CN113475430B - 基于5g下水体检测与自适应投喂的闭环控制养殖方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于5G下水体检测与自适应投喂的闭环控制养殖方法，包括检测模块、养殖设备模块和总控制模块，包括自动投喂设备和自动水质调节设备，检测模块包括朝向养殖区的光波发射器和光波接收器，光波接收器接收养殖区反射回的光波，并将信号反馈至总控制模块，总控制模块通过检测模块反馈的光波信息获取水质信息和鱼群密度信息，依据水质信息控制自动水质调节设备调节养殖区水质，依据水质信息和鱼群密度信息控制自动投喂设备实时调整投喂速度；本发明依据光谱分析仪原理，对养殖区的水质进行检测，对鱼群密度进行检测，结合水质检测结果和鱼群密度，实现对自动投喂设备进行自动控制，实现水体检测与自适应投喂的闭环控制养殖。
Description
技术领域
本发明属于渔业养殖领域，更具体的说涉及基于5G下水体检测与自适应投喂的闭环控制养殖方法。
背景技术
在渔业养殖中，需要实时监测或定期检测水质信息，主要包括温度、PH、溶氧量、氨氮含量、亚硝酸盐含量、硝酸盐含量、总磷含量、硫化物含量、氯化物含量和汞含量等等，以确保鱼类的正常生长。现有技术中，对上述各项指标的检测或监测均是通过特点的仪器进行，且需要多台设备共同完成，往往一台设备并不能对上述各个指标进行检测，检测操作较为繁琐为检测时间长，成本高，更重要的是现有技术中的所有检测均是独立进行，不能很好的实现依据检测结果直接对养殖终端设备进行自动化控制，不能实现闭环养殖。
发明内容
本发明的目的在于提供基于5G下水体检测与自适应投喂的闭环控制养殖方法，依据光谱分析仪原理，对养殖区的水质进行检测，对鱼群密度进行检测，结合水质检测结果和鱼群密度，实现对自动投喂设备进行自动控制，实现水体检测与自适应投喂的闭环控制养殖，实时对水质进行监控，实时调整投喂速度和投喂量。
本发明技术方案基于5G下水体检测与自适应投喂的闭环控制养殖方法，包括
检测模块，获得养殖区域的水质信息和养殖区域的鱼群密度信息；
养殖设备模块，包括自动投喂设备和自动水质调节设备；
总控制模块，依据接收的所述检测模块反馈的水质信息和鱼群密度信息，对所述养殖设备模块进行控制；
所述检测模块包括全光谱分析仪，所述全光谱分析仪包括朝向养殖区的光波发射器和光波接收器，所述光波接收器接收养殖区反射回的光波，并将信号反馈至总控制模块，所述总控制模块通过检测模块反馈的光波信息获取水质信息和鱼群密度信息，依据所述水质信息控制自动水质调节设备调节养殖区水质，依据所述水质信息和鱼群密度信息控制自动投喂设备实时调整投喂速度。
优选地，所述总控制模块包括用于信息发送和接收的通讯单元、用于输入和存储各类已知参数的数据储存单元、对信息进行处理和运算的信息处理单元和对检测模块和养殖设备模块进行控制的控制单元；
所述控制单元通过通讯单元控制光波发射器向养殖区域发射指定波长的光波，然后光波接收器接收养殖区域反射回的光波并通过通讯单元将反射回的光波信息传递至信息处理单元，所述信息处理单元将反射回的光波信息生成光谱图并与数据储存单元中的已知参数进行对比，获得此时养殖区的水质信息或鱼群密度信息。
优选地，所述数据储存单元中存储的已知参数包括：
养殖区鱼类总数(Q)，水质等级(A1、A2、A3……A20)，每一水质等级对应的光谱图(S1、S2、S3……S20)，鱼群密度等级(P1、P2、P3、P4、P5)，按照鱼类生长周期体现的单尾鱼平均体重范围(M1、M2、M3……Mx)，定期更新的单尾鱼的平均体积(V)和平均重量(M)，自动投喂设备起始投喂的速度(V0)，每一鱼群密度等级结合每单尾鱼平均体重范围对应的投喂速度(V1、V2、V3、V4、V5)，每一水质等级结合单尾鱼平均体重范围对应的投喂总量(G11、G12、G13……G1x、G21、G22、G23……G2x……G201、G202、G203……G20x)。
本发明技术方案基于5G下水体检测与自适应投喂的闭环控制养殖方法的有益效果是：
1、通过全光谱分析仪依据全光谱分析仪原理，实现对养殖区水质信息的快速获取和养殖区鱼群密度的快速获取，水质信息和鱼群密度信息获取简单快速，成本低。
2、通过水质信息和鱼群信息自动调节自动水质调节设备对水质进行调节和改善，控制自动投喂设备进行自动按需投喂，一方面避免饵料浪费，另一方面实现科学投喂，避免剩余大量饵量在养殖区，影响养殖区的水质。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合具体实施例对本发明技术方案做进一步的说明。
在现有技术中，养殖水体水质检测指标主要有PH值、溶氧量、氨氮浓度、亚硝酸盐、硝酸盐、总磷、硫化物、氯化物等等。上述的各项检测指标中，PH值合格范围为7.5～8.5，溶氧量值合格范围为5mg/L以上，氨氮含量合格范围为0.2mg/L以下，亚硝酸盐含量合格范围为0.01mg/L以下，硝酸盐含量10mg/L以下，总磷含量在0.5mg/L以下，硫化物含量在0.2mg/L以下、氯化物含量合格范围为250mg/L以下。对这些水质指标的检测需要多台设备分别进行，如PH值检测一般采用滴定法，手动操作，精准度较低。溶氧量检测需要用溶氧量检测仪，氨氮浓度、亚硝酸盐、硝酸盐、总磷、硫化物、氯化物均需要通过不同的设备采用不同的检测方法实现，检测效率低，设备的检测设备多，各个检测设备之间很难形成联系，需要在对各个检测指标检测完成后经过输入计算机然后才能形成一个较为系统的检测报告。
且现有技术中，上述的各项检测，与鱼类喂养之间没有关联，不能通过检测数据自动形成一个投喂标准，更不能实现实时检测与实时喂养相互控制。使得现有技术中，在投喂后，往往会形成投喂过量，浪费饵料，提高投喂成本，同时多余饵量还沉入水底，影响水质，如使得水体富营养化和水体中氨氮量大大增加。在投喂中，不能根据鱼群数量和密封实时改变投喂量、投喂速度和投喂范围等，往往会出现投喂集中、投喂过快等问题，使得很多饵量未来得及被鱼群食用即沉入水底，同样造成饵料浪费和影响水质。
为解决上述的各项问题，特提出了本发明技术方案的基于5G下水体检测与自适应投喂的闭环控制养殖方法，实现将水质、鱼量、鱼群密度、单尾鱼重量、鱼群食料速度等与投喂量、投喂速度和投喂范围集合，实现实时按需投喂。
本发明技术方案基于5G下水体检测与自适应投喂的闭环控制养殖方法，包括:
检测模块，获得养殖区域的水质信息和养殖区域的鱼群密度信息；
养殖设备模块，包括自动投喂设备和自动水质调节设备；
总控制模块，依据接收的检测模块反馈的水质信息和鱼群密度信息，对养殖设备模块进行控制。
检测模块包括全光谱分析仪，全光谱分析仪包括朝向养殖区的光波发射器和光波接收器，光波接收器接收养殖区反射回的光波，并将信号反馈至总控制模块，总控制模块通过检测模块反馈的光波信息获取水质信息和鱼群密度信息，依据水质信息控制自动水质调节设备调节养殖区水质，依据水质信息和鱼群密度信息控制自动投喂设备实时调整投喂速度。
基于上述技术方案，实现将水质、鱼量、鱼群密度、单尾鱼重量、鱼群食料速度等与投喂量、投喂速度和投喂范围集合，实现实时按需投喂。有效的避免了投喂过快导致饵料来不及被鱼群食用即沉入水底的问题。有效的避免了投喂过量导致大量饵料剩余在水体中最终沉入水下的问题。避免了因投喂范围过小，鱼群食饵时过于拥挤的问题。避免了投喂速度过慢而投喂时间过长，鱼类食饵量不均匀的问题，出现部分鱼群食饵过量，部分鱼群食饵不足的问题。同时还能够根据在投喂中鱼群密度变化判断鱼群对饵料的欢迎度，避免出现部分鱼种不喜爱的饵料等等。还能够根据食饵的鱼群密度判断鱼群健康与否。
总控制模块包括用于信息发送和接收的通讯单元、用于输入和存储各类已知参数的数据储存单元、对信息进行处理和运算的信息处理单元和对检测模块和养殖设备模块进行控制的控制单元。这里通讯单元与检测模块和养殖设备模块之间通讯均采用5G通讯，通讯信号稳定快速精准。
控制单元通过通讯单元控制光波发射器向养殖区域发射指定波长的光波，然后光波接收器接收养殖区域反射回的光波并通过通讯单元将反射回的光波信息传递至信息处理单元，信息处理单元将反射回的光波信息生成光谱图并与数据储存单元中的已知参数进行对比，获得此时养殖区的水质信息或鱼群密度信息。
数据储存单元中存储的已知参数包括：
养殖区鱼类总数(Q)，水质等级(A1、A2、A3……A20)，每一水质等级对应的光谱图(S1、S2、S3……S20)，鱼群密度等级(P1、P2、P3、P4、P5)，按照鱼类生长周期体现的单尾鱼平均体重范围(M1、M2、M3……Mx)，定期更新的单尾鱼的平均体积(V)和平均重量(M)，自动投喂设备起始投喂的速度(V0)，每一鱼群密度等级结合每单尾鱼平均体重范围对应的投喂速度(V1、V2、V3、V4、V5)，每一水质等级结合单尾鱼平均体重范围对应的投喂总量(G11、G12、G13……G1x、G21、G22、G23……G2x……G201、G202、G203……G20x)。
当光辐射到介质(例如水、鱼、水草、饵料、各种离子等)上时，会产生各种效应，如反射、散射或吸收。朗伯比尔定律指出，某一波长上光的吸收率取决于被测物质的浓度。本技术中的全光谱分析仪采用本原理进行工作。
总控制模块中的控制单元控制光波发射器向养殖区发生出特定波长的光，然后特定波长的光经过水体、鱼、水草等吸收，未被吸收的光经过养殖区进行反射后被光波接收器接收到，光波接收器将接收到的光波信息反馈至总控制模块。总控制模块中的信息处理单元将接收到的光波转化为光谱图，然后将生成的本光谱图与数据储存单元中的光谱图(S1、S2、S3……S20)进行比对，最后将本光谱图对应的水质等级(A1、A2、A3……A20)信息输出。
水质等级(A1、A2、A3……A20)信息中包括有各个指标的范围，如PH值范围、溶氧量范围、氨氮浓度范围、亚硝酸盐范围、硝酸盐范围、总磷范围、硫化物范围、氯化物等等。如水质等级A1：PH值8.0-8.5、溶氧量5-7mg/L、氨氮浓度0.05-0.08mg/L、亚硝酸盐0-0.005mg/L、硝酸盐8-9mg/L、总磷0-0.1mg/L、硫化物0.001-0.05mg/L、氯化物100-120mg/L。
控制单元依据水质等级启动自动水质调节设备，自动向养殖区内投入改善水质的物质和进行改善水质的操作。如自动水质调节设备包括有自动溶氧机、PH调节剂、各类菌种投加机等等。自动投喂设备上设置有分别控制投喂速度和投喂范围的结构，根据鱼群密度和鱼群密度变化趋势改变投喂速度和投喂范围，以适用鱼群数量和密度变化，一方面确保投喂量、投喂速度和投喂范围与鱼群密度相匹配，另一方面确保投喂下的饵料能够被鱼群及时食用完，避免出现大量饵料沉入水底，一方面造成饵料的浪费，另一方面影响养殖区的水质。
投喂时，首先启动自动投喂设备，按照起始投喂的速度V0和起始投喂范围D0进行投喂，在起始投喂开始后，每间隔一分钟全光谱分析仪需要对额定最大投喂区D范围鱼群密度信息进行提取，并将此时的鱼群密度输出，假如此时鱼群密度等级为P3。在投喂第二分钟开始，依据前面获得的鱼群密度等级结合每单尾鱼平均体重范围对应的投喂速度进行投喂，假如此时数据储存单元中更新的单尾鱼的平均重量范围在M2内，则结合鱼群密度等级为P3和单尾鱼的平均重量范围M2，选则的投喂速度为V1，投喂范围为D2进行投喂。依此类推，三分钟投喂速度和范围依据第二分钟获得的鱼群密度进行选择。在投喂中，投喂结束后，需要保证在本水质等级下结合单尾鱼平均体重范围对应的投喂总量，总量不得超过设定的投喂总量G，比如在水质等级A3条件下，最新更新的单尾鱼平均体重范围在M2，此时投喂总量应不超过G32。这样就有效的避免了投喂过量。
投喂时，特别是投喂开始一段时间内，需要观察鱼群密度变化，此时，正常情况下，鱼群密度应该是逐渐增大，投喂速度也应是逐渐加快，这样说明投喂正常，鱼群食饵正常。在投喂结束前期一段时间内，鱼群密度应该是逐渐减小，此时投喂速度应该是组件降低。若出现投喂开始后前期一段时间内，鱼群密度不变，甚至减小，说明出现异常，需要养殖人员进行人工检查和干预。这样通过自动投喂即能够判断鱼群养殖状态是否正常，起到提前预警。
本发明技术方案在上面结合实施例对发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.基于5G下水体检测与自适应投喂的闭环控制养殖方法，其特征在于，包括
检测模块，获得养殖区域的水质信息和养殖区域的鱼群密度信息；
养殖设备模块，包括自动投喂设备和自动水质调节设备；
总控制模块，依据接收的所述检测模块反馈的水质信息和鱼群密度信息，对所述养殖设备模块进行控制；
所述检测模块包括全光谱分析仪，所述全光谱分析仪包括朝向养殖区的光波发射器和光波接收器，所述光波接收器接收养殖区反射回的光波，并将信号反馈至总控制模块，所述总控制模块通过检测模块反馈的光波信息获取水质信息和鱼群密度信息，依据所述水质信息控制自动水质调节设备调节养殖区水质，依据所述水质信息和鱼群密度信息控制自动投喂设备实时调整投喂速度；
所述总控制模块包括用于信息发送和接收的通讯单元、用于输入和存储各类已知参数的数据储存单元、对信息进行处理和运算的信息处理单元和对检测模块和养殖设备模块进行控制的控制单元；
所述控制单元通过通讯单元控制光波发射器向养殖区域发射指定波长的光波，然后光波接收器接收养殖区域反射回的光波并通过通讯单元将反射回的光波信息传递至信息处理单元，所述信息处理单元将反射回的光波信息生成光谱图并与数据储存单元中的已知参数进行对比，获得此时养殖区的水质信息或鱼群密度信息；
所述数据储存单元中存储的已知参数包括：
养殖区鱼类总数(Q)，水质等级(A1、A2、A3……A20)，每一水质等级对应的光谱图(S1、S2、S3……S20)，鱼群密度等级(P1、P2、P3、P4、P5)，按照鱼类生长周期体现的单尾鱼平均体重范围(M1、M2、M3……Mx)，定期更新的单尾鱼的平均体积(V)和平均重量(M)，自动投喂设备起始投喂的速度(V0)，每一鱼群密度等级结合每单尾鱼平均体重范围对应的投喂速度(V1、V2、V3、V4、V5)，每一水质等级结合单尾鱼平均体重范围对应的投喂总量(G11、G12、G13……G1x、G21、G22、G23……G2x……G201、G202、G203……G20x)；
所述自动投喂设备控制投喂速度和投喂范围，根据鱼群密度和鱼群密度变化趋势改变投喂速度和投喂范围，以适用鱼群数量和密度变化；在起始投喂开始后，每间隔一分钟全光谱分析仪需要对额定最大投喂区(D)范围鱼群密度信息进行提取，并将此时的鱼群密度输出至总控制模块；在投喂第二分钟开始，依据前面获得的鱼群密度等级结合每单尾鱼平均体重范围对应的投喂速度进行投喂；投喂结束后，确保在本水质等级下结合单尾鱼平均体重范围对应的投喂总量，总量不得超过设定的投喂总量G。
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