CN117882661A - 基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于行为‑环境双向反馈的智能养殖系统及其控制方法，属于水产养殖技术领域，系统包括养殖池、监测模块、控制模块、照明模块、投放模块、供氧模块、水循环模块、分池隔离模块和发声模块，通过监测模块包括丰富的传感器，可以精准地获取包括鱼类的生物特征、行为特征、体态特征、位置、摄食声音、水质参数、养殖池的水位、涡流流速和水温的养殖信息，控制模块基于养殖信息，精准调控各模块进行照明、投放、供氧、水循环、分池和发声，生成分析结果，为鱼类提供舒适的生长环境，防止排泄物堆积、水质污染、疾病爆发和资源浪费，可对鱼类进行训练，以培养鱼类的行为表现，优化各模块参数，从而实现系统与鱼类之间双向的干预与反馈。
Description
技术领域
本申请涉及水产养殖技术领域，特别涉及一种基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统及其控制方法。
背景技术
鱼类从幼鱼到成鱼的生长过程中，其对饵料、温度、光线、氧气和水质清洁度等养殖需求是在不断变化的，精准地获取鱼类的生长过程和养殖环境信息，对饵料、温度、光线、氧气和水质清洁度进行调控，才能有效地保障鱼类的生长。
然而，目前的水产养殖池无法精确地进行饵料投放、温度光线调节、氧气供应、污物清理和生病鱼识别追踪，这导致目前鱼类养殖存在许多问题和难点，如排泄物堆积、水质污染、疾病爆发和资源浪费等，严重制约了其规模化、集约化生产和健康发展；并且，目前的水产养殖系统无法对鱼类进行训练，无法培养鱼类的行为表现。因此，亟待一种养殖系统解决上述问题。
发明内容
鉴于此，本申请提供一种基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统及其控制方法，可以精确地获取养殖信息，对养殖池的照明、投放、供氧和水循环进行精准调控，为鱼类提供舒适的生长环境，防止排泄物堆积、水质污染、疾病爆发和资源浪费，并且可以对鱼类进行训练，以培养鱼类的行为表现，并优化各模块参数，从而实现系统与鱼类之间双向的干预与反馈。
具体而言，包括以下的技术方案：
第一方面，本申请提供一种基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统，所述基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统包括养殖池、监测模块、控制模块、照明模块、投放模块、供氧模块、水循环模块、分池隔离模块和发声模块；
所述养殖池底部具有倒圆台型结构，所述倒圆台结构的侧面分布有多个供氧口和多个圆弧形凸起，所述供氧口与所述供氧模块连接，所述养殖池底部的中心位置具有下开口；
所述监测模块包括偏振摄像头、声音传感器、水质传感器、水位传感器、流速传感器和温度传感器，所述偏振摄像头位于所述养殖池的边缘，所述监测模块用于获取包括鱼类的生物特征、行为特征、体态特征、位置、摄食声音、水质参数、养殖池的水位、涡流流速和水温的养殖信息；
所述照明模块位于所述养殖池的上方，包括机架和照明灯，所述机架包括支架、外圆环、内圆盘和由外圆环内边缘通向内圆盘外边缘的条形轨道，所述支架与所述外圆环和所述养殖池的池口支撑连接，所述照明灯与所述条形轨道滑动连接，用于为养殖池的鱼类提供具有阈值颜色、阈值强度、阈值周期、阈值光圈和阈值角度的灯光，以调节鱼类的生长速度，提升鱼类的体重；
所述投放模块位于所述内圆盘上，用于饵料和/或药物的杀菌、搅拌和投放；
所述供氧模块位于所述养殖池底部，用于供氧；
所述分池隔离模块位于所述养殖池的底部，包括多个分池隔板，用于接收所述控制模块的控制，将生长阶段、育种阶段、交配阶段和上市阶段的鱼类进行分池隔离；
所述发声模块位于所述养殖池的底部，用于吸引和驱赶鱼类，以训练鱼类摄食和辅助分池；
所述水循环模块位于所述养殖池内，包括进水单元、排污单元、出水单元和加热单元，用于进行水循环，调节水质和涡流流速，所述排污单元位于所述养殖池底部的中心位置，所述加热单元位于所述进水单元上，用于调节水温，所述排污单元包括从上至下依次设置的排污通道、上圆盘、排污口调节板和下圆盘，所述排污口调节板用于与所述上圆盘旋转滑动连接，与所述下圆盘滑动连接，以形成排污口，所述排污通道724与所述出水单元连接；
所述控制模块与所述监测模块、照明模块、投放模块、供氧模块、水循环模块、分池隔离模块和发声模块连接，所述控制模块用于基于监测模块所获取的养殖信息，控制照明模块、投放模块、供氧模块、水循环模块、分池隔离模块和发声模块分别进行照明、投放、供氧、水循环、分池和发声，并生成分析结果，以对鱼类进行训练，根据照明、投放、供氧、水循环、分池和发声控制之后的鱼类的反馈信息，确定鱼类的受训练情况，以对各模块的控制进行优化。
在一些实施例中，所述排污通道包括排水通道和排渣通道，所述上圆盘、所述下圆盘、所述排污口调节板、排水通道和排渣通道的中心位于同一直线上：
所述排污口调节板为六个等边三角形板组成的正六边形板，靠近所述排污口调节板的每条边的中心位置的上下表面均具有圆柱型凸块，所述排污口调节板的每个角具有缺口；
所述下圆盘与所述下开口密封连接，所述下圆盘具有正六边形凹槽，所述正六边形凹槽用于为所述等边三角形板下表面的圆柱型凸块提供滑动轨道；
所述上圆盘与所述圆柱型凸块相对的位置开设圆角矩形通孔，所述圆角矩形通孔用于为所述等边三角形板上表面的圆柱型凸块提供旋转滑动轨道，所述下圆盘的中心位置和所述上圆盘的中心位置具有相同尺寸的圆形开口；
所述排水通道和所述排渣通道位于所述上圆盘的上侧，所述排水通道套设在所述排渣通道的外侧，用于排去污水，所述排渣通道与所述上圆盘的圆形开口连通，用于排渣，所述排渣通道的上部具有控制阀，所述排渣通道的侧面上具有过滤口，以将污水排入排水通道。
在一些实施例中，所述监测模块还包括摄像头移动单元，所述摄像头移动单元位于池口边缘，包括第一轨道、第二轨道、齿条轨道、第一滑块、电机、架体、第二滑块、第三滑块、第一连杆和第二连杆；
所述第三滑块设置在所述第二轨道上，用于带动所述偏振摄像头在第二轨道上滑动，所述第二滑块与所述第一连杆的一端旋转连接，所述第一连杆的另一端与所述第二连杆的一端旋转连接，所述第二连杆的另一端与所述架体连接，所述齿条轨道与第三滑块的一端可拆卸连接，所述第一轨道与所述第二滑块滑动连接；
所述架体呈L形，包括第一部和第二部，所述第一部用于安装第一轨道271，所述第二部具有通孔，所述通孔用于与所述电机的输出轴连接，所述第一滑块内置有齿轮，所述齿轮与所述输出轴的另一端可拆卸连接，所述齿轮与所述齿条轨道啮合。
在一些实施例中，所述基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统还包括报警模块和显示模块；
所述报警模块与所述控制模块连接，用于在出现病鱼和水质参数不在水质阈值范围时进行报警；
所述显示模块与所述控制模块连接，用于显示鱼类的养殖信息、所述控制模块的调控信息、分析结果和鱼类的受训练情况。
在一些实施例中，所述投放模块包括饵料管道、药物管道、搅拌单元和杀菌单元，所述搅拌单元与所述饵料管道的出饵口和所述药物管道的出药口均连通，所述杀菌单元位于所述搅拌单元内。
第二方面，本申请提供了一种基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统的控制方法，应用于如上述第一方面的基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统中，所述控制方法包括：
所述监测模块获取养殖信息，并将所述养殖信息发送给所述控制模块，所述养殖信息包括鱼类的生物特征、行为特征、体态特征、位置、摄食声音、水质参数、养殖池的水位、涡流流速和水温；
所述控制模块基于所述养殖信息，控制所述照明模块进行照明，控制所述投放模块进行饵料和/或药物的杀菌、搅拌和投放，控制所述供氧模块进行供氧，控制所述水循环模块进行水循环，控制所述分池隔离模块进行分池，控制所述发声模块进行发声，并生成分析结果，将生长阶段、育种阶段、交配阶段和上市阶段的鱼类进行分池隔离，根据照明、投放、供氧、水循环、分池和发声控制之后的鱼类的反馈信息，确定鱼类的受训练情况，以对各模块的控制进行优化，其中，分析结果包括生长速率、养殖密度、鱼类合格率、养殖成本、经济效益、鱼类健康状况和鱼类品质。
在一些实施例中，所述控制模块装载有鱼类行为解析库、环境参数库和设备参数库，在为鱼类提供日常生长照明灯光时，所述控制方法包括：
所述控制模块基于所述生物特征和鱼类行为解析库，确定生长阶段；
基于所述生长阶段、环境参数库和设备参数库，控制所述照明灯发出与所述生长阶段的生活习性相对应的颜色、强度、周期和光圈大小的灯光。
在一些实施例中，在为鱼类投放饵料和药物时，所述控制方法包括：
所述控制模块基于所述偏振摄像头获取到的所述生物特征、所述位置和所述鱼类行为解析库，确定所述投放模块的初次投放量和初次投放位置；
所述控制模块基于所述偏振摄像头获取到的所述行为特征和所述鱼类行为解析库，确定鱼群行为，所述鱼群行为包括集群摄食、集群游动、水底静卧、离群行为、浮头行为、受惊行为和异常行为；
响应于所述鱼群行为为集群摄食，所述控制模块基于所述声音传感器获取到的所述摄食声音，确定摄食进度和摄食量；
所述控制模块基于所述摄食进度、所述摄食量、所述行为特征、所述位置和所述鱼类行为解析库，确定所述投放模块的投放频率、再次投放的投放量和再次投放位置；
在确定投放位置和投放量后，基于所述设备参数库和所述环境参数库，所述控制模块控制所述发声模块在投放位置发出声音，控制杀菌单元、饵料管道、药物管道和搅拌单元进行饵料和/或药物的杀菌、搅拌和投放，控制照明灯沿着条形轨道滑动到所述投放位置上方发出与鱼类摄食相对应的颜色、强度、周期和光圈大小的灯光，以吸引距离投放位置较远的鱼类游动到投放位置进行摄食，其中，所述投放位置包括初次投放位置和再次投放位置，所述投放量包括初次投放量和再次投放的投放量；
在鱼类摄食过程中，基于所述设备参数库和所述环境参数库，所述控制模块控制加热单元对进水单元中的水进行加热，控制供氧模块在所述投放位置进行供氧，基于所述流速传感器实时获取的涡流流速，控制进水单元和出水单元的流量多次减小步长流量，直至所述涡流流速为摄食流速，所述摄食流速小于日常养殖流速；
在鱼类摄食结束后，基于所述设备参数库和所述环境参数库，所述控制模块控制排污单元的上圆盘旋转，以形成排污口进行排污，所述控制模块控制进水单元和出水单元的流量至阈值流量，以使涡流流速恢复至日常养殖流速。
在一些实施例中，所述根据照明、投放、供氧、水循环、分池、发声控制之后的鱼类的反馈信息，确定鱼类的受训练情况，以对各模块的控制进行优化具体包括：
根据照明、投放、供氧、水循环、分池、发声控制之后的鱼类的反馈信息和鱼类行为解析库，确定鱼类的受训练情况；
将所述鱼类的受训练情况相对应的当前的监测模块、照明模块、投放模块、供氧模块、水循环模块、分池隔离模块和发声模块的参数信息在设备调节参数中进行记录与存储；
将所述鱼类的受训练情况相对应的当前的外界环境信息在环境参数库中进行记录与存储，所述外界环境信息包括环境声音、水质参数、养殖池的水位、涡流流速、水温和光线。
在一些实施例中，所述控制方法还包括：
所述控制模块基于所述偏振摄像头获取到的所述生物特征、行为特征、体态特征、位置和鱼类行为解析库，确定、标记和追踪育种鱼和生病鱼，并将生长阶段、育种阶段、交配阶段和上市阶段的鱼类进行分池隔离；
所述控制模块基于养殖信息和分析结果，生成鱼类档案，所述鱼类档案包括每条鱼的健康状况、摄食状况、生长速率和品质状况；
所述控制模块基于鱼类市场需求数据、鱼类市场价格数据和鱼类残药量标准，确定饵料种类、饵料品牌和药物投放量。
本申请实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：
本申请实施例提供了一种基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统及其控制方法，该基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统包括养殖池、监测模块、控制模块、照明模块、投放模块、供氧模块、水循环模块、分池隔离模块和发声模块，监测模块包括丰富的传感器，可以精准地获取包括鱼类的生物特征、行为特征、体态特征、位置、摄食声音、水质参数、养殖池的水位、涡流流速和水温的养殖信息，控制模块基于养殖信息，精准地调控照明模块、投放模块、供氧模块、水循环模块、分池隔离模块和发声模块分别进行照明、投放、供氧、水循环、分池和发声，并生成分析结果，以对鱼类进行训练，根据照明、投放、供氧、水循环、分池和发声控制之后的鱼类的反馈信息，确定鱼类的受训练情况，以对各模块的控制进行优化，从而为鱼类提供舒适的生长环境，防止排泄物堆积、水质污染、疾病爆发和资源浪费，并且可以对鱼类进行训练，以培养鱼类的行为表现，并优化各模块参数，从而实现系统与鱼类之间双向的干预与反馈。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统的机架的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统的摄像头移动单元结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统的排污口调节板和下圆盘的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统的排污单元的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统的上圆盘、排污口调节板和下圆盘的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的一种基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统的排污通道的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的一种基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统的控制方法的方法流程图。
图中的附图标记分别表示为：
1-养殖池，11-供氧口，12-下开口，13-池口，14-水门座，15-卷帘水门，16-行架，17-防鱼网，2-监测模块，21-偏振摄像头，22-声音传感器，23-水质传感器，24-水位传感器，25-流速传感器，26-温度传感器，27-摄像头移动单元，271-第一轨道，272-第二轨道，273-齿条轨道，274-第一滑块，275-电机，276-架体，277-第二滑块，278-第三滑块，279-第一连杆，280-第二连杆，3-控制模块，4-照明模块，41-机架，42-照明灯，411-支架，412-外圆环，413-内圆盘，414-条形轨道，5-投放模块，6-供氧模块，7-水循环模块，71-进水单元，72-排污单元，721-上圆盘，7211-圆角矩形通孔，722-排污口调节板，7221-等边三角形板，72211-圆柱型凸块，72212-缺口，723-下圆盘，7231-正六边形凹槽，724-排污通道，7241-排水通道，7242-排渣通道，73-出水单元，74-加热单元，8-分池隔离模块，9-发声模块。
通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
图1为本申请实施例提供的一种基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统的结构示意图，参见图1，该系统包括养殖池1、监测模块2、控制模块3、照明模块4、投放模块5、供氧模块6、水循环模块7、分池隔离模块8和发声模块9。
养殖池1底部具有倒圆台型结构，倒圆台结构的侧面分布有多个供氧口11和多个圆弧形凸起，供氧口11与供氧模块6连接，养殖池1底部的中心位置具有下开口12。
养殖池1是鱼类生活的核心区域，底部倒圆台型结构可以增加底部面积，为鱼类提供更多的供氧口11，多个圆弧形凸起有助于形成涡流，利于水循环和排污，养殖池1底部的下开口12用于连接水循环模块7的排污单元72。
在一些实施例中，养殖池1呈六边形棱柱结构，可以节省空间资源，减少内部水流阻力。
在一些实施例中，养殖池1还具有水门座14、卷帘水门15、行架16和防鱼网17。
监测模块2包括偏振摄像头21、声音传感器22、水质传感器23、水位传感器24、流速传感器25和温度传感器26，偏振摄像头21位于养殖池1的边缘，监测模块2用于获取包括鱼类的生物特征、行为特征、体态特征、位置、摄食声音、水质参数、养殖池1的水位、涡流流速和水温的养殖信息。
在一些实施例中，偏振摄像头21获取鱼类的生物特征、行为特征、体态特征和位置。
需要说明的是，偏振摄像头21具有偏振光成像探测功能，可以进行实时探测，具有体积小、成像清晰，去反光与倒影，暗环境成像等特点，配合图像算法进行鱼类的三维图像构建，从而更加直观清晰地对鱼类进行观察。
在一些实施例中，参见图1和图2，监测模块2还包括摄像头移动单元27，摄像头移动单元27位于池口13边缘，包括第一轨道271、第二轨道272、齿条轨道273、第一滑块274、电机275、架体276、第二滑块277、第三滑块278、第一连杆279和第二连杆280；
第三滑块278设置在第二轨道272上，用于带动偏振摄像头21在第二轨道272上滑动，第二滑块277与第一连杆279的一端旋转连接，第一连杆279的另一端与第二连杆280的一端旋转连接，第二连杆280的另一端与架体276连接，齿条轨道273与第三滑块278的一端可拆卸连接，第一轨道271与第二滑块277滑动连接；
架体276呈L形，包括第一部和第二部，第一部用于安装第一轨道271，第二部具有通孔，通孔用于与电机275的输出轴连接，第一滑块274内置有齿轮，齿轮与输出轴的另一端可拆卸连接，齿轮与齿条轨道273啮合。
通过摄像头移动单元27中各器件的配合，使偏振摄像头21可以在多维度移动，从而偏振摄像头21全面采集养殖池1内的鱼类的生物特征、行为特征和位置等信息，还可以对鱼类进行精准定位和跟踪。
在一些实施例中，摄像头移动单元27和偏振摄像头21的个数可以为多个，分布在养殖池1的池口边缘的不同位置，可以接收控制模块3的控制，以进行信息采集和移动。在一些实施例中，声音传感器22位于养殖池1的底部，个数可以为多个，通过声音传感器22获取鱼类的摄食声音，从而更好地判断鱼类的摄食进度，以使控制模块3对其他模块和器件进行控制。
由于声音传感器22获取到的鱼类的摄食声音包含环境噪音，在一些实施例中，声音传感器22可以将获取到的鱼类的摄食声音发送给控制模块3，控制模块3可以对包含环境噪音的鱼类的摄食声音进行去噪处理，以保证声音的准确性。
在一些实施例中，水质传感器23获取水质参数，水质参数可以包括养殖池1中的溶氧量、浊度、酸碱度、离子成分和盐度等，以使控制模块3更好地控制水质。
在一些实施例中，水质传感器23可以分布在养殖池1中的水下不同位置，个数可以为多个，包括但不限于溶氧量传感器、浊度传感器、酸碱度传感器、离子成分传感器和盐度传感器，以对水质进行全面监测。
需要说明的是，水质参数影响鱼类的生长情况，水质差或水质参数不在鱼类的适宜生长环境参数范围内，会导致鱼类生病，所以获取水质参数对鱼类养殖至关重要。
在一些实施例中，水位传感器24位于养殖池1的水中，用于获取水位，以使控制模块3控制养殖池1的水位。
需要说明的是，水循环模块7的进水单元71、排污单元72和出水单元73进行进水、排污和出水，会在养殖池1中形成涡流，该涡流流速影响鱼类的摄食量、摄食进度和运动情况。
在一些实施例中，流速传感器25获取涡流流速，以使控制模块3通过控制水循环模块7来控制流速。
在一些实施例中，流速传感器25可以设置在进水单元71的进水口，可以获取涡流流速。
在一些实施例中，温度传感器26位于养殖池1水下的侧壁，个数可以为多个，以获取养殖池1的温度，保证鱼类生长。
需要说明的是，水温还会影响鱼类的摄食量、摄食进度和运动情况，通过获取水温，以使控制模块3通控制水循环模块7的加热单元74来调节水温。
照明模块4位于养殖池1的上方，包括机架41和照明灯42，机架41包括支架411、外圆环412、内圆盘413和由外圆环412内边缘通向内圆盘413外边缘的条形轨道414，支架411与外圆环412和养殖池1的池口13支撑连接，照明灯42与条形轨道414滑动连接，用于为养殖池1的鱼类提供具有阈值颜色、阈值强度、阈值周期、阈值光圈和阈值角度的灯光，以调节鱼类的生长速度，提升鱼类的体重。
如图1和图2所示，支架411将整个照明模块4支撑在养殖池1的上方，便于照明灯42聚焦在不同区域为鱼类进行照明，照明灯42和条形轨道414的个数可以为多个，条形轨道414是照明灯42的移动轨道，便于照明灯42移动到不同区域调节鱼类的生长，提升鱼类的体重，或移动到鱼类的集群摄食的区域，保证鱼类的摄食效果。
在一些实施例中，照明模块4接收控制模块3的控制发出阈值强度、阈值周期、阈值光圈和阈值角度的灯光。
投放模块5位于内圆盘413上，用于饵料和/或药物的杀菌、搅拌和投放。
在一些实施例中，投放模块5包括饵料管道、药物管道、搅拌单元和杀菌单元，搅拌单元与饵料管道的出饵口和药物管道的出药口均连通，杀菌单元位于搅拌单元内。如此设置，投放模块5既可以投放饵料，又可以投放药物，还可以在搅拌单元中将饵料和药物按比例进行混合投放，并且杀菌单元会在投放前进行杀菌消毒，保证鱼类进食安全。
在一些实施例中，投放模块5可以接收控制模块3的控制，在内圆盘413上绕着过内圆盘413的中心与地面垂直的直线进行周期性变速旋转，使得下落的料物可均匀覆盖整个池塘或定点投喂在某个位置，有利于鱼类发现食物，提高进食效率。
供氧模块6位于养殖池1底部，用于供氧，供氧模块6是基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统的重要组成部分，可以调节养殖池1内水中的溶氧量，保持水中氧气的含量，提高鱼类的存活率和生长效果。
在一些实施例中，供氧模块6由阵列分布在养殖池1底部的氧气装置组成，通过供氧口11由下往上进行供氧。
分池隔离模块8位于养殖池1的底部，包括多个分池隔板，可以接收控制模块3的控制，将生长阶段、育种阶段、交配阶段和上市阶段的鱼类进行分池隔离，以调节养殖密度，促进鱼类成长培育，防控疾病，便于换池捕捞等。
发声模块9位于养殖池1的底部，个数可以为多个，用于对鱼类进行吸引和驱赶，以便于进行鱼类投喂和辅助分池。
需要说明的是，发声模块9可以接收控制模块3的控制，发出不同频率的声波，不仅可以发出与吸引鱼类摄食和促进鱼类摄食相关频段的声波，从而吸引鱼类靠近或摄食，也可以发出驱赶鱼类但又不影响鱼类生长健康的频段声波，对鱼类进行驱赶，依靠发声模块9的吸引和驱赶功能，可以辅助分池。
在一些实施例中，发声模块9可以为声呐。水循环模块7位于养殖池1内，包括进水单元71、排污单元72、出水单元73和加热单元74，用于进行水循环，调节水质和涡流流速，排污单元72位于养殖池1底部的中心位置，加热单元74位于进水单元71上，用于调节水温，排污单元72包括从上至下依次设置的排污通道724、上圆盘721、排污口调节板722和下圆盘723，排污口调节板722用于与上圆盘721旋转滑动连接，与下圆盘723滑动连接，以形成排污口，所述排污通道724与所述出水单元连接，以排去污水。
水循环模块7可以调节水质和涡流流速，维持养殖池1内部的水质活性，保持养殖池1的水质清洁和稳定，防止细菌和毒素的滋生，保证鱼类的健康和生长。
在一些实施例中，如图4、图5、图6和图7所示，排污通道724包括排水通道7241和排渣通道7242，上圆盘721、下圆盘723、排污口调节板722、排水通道7241和排渣通道7245的中心位于同一直线上，以便于形成排污口。
在一些实施例中，排污口调节板722为六个等边三角形板7221组成的正六边形板，靠近排污口调节板722的每条边的中心位置的上下表面均具有圆柱型凸块72211，排污口调节板722的每个角具有缺口72212。
在一些实施例中，下圆盘723与下开口12密封连接，下圆盘723具有正六边形凹槽7231，正六边形凹槽7231用于为等边三角形板7221下表面的圆柱型凸块72211提供滑动轨道。如此设置，可以使等边三角形板7221下表面的圆柱型凸块72211在正六边形凹槽7231中滑动。
在一些实施例中，上圆盘721与圆柱型凸块72211相对的位置开设圆角矩形通孔7211，圆角矩形通孔7211用于为等边三角形板7221上表面的圆柱型凸块72211提供旋转滑动轨道，下圆盘723的中心位置和上圆盘721的中心位置具有相同尺寸的圆形开口。如此设置，等边三角形板7221下表面的圆柱型凸块72211卡入上圆盘721的圆角矩形通孔7211，上圆盘721旋转时，会通过圆角矩形通孔7211带动等边三角形板7221旋转，从而使排污口调节板722的中心开口排污。
在一些实施例中，排水通道7241和排渣通道7242位于上圆盘721的上侧，排水通道7241套设在排渣通道7242的外侧，用于排去污水，排渣通道7242与上圆盘721的圆形开口连通，用于排渣，排渣通道7242的上部具有控制阀，排渣通道7242的侧面上具有过滤口，以将污水排入排水通道7241。
在排污时，控制模块3控制位于排渣通道7242上部的控制阀打开，排污口调节板722不开口，出水单元73出水，由于水中涡流的存在，料物残渣和鱼类的排泄物聚集在养殖池1底部的中心位置，从排渣通道724的上开口进入以待排污，污水经过排渣通道724侧面上的过滤口到达排水通道7241，再由与排水通道7241连通的出水单元73排出养殖池1外；此时，控制模块3控制位于排渣通道7242上部的控制阀关闭，出水单元73出水，使排水通道7241和排渣通道7242形成空腔；控制模块3控制排污口调节板722开口，控制上圆盘721逆时针或顺时针方向旋转，由于上圆盘721的圆角矩形通孔7211套设在六个等边三角行板7221上表面的圆柱型凸块72211上，上圆盘721带动六个等边三角行板7221上表面的圆柱型凸块72211在圆角矩形通孔7211中边旋转边滑动，带动六个等边三角行板7221下表面的圆柱型凸块72211在正六边形凹槽7231滑动，从而使六个等边三角形板7221在养殖池1的底部形成排污口，配合水循环模块7配合在养殖池中心形成涡流，从而使料物残渣和鱼类的排泄物由重力作用掉落，排出养殖池1外。
在一些实施例中，控制模块3通过控制气动装置控制上圆盘721进行旋转，气动装置与上圆盘721连接。
控制模块3是养殖池1的核心控制和分析模块，其接收各模块反馈的信息对其进行整合，匹配解析模型、环境参数库和设备参数库，智能调控各模块和器件进行工作。在一些实施例中，控制模块3与监测模块2、照明模块4、投放模块5、供氧模块6和水循环模块7连接，控制模块3用于基于监测模块2所获取的养殖信息，控制照明模块4、投放模块5、供氧模块6和水循环模块7分别进行照明、投放、供氧和水循环，并生成分析结果，以对鱼类进行训练，根据照明、投放、供氧、水循环、分池和发声控制之后的鱼类的反馈信息，确定鱼类的受训练情况，以对各模块的控制进行优化。
控制模块3可以实现智能化管理和精准控制鱼类的生长和养殖过程，提高产量和质量，降低养殖成本。
在一些实施例中，基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统还包括报警模块和显示模块；报警模块与控制模块3连接，用于在出现病鱼和水质参数不在水质阈值范围时进行报警；显示模块与控制模块3连接，用于显示鱼类的养殖信息、控制模块3的调控信息、分析结果和鱼类的受训练情况。
基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统不仅可以养殖鱼类，还可以养殖贝类等其他水产品。
本申请实施例提供的基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统，可以为鱼类提供舒适的生长环境，防止排泄物堆积、水质污染、疾病爆发和资源浪费，并且可以对鱼类进行训练，以培养鱼类的行为表现，并优化各模块参数，从而实现系统与鱼类之间双向的干预与反馈。
本申请实施例还提供一种基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统的控制方法，应用于上述的基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统中，如图8所示，该控制方法包括：
步骤801，监测模块2获取养殖信息，并将养殖信息发送给控制模块3，养殖信息包括鱼类的生物特征、行为特征、体态特征、位置、摄食声音、水质参数、养殖池1的水位、涡流流速和水温。
步骤802，控制模块3基于养殖信息，控制照明模块4进行照明，控制投放模块5进行饵料和/或药物的杀菌、搅拌和投放，控制供氧模块6进行供氧，控制水循环模块7进行水循环，控制分池隔离模块8进行分池，控制发声模块9进行发声，并生成分析结果，根据照明、投放、供氧、和水循环、分池和发声控制之后的鱼类的反馈信息，确定鱼类的受训练情况，以对各模块的控制进行优化。
其中，分析结果包括生长速率、养殖密度、鱼类合格率、养殖成本、经济效益、鱼类健康状况和鱼类品质。
在一些实施例中，控制模块3装载有鱼类行为解析库、环境参数库和设备参数库，为数据分析提供依据。
在一些实施例中，在为鱼类提供日常生长照明灯光时，该控制方法包括：控制模块3基于生物特征和鱼类行为解析库，确定生长阶段；基于生长阶段、环境参数库和设备参数库，控制照明灯42发出与生长阶段的生活习性相对应的颜色、强度、周期和光圈大小的灯光。
鱼类在不同生长阶段的生活习性不同，需要的灯光的颜色、强度、周期和光圈大小也需要调整。鱼类的生物特征，如体型大小、游动姿态、外观形状和体表特征等可以反映鱼类的生长阶段，基于生长阶段调控灯光，可以满足鱼类在该生长阶段的生活习性需求，以保证鱼类更加健康舒适的生长，从而有理由培育出高品质的鱼类。
在一些实施例中，控制模块3装载的鱼类行为解析库包括鱼类在不同生长阶段的生物特征和与之对应的生活习性信息、鱼类的体态特征和与之对应的常见病信息，环境参数库中包括鱼类不同状态下的行为特征和与之对应的生长环境信息，设备参数库中包括不同生长环境信息、鱼类生活习性信息所对应的设备参数信息；鱼类行为解析模、型环境参数库和设备参数库可以使控制模块3基于这些信息进行各器件和模块的调节控制，使养殖池1的环境满足鱼类生长需要，并且能够根据鱼类的体态特征识别鱼类患有的常见病。
在一些实施例中，在为鱼类投放饵料和药物时，该控制方法包括：
(1)控制模块3基于偏振摄像头21获取到的生物特征、位置和鱼类行为解析库，确定投放模块5的初次投放量和初次投放位置。
由于大多养殖鱼类都是集群鱼类，在一些实施例中，控制模块3可以先控制多个偏振摄像头21中的任一个进行养殖池1的整体观察监测，确定鱼类集群的位置，再控制距离该鱼类集群的位置最近的偏振摄像头21移动到最靠近该鱼类集群的位置进行近距离采集该鱼类集群的详细信息，如生物特征和位置，其他偏振摄像头21也可以对该鱼类集群进行多角度的信息采集，生物特征和位置可以反映鱼类集群中鱼类的数量，从而确定出初次投放量和初次投放位置，以进行精准投喂，并防止浪费，降低养殖成本，提高经济效益。
在一些实施例中，控制模块3可以将获取到的生物特征和位置上传至鱼类行为解析库进行保存和分析。
(2)控制模块3基于偏振摄像头21获取到的行为特征和鱼类行为解析库，确定鱼群行为，鱼群行为包括集群摄食、集群游动、水底静卧、离群行为、浮头行为、受惊行为和异常行为。
控制模块3中装载的鱼类行为解析库，可以基于获取到的行为特征确定鱼群行为，从而决定控制策略。
(3)响应于鱼群行为为集群摄食，控制模块3基于声音传感器22获取到的摄食声音，确定摄食进度和摄食量。
当鱼群行为为集群摄食时，说明鱼类有摄食需求，声音传感器22可以采集到鱼群的摄食声音，控制模块3基于摄食声音确定出鱼类摄食进度和摄食量，以便根据摄食进度和摄食量决定下次投放模块5的投放量。
(4)控制模块3基于摄食进度、摄食量、行为特征、位置和鱼类行为解析库，确定投放模块5的投放频率、再次投放的投放量和再次投放位置。
行为特征可以反映鱼群是否想继续摄食，基于摄食进度、摄食量、行为特征和位置，从而确定是否投放、投放频率、再次投放量和投放位置，防止浪费，降低养殖成本，提高经济效益。
(5)在确定投放位置和投放量后，基于设备参数库和环境参数库，控制模块3控制发声模块在投放位置发出声音，控制杀菌单元、饵料管道、药物管道和搅拌单元进行饵料和/或药物的杀菌、搅拌和投放，控制照明灯42沿着条形轨道414滑动到投放位置上方发出与鱼类摄食相对应的颜色、强度、周期和光圈大小的灯光，以吸引距离投放位置较远的鱼类游动到投放位置进行摄食。
其中，投放位置包括初次投放位置和再次投放位置，投放量包括初次投放量和再次投放的投放量。
在确定投放位置和投放量后，发声模块9在投放位置发出声音，以吸引远距离的鱼类摄食，提高鱼群整体摄食积极性。控制模块3还可以控制杀菌单元、饵料管道、药物管道和搅拌单元进行饵料和/或药物的杀菌、搅拌和投放，使投放模块5既可以投放饵料，又可以投放药物，还可以在搅拌单元中将饵料和药物按比例进行混合投放，并且杀菌单元会在投放前进行杀菌消毒，保证鱼类进食安全。为了更好地刺激鱼群进食，控制模块3控制照明灯42调节成适合鱼类进食的颜色、强度、周期和光圈大小。
(6)在鱼类摄食过程中，基于设备参数库和环境参数库，控制模块3控制加热单元74对进水单元71中的水进行加热，控制供氧模块6在投放位置进行供氧，基于流速传感器25实时获取的涡流流速，控制进水单元71和出水单元73的流量多次减小步长流量，直至涡流流速为摄食流速，摄食流速小于日常养殖流速。
控制模块3控制加热单元74调控养殖池1内的整体水温达到适合鱼类进食的温度，以促进鱼类进食。
由于鱼群在进食过程中耗氧量会极大地增加，在一些实施例中，供氧模块6可以接收控制模块3的控制，使位于投放位置即鱼群聚集位置下方的供氧口排出氧气，进行供氧。
该流量的控制是基于实时反馈的涡流流速的，控制模块3装载的环境参数库包括日常养殖流速和摄食流速。为了增加鱼群进食的时间，基于设备参数库和环境参数库，控制模块3会控制水循环模块7减小进水和出水的流量，以减少养殖池1的涡流速度，流速传感器会实时反馈涡流流速，当所反馈的涡流流速大于摄食流速，控制模块3会控制进水单元71和出水单元73减小步长流量，进行水循环，直到流速传感器反馈的涡流流速等于摄食流速，从而保证鱼群进食时间和进食质量。
(7)在鱼类摄食结束后，基于设备参数库和环境参数库，控制模块3控制排污单元72的上圆盘721旋转，以形成排污口进行排污，控制模块3控制进水单元71和出水单元73的流量至阈值流量，以使涡流流速恢复至日常养殖流速。
当鱼类摄食结束后，控制模块3控制排污单元72、进水单元71和出水单元73进行水循环和排污，并使涡流流速调节至日常养殖流速，以满足鱼类的生活习性需求，保证鱼类正常生长，并提高清污效率，防止残余饵料、药物和粪便分解产生有害物质。
在一些实施例中，声音传感器22会实时检测鱼群的摄食声音，偏振摄像头21可以采集鱼类的行为特征，以使控制模块3确定鱼类摄食是否结束。
由于鱼类一般集群游动，集群行为会导致该区域的耗氧量明显增加，从而可能造成水中溶解氧量的不平衡。在一些实施例中，偏振摄像头21采集鱼类的行为特征和位置，控制模块3基于行为特征和位置，确定鱼类在该位置聚集，控制供氧模块6使鱼群聚集位置下方的供氧口排出氧气，进行供氧，从而向水中释放氧气并增加溶解氧的含量，保证鱼类群体的良好生长环境。
除了鱼类进食后水质会下降外，鱼类在进行代谢等日常活动也会导致水质下降。在一些实施例中，分布在养殖池1不同位置的水质传感器23获取到水质参数，控制模块3响应于某位置的水质参数不在水质阈值范围时，控制供氧模块6在该位置进行供氧，从而实现定向供氧，控制水循环模块7进行水循环和排污，从而提高清污效率，防止残余饵料、药物和粪便分解产生有害物质。其中，水质参数可以包括溶氧量、浊度、酸碱度、离子成分和盐度。
在一些实施例中，响应于某位置的水质参数不在水质阈值范围时，控制模块3控制报警模块进行报警，控制显示模块显示包括“水质不符合养殖要求”的提示信息。
在一些实施例中，根据照明、投放、供氧、水循环、分池和发声控制之后的鱼类的反馈信息，确定鱼类的受训练情况，以对各模块的控制进行优化具体包括：根据照明、投放、供氧、水循环、分池、发声控制之后的鱼类的反馈信息和鱼类行为解析库，确定鱼类的受训练情况；将鱼类的受训练情况相对应的当前的监测模块2、照明模块4、投放模块5、供氧模块6、水循环模块7、分池隔离模块8和发声模块9的参数信息在设备调节参数中进行记录与存储；将鱼类的受训练情况相对应的当前的外界环境信息在环境参数库中进行记录与存储，外界环境信息包括环境声音、水质参数、养殖池1的水位、涡流流速、水温和光线，以便调整出最优生长环境。
示例地，每次投喂时发声模块9和照明灯42等模块和器件的开启并接收控制模块3控制在一定设备参数下进行工作可以对鱼类进行进食条件反射的训练，在多次投喂后，鱼类会自觉在发声模块9和照明灯42等模块和器件开启并在该设备参数下工作时进行摄食控制模块3还可以根据鱼类的反馈信息，确定鱼类的受训练情况，优化各模块和器件的设备参数。
需要说明的是，上述控制不仅可以实现基于鱼类需要对各模块和各器件进行控制，还可以使鱼类受温度、光线、氧气、水质、料物和声音等训练，培养鱼类表现，并优化各模块参数，从而实现系统与鱼类之间双向的干预与反馈。控制模块3对鱼类的训练分为两部分，其一为体能训练，保证鱼类活动量，增强其免疫力和提升品质；其二为应激训练，保证鱼能够适应外界环境的改变，减少恐惧感的产生，提高存活率。
在一些实施例中，该控制方法还包括：控制模块3基于偏振摄像头21获取到的生物特征、行为特征、体态特征、位置和鱼类行为解析库，确定、标记和追踪育种鱼和生病鱼，以便养殖人员及时发现育种鱼和生病鱼，并将生长阶段、育种阶段、交配阶段和上市阶段的鱼类进行分池隔离；控制模块3基于养殖信息和分析结果，生成鱼类档案，鱼类档案包括每条鱼的健康状况、摄食状况、生长速率和品质状况，以便养殖人员可以知悉每条鱼的相关信息，把控鱼类品质，及时采取相关措施进行干预；控制模块3基于鱼类市场需求数据、鱼类市场价格数据和鱼类残药量标准，确定饵料种类、饵料品牌和药物投放量，从而结合市场需求对所养殖的鱼类进行调控，紧跟市场步伐，把握鱼类品质，并降低运营成本，提高经济效益。
在一些实施例中，当鱼类市场价格处于价格峰值时，控制模块3将养殖池1中处于成熟期(上市阶段)的鱼通过显示模块进行显示，方便养殖人员及时出售，当处于低谷期时，控制模块3控制显示模块给出建议，暂缓鱼类出售。
在一些实施例中，控制模块3还可以形成对于环境调控决策的优化评价机制，通过计算各模块和器件对于鱼类行为的相关度与影响权重来自学习、自训练、自生成更优决策来适配养殖池1中鱼类的需求，从而制定经济决策，提高经济效益。
需要说明的是，通过鱼类的生物特征、行为特征、体态特征和位置反映的体型大小、状态、性状、活跃数据与发育速度等参数来详细地判断当前鱼类的健康程度，将所收集的每条鱼的信息存入控制模块3的鱼类行为解析库中，分析每条鱼的信息，从而确定出健康强壮、生长速度快和生病次数少的鱼苗进行辅助育种，能够定向地观察在多个周期内鱼类的遗传迭代情况，同时也可以把那些已经失去了繁殖能力的种鱼筛选出来，进一步提高养殖池1的养殖效率，同时保护了养殖池1里珍贵的种鱼资源，从而更好地进行育种；确定离群、染病等鱼，分析离群鱼是否得病，分析生病鱼的病变类型和病变程度，从而能够防止其他鱼染病，更好地预防疾病的大规模爆发。
控制模块3可以获取市场需求数据，分析当前市场对所养殖的鱼类的需求是否强烈，高端鱼类对于药物使用是否有要求，鱼类市场价格数据和鱼类残药量标准来调控投放模块5是否应该更换饵料种类、饵料品牌和药物投放量，当市场需求强烈时，鱼类价格高，选用优质饲料及通过增加换水次数和降低药物使用率以提高鱼类的品质，从而提高经济效益。
在一些实施例中，控制模块3通过各模块和器件结合能够根据分析结果来评估养殖成本。通过对各模块和器件的控制记录进行计算，精确地计算出养殖池1的运营成本。根据上述数据，控制模块3可以进一步根据市场价格来判断成本效益。如果发现当前成本相对于市场价格无法接受，则需要在保证鱼类生长质量的前提下，调整投喂量或其他的各模块和器件运行方案，以降低成本。
鱼类生病会出现离群行为，在一些实施例中，控制模块3基于偏振摄像头21获取到的鱼类的行为特征、位置和鱼类行为解析库，确定某条鱼或多条鱼离群，对离群的鱼进行标记并控制偏振摄像头21进行追踪，控制报警模块进行报警，控制显示模块显示被标记和被追踪的离群鱼的位置、行为特征、生物特征和体态特征，并保存至鱼类档案中。
在一些实施例中，控制模块3可以基于偏振摄像头21获取到的鱼类的行为特征、位置和鱼类行为解析库判断鱼类此时是否需要种群繁殖，如果确定需要种群繁殖，控制模块3控制监测模块2、照明模块4、投放模块5、供氧模块6和、水循环模块7、分池隔离模块8和发声模块9为鱼类提供种群繁殖环境；否则，控制发声模块9、照明模块4和分池隔离模块8，抑制繁殖；基于监控模块2所获取的养殖信息，补充鱼类行为解析库，提高控制模块3的决策稳定性和准确性。
在一些实施例中，控制模块3可以基于养殖信息、数据库中的信息和养殖池各器件和模块的分布信息进行构建三维动画图像，直观、实时地反映养殖信息、各模块和器件的状态。
在一些实施例中，生病鱼在显示模块上会被标记成红色，以便提醒养殖人员要采取措施，育种鱼在显示模块上会被标记成绿色，以便使养殖人员直观地获取育种鱼的相关信息。
在一些实施例中，控制模块3生成的分析结果包括但不限于生长速率、养殖密度、鱼类合格率、养殖成本、经济效益、鱼类健康状况和鱼类品质，以便使养殖人员知晓鱼类的生长状况、养殖密度、养殖池鱼类的合格情况、养殖成本、经济效益和鱼类健康状况和鱼类品质。
需要说明的是，随着鱼类逐渐生长，鱼类的体型会不断增大，养殖池1内的养殖密度会逐渐变大，养殖池1无法满足养殖密度需求，影响鱼类的养殖效率，控制模块3生成的养殖密度可以提醒养殖人员更换池塘，提高养殖效率。
在一些实施例中，给出环境参数库、设备参数库和鱼类行为解析库中的环境参数变化、鱼类行为反应和公式：
(1)当水温不在16～18℃范围内或盐度不在25‰～30‰范围内，鱼类出现狂躁性游泳行为且摄食活跃，行为表达公式如下：
AC(t)＝wΔv·Δv(t)+wf·f(t)+wa·a(t)
其中，AC(t)表示不同时刻鱼的活跃度，wΔv表示加权速度变化指标，wf表示加权转向频率指标、wa表示加权加速度指标，Δv(t)表示不同时刻的速度变化，f(t)表示不同时刻的频率，a(t)表示不同时刻的加速度，t表示时间。
(2)在养殖池进行高密度养殖时，鱼类会出现好斗行为、跳跃行为、游泳行为和逃逸行为等异常行为，养殖密度用聚散度表示。
在一些实施例中，鱼类的聚散度F通过如下步骤得到：
第一步，计算两条鱼之间的距离d(i,j)，在三维空间坐标系下，两条鱼的位置坐标分别为(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)，它们之间的距离可以计算为欧氏距离：
其中，i和j分别为两条鱼的标号，表示第i条和第j条鱼。
第二步，计算聚集方向向量u(i)，从而更好地考察鱼群是否有明显的聚集行为，更全面地评估鱼群的聚集状态，聚集方向向量可以提供了一个关于鱼群运动趋势的指标，能够补充距离平均值和速度标准差这两个指标的信息，从而更精确地描述群体的聚集程度。在一个给定的时间段内，假设第i条鱼周围有k条邻近的鱼，它们的位置坐标分别为(xi_1,yi_1,zi_1)，(xi_2,yi_2,zi_2),...,(xi_k,yi_k,zi_k)。那么第i条鱼在这个时间段内的聚集方向向量u(i)可以定义为：
第三步，计算速度标准差，将速度标准差定义为鱼游动速度的标准差。
其中，v(i)表示第i条鱼的速度，μ(v)表示整个鱼群速度平均值，n表示的是鱼的总条数。
第四步，根据如下公式，计算每条鱼之间的距离的平均值：
其中，d(i,j)表示第i条鱼和第j条鱼之间的距离。
第五步，根据如下公式，计算聚散度F：
需要说明的是，当聚散度指标F较小时，表示鱼类聚集在一起；而当聚散度指标F较大时，表示鱼类分散开来。当鱼类的行为状态发生异常时，其聚散度指标F可能会发生改变。例如，如果鱼类中有一些个体出现异常行为，如过度活跃或缺乏反应等，这些个体可能会影响整个群体的聚集和分散状态，从而导致聚散度指标F发生变化。
(3)在温度改变、日光周期改变和气压升降会导致鱼类产卵行为发生变化。
(4)在间断性喂食活饵，鱼类往往会摄食活跃。
(5)饵料的大小、形状、颜色、沉浮性、硬度等物理性状均会鱼类的摄食活跃性，影响公式如下：
其中，A表示摄食活跃程度，x、y、z、w分别表示喂食周期、饵料品种、光照颜色、光照强度的影响系数，v表示光照周期的影响系数，a和b分别表示鱼类的速度和加速度，s表示同类摄食声音信号的影响强度指标，基于声音传感器22获取到的摄食声音确定。
(6)照明灯42在红光波长附近，抑制鱼类生长和摄食；照明灯42在冷白光波长附近，促进鱼类生长和摄食；照明灯42的光照强度为25～300lx的弱光范围内，促进鱼类生长和摄食。
(7)照明灯42为短光周期为光照0～12h，促进鱼类生长摄食，鱼类摄食量和生长形状的评价公式为：
B＝k·f(I,T)·e-λd·d
其中，B表示鱼类的摄食量和生长状况，k表示鱼类对光照强度和光周期的响应的敏感程度，f(I,T)表示鱼类的生长和摄食响应与光照强度I和光照周期T之间的函数，λ表示大菱鲆的死亡率常数，d表示鱼类生长和摄食的持续时间。
(8)二氧化碳增加，抑制鱼类生长；夜间鱼类活动频繁；水体溶解氧浓度5～6mg/L以下时，鱼类会出现浮头行为；发声模块9在0～20kHz的频率范围内发声能够促进鱼类摄食。
(9)鱼类幼鱼在1～1000μW cm的光强下具有正趋光性；在完全黑暗中，无明显活动；在白色、黑色、红色、棕色的灯光环境背景下，倾向于白色背景并表现出强适应性；
(10)当水中的涡流速度在200L/h～800L/h范围内，随着涡流速度的增加，鱼类特定生长率先增加后趋于稳定。
在一些实施例中，基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统的控制方法还包括：根据鱼类的生病次数、体型大小、活跃程度等健康指标和鱼类市场价格数据，预测养殖池1中的鱼类的市场价格，此过程具体用到的价格预测模型如下：
E＝{(x1,y1),(x2,y2),...,(xm,ym)},yi∈R
其中，E表示样本参数集合，xm表示第m天的健康指标，可以反映鱼类生病次数、体型大小和活跃程度等，ym表示第m天的鱼类市场价格数据，f(x)表示预测的鱼类的市场价格，w表示超平面的权重向量，用来代表这些不同的健康指标对于大菱鲆价格的重要程度，b表示偏置项，C是正则化参数，用于平衡价格预测模型的复杂度和拟合误差，lε代表容错范围。
在一些实施例中，价格预测模型的训练过程可以为：把鱼类生病次数、体型大小、活跃程度以及其实际市场价格来训练价格预测模型，可以输出得到一个预测结果值，通过训练使输出的值不断与市场实际价格值逼近，从而使得预测误差值逐渐缩小，当小于设定的误差值时，视为预测符合要求，从而完成价格预测模型的训练，得到最终用到的价格预测模型。
本申请实施例提供的基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统的控制方法，可以精确地获取养殖信息，对养殖池的照明、投放、供氧和水循环进行精准调控，为鱼类提供舒适的生长环境，防止排泄物堆积、水质污染、疾病爆发和资源浪费，并且可以对鱼类进行训练，以培养鱼类的行为表现，并优化各模块参数，从而实现系统与鱼类之间双向的干预与反馈。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的本申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统，其特征在于，所述基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统包括养殖池(1)、监测模块(2)、控制模块(3)、照明模块(4)、投放模块(5)、供氧模块(6)、水循环模块(7)、分池隔离模块(8)和发声模块(9)；
所述养殖池(1)底部具有倒圆台型结构，所述倒圆台结构的侧面分布有多个供氧口(11)和多个圆弧形凸起，所述供氧口(11)与所述供氧模块(6)连接，所述养殖池(1)底部的中心位置具有下开口(12)；
所述监测模块(2)包括偏振摄像头(21)、声音传感器(22)、水质传感器(23)、水位传感器(24)、流速传感器(25)和温度传感器(26)，所述偏振摄像头(21)位于所述养殖池(1)的边缘，所述监测模块(2)用于获取包括鱼类的生物特征、行为特征、体态特征、位置、摄食声音、水质参数、养殖池(1)的水位、涡流流速和水温的养殖信息；
所述照明模块(4)位于所述养殖池(1)的上方，包括机架(41)和照明灯(42)，所述机架(41)包括支架(411)、外圆环(412)、内圆盘(413)和由外圆环(412)内边缘通向内圆盘(413)外边缘的条形轨道(414)，所述支架(411)与所述外圆环(412)和所述养殖池(1)的池口(13)支撑连接，所述照明灯(42)与所述条形轨道(414)滑动连接，用于为养殖池(1)的鱼类提供具有阈值颜色、阈值强度、阈值周期、阈值光圈和阈值角度的灯光，以调节鱼类的生长速度，提升鱼类的体重；
所述投放模块(5)位于所述内圆盘(413)上，用于饵料和/或药物的杀菌、搅拌和投放；
所述供氧模块(6)位于所述养殖池(1)底部，用于供氧；
所述分池隔离模块(8)位于所述养殖池(1)的底部，包括多个分池隔板，用于接收所述控制模块(3)的控制，将生长阶段、育种阶段、交配阶段和上市阶段的鱼类进行分池隔离；
所述发声模块(9)位于所述养殖池(1)的底部，用于吸引和驱赶鱼类，以训练鱼类摄食和辅助分池；
所述水循环模块(7)位于所述养殖池(1)内，包括进水单元(71)、排污单元(72)、出水单元(73)和加热单元(74)，用于进行水循环，调节水质和涡流流速，所述排污单元(72)位于所述养殖池(1)底部的中心位置，所述加热单元(74)位于所述进水单元(71)上，用于调节水温，所述排污单元(72)包括从上至下依次设置的排污通道(724)、上圆盘(721)、排污口调节板(722)和下圆盘(723)，所述排污口调节板(722)用于与所述上圆盘(721)旋转滑动连接，与所述下圆盘(723)滑动连接，以形成排污口，所述排污通道724与所述出水单元连接；所述控制模块(3)与所述监测模块(2)、照明模块(4)、投放模块(5)、供氧模块(6)、水循环模块(7)、分池隔离模块(8)和发声模块(9)连接，所述控制模块(3)用于基于监测模块(2)所获取的养殖信息，控制照明模块(4)、投放模块(5)、供氧模块(6)、水循环模块(7)、分池隔离模块(8)和发声模块(9)分别进行照明、投放、供氧、水循环、分池和发声，并生成分析结果，以对鱼类进行训练，根据照明、投放、供氧、水循环、分池和发声控制之后的鱼类的反馈信息，确定鱼类的受训练情况，以对各模块的控制进行优化。
2.根据权利要求1所述的基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统，其特征在于，所述排污通道(724)包括排水通道(7241)和排渣通道(7242)，所述上圆盘(721)、所述下圆盘(723)、所述排污口调节板(722)、排水通道(7241)和排渣通道(7242)的中心位于同一直线上：
所述排污口调节板(722)为六个等边三角形板(7221)组成的正六边形板，靠近所述排污口调节板(722)的每条边的中心位置的上下表面均具有圆柱型凸块(72211)，所述排污口调节板(722)的每个角具有缺口(72212)；
所述下圆盘(723)与所述下开口(12)密封连接，所述下圆盘(723)具有正六边形凹槽(7231)，所述正六边形凹槽(7231)用于为所述等边三角形板(7221)下表面的圆柱型凸块(72211)提供滑动轨道；
所述上圆盘(721)与所述圆柱型凸块(72211)相对的位置开设圆角矩形通孔(7211)，所述椭圆形通孔(7211)用于为所述等边三角形板(7221)上表面的圆柱型凸块(72211)提供旋转滑动轨道，所述下圆盘(723)的中心位置和所述上圆盘(721)的中心位置具有相同尺寸的圆形开口；
所述排水通道(7241)和所述排渣通道(7242)位于所述上圆盘(721)的上侧，所述排水通道(7241)套设在所述排渣通道(7242)的外侧，用于排去污水，所述排渣通道(7242)与所述上圆盘(721)的圆形开口连通，用于排渣，所述排渣通道(7242)的上部具有控制阀，所述排渣通道(7242)的侧面上具有过滤口，以将污水排入排水通道(7241)。
3.根据权利要求1所述的基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统，其特征在于，
所述监测模块(2)还包括摄像头移动单元(27)，所述摄像头移动单元(27)位于所述池口(13)边缘，包括第一轨道(271)、第二轨道(272)、齿条轨道(273)、第一滑块(274)、电机(275)、架体(276)、第二滑块(277)、第三滑块(278)、第一连杆(279)和第二连杆(280)；
所述第三滑块(278)设置在所述第二轨道(272)上，用于带动所述偏振摄像头(21)在第二轨道(272)上滑动，所述第二滑块(277)与所述第一连杆(279)的一端旋转连接，所述第一连杆(279)的另一端与所述第二连杆(280)的一端旋转连接，所述第二连杆(280)的另一端与所述架体(276)旋转连接，所述齿条轨道(273)与第三滑块(278)的一端可拆卸连接，所述第一轨道(271)与所述第二滑块(277)滑动连接；
所述架体(276)呈L形，包括第一部和第二部，所述第一部用于安装第一轨道(271)，所述第二部具有通孔，所述通孔用于与所述电机(275)的输出轴连接，所述第一滑块(274)内置有齿轮，所述齿轮与所述输出轴的另一端可拆卸连接，所述齿轮与所述齿条轨道(273)啮合。
4.根据权利要求1所述的基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统，其特征在于，所述基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统还包括报警模块和显示模块；
所述报警模块与所述控制模块(3)连接，用于在出现病鱼和水质参数不在水质阈值范围时进行报警；
所述显示模块与所述控制模块(3)连接，用于显示鱼类的养殖信息、所述控制模块(3)的调控信息、分析结果和鱼类的受训练情况。
5.根据权利要求1所述的基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统，其特征在于所述投放模块(5)包括饵料管道、药物管道、搅拌单元和杀菌单元，所述搅拌单元与所述饵料管道的出饵口和所述药物管道的出药口均连通，所述杀菌单元位于所述搅拌单元内。
6.一种基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任一项所述的基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统中，所述控制方法包括：
所述监测模块(2)获取养殖信息，并将所述养殖信息发送给所述控制模块(3)，所述养殖信息包括鱼类的生物特征、行为特征、体态特征、位置、摄食声音、水质参数、养殖池(1)的水位、涡流流速和水温；
所述控制模块(3)基于所述养殖信息，控制所述照明模块(4)进行照明，控制所述投放模块(5)进行饵料和/或药物的杀菌、搅拌和投放，控制所述供氧模块(6)进行供氧，控制所述水循环模块(7)进行水循环，控制所述分池隔离模块(8)进行分池，控制所述发声模块(9)进行发声，并生成分析结果，根据照明、投放、供氧、水循环、分池和发声控制之后的鱼类的反馈信息，确定鱼类的受训练情况，以对各模块的控制进行优化，其中，分析结果包括生长速率、养殖密度、鱼类合格率、养殖成本、经济效益、鱼类健康状况和鱼类品质。
7.根据权利要求6所述的基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统的控制方法，其特征在于，所述控制模块(3)装载有鱼类行为解析库、环境参数库和设备参数库，在为鱼类提供日常生长照明灯光时，所述控制方法包括：
所述控制模块(3)基于所述生物特征和鱼类行为解析库，确定生长阶段；
基于所述生长阶段、环境参数库和设备参数库，控制所述照明灯(42)发出与所述生长阶段的生活习性相对应的颜色、强度、周期和光圈大小的灯光。
8.根据权利要求6所述的基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统的控制方法，其特征在于，在为鱼类投放饵料和药物时，所述控制方法包括：
所述控制模块(3)基于所述偏振摄像头(21)获取到的所述生物特征、所述位置和所述鱼类行为解析库，确定所述投放模块(5)的初次投放量和初次投放位置；
所述控制模块(3)基于所述偏振摄像头(21)获取到的所述行为特征和所述鱼类行为解析库，确定鱼群行为，所述鱼群行为包括集群摄食、集群游动、水底静卧、离群行为、浮头行为、受惊行为和异常行为；
响应于所述鱼群行为为集群摄食，所述控制模块(3)基于所述声音传感器(22)获取到的所述摄食声音，确定摄食进度和摄食量；
所述控制模块(3)基于所述摄食进度、所述摄食量、所述行为特征、所述位置和所述鱼类行为解析库，确定所述投放模块(5)的投放频率、再次投放的投放量和再次投放位置；
在确定投放位置和投放量后，基于所述设备参数库和环境参数库，所述控制模块(3)控制所述发声模块(9)在投放位置发出声音，控制杀菌单元、饵料管道、药物管道和搅拌单元进行饵料和/或药物的杀菌、搅拌和投放，控制照明灯(42)沿着条形轨道(414)滑动到所述投放位置上方发出与鱼类摄食相对应的颜色、强度、周期和光圈大小的灯光，以吸引距离投放位置较远的鱼类游动到投放位置进行摄食，其中，所述投放位置包括初次投放位置和再次投放位置，所述投放量包括初次投放量和再次投放的投放量；
在鱼类摄食过程中，基于所述设备参数库和所述环境参数库，所述控制模块(3)控制加热单元(74)对进水单元(71)中的水进行加热，控制供氧模块(6)在所述投放位置进行供氧，基于所述流速传感器(25)实时获取的涡流流速，控制进水单元(71)和出水单元(73)的流量多次减小步长流量，直至所述涡流流速为摄食流速，所述摄食流速小于日常养殖流速；
在鱼类摄食结束后，基于所述设备参数库和所述环境参数库，所述控制模块(3)控制排污单元(72)的上圆盘(721)旋转，以形成排污口进行排污，所述控制模块(3)控制进水单元(71)和出水单元(73)的流量至阈值流量，以使涡流流速恢复至日常养殖流速。
9.根据权利要求8所述的基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统的控制方法，其特征在于，所述根据照明、投放、供氧、水循环、分池和发声控制之后的鱼类的反馈信息，确定鱼类的受训练情况，以对各模块的控制进行优化具体包括：
根据照明、投放、供氧、水循环、分池、发声控制之后的鱼类的反馈信息和鱼类行为解析库，确定鱼类的受训练情况；
将所述鱼类的受训练情况相对应的当前的监测模块(2)、照明模块(4)、投放模块(5)、供氧模块(6)、水循环模块(7)、分池隔离模块(8)和发声模块(9)的参数信息在设备调节参数中进行记录与存储；
将所述鱼类的受训练情况相对应的当前的外界环境信息在环境参数库中进行记录与存储，所述外界环境信息包括环境声音、水质参数、养殖池(1)的水位、涡流流速、水温和光线。
10.根据权利要求6所述的基于行为-环境双向反馈的智能养殖系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
所述控制模块(3)基于所述偏振摄像头(21)获取到的所述生物特征、行为特征、体态特征、位置和鱼类行为解析库，确定、标记和追踪育种鱼和生病鱼，并将生长阶段、育种阶段、交配阶段和上市阶段的鱼类进行分池隔离；
所述控制模块(3)基于养殖信息和分析结果，生成鱼类档案，所述鱼类档案包括每条鱼的健康状况、摄食状况、生长速率和品质状况；
所述控制模块(3)基于鱼类市场需求数据、鱼类市场价格数据和鱼类残药量标准，确定饵料种类、饵料品牌和药物投放量。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118068687A (zh) * | 2024-04-22 | 2024-05-24 | 山东欧菲特能源科技有限公司 | 一种基于改进pid的制冷机变频器控制优化方法 |
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- 2024-01-17 CN CN202410067576.3A patent/CN117882661A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN118068687A (zh) * | 2024-04-22 | 2024-05-24 | 山东欧菲特能源科技有限公司 | 一种基于改进pid的制冷机变频器控制优化方法 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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