自動巡航船下的水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)

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摘要：當(dāng)前水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)在我國正處于快速發(fā)展階段，水產(chǎn)養(yǎng)殖的規(guī)模和類型也處于不斷拓展?fàn)顟B(tài)，對水產(chǎn)養(yǎng)殖的總體技術(shù)水平的要求也在不斷提升。其中將自動巡航船應(yīng)用到水產(chǎn)養(yǎng)殖當(dāng)中對于提升水產(chǎn)養(yǎng)殖整體水平有著非常重要的作用。本文就自動巡航船的水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)展開研究，僅供參考。

關(guān)鍵詞：水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)；自動巡航船；分析

引言

中國是水產(chǎn)品消費(fèi)的大國，水產(chǎn)的養(yǎng)殖量占據(jù)全球的65%左右。隨著工業(yè)的高速發(fā)展，水污染與水資源短缺狀況越來越嚴(yán)重，這也使水產(chǎn)養(yǎng)殖品質(zhì)得不到有效保障，嚴(yán)重阻礙了水產(chǎn)養(yǎng)殖的進(jìn)一步發(fā)展，因此改善養(yǎng)殖的環(huán)境，使水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)從“粗放型”向“精細(xì)化”發(fā)展，已成為水產(chǎn)養(yǎng)殖健康發(fā)展中的重要內(nèi)容。水溫、溶解氧、光線、酸堿度等等都會影響水產(chǎn)養(yǎng)殖。國外在研究水質(zhì)檢測方面發(fā)展較早，德國的WTW公司提出多參數(shù)水質(zhì)檢測的系統(tǒng)并運(yùn)用到大量的傳感器。這類產(chǎn)品狀況比較穩(wěn)定，集成度更高，但同時價格也比較昂貴，操作也更為復(fù)雜，因此很難在我們國家的小型企業(yè)或者家庭農(nóng)業(yè)中進(jìn)行推廣?，F(xiàn)如今國內(nèi)的養(yǎng)殖人員大多使用人工取樣來進(jìn)行水質(zhì)的檢測，此種方法誤差較大，時間較長。信息采集的機(jī)器也大多從國外直接購買，缺乏硬件技術(shù)的支撐，使得投入成本提升，并且研發(fā)的傳感器與傳感網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力、穩(wěn)定能力仍然不達(dá)要求[1]。無人船有容易操作、體積小、成本少、效率高等等特點(diǎn)。在水產(chǎn)養(yǎng)殖中使用自動巡航船就是通過使用搭載著監(jiān)控設(shè)備的無人船，工作人員可以依據(jù)需要對環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)合無線傳輸?shù)燃夹g(shù)，從而遠(yuǎn)程監(jiān)控水產(chǎn)養(yǎng)殖工作。

1設(shè)備硬件與軟件設(shè)計(jì)

1.1硬件與軟件的結(jié)構(gòu)

監(jiān)控一體化的設(shè)備依據(jù)功能能夠分為三個部分：自動巡航與躲避障礙的無人駕駛機(jī)動船；分析水質(zhì)信息與設(shè)備監(jiān)控的終端機(jī)器；供信息管理與咨詢的服務(wù)平臺。設(shè)備硬件包括船體、主控制板、檢測水質(zhì)的攝像與計(jì)算機(jī)等等?？刂圃O(shè)備的軟件有監(jiān)控系統(tǒng)與監(jiān)控平臺,控制設(shè)備的軟件包括有上機(jī)位監(jiān)控平臺（安裝在終端與計(jì)算機(jī)內(nèi)）和下機(jī)位監(jiān)控系統(tǒng)（安裝在主控制板內(nèi)）[2]。

1.2船舶的控制板

船舶的控制板是監(jiān)控系統(tǒng)中的重要零件，其是由兩片單片機(jī)與外接的多個功能板塊組合而成的，有控制水質(zhì)、檢測、處理數(shù)據(jù)、通信、控制船舶以及發(fā)出指令等等功能。單片機(jī)使用的是耗能少、可擴(kuò)展的核心板，用來集成硬件的模板。兩片單機(jī)片相互進(jìn)行通信，經(jīng)從單機(jī)片讀取船舶的狀態(tài)信息，輸送給主機(jī)片。主機(jī)片在接受到信息之后，依據(jù)不同的數(shù)據(jù)來源再執(zhí)行對應(yīng)的處理。當(dāng)檢測的數(shù)據(jù)超過設(shè)置的范圍或監(jiān)控機(jī)器發(fā)生故障時會發(fā)出警報。keil2是研發(fā)單機(jī)片的工具，電路板研發(fā)的工具是Protel99SE。主控制板能夠完成硬件系統(tǒng)的集成化，提升系統(tǒng)防水、防干擾的能力，可以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定，讓機(jī)器更加適應(yīng)水產(chǎn)養(yǎng)殖的不同環(huán)境。用戶通過監(jiān)控平臺設(shè)置航行的時間、速度與目的地等情況，每5s自動獲取數(shù)據(jù)。控制板收到指令后，向平臺輸送數(shù)據(jù)包，其中包括自動巡航船目前的位置與速度、周圍的障礙物狀況，之后控制板對信息進(jìn)行分析，再對船只的控制系統(tǒng)發(fā)出指令，控制其向目的地前進(jìn)[3]。等到自動巡航船到達(dá)目的地后，打開自動監(jiān)視系統(tǒng)待完成工作后前往另一監(jiān)控點(diǎn)。

1.3水質(zhì)生態(tài)檢測

自主制作的生態(tài)檢測設(shè)備使用的是集中控制器與檢測的攝像機(jī)。集中控制器位于主控制板上，包含水質(zhì)檢測探頭控制系統(tǒng)、攝像機(jī)控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)的收集分析系統(tǒng)。前兩者能夠使用信號線和在水中的檢測攝像機(jī)相互連接，及時的獲得水體與養(yǎng)殖對象的生態(tài)信息；后者的系統(tǒng)能夠?qū)κ占臄?shù)據(jù)或視頻進(jìn)行儲存、分析與輸出標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字等等。集中控制器使用的是大容量的儲存設(shè)備與不同種的通信口，使用無線通信系統(tǒng)把收集的信息上傳到后臺，之后使用Web技術(shù)公布至互聯(lián)網(wǎng)，以此讓用戶了解養(yǎng)殖的狀況，而且為環(huán)境控制系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。另外，控制器能夠自動識別并改正的能力。Do探頭使用的是氧化電極法，依據(jù)氧分子通過富氧膜的速率來檢測水中Do的數(shù)值。pH探頭使用原電池法，依據(jù)電位與氫離子的對照關(guān)系計(jì)算出水的pH。這兩種檢測出的結(jié)果都進(jìn)行溫度補(bǔ)償與鹽度補(bǔ)償。

1.4遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)

用戶在計(jì)算機(jī)與其他終端中裝備遠(yuǎn)程監(jiān)控的平臺，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與監(jiān)控船及終端進(jìn)行通信溝通，及時查看水質(zhì)生態(tài)的狀況與船舶巡航的狀況，并且對現(xiàn)場的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)控。監(jiān)控平臺使用的是分層的B/S軟件，使用信息結(jié)合、圖像信息壓縮技術(shù)與報表優(yōu)化技術(shù)等等，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集、結(jié)合與遠(yuǎn)程管理等等功能。監(jiān)控平臺包括用戶登錄、控制界面、參數(shù)設(shè)置與檢測船顯示等等板塊。平臺使用融合的技術(shù)解析數(shù)據(jù)，對監(jiān)測的攝像頭進(jìn)行科學(xué)的使用，根據(jù)優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)把檢測攝像頭進(jìn)行空間的互補(bǔ)，有利于精確了解環(huán)境的性質(zhì)，深入分析動態(tài)的變化情況。并把展現(xiàn)技術(shù)與GIS插值分析融合應(yīng)用到數(shù)據(jù)的分析中，這也使得結(jié)果更加直觀，也便于對水產(chǎn)養(yǎng)殖進(jìn)行科學(xué)的調(diào)整，從而滿足水產(chǎn)養(yǎng)殖者的需要[4]。在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，水位調(diào)節(jié)機(jī)器、增氧機(jī)等等設(shè)備都通過電線與控制設(shè)備相連，且都受到遠(yuǎn)程監(jiān)控器的全程監(jiān)控，經(jīng)監(jiān)控設(shè)備檢測后通過無線模塊向控制器提出指令，便能夠控制設(shè)備的開關(guān)與其他設(shè)置，從而對養(yǎng)殖狀況進(jìn)行精細(xì)化的管理。

2試驗(yàn)分析

2.1條件與方法

選擇某魚塘進(jìn)行監(jiān)控設(shè)備的測試。無人船接受指令為2s左右，船只實(shí)際的方向與設(shè)置基本一樣。35s后能夠到達(dá)設(shè)定位置，定位的誤差小于5m。使用監(jiān)控的裝置來獲得檢測點(diǎn)的水體、pH、DO與ORP的變化數(shù)值。在進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集以后，立刻用商品化儀器進(jìn)行檢測，并且需要更換檢測的攝像頭還需要進(jìn)行矯正。另外，自制機(jī)器對水質(zhì)的多個指標(biāo)進(jìn)行檢測，完成檢測總時長不超過一分鐘，但SX751檢測儀需要對采樣后的水質(zhì)測試，每當(dāng)測試完一個數(shù)據(jù)時要改變攝像頭才能繼續(xù)檢測，完成檢測的總時長需要40分鐘左右。這可能是造成檢測結(jié)果有差異的原因，自制設(shè)備的性能與同類機(jī)器類似，操作簡單，但機(jī)器的售價為同類的一半左右。因此自制機(jī)器的檢測結(jié)果更加具備可靠性、便利性且耗時短等等優(yōu)點(diǎn)。

2.2結(jié)果與分析

依據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，完成檢測的Web顯示，含有傳感器收集的數(shù)據(jù)、分析的信息、船只環(huán)境內(nèi)障礙物的情況與電池信息等等。通過4G、GPRS等無線輸送方式能夠把水質(zhì)的信息傳到監(jiān)控平臺，用戶就能夠使用手機(jī)與計(jì)算機(jī)查詢養(yǎng)殖狀況，能夠幫助工作人員及時的檢測出問題，鎖定問題出現(xiàn)的位置，并且依據(jù)水質(zhì)的變換合理的調(diào)整設(shè)備，比如保溫、增加氧氣等等，為養(yǎng)殖對象的生長提供適宜的環(huán)境。

3結(jié)束語

綜上所述，研發(fā)的水產(chǎn)養(yǎng)殖在線監(jiān)控船使用的是無人駕駛船的自動巡航功能，對養(yǎng)殖環(huán)境進(jìn)行精準(zhǔn)的管控，而且結(jié)合無線的數(shù)據(jù)傳捷與信息管理等等多種功能融合為一體，有功能多、成本低與可靠性高等等優(yōu)點(diǎn)。不但能夠促進(jìn)產(chǎn)物的收獲，極大地提升了養(yǎng)殖的自動化水平，能夠降低投入成本，提升經(jīng)濟(jì)效益與管理效率，提高產(chǎn)品的競爭力，還能為進(jìn)一步擴(kuò)展信息收集的應(yīng)用區(qū)域提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]龔珞軍，楊蘭松，雷偉，等.《水產(chǎn)品質(zhì)量安全》講座第三講孔雀石綠與水產(chǎn)品質(zhì)量安全(4)[J].漁業(yè)致富指南，2019(17)：67-68.

[2]藺麗麗，楊質(zhì)楠，袁海延，等.應(yīng)用藥敏試驗(yàn)技術(shù)防治水產(chǎn)動物細(xì)菌性疾病存在的問題及分析[J].中國水產(chǎn)，2019(7)：24-26.

[3]何佳，黃志濤，宋協(xié)法，等.基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的水產(chǎn)養(yǎng)殖中魚類行為識別與量化研究進(jìn)展[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2019，46(3)：7-14.

[4]姜少杰，劉海敵，王憲.基于GPS的自動巡航監(jiān)測船系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].全球定位系統(tǒng)，2017，42(3)：77-81.

作者：汪海波 單位：淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院