喂区鱼群活跃度信号与非鱼群投喂区鱼群活跃度信号之间的强度差值的平均值；

将所述平均值与经验系数c相乘，并将乘积结果确定为当前阶段对应的所述开关阈值。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种水产养殖饲料投喂机的智能化控制系统及控制方法，本发明通过在鱼群投喂区和非鱼群投喂区同时采集鱼群活跃度信号，对采集到的信号进行比较分析，能够消除投喂过程中的风浪等“伪”信号的干扰，保留真实的鱼群活跃度信号，向饲料投喂机发送控制信号，及时关闭饲料投喂机，进而实现了饲料投喂机按需投喂的精准控制。

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，下面描述中的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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种水产养殖饲料投喂机的控制系统结构图；

图2为本发明一种水产养殖饲料投喂机的智能化控制方法流程图；

图3为自然条件下存在风浪扰动的鱼群活跃度对比图；

图4为本发明系统在无风浪扰动和有风浪扰动下的鱼群活跃度对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种水产养殖饲料投喂机的智能化控制系统及控制方法，能够消除鱼群活跃度信号中的“伪”信号，保留真实的鱼群活跃度信号，实现饲料投喂机按需投喂的精准控制。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

本实施例提供了一种水产养殖饲料投喂机的控制系统，如图1所示，此控制系统包括：

控制器、第一信号采集装置、第二信号采集装置。

第一信号采集装置和第二信号采集装置分别与控制器连接。

第一信号采集装置用于采集鱼群投喂区的水面环境信号。

第二信号采集装置用于采集非鱼群投喂区的水面环境信号。

水面环境信号为水面水流信号或水面波动信号。

本实施例中用水面环境信号来表征鱼群活跃度信息。

控制器用于获取鱼群投喂区的水面环境信号和非鱼群投喂区的水面环境信号，控制器还用于根据鱼群投喂区的水面环境信号和非鱼群投喂区的水面环境信号确定饲料投喂机的工作指令，并将工作指令发送至饲料投喂机。

饲料投喂机为现有技术产品。

作为一种优选的实施方式，工作指令包括继续工作指令和停止工作指令。

作为一种优选的实施方式，本实施例的控制器包括信息获取单元、计算处理单元和指令输出单元。

控制器的信息用于获取单元获取当前时刻对应的鱼群投喂区的水面环境信号和当前时刻对应的非鱼群投喂区的水面环境信号。

控制器的计算处理单元用于计算当前时刻对应的鱼群投喂区的水面环境信号与当前时刻对应的非鱼群投喂区的水面环境信号的差值；并根据当前时刻对应的所述差值和当前阶段对应的开关阈值确定饲料投喂机的工作指令。

指令输出单元用于将所述工作指令发送至所述饲料投喂机。

优选地，控制器的计算处理单元，还用于判断当前时刻鱼群投喂区的水面环境信号与非鱼群投喂区的水面环境信号的差值是否小于当前阶段对应的开关阈值；若是，确定饲料投喂机的工作指令为停止工作指令；若否，确定饲料投喂机的工作指令为继续工作指令。

优选地，本发明的控制系统还包括与控制器连接的云服务器。

云服务器用于确定当前阶段对应的开关阈值，并将当前阶段对应的开关阈值发送至控制器中的计算处理单元，所述当前阶段为所述饲料投喂机开启至所述饲料投喂机关闭的时间阶段。

作为一种优选的实施方式，第一信号采集装置与第二信号采集装置采用型号相同的传感器，以消除不同类型传感器所测得的水面环境信号的差异。

实施例二

本实施例提供了一种水产养殖饲料投喂机的智能化控制方法，如图2所示，此控制方法应用于实施例一所述的控制系统上。该控制方法包括：

步骤201：获取鱼群投喂区的水面环境信号。

步骤202：获取非鱼群投喂区的水面环境信号。

步骤203：根据鱼群投喂区的水面环境信号和非鱼群投喂区的水面环境信号确定饲料投喂机的工作指令，并将所述工作指令发送至饲料投喂机。

作为一种优选的实施方式，工作指令包括继续工作指令和停止工作指令。

作为一种优选的实施方式，所述水面环境信号为水面水流信号或水面波动信号，本实施例中用水面环境信号来表征鱼群活跃度信号。

作为一种优选的实施方式，根据鱼群投喂区的水面环境信号和非鱼群投喂区的水面环境信号确定饲料投喂机的工作指令，具体包括：

计算当前时刻对应的鱼群投喂区的水面环境信号与当前时刻对应的非鱼群投喂区的水面环境信号的差值。

根据当前时刻对应的所述差值和当前阶段对应的开关阈值确定饲料投喂机的工作指令，所述当前阶段为所述饲料投喂机开启至所述饲料投喂机关闭的时间阶段。

作为一种优选的实施方式，根据当前时刻对应的差值和当前阶段对应的开关阈值确定饲料投喂机的工作指令，具体包括：

判断当前时刻对应的所述差值是否小于当前阶段对应的开关阈值。

若是，确定所述饲料投喂机的工作指令为停止工作指令。

若否，确定所述饲料投喂机的工作指令为继续工作指令。

作为一种优选的实施方式，当前阶段对应的所述开关阈值的计算过程为：

计算上一阶段对应的鱼群投喂区鱼群活跃度信号与非鱼群投喂区鱼群活跃度信号之间的强度差值的平均值。

将所述平均值与经验系数相乘，并将乘积结果确定为当前阶段对应的所述开关阈值。

实施例三

鱼群喂食时的抢食活跃度，是表示鱼群饥饿程度的重要指标，其抢食活跃度越高表示鱼群越饥饿，通过检测鱼群摄食时的活跃度变化，可以精准控制饲料投喂机的运行，实现按需投喂。倘若在鱼群投喂过程中，受到风浪等自然因素的影响，无法区分捕获的活跃度信号，是由于鱼群活动本身活动引起的，还是受风浪等自然因素引起的。

如图3所示，鱼群在无风浪扰动和有风浪扰动两种情况下的鱼群活跃度对比曲线图，虚线为无风浪扰动情况下的鱼群活跃度，实线为有风浪扰动情况下的鱼群活跃度。开启饲料投喂后，虚线所示的鱼群的活跃度明显上升，而关闭饲料投喂后，其活跃度随之下降。实线所示存在风浪影响情况下，在饲料投喂开始前及关闭饲料投喂机后，仍然可能出现由于风浪引起的假的鱼群活跃度信息。因此，如果仅在鱼群投喂区内采集鱼群活跃度信号，难以消除和判别自然因素引起的鱼群活跃度“伪”信号。

本实施例通过在在鱼群投喂区和非鱼群投喂区同时采集鱼群活跃度信号，并对两组信号进行比较做差，能够消除鱼群活跃度“伪”信号，保留真实的鱼群活跃度信号，进而实现饲料投喂机按需投喂的精准控制。

本实施例水产养殖饲料投喂机的控制系统包括控制器、云服务器、第一信号采集装置和第二信号采集装置。第一信号采集装置和第二信号采集装置分别与控制器连接，云服务器通过GPRS或Wifi方式与控制器连接。同时将本实施例的控制器与自动饲料投喂机连接，即自动饲料投喂机受本实施例的控制系统控制，其中自动饲料投喂机为现有技术。

作为一种优选的实施方式，本实施例中第一信号采集装置和第二信号采集装置采用型号相同的拉线式传感器，作为采集鱼群摄食活跃度的传感器。在实验室网箱环境下，将两组拉线式传感器分别布设于自动饲料投喂机的投喂范围的中心点以及与饲料投喂区间隔一定距离的非饲料投喂区。

本实施例中控制器和自动饲料投喂机设置为每日3次(早、中、晚)同时自动开启，且控制器设置为定时关闭。

如图4所示，其中图4a、图4b、图4c为无风浪扰动下的鱼群活跃度对比曲线图。当自动饲料投喂机开启时，鱼群聚集，投喂区的拉线式传感器检测到饲料投喂区的鱼群活跃度明显提高，而此时非投喂区的鱼群活跃度基本稳定在1-3次/分钟的频次范围。由图4c可见开启饲料机后投喂区的鱼群活跃度与非投喂区的鱼群活跃度差异显著，随着饲料的继续投喂，两者差值逐渐缩小，直至趋同小于设定的开关阈值时，关闭自动饲料投喂机。

图4中图4d、图4e、图4f为模拟有风浪扰动下的鱼群活跃度对比曲线图。本实施例采用在鱼群投喂区和非鱼群投喂区的拉线式传感器附近位置，当投喂过程进行到一定时间时(本实施例选择在30分钟处)，打开增氧机产生水浪，使其对鱼群投喂区和非鱼群投喂区的拉线式传感器的影响近似相同。此时，图4e表示的投喂区鱼群活跃度曲线和图4d表示的非投喂区鱼群活跃度曲线相比较图4b和图4a中均有所上升，且上升幅度大致相同。可见两个区域的传感器均探测到了由风浪扰动造成的“伪”活跃度信号，从此时刻开始鱼群投喂区的鱼群活跃度一直大于5次/分钟。在这种情况下如果仅根据投喂区内的鱼群活跃度信号，无法形成自动饲料投喂机的停止工作指令。因此，本发明通过同时采集鱼群投喂区和非鱼群投喂区的鱼群活跃度信号并进行比较做差，所得到的图4f中鱼群活跃度差值曲线走向与图4c中大致相同。当两者差值小于设定的开关阈值时，即产生自动饲料投喂机的停止工作指令，关闭自动饲料投喂机。

当自动饲料投喂机开启后，本实施例中控制系统的工作过程如下：控制器中的信息获取单元获取当前时刻投喂区的鱼群活跃度信号和当前时刻非投喂区的鱼群活跃度信号，计算处理单元计算当前时刻投喂区的鱼群活跃度信号和非投喂区的鱼群活跃度信号的差值，并比较该差值是否小于当前阶段设定的开关阈值，若是，计算处理单元产生停止工作指令，若否，计算处理单元产生继续工作指令。控制器中的指令输出单元将停止工作指令或继续工作指令发送至自动饲料投喂机。

如图4c所示，当投喂过程进行到40分钟左右，投喂区的鱼群活跃度信号和非投喂区的鱼群活跃度信号趋近相同，即此时二者差值小于当前阶段设定的开关阈值，计算处理单元产生停止工作指令，指令输出单元将停止工作指令发送至自动饲料投喂机，关闭自动饲料投喂机。

如图4f所示，当投喂过程进行到30分钟处，加入人工模拟风浪扰动情况下，通过对投喂区的鱼群活跃度信号和非投喂区的鱼群活跃度信号进行比较做差，所得到图4f中的鱼群活跃度差值曲线走向与图4c中大致相同。同样，当投喂过程进行到40分钟左右时，投喂区的鱼群活跃度信号和非投喂区的鱼群活跃度信号趋近相同，即此时二者差值小于当前阶段设定的开关阈值，计算处理单元产生停止工作指令，指令输出单元将停止工作指令发送至自动饲料投喂机，关闭自动饲料投喂机，自动饲料投喂机返回待机状态，直至下次自动开启。

作为一种优选的实施方式，上述当前阶段设定的开关阈值为可变化数值，即不同的阶段对应不同的开关阈值。控制器采用GPRS或Wifi等方式，将鱼群活跃度信号传送给云服务器，同时云服务器周期性地对历史数据做分析，自动确定合适的开关阈值，当控制器每次开启时，从云服务器获取并同步更新所述设定的开关阈值。

作为一种优选的实施方式，云服务器对历史数据进行周期性分析所采用的方法(过程)为：云服务器对上一次开启饲料投喂机到关闭饲料投喂机的时间段内，计算鱼群投喂区和非鱼群投喂区鱼群活跃度信号强度差值的平均值D，同时考虑到养殖对象间的差异，对不同的养殖对象云服务器存储了不同的经验系数c，取c×D的结果，作为合适的开关阈值。当控制器每次开启时，从云端获取合适的开关阈值作为控制器当前阶段设定的开关阈值。当出现网络故障而无法更新时，控制器则延用上一次的开关阈值作为当前阶段设定的开关阈值。

本发明提供的水产养殖饲料投喂机的智能化控制系统及控制方法，能够消除鱼群活跃度信号中的风浪等环境因素影响的“伪”信号，保留真实的鱼群活跃度信号，实现饲料投喂机按需投喂的精准控制，且本发明对抵御环境变化具有明显的优势。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种水产养殖饲料投喂机的智能化控制系统，其特征在于，包括：

控制器；

第一信号采集装置，与所述控制器连接；所述第一信号采集装置用于采集鱼群投喂区的水面环境信号；所述水面环境信号为水面水流信号或水面波动信号；

第二信号采集装置，与所述控制器连接；所述第二信号采集装置用于采集非鱼群投喂区的水面环境信号；

所述控制器用于获取所述鱼群投喂区的水面环境信号和所述非鱼群投喂区的水面环境信号，并根据所述鱼群投喂区的水面环境信号和所述非鱼群投喂区的水面环境信号确定饲料投喂机的工作指令，控制器的计算处理单元用于计算当前时刻对应的鱼群投喂区的水面环境信号与当前时刻对应的非鱼群投喂区的水面环境信号的差值；并根据当前时刻对应的所述差值和当前阶段对应的开关阈值确定饲料投喂机的工作指令；还判断当前时刻鱼群投喂区的水面环境信号与非鱼群投喂区的水面环境信号的差值是否小于当前阶段对应的开关阈值；若是，确定饲料投喂机的工作指令为停止工作指令；若否，确定饲料投喂机的工作指令为继续工作指令；然后将所述工作指令发送至所述饲料投喂机；所述工作指令包括继续工作指令和停止工作指令。

2.根据权利要求1所述的水产养殖饲料投喂机的智能化控制系统，其特征在于，

所述控制器包括信息获取单元、计算处理单元和指令输出单元；

所述信息获取单元用于获取当前时刻对应的所述鱼群投喂区的水面环境信号和当前时刻对应的所述非鱼群投喂区的水面环境信号；

所述计算处理单元用于计算当前时刻对应的所述鱼群投喂区的水面环境信号与当前时刻对应的所述非鱼群投喂区的水面环境信号的差值，并根据当前时刻对应的所述差值和当前阶段对应的开关阈值确定所述饲料投喂机的工作指令；所述当前阶段为所述饲料投喂机开启至所述饲料投喂机关闭的时间阶段；

所述指令输出单元用于将所述工作指令发送至所述饲料投喂机。

3.根据权利要求2所述的水产养殖饲料投喂机的智能化控制系统，其特征在于，还包括与所述控制器连接的云服务器；

所述云服务器用于确定当前阶段对应的所述开关阈值，并将所述开关阈值发送至所述控制器中的计算处理单元；其中，不同阶段对应不同的所述开关阈值。

4.根据权利要求1所述的水产养殖饲料投喂机的智能化控制系统，其特征在于，所述第一信号采集装置与所述第二信号采集装置为型号相同的传感器。

5.一种水产养殖饲料投喂机的控制方法，其特征在于，包括：

获取鱼群投喂区的水面环境信号；

获取非鱼群投喂区的水面环境信号；

根据所述鱼群投喂区的水面环境信号和所述非鱼群投喂区的水面环境信号确定饲料投喂机的工作指令，具体包括：

计算当前时刻对应的鱼群投喂区的水面环境信号与当前时刻对应的非鱼群投喂区的水面环境信号的差值；

根据当前时刻对应的所述差值和当前阶段对应的开关阈值确定饲料投喂机的工作指令，所述当前阶段为所述饲料投喂机开启至所述饲料投喂机关闭的时间阶段；

其中根据当前时刻对应的所述差值和当前阶段对应的开关阈值确定饲料投喂机的工作指令，具体包括：

判断当前时刻对应的所述差值是否小于当前阶段对应的开关阈值；若是，确定所述饲料投喂机的工作指令为停止工作指令；若否，确定所述饲料投喂机的工作指令为继续工作指令；

并将所述工作指令发送至所述饲料投喂机；所述工作指令包括继续工作指令和停止工作指令。

6.根据权利要求5所述的水产养殖饲料投喂机的控制方法，其特征在于，当前阶段对应的所述开关阈值的计算过程为：

计算上一阶段对应的鱼群投喂区鱼群活跃度信号与非鱼群投喂区鱼群活跃度信号之间的强度差值的平均值；

将所述平均值与特定的养殖品种相关的经验系数相乘，并将乘积结果确定为当前阶段对应的所述开关阈值。

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