中華絨螯蟹養(yǎng)殖水質(zhì)環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用研究.pdf

1、中華絨螯蟹（又稱“河蟹”、“大閘蟹”）養(yǎng)殖是我國漁業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，是我國淡水養(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)模不斷擴大。但現(xiàn)階段，河蟹養(yǎng)殖的科學化和技術(shù)化水平還相對較低，傳感器檢測技術(shù)和大數(shù)據(jù)云計算等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為河蟹養(yǎng)殖走科學化、自動化、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”，對水質(zhì)環(huán)境進行實時監(jiān)測，有利于養(yǎng)殖人員實時

2、掌握水質(zhì)狀況、調(diào)節(jié)水質(zhì)，對提高河蟹生態(tài)養(yǎng)殖水平、提高養(yǎng)殖效率有重要意義。目前，在對河蟹養(yǎng)殖水質(zhì)環(huán)境進行監(jiān)測時，多依靠實地取樣，實驗室測量或人工實地測量，對水質(zhì)的監(jiān)測不夠全面、監(jiān)測數(shù)據(jù)不實時、工作量大、效率較低。
　　根據(jù)河蟹養(yǎng)殖專家對水質(zhì)環(huán)境指標監(jiān)測需求，以及中華絨螯蟹對養(yǎng)殖池塘水質(zhì)環(huán)境各指標的敏感程度，綜合分析選擇對水質(zhì)指標中的溶解氧含量、水溫、pH值，對空氣環(huán)境指標中的溫度、濕度、光照度進行實時監(jiān)測，設(shè)計開發(fā)了中華絨螯蟹養(yǎng)殖水

3、質(zhì)環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)?；谇度胧较到y(tǒng)可靠性選擇設(shè)計了與監(jiān)測指標對應(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)計框架，設(shè)計了基于ARM9和CDMA2000數(shù)據(jù)傳輸模塊的水質(zhì)環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)和遠程控制系統(tǒng)多用途物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，用C++語言編寫了網(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)換模塊對傳感器信號進行處理，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)計了溶解氧調(diào)控模塊結(jié)構(gòu)，溶解氧調(diào)控采用手動遠程控制調(diào)節(jié)模式、定時開關(guān)機模式和監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋控制模式等三種調(diào)控策略工作模式。設(shè)計了基于WEB的監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢平臺，系統(tǒng)服務(wù)功能主要包括，水質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)實時查詢、歷史數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)導出、水質(zhì)超標報警

5、等。
　　設(shè)計開發(fā)的中華絨螯蟹養(yǎng)殖水質(zhì)環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)，在上海崇明某河蟹養(yǎng)殖基地進行了實踐應(yīng)用。實現(xiàn)了中華絨螯蟹養(yǎng)殖水質(zhì)及環(huán)境重要指標全天候、數(shù)字化的在線監(jiān)測和預(yù)警，滿足了養(yǎng)殖人員對水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測的需求，減少了養(yǎng)殖管理的盲目性，降低了養(yǎng)殖風險、能源消耗及養(yǎng)殖成本。通過分析大量水質(zhì)環(huán)境實時監(jiān)測實驗系統(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)測模型。通過MATLAB軟件，選取了200組數(shù)據(jù)作為實驗訓練樣本，25組作

6、為驗證數(shù)據(jù)，對預(yù)測模型進行了仿真驗證分析，預(yù)測模型預(yù)測的溶解氧數(shù)據(jù)能與實測溶解氧數(shù)據(jù)較好擬合，相對誤差較小。
　　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，運用模糊數(shù)學的層次分析法，對中華絨螯蟹養(yǎng)殖水質(zhì)實時監(jiān)測系統(tǒng)的三種重要水質(zhì)指標進行了初步綜合評價，評價等級分為優(yōu)、良、中、差、極差五級。在水質(zhì)綜合評價模型基礎(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；