一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法

本发明涉及水产养殖，具体涉及一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法。

背景技术：

1、光伏制氢是一种利用太阳能将水分解为氢气和氧气的技术。要提高水中的氢浓度，一般是通过高效的光伏设备，如高效太阳能电池板提高能量转化效率，从而增加制氢的效果。在确保光伏设备充分暴露在阳光下进行高效的制备氢气，从而提高水中氢浓度、提高制氢效率和氢浓度。目前，有研究表明养殖水中的氢浓度的变化是水产动物的饥饿胁迫因子之一，因此，光伏制氢技术在水产养殖行业中的研究热点是趋向于如何维持水体中的氢含量，使得水产养殖，尤其在是鱼类的养殖中，养殖水体中的氢元素在鱼类的各个养殖阶段中均保持在一个合适水平；使得鱼类的饥饿胁迫上限提高，既防止摄食过多排泄物多提高水体中的氨氮含量从而恶化水质，也能够维持商品鱼具有体色光鲜，体质强健，无泥味，少脂肪，口感好，质量佳的“瘦身”特点，以提高鱼类的生长效率、大幅缩短养殖时间并节约饲料。

技术实现思路

1、鉴于以上的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法，通过对养殖水体划分为多个控氢养殖区域，利用溶解氢检测仪进行周期性实时监测，根据随采集时刻变化的氢含量变化曲线进行分布划分处理，智能调控光伏发电制氢设备通入养殖水体中的氢气量，维持鱼类的各个养殖阶段中均保持在一个合适水平，进一步提高光伏养殖监测的检测精度和调控效率，有效提高养殖成活率并提高鱼类的生长效率、大幅缩短养殖时间、节约饲料，从而带来更好的经济效益。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法，所述方法包括以下步骤：

3、s100，在养殖池塘设置光伏发电制氢设备，将所述养殖池塘的养殖水体划分为多个控氢养殖区域；

4、s200，所述控氢养殖区域与所述光伏发电制氢设备通过导热件相连接，设有阀体控制气体介质导通，包括氢气和氧气；

5、s300，在控氢养殖区域分别利用溶解氢检测仪对养殖水体进行周期性实时监测，在采样周期内获得随采样时刻变化的氢含量变化曲线与对应的摄食活跃度；

6、s400，根据氢含量变化曲线进行分布划分处理得到控氢养殖区域对应的控氢养殖等级；

7、s500，根据摄食活跃度计算各个控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度；(分布图象可以测定鱼的活跃程度，体形消瘦程度从而判断鱼的饥饿程度，即饥饿胁迫度)；

8、s600，判断相同控氢养殖等级的控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度是否小于对应控氢养殖等级的胁迫阈值，若否则开启所述阀体在养殖水体中通入氢气；等待下一个采样周期，跳转至s300。

9、进一步地，在s100中，在养殖池塘设置光伏发电制氢设备，将所述养殖池塘的养殖水体划分为多个控氢养殖区域，所述光伏发电制氢设备至少包括：光伏组件、电解制氢组件、储氢装置以及发电储能组件；其中，所述光伏组件架设于多个控氢养殖区域的水面上方，用于吸收太阳能产生直流电；所述电解制氢组件生成氢气和氧气，通过导管与各个控氢养殖区域的养殖水体相通；所述储氢装置与电解制氢组件连接，用于储存氢气；所述发电储能组件与所述储氢装置相连接，通入氢气与空气反应发电并储存于发电储能组件中。

10、进一步地，在s100中，将所述养殖池塘的养殖水体划分为多个控氢养殖区域的方法为：将养殖池塘划分为2×2米或5×5米的正方形网格，以每个网格作为一个控氢养殖区域。

11、进一步地，在s200中，所述控氢养殖区域与所述光伏发电制氢设备通过导热件相连接，设有阀体控制气体介质导通，包括氢气和氧气；其中，所述光伏发电制氢设备包括电解制氢组件，电解制氢组件设有阳极电解区和阴极电解区；所述导热件包括第一导管和第二导管，由导热保温材料制成，设有阀体可分别控制第一导管和第二导管的导通状态；其中，所述阳极电解区包括第一出口，与第一导管相通用于排出氧气；所述阴极电解区包括第二出口，与第二导管相通用于排出氢气；所述第一导管与第二导管与汇流排相通，分别导入所述多个控氢养殖区域的养殖水体。优选地，在所述养殖池塘周壁和底壁铺设保温材料/或设置有鱼池加热器，进一步保持养殖水体在适宜的恒定温度，防止水体热量散发。

12、进一步地，在s300中，在控氢养殖区域分别利用溶解氢检测仪对养殖水体进行周期性实时监测，在采样周期内获得随采样时刻变化的氢含量变化曲线与对应的摄食活跃度的具体方法为：利用溶解氢检测仪在各个控氢养殖区域进行水体氢含量周期性监测，对所述多个控氢养殖区域中的固定位置进行实时采样，在采样周期内得到所有采样时刻对应的水体中的氢含量，构成随采样时刻变化的氢含量变化曲线，同时，在采样周期内得到所有采样时刻对应的控氢养殖区域中的摄食活跃度，构成随采样时刻变化的摄食活跃度变化曲线。

13、其中，选用的溶解氢检测仪为dh30 便携式溶解氢检测仪、华科仪hk-378在线水中溶解氢分析仪、hk-378 溶解氢分析仪、enh-2000溶解氢检测仪。

14、其中，在采样周期内得到所有采样时刻对应的控氢养殖区域中的摄食活跃度为：通过摄像机拍摄养殖池塘水面，根据鱼类游泳活动获取各个控氢养殖区域的摄食活跃度；

15、其中，摄食活跃度的计算方法的为参考文献[1]到[5]中的摄食活跃度或者鱼群活跃度的计算方法：

16、[1]曹晓慧,刘晃,戚仁宇,等.循环水养殖大口黑鲈摄食颗粒饲料的声学特征[j].农业工程学报, 2021, 37(20):7.

17、[2]赵建.循环水养殖游泳型鱼类精准投喂研究[d].浙江大学,2017.doi:cnki:cdmd:1.1018.045653.

18、[3]王春芳,沙宗尧.一种基于水流扰动的鱼群摄食活跃度智能检测方法:202110654210[p][2023-09-12].

19、[4]李路,周玉凡,孙超奇,等.基于声学信息和水面波动信息的鱼类养殖投喂量决策方法:202310428730[p][2023-09-12].

20、[5]沈怡,钱辰一,曹迪,等.一种基于图像视觉的鱼群活跃度监测方法:cn202110541559.5[p].cn113327263a[2023-09-12]。

21、进一步地，在s400中，根据氢含量变化曲线进行分布划分处理得到控氢养殖区域对应的控氢养殖等级的具体方法为：

22、s401，由所有的氢含量变化曲线构成图像分辨率为m×n个像素大小的区域控氢图像，（区域控氢图像包括所有的氢含量变化曲线，区域控氢图像是以横坐标为采样时刻、纵坐标为氢含量构建直角坐标系的图像）；设所述区域控氢图像中第k个氢含量变化曲线上第t个采样时刻对应的氢含量为paracurve(k, t)；其中，k为氢含量变化曲线的序号，t为采样时刻，k∈[1, m]，t∈[1, n]，m为氢含量变化曲线的总数，n为采样周期长度，单位为秒；优选地，m∈[8,64]，n∈[60,3600]；（根据所有氢含量变化曲线从整体上判断出养殖池塘各个控氢养殖区域的变化的相对趋势）。

23、s402，遍历k、t值的取值范围，当paracurve(k, t)值小于paracurve(k+1, t)值时，计算对应的k值与m值的比值记为趋小分布比例，在k值取值范围内计算所有趋小分布比例的算术平均值作为分布比例下限记作mina；计算所有趋小分布比例对应的paracurve(k,t)值的算术平均值记为meanp；当paracurve(k, t)值大于或等于meanp时，计算对应的k值与m值的比值记作密集分布比例，在k值取值范围内计算所有密集分布比例的算术平均值作为分布比例上限记作maxa；得到分布比例范围为[mina, maxa]；

24、s403，遍历k、t值的取值范围，计算paracurve(k, t)值对应的k值与m值的比值记作k/m，判断k/m值是否大于或等于mina值，否则将对应的paracurve(k, t)值记作极小水体氢含量；是则判断k/m值是否小于或等于maxa值，是则将对应的paracurve(k, t)值记作最佳水体氢含量，否则将对应的paracurve(k, t)值记作极大水体氢含量；

25、s404，以所有所述极小水体氢含量的算术平均值记作第一控氢界限；以所有所述最佳水体氢含量的算术平均值记作第二控氢界限；以所有所述极大水体氢含量的算术平均值记作第三控氢界限；

26、s405，遍历k、t值的取值范围，当paracurve(k, t)值小于或等于第一控氢界限时，对应的k值标记为第一控氢养殖等级；当paracurve(k, t)值大于第一控氢界限且小于或等于第二控氢界限时，对应的k值标记为第二控氢养殖等级；当paracurve(k, t)值大于第二控氢界限且小于或等于第三控氢界限时，对应的k值标记为第三控氢养殖等级；当paracurve(k, t)值大于第三控氢界限时，对应的k值标记为第四控氢养殖等级；在采集周期内，分别计算各个控氢养殖区域对应的t值标记的各个控氢养殖等级（各个控氢养殖等级包括第一控氢养殖等级、第二控氢养殖等级、第三控氢养殖等级、第四控氢养殖等级）的出现次数，将出现次数最多的控氢养殖等级作为对应的控氢养殖等级（将养殖池塘划分为多个控氢养殖区域，能够同时在采样周期内得到多个控氢养殖区域对应的所述氢含量变化曲线，能够避免由于鱼苗和浮游生物对氢的吸收分布不均导致对养殖水体的整体评定误差；并进行分布划分处理，结合各个控氢养殖区域的位置关系构建区域控氢图像，根据各个随采样时刻变化的水体氢含量计算得到分布比例范围，进一步计算各个动态的养殖界限，能够根据实时采样的水体氢含量得到动态变化的各个控氢养殖等级，克服单一固定的水体氢含量监测带来的区域分布误差，提高对养殖水质评定指标评定的抗干扰能力和准确精度，能够有效校正在气温、气压对溶解氢含量影响情况下对水产养殖生态系统的波动影响）。

27、进一步地，在s500中，根据摄食活跃度计算各个控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度的具体方法为：记activity(k, t)为第k个氢含量变化曲线上第t个采样时刻对应的摄食活跃度；

28、遍历k、t值的取值范围，记paracurve(k, t)值的为最大值时的摄食活跃度记为activity(k, tmax)，tmax为paracurve(k, t)值为最大值时对应的t值；

29、计算各个控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度记作threpo，其计算方法为：

30、；

31、，

32、；

33、其中，corp1(t)为第t个采样时刻在各个所述控氢养殖等级中所有控氢养殖区域的氢含量变化曲线对应的摄食活跃度activity(k, t)值与摄食活跃度activity (k,tmax)值的平均差值；corp2(t)为第t个采样时刻在各个所述控氢养殖等级中所有控氢养殖区域的氢含量变化曲线对应的摄食活跃度activity (k, t)值与摄食活跃度activity(k,tmax)值的平均总和值（进一步根据摄食活跃度计算各个所述控氢养殖等级对应的鱼类的饥饿胁迫度，对多个控氢养殖区域进行精准动态划分控氢养殖等级，并根据多个溶解氢检测仪获得精准的养殖位置对应的水质标准指标，能进一步提高动态溶解氢监测的检测精度和分析效率）。

34、进一步地，在s600中，控氢养殖等级的胁迫阈值为人为设置的值；

35、优选地，在s600中，控氢养殖等级的胁迫阈值为记录的当前养殖池塘中首次出现对应控氢养殖等级的控氢养殖区域时该控氢养殖区域的饥饿胁迫度。

36、进一步地，在s600中，预设值为控氢养殖区域总数量的0.2~0.5倍。

37、进一步地，在s600中，判断相同控氢养殖等级的控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度是否小于对应控氢养殖等级的胁迫阈值，若否则开启所述阀体在养殖水体中通入氢气的方法为：

38、判断相同控氢养殖等级的控氢养殖区域对应的饥饿胁迫度是否小于对应控氢养殖等级的胁迫阈值，若是则标记当前所述控氢养殖区域为适宜养殖区域，否则标记当前所述控氢养殖区域为饥饿胁迫区域；控制所述饥饿胁迫区域与所述光伏发电制氢设备相连接的导热件上的所述阀体导通，从而在养殖水体中通入氢气，控制导通的开启时长；等待下一个采样周期，跳转至s300，在下一个采样周期内获得随采样时刻变化的氢含量变化曲线。

39、本发明还提供了一种基于光伏制氢的冬季水产养殖系统，所述系统包括：光伏发电制氢设备、溶解氢检测仪、存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序；所述处理器执行所述计算机程序时实现一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法中的步骤，所述一种基于光伏制氢的冬季水产养殖系统可以运行于桌上型计算机、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中，可运行的系统可包括但不仅限于，处理器、存储器、服务器集群。

40、如上所述，本发明所述的一种基于光伏制氢的抗鱼类饥饿胁迫养殖方法，具有以下有益效果：（1）利用多点溶解氢含量监测方式对养殖池塘进行区域分布划分，具有适应性广、动态实时、成本较低等优点，可满足大规模溶解氢监测的精度要求；（2）针对性养殖分布划分计算各个控氢养殖等级对应的饥饿胁迫度，实现智能水质调控管理，进一步提高动态水质监测的检测精度和调控效率，通过控制鱼类饥饿胁迫从而间接的减少残饵污染，提高养殖水体中污染物的生物自净能力；（3）维持鱼类的各个养殖阶段中均保持在一个合适水平，进一步提高光伏养殖监测的检测精度和调控效率，有效提高养殖成活率并提高鱼类的生长效率、大幅缩短养殖时间、节约饲料，从而带来更好的经济效益。