第6章 水产养殖智能化管控应用

水产养殖智能化管控应用第6章6.1水产养殖环境监测与调控

6.2

水产生物生长过程监测 6.3水产生物智能投喂控制 6.4水产生物疾病预测与诊断6.5水产品产量预测分析6.6物联网河蟹养殖管理6.1水产养殖环境监测与调控近年来，一些养殖企业逐渐引入水质监测预警系统，使用传感器技术对养殖水体的温度、溶解氧、pH值、氨氮、电导率等指标进行实时监测，通过无线传输技术将信息传输到云计算平台进行存储、分析和处理，并输出数据处理结果至系统平台和移动终端。也有一类水质监测预警调控系统通过在系统发出水质预警信号的同时调控进出水电磁阀，并通过控制器控制增氧机等养殖设备，实现对水质的智能化调控，养殖户则从系统平台或手机APP了解水质调控情况。水质监测预警调控流程如图6-1所示。图6-1水质监测预警调控流程图6.1水产养殖环境监测与调控也有研究将人工智能应用于养殖水质监测、预测过程。基于人工智能的水质调控则是将采集的水质数据通过物联网等技术反馈给智能系统，智能系统根据当前的水质环境制定水质调控方案，模糊控制和专家系统控制是主要的方法。基于人工智能的水质预测流程如图6-2所示。图6-2基于人工智能的水质预测流程6.1水产养殖环境监测与调控而基于人工智能的水质调控则是将采集的水质数据通过物联网等技术反馈给智能系统，智能系统根据当前的水质环境制定水质调控方案，模糊控制（FuzzyControl，FC）和专家系统控制是主要的方法。模糊控制指的是一种基于模糊逻辑的控制方法，通过将输入和输出变量用模糊集合（FuzzySet，FS）表示，并使用模糊规则对其进行处理，从而实现对系统的控制，它能够在处理不确定性和复杂性问题时比传统的精确控制方法更好地适应实际情况。专家系统控制指的是利用专家知识库和推理机制，模拟人类专家的思考与决策过程，以解决特定领域问题，实现对该领域的自动控制和管理的一种人工智能方法。通过对数据、知识、规则进行分析和处理，专家系统控制可以自动化地完成复杂的判断、决策与操作任务。6.2水产生物生长过程监测水产生物的生长监测对于保证养殖质量至关重要。传统方法通过定期采样、测量和记录水体中的生物量等指标进行，但存在成本高、数据失真等问题。人工智能监测结合传感器和摄像头等设备与智能算法，实时监测、分析和预测水产生物的生长过程，实现24小时不间断监测，及时发现问题，降低人工成本和水产生物死亡率，优化全方位的生产过程。6.2水产生物生长过程监测1.水产生物行为活动监测

使用摄像头或其他成像设备获取水产生物活动的图像、视频信息，通过机器学习技术分析水产生物视频的连续时间序列和空间序列，可以获取水产生物行为活动的相关信息，实现自动识别和跟踪水产生物的行为活动。2.水产生物生长变化监测利用机器视觉技术可以对水产生物长度、面积、重量等参数进行估算，估算出的参数输出到显示设备或通过网络传输到其他设备，以便进一步处理和应用。3.水产生物生长模型利用人工智能技术对影响水产生物生长的各种因素，如环境、饲料等进行分析和预测，可以建立相应的数学关系模型。借助生长模型可以了解水产生物生长与外部因素之间的逻辑关系。6.3水产生物智能投喂控制水产生物的饥饿状态主要反映在它的行为上，包括活动范围和幅度，利用人工智能技术可以总结出客观的指标对水产生物的饥饿程度进行判断。

图6-5基于水产生物行为的智能投喂流程也有一些研究基于饵料残余量判断饲喂需求，其中的关键在于确定饵料剩余信息，这个过程通常需要使用残饵数量计数器、残饵收集装置、水下摄像头、饵料饲喂机等设备，将残饵剩余信息反馈给投喂系统，系统根据残饵情况判断是否进行投喂，控制饵料饲喂机的工作状态，使饵料数量保持在一个相对稳定的水平。6.4水产生物疾病预测与诊断1.疾病预测水产生物疾病与养殖环境、饲料投喂、药物使用等有直接关系，水产生物的健康状态也能由进食需求、活动频率、体表特征、生长状况等反映出来，借助生物传感、图像识别、图像处理等技术，实时监测养殖环境、养殖操作以及水产生物的行为状态和生理指标，有利于及时发现养殖过程的异常情况，预测水产生物疾病。图6-6水产生物疾病预测流程6.4水产生物疾病预测与诊断2.疾病诊断水产生物疾病诊断主要通过数据比对、人工智能识别、专家远程诊断来实现。水产生物疾病诊断流程图6.5水产品产量预测分析水产品产量预测分析系统是一种基于数据分析、机器学习、数学模型技术，以生产模式、水体环境、气象环境、病害程度等多元数据为依据，结合水产品产量历史数据，构建出水产品产量预测模型，对水产品产量进行趋势预测、时间性预测、分水域预测等多方面分析的系统。系统主要由数据采集模块、数据处理模块、模型构建模块、数据应用模块等组成。图6-8水产品产量预测分析系统架构6.6物联网河蟹养殖管理6.6.1物联网河蟹养殖管理现实需求传统的河蟹养殖方式相对粗放，难以充分满足市场要求，其固有弊端主要表现为以下几方面：（1）自动化水平低。（2）实效性差。（3）养殖风险高。（4）未建立产品溯源体系。将物联网应用于河蟹养殖管理，能够克服传统河蟹养殖模式的弊端，物联网在河蟹养殖中的应用包括：（1）环境信息采集和控制。（2）河蟹生长监测。（3）河蟹养殖设备自动控制。（4）河蟹质量安全溯源。此外，物联网也可广泛应用于河蟹储存、冷链运输等环节中。6.6物联网河蟹养殖管理6.6.2物联网河蟹养殖管理系统物联网河蟹养殖管理是物联网水产养殖的具体应用，物联网河蟹养殖管理系统架构如图所示。1）河蟹养殖感知系统在物联网河蟹养殖系统中，感知层通过温度、溶解氧等传感器采集养殖信息，摄像设备获取相关图片和视频。气象站收集环境因素，预测溶解氧含量，帮助预防缺氧死亡。2）河蟹养殖数据传输处理物联网传输层和处理层通过云计算进行数据汇聚、传输和处理。后台系统存储养殖数据，形成知识库和数据模型，为远程监控提供支持，也可用于养殖数据库建设和质量安全追溯。6.6物联网河蟹养殖管理物联网河蟹养殖管理的具体应用（1）环境监测系统。（2）点对多点无线视频监控系统。（3）异常报警系统。（4）生长分析系统。（5）设备自动控制系统。（6）无人艇投饵系统、无人机投食系统。（7）河蟹溯源系统。6.6物联网河蟹养殖管理6.6.3智慧河蟹养殖管理系统平台智慧河蟹养殖管理系统平台是对河蟹养殖进行数字化、智能化管理的综合平台，用于实现应用信息可视化和人机交互，管理人员通过该平台对河蟹养殖过程进行智能化统