一种养殖水体自动监控及水体富营养化预防系统及方法

1.本发明涉及养殖管理技术领域，特别是涉及一种养殖水体自动监控及水体富营养化预防系统及方法。


背景技术：

2.当前大部分的水产养殖是人工养殖方式，需要大量人工参与，其缺点是：1、人工方式无法做到24小时水质监测；2、实时性差；3、由于水样采集运输存储过程中发生变质，采用实验室分析的方法，水质参数发生很大变化，其结果不准确。
3.目前的养殖管理系统智能化程度低，无法实时远程实时监控，因此，有必要进行改进。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种养殖水体自动监控及水体富营养化预防系统，以解决上述问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种养殖水体自动监控及水体富营养化预防系统，包括：
6.多个监测传感器，所述监测传感器种类至少包括溶氧传感器、温度传感器、ph传感器、氨氮传感器、总氮传感器、总磷传感器；
7.传感信号采集单元，分别与各个监测传感器连接，用于采集各个监测传感器的数据信号；
8.中央处理器，与传感信号采集单元相连，用于接收并处理由传感信号采集单元采集所得的各个监测传感器的数据信号；
9.报警单元，与中央处理器相连，所述中央处理器通过信号传输单元与后台监控终端相连，将报警单元产生的数据信号传输至后台监控终端上。
10.作为本发明的一种改进，溶氧传感器采用型号fdo925的溶氧传感器，传感信号采集单元采用ws-5921d系列多功能数据采集仪。
11.作为本发明的一种改进，中央处理器为单片机。
12.作为本发明的一种改进，后台监控终端为手机、平板电脑、电脑中的一种或多种组合。
13.作为本发明的一种改进，信号传输单元为无线传输芯片。
14.一种养殖水体自动监控及水体富营养化预防方法，包括以下步骤：
15.s10、多个监测传感器分别采集养殖水体中的溶氧、温度、ph值、氨氮、总氮、总磷数据；
16.s20、传感信号采集单元将每个监测传感器的数据进行采集并转换为数据传输信号，并将数据传输信号传输至中央处理器；
17.s30、中央处理器将接收到的数据传输信号与预设的指标进行比较，一旦超过预设
的指标就会触发报警单元；
18.s40、报警单元发出报警信号，并通过信号传输单元将报警信号传输至管理者的后台监控终端上。
19.作为本发明的一种改进，在步骤s10中，采集数据的步骤具体包括：
20.s11、将监测传感器布置到养殖水体中；
21.s12、监测传感器提取养殖水进入水样计量模块；
22.s13、数据计算，根据提取的养殖水水样，进行各项监测，并将监测结果汇总成数据。
23.作为本发明的一种改进，在步骤s11中还有传感器布置合理度验证步骤，具体包括：
24.s111、采集养殖水体在固定时间段，设定的区域内氨氮传感器、总氮传感器、总磷传感器的数据，设定的区域包括第一区域和第二区域，其中固定时间段为第一区域和第二区域在的同一个夜间时段；
25.s112、对第一区域内存在的所有氨氮传感器、总氮传感器监测的数据进行线性拟合，得到第一拟合方程：
26.其中，为第一区域总氮传感器监测的总氮含量，xi为第一区域氨氮传感器监测的氨氮含量，a
n,i
为第一区域在夜间时段的开始计数时的原始氨氮含量、b
n,i
为第一区域内总氮含量、氨氮含量的拟合系数；
27.根据公式(1)和公式(2)计算a
n,i
、b
n,i
，
[0028][0029][0030]
其中，k为第一区域内每类传感器的数量；
[0031]
s113、对第二区域内存在的所有氨氮传感器、总氮传感器监测的数据进行线性拟合，得到第二拟合方程：
[0032]
其中，为第二区域总氮传感器监测的总氮含量，xi'为第二区域氨氮传感器监测的氨氮含量，a
n,i
'为第二区域在夜间时段的开始计数时的原始氨氮含量、b
n,i
'为第二区域内总氮含量、氨氮含量的拟合系数；
[0033]
根据公式(3)和公式(4)计算a
n,i
'、b
n,i
'，
[0034]
[0035][0036]
其中，l为第二区域内每类传感器的数量；
[0037]
s114、对第一区域内存在的所有氨氮传感器、总磷传感器监测的数据进行线性拟合，得到第一拟合方程：
[0038]
其中，为第一区域总磷传感器监测的总磷含量，wi为第一区域氨氮传感器监测的氨氮含量，a
p,i
为第一区域在夜间时段的开始计数时的原始氨氮含量、b
p,i
为第一区域内总磷含量、氨氮含量的拟合系数；
[0039]
根据公式(5)和公式(6)计算a
p,i
、b
p,i
，
[0040][0041][0042]
其中，k为第一区域内每类传感器的数量；
[0043]
s115、对第二区域内存在的所有氨氮传感器、总磷传感器监测的数据进行线性拟合，得到第一拟合方程：
[0044]
其中，为第二区域总磷传感器监测的总磷含量，wi'为第二区域氨氮传感器监测的氨氮含量，a
p,i
'为第二区域在夜间时段的开始计数时的原始氨氮含量、b
p,i
'为第二区域内总磷含量、氨氮含量的拟合系数；
[0045]
根据公式(7)和公式(8)计算a
p,i
'、b
p,i
'，
[0046][0047][0048]
其中，l为第二区域内每类传感器的数量；
[0049]
s116、结合步骤s112和步骤s113，根据公式(9)计算总氮变异系数，
[0050][0051]
其中为养殖水体平均含氮总量；
[0052]
s117、结合步骤s114和步骤s115，根据公式(10)计算总磷变异系数，
[0053][0054]
其中为养殖水体平均含磷总量；
[0055]
ss118、根据公式(9)和公式(10)计算的结果，对传感器布置合理度进行等级判断。
[0056]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0057]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0058]
图1为本发明各单元的连接示意图。
具体实施方式
[0059]
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0060]
请参阅图1，一种养殖水体自动监控及水体富营养化预防系统，包括：
[0061]
多个监测传感器，所述监测传感器种类至少包括溶氧传感器、温度传感器、ph传感器、氨氮传感器、总氮传感器、总磷传感器；
[0062]
传感信号采集单元，分别与各个监测传感器连接，用于采集各个监测传感器的数据信号；
[0063]
中央处理器，与传感信号采集单元相连，用于接收并处理由传感信号采集单元采集所得的各个监测传感器的数据信号；
[0064]
报警单元，与中央处理器相连，所述中央处理器通过信号传输单元与后台监控终端相连，将报警单元产生的数据信号传输至后台监控终端上。
[0065]
作为本发明的一种改进，溶氧传感器采用型号fdo925的溶氧传感器，传感信号采集单元采用ws-5921d系列多功能数据采集仪。
[0066]
作为本发明的一种改进，中央处理器为单片机。
[0067]
作为本发明的一种改进，后台监控终端为手机、平板电脑、电脑中的一种或多种组合。
[0068]
作为本发明的一种改进，信号传输单元为无线传输芯片。
[0069]
上述技术方案的工作原理及有益效果：
[0070]
本发明的使用方法包括以下步骤：
[0071]
一、多个监测传感器分别采集养殖水体的溶氧、温度、ph、氨氮、总氮、总磷；
[0072]
二、采集的传感信号传输至中央处理器处理，中央处理器将接收到的传感信号与预设值进行比较；
[0073]
三、一旦采集到异常水体信号，立即向报警单元发送信号；
[0074]
四、采集的水体信号以及报警信号通过信号传输单元实时传输至后台监控终端，便于技术人员及时掌握。
[0075]
本发明工作原理简单，智能化程度高，能够实时监控淡水鱼养殖水的水体状况，实现淡水鱼养殖自动化的管理，使得管理人员能够清晰方便的了解到淡水养殖场的整体情况；其中，采用的信号传输单元抗干扰能力强，能够提高传感信号的传输精度，进一步提高了管理效率。
[0076]
一种养殖水体自动监控及水体富营养化预防方法，包括以下步骤：
[0077]
s10、多个监测传感器分别采集养殖水体中的溶氧、温度、ph值、氨氮、总氮、总磷数据；
[0078]
s20、传感信号采集单元将每个监测传感器的数据进行采集并转换为数据传输信号，并将数据传输信号传输至中央处理器；
[0079]
s30、中央处理器将接收到的数据传输信号与预设的指标进行比较，一旦超过预设的指标就会触发报警单元；
[0080]
s40、报警单元发出报警信号，并通过信号传输单元将报警信号传输至管理者的后台监控终端上。
[0081]
作为本发明的一种改进，在步骤s10中，采集数据的步骤具体包括：
[0082]
s11、将监测传感器布置到养殖水体中；
[0083]
s12、监测传感器提取养殖水进入水样计量模块；
[0084]
s13、数据计算，根据提取的养殖水水样，进行各项监测，并将监测结果汇总成数据。
[0085]
作为本发明的一种改进，在步骤s11中还有传感器布置合理度验证步骤，具体包括：
[0086]
s111、采集养殖水体在固定时间段，设定的区域内氨氮传感器、总氮传感器、总磷传感器的数据，设定的区域包括第一区域和第二区域，其中固定时间段为第一区域和第二区域在的同一个夜间时段；
[0087]
s112、对第一区域内存在的所有氨氮传感器、总氮传感器监测的数据进行线性拟合，得到第一拟合方程：
[0088]
其中，为第一区域总氮传感器监测的总氮含量，xi为第一区域氨氮传感器监测的氨氮含量，a
n,i
为第一区域在夜间时段的开始计数时的原始氨氮含量、b
n,i
为第一区域内总氮含量、氨氮含量的拟合系数；
[0089]
根据公式(1)和公式(2)计算a
n,i
、b
n,i
，
[0090]
[0091][0092]
其中，k为第一区域内每类传感器的数量；
[0093]
s113、对第二区域内存在的所有氨氮传感器、总氮传感器监测的数据进行线性拟合，得到第二拟合方程：
[0094]
其中，为第二区域总氮传感器监测的总氮含量，xi'为第二区域氨氮传感器监测的氨氮含量，a
n,i
'为第二区域在夜间时段的开始计数时的原始氨氮含量、b
n,i
'为第二区域内总氮含量、氨氮含量的拟合系数；
[0095]
根据公式(3)和公式(4)计算a
n,i
'、b
n,i
'，
[0096][0097][0098]
其中，l为第二区域内每类传感器的数量；
[0099]
s114、对第一区域内存在的所有氨氮传感器、总磷传感器监测的数据进行线性拟合，得到第一拟合方程：
[0100]
其中，为第一区域总磷传感器监测的总磷含量，wi为第一区域氨氮传感器监测的氨氮含量，a
p,i
为第一区域在夜间时段的开始计数时的原始氨氮含量、b
p,i
为第一区域内总磷含量、氨氮含量的拟合系数；
[0101]
根据公式(5)和公式(6)计算a
p,i
、b
p,i
，
[0102][0103][0104]
其中，k为第一区域内每类传感器的数量；
[0105]
s115、对第二区域内存在的所有氨氮传感器、总磷传感器监测的数据进行线性拟合，得到第一拟合方程：
[0106]
其中，为第二区域总磷传感器监测的总磷含量，wi'为第二区域氨氮传感器监测的氨氮含量，a
p,i
'为第二区域在夜间时段的开始计数时的原始氨氮含量、b
p,i
'为第二区域内总磷含量、氨氮含量的拟合系数；
[0107]
根据公式(7)和公式(8)计算a
p,i
'、b
p,i
'，
[0108][0109][0110]
其中，l为第二区域内每类传感器的数量；
[0111]
s116、结合步骤s112和步骤s113，根据公式(9)计算总氮变异系数，
[0112][0113]
其中为养殖水体平均含氮总量；
[0114]
s117、结合步骤s114和步骤s115，根据公式(10)计算总磷变异系数，
[0115][0116]
其中为养殖水体平均含磷总量；
[0117]
ss118、根据公式(9)和公式(10)计算的结果，对传感器布置合理度进行等级判断。
[0118]
上述技术方案的工作原理及有益效果：
[0119]
养殖水体中的氨氮含量、总氮含量、总磷含量和水中浮游植物的光合作用、人工机械和施用饲料、药剂和注入新鲜水源以及养殖生物的排放作为来源。而在夜间时间段可以基本忽略水中浮游植物的光合作用作为来源，而人工机械和施用饲料、药剂和注入新鲜水源均可以人工避免干扰。因此养殖水体中的氨氮含量、总氮含量、总磷含量在养殖生物的排放作为唯一主要来源的情况下，氨氮含量、总氮含量、总磷含量存在一定的线性拟合关系。
[0120]
为此，本实施例是通过在养殖水体中于夜间时间段内设定第一区域和第二区域，采集第一区域和第二区域的范围内所有传感器的监测数据，通过第一区域的氨氮含量与总氮含量的拟合系数，第二区域的氨氮含量与总氮含量的拟合系数确定养殖水体在夜间的总氮变异系数，通过第一区域的氨氮含量与总磷含量的拟合系数，第二区域的氨氮含量与总磷含量的拟合系数确定养殖水体在夜间的总磷变异系数，再通过总氮变异系数和总磷变异系数判断养殖水体中传感器布置的合理程度。
[0121]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，
凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内中。