中華絨螯蟹養(yǎng)殖水質(zhì)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究.pdf

1、中華絨螯蟹（又稱“河蟹”、“大閘蟹”）養(yǎng)殖是我國(guó)漁業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，是我國(guó)淡水養(yǎng)殖業(yè)的傳統(tǒng)名貴特色品種之一。近年來，中華絨螯蟹養(yǎng)殖收入不斷提高，養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴(kuò)大。但現(xiàn)階段，河蟹養(yǎng)殖的科學(xué)化和技術(shù)化水平還相對(duì)較低，傳感器檢測(cè)技術(shù)和大數(shù)據(jù)云計(jì)算等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為河蟹養(yǎng)殖走科學(xué)化、自動(dòng)化、生態(tài)化發(fā)展之路提供了技術(shù)支持。水質(zhì)環(huán)境是制約河蟹養(yǎng)殖產(chǎn)量和保證蟹肉質(zhì)量的重要因素之一，“養(yǎng)好蟹先養(yǎng)好水”，對(duì)水質(zhì)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有利于養(yǎng)殖人員實(shí)時(shí)

2、掌握水質(zhì)狀況、調(diào)節(jié)水質(zhì)，對(duì)提高河蟹生態(tài)養(yǎng)殖水平、提高養(yǎng)殖效率有重要意義。目前，在對(duì)河蟹養(yǎng)殖水質(zhì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，多依靠實(shí)地取樣，實(shí)驗(yàn)室測(cè)量或人工實(shí)地測(cè)量，對(duì)水質(zhì)的監(jiān)測(cè)不夠全面、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不實(shí)時(shí)、工作量大、效率較低。
　　根據(jù)河蟹養(yǎng)殖專家對(duì)水質(zhì)環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)需求，以及中華絨螯蟹對(duì)養(yǎng)殖池塘水質(zhì)環(huán)境各指標(biāo)的敏感程度，綜合分析選擇對(duì)水質(zhì)指標(biāo)中的溶解氧含量、水溫、pH值，對(duì)空氣環(huán)境指標(biāo)中的溫度、濕度、光照度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)開發(fā)了中華絨螯蟹養(yǎng)殖水

3、質(zhì)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。基于嵌入式系統(tǒng)可靠性選擇設(shè)計(jì)了與監(jiān)測(cè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的水質(zhì)環(huán)境傳感器、網(wǎng)關(guān)硬件和系統(tǒng)供電方式。水質(zhì)傳感器采用Thermor溶解氧及水溫傳感器、pH值傳感器以及DJL空氣傳感器（包括溫度傳感器、濕度傳感器和光照度傳感器）。以嵌入式系統(tǒng)為設(shè)計(jì)框架，設(shè)計(jì)了基于ARM9和CDMA2000數(shù)據(jù)傳輸模塊的水質(zhì)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)多用途物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，用C++語(yǔ)言編寫了網(wǎng)關(guān)軟件中數(shù)據(jù)接收和處理?等程序。多用途物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)主處理器采用S

4、3C2440，數(shù)據(jù)傳輸模塊采用MC323。水質(zhì)傳感器和空氣傳感器與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)之間均通過RS-485總線連接，A/D轉(zhuǎn)換模塊對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行處理，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器數(shù)據(jù)中心以TCP/IP協(xié)議作為通信協(xié)議。設(shè)計(jì)了溶解氧調(diào)控模塊結(jié)構(gòu)，溶解氧調(diào)控采用手動(dòng)遠(yuǎn)程控制調(diào)節(jié)模式、定時(shí)開關(guān)機(jī)模式和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋控制模式等三種調(diào)控策略工作模式。設(shè)計(jì)了基于WEB的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)查詢平臺(tái)，系統(tǒng)服務(wù)功能主要包括，水質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查詢、歷史數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、水質(zhì)超標(biāo)報(bào)警

5、等。
　　設(shè)計(jì)開發(fā)的中華絨螯蟹養(yǎng)殖水質(zhì)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在上海崇明某河蟹養(yǎng)殖基地進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)了中華絨螯蟹養(yǎng)殖水質(zhì)及環(huán)境重要指標(biāo)全天候、數(shù)字化的在線監(jiān)測(cè)和預(yù)警，滿足了養(yǎng)殖人員對(duì)水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的需求，減少了養(yǎng)殖管理的盲目性，降低了養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)、能源消耗及養(yǎng)殖成本。通過分析大量水質(zhì)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采集的水質(zhì)數(shù)據(jù)，建立了5-9-1型三層結(jié)構(gòu)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)溶解氧預(yù)測(cè)模型。通過MATLAB軟件，選取了200組數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練樣本，25組作

6、為驗(yàn)證數(shù)據(jù)，對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證分析，預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)的溶解氧數(shù)據(jù)能與實(shí)測(cè)溶解氧數(shù)據(jù)較好擬合，相對(duì)誤差較小。
　　根據(jù)水質(zhì)環(huán)境歷史數(shù)據(jù)和河蟹養(yǎng)殖專家經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的層次分析法，對(duì)中華絨螯蟹養(yǎng)殖水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的三種重要水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了初步綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)等級(jí)分為優(yōu)、良、中、差、極差五級(jí)。在水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)模型基礎(chǔ)上，綜合考慮水質(zhì)環(huán)境因素、天氣因素、河蟹生長(zhǎng)階段等因素，提出了河蟹養(yǎng)殖投喂量建議模型公式，為河蟹養(yǎng)殖人員適量投飼提供參考值；