智慧魚塘系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

樹龍珍

（泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

一、行業(yè)背景

隨著社會(huì)的發(fā)展，生活水平的提高，水產(chǎn)品的需求量越來(lái)越大，水產(chǎn)養(yǎng)殖戶數(shù)、規(guī)模也隨之變大，養(yǎng)殖種類則越來(lái)越豐富。傳統(tǒng)的養(yǎng)殖方式是魚塘養(yǎng)殖戶們每天24小時(shí)看管魚塘，不僅要實(shí)時(shí)注意魚塘的水溫、光照、濕度等問(wèn)題，更重要的是時(shí)刻掌握好魚塘水的溶氧值，這些關(guān)鍵因素即看不見(jiàn)又摸不著，只能通過(guò)觀察養(yǎng)殖對(duì)象浮頭情況來(lái)判斷水中是否缺氧；根據(jù)養(yǎng)殖水的混濁度來(lái)判斷水中的氨氮等多種成份的含量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷水中的PH值及水溫，人工開(kāi)啟增氧設(shè)備。靠經(jīng)驗(yàn)判斷誤差大，養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)高，極易造成重大損失。

現(xiàn)在有了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的幫助，智能化魚塘養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)提供水環(huán)境監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制等功能，綜合利用計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水產(chǎn)生長(zhǎng)繁育階段的水溫、溶氧和PH值等各項(xiàng)基本參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警，養(yǎng)殖戶可在家通過(guò)電腦了解魚塘的情況，不僅掌握魚塘水質(zhì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的變化，查看實(shí)時(shí)監(jiān)控魚塘現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，更重要的是一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，能夠及時(shí)自動(dòng)處理對(duì)在魚塘中的增氧設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，而不需要?jiǎng)澊剿醒肴ラ_(kāi)關(guān)增氧設(shè)備，這為養(yǎng)殖戶提供了很大的便利。

二、系統(tǒng)組成

（一）系統(tǒng)需求

實(shí)現(xiàn)24小時(shí)實(shí)時(shí)測(cè)量溫度、PH值、含氧量等水環(huán)境數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的采集傳輸顯示每10分鐘更新一次；當(dāng)溫度、PH值、含氧量等水環(huán)境參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)主動(dòng)發(fā)出報(bào)警；能夠通過(guò)手機(jī)或PC機(jī)等終端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制加氧、換水設(shè)備設(shè)施，保證水環(huán)境長(zhǎng)期處于相對(duì)穩(wěn)定的最佳狀態(tài)；監(jiān)控中心可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看視頻等。設(shè)備管理可設(shè)為人工或自動(dòng)狀態(tài)，人工控制具有優(yōu)先權(quán)。通過(guò)采集存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)可對(duì)生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行優(yōu)化，更加合理地控制水體環(huán)境。

（二）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

智能魚塘系統(tǒng)分為三個(gè)部分：監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)傳輸終端和視頻監(jiān)控終端、終端數(shù)據(jù)采集和控制設(shè)備和攝像頭、物聯(lián)服務(wù)系統(tǒng)。

（三）系統(tǒng)拓?fù)?/h3>

監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)接入方式可以分為2種：公網(wǎng)方式和專網(wǎng)方式。

公網(wǎng)方式：先向運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，監(jiān)控中心具有公網(wǎng)固定IP。終端設(shè)備直接向中心發(fā)起連接，穩(wěn)定可靠。專網(wǎng)方式：監(jiān)控中心接入APN專線，終端設(shè)備采用APN專網(wǎng)卡。雙方地址處于同一個(gè)局域網(wǎng)，并采用防火墻進(jìn)行隔離，在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過(guò)濾。此種方案適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點(diǎn)比較多、實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。本方案采用公網(wǎng)方式。

傳感器通過(guò)有線方式由對(duì)應(yīng)的控制箱供電和通信，通過(guò)控制箱內(nèi)安裝的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模塊（DTU），DTU使用RJ45網(wǎng)線通過(guò)現(xiàn)有視頻監(jiān)控控制箱交換機(jī)接入互聯(lián)網(wǎng)，并同物聯(lián)服務(wù)系統(tǒng)服務(wù)器建立連接和數(shù)據(jù)通信。智能控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如下圖所示。

監(jiān)控中心包括WEB服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器以及PC等，監(jiān)控平臺(tái)可以24小時(shí)不間斷采集現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)顯示魚塘溫度、PH值、含氧量等水環(huán)境數(shù)據(jù)，自動(dòng)形成報(bào)表以及水質(zhì)異常時(shí)自動(dòng)發(fā)送短信報(bào)警,并且監(jiān)控中心可以實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)視頻，另外養(yǎng)殖戶也可以通過(guò)Internet訪問(wèn)監(jiān)控平臺(tái)實(shí)時(shí)查看相應(yīng)數(shù)據(jù)和視頻、或者控制換水、加氧等設(shè)備。終端數(shù)據(jù)采集器包括溫度傳感器、含氧量傳感器、PH 傳感器等，采集PH值、含氧量、溫度等數(shù)據(jù)發(fā)送給DTU然后通過(guò)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心和物聯(lián)服務(wù)系統(tǒng)；同時(shí)可通過(guò)監(jiān)控中心發(fā)送指令到DTU，DTU將控制指令透?jìng)鞯綋Q水、加氧等設(shè)備，從而控制換水泵或者加氧機(jī)的工作。

專家可通過(guò)物聯(lián)服務(wù)系統(tǒng)存儲(chǔ)的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，形成更優(yōu)化的養(yǎng)殖方案。

（四）數(shù)據(jù)采集和控制

數(shù)據(jù)采集部分：采用下位機(jī)、傳感器和DTU等組成的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)將魚塘的溫度、PH值、含氧量等數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心；視頻監(jiān)控部分：采用直角型和球型視頻監(jiān)控設(shè)備組合，監(jiān)控中心能夠通過(guò)3G/4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)視頻。

系統(tǒng)首次運(yùn)行時(shí)，用戶可以使用遠(yuǎn)程配置程序或現(xiàn)場(chǎng)配置終端將養(yǎng)殖方案配置到控制器；養(yǎng)殖過(guò)程中，控制器實(shí)時(shí)采集養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)并上傳至物聯(lián)服務(wù)系統(tǒng)，同時(shí)根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)和已下載的養(yǎng)殖方案進(jìn)行精準(zhǔn)控制；物聯(lián)服務(wù)系統(tǒng)將控制器上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析和處理，通過(guò)專家系統(tǒng)判斷當(dāng)前養(yǎng)殖環(huán)境狀況的一般性，對(duì)于異常狀況及時(shí)生成控制處理方案，通過(guò)控制器及時(shí)處理異常，對(duì)于非異常狀況則智能生成下一階段的養(yǎng)殖控制方案，并將新方案同現(xiàn)有方案進(jìn)行差異化比對(duì)后下載更新到控制器；控制器下載配置完養(yǎng)殖控制方案可以獨(dú)立運(yùn)行，對(duì)養(yǎng)殖過(guò)程進(jìn)行精準(zhǔn)控制。

三、結(jié)束語(yǔ)

漁業(yè)數(shù)字化智能管理系統(tǒng)的建立，有助于養(yǎng)殖基地降低能耗和減少人力使用，同時(shí)還能極大地降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。“沒(méi)有安裝智能管理系統(tǒng)之前，工作人員只能通過(guò)人工判斷魚池氧氣含量，為防止‘泛池’（缺氧造成魚大量死亡）等事故的發(fā)生，高溫季節(jié)每天都需要半夜起床打開(kāi)增氧機(jī)氧。而現(xiàn)在，智能系統(tǒng)能精準(zhǔn)判斷魚塘含氧量，可自動(dòng)開(kāi)啟增氧機(jī)進(jìn)行增氧和調(diào)水，大大減少了增氧機(jī)耗電量和用工成本。”此外，智能系統(tǒng)的安裝也有效避免重復(fù)、過(guò)量飼喂，提高了飼料利用率，降低了養(yǎng)殖成本。