基于無人船的水產養殖水質動態監測系統設計與實驗

江先亮 尚子寧 金 光

(寧波大學信息科學與工程學院， 寧波 315211)

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我國擁有遼闊的水域面積，為水產養殖業提供天然優勢，水產養殖對國民經濟有重要影響[1]。水體環境安全對水產養殖產業影響較大，環境受到污染會影響生態質量、威脅養殖安全，并導致不同程度的減產。因此，需要有效監測水質狀態，并及時作出響應[2-6]。

國內外專家學者對水產養殖業的水質監測系統進行了諸多研究[7-9]。早期，采用離線檢測方法，現場取樣后送至實驗室分析水樣，其檢測周期長、數據反饋慢。在計算機網絡技術普及后，采取在水源設置檢測點，鋪設線纜傳輸數據的方法[10]。后來基于無線網絡通信的水質監測系統逐步成熟，在目標水域部署節點，采集水質數據回傳并進一步處理[11]。文獻[12]基于無線傳感器網絡(Wireless sensor networks, WSN)設計了水產養殖水質監測系統，節點間進行905 MHz無線通信，匯聚節點采用GPRS技術上傳數據至服務器。文獻[13]基于ZigBee協議設計了遠程水質監測系統，由ZigBee終端節點組網監測養殖池的水溫、pH值和溶解氧數據。文獻[14]設計了采用WiFi組網的螃蟹養殖基地監控系統，實現數據直達服務器。

上述研究中終端節點位置固定，使網絡的監測覆蓋范圍受限，通過大幅擴充節點數目提高監測范圍會增加成本和網絡復雜度，不易管理，且部署過多節點會影響養殖區內的正常作業[15-17]。文獻[18]基于LoRaWAN進行改進，在長約900 m、寬約850 m的海島水產養殖區部署33個ZigBee節點或11個LoRa節點監測水質，相比之下LoRa技術可提供更大的網絡覆蓋范圍，降低建網難度并節約了成本。……