鱼类养殖环境智慧管理系统的制作方法

本发明涉及鱼类养殖环境监控技术领域，具体涉及鱼类养殖环境智慧管理系统。

背景技术：

在鱼类养殖的过程中，鱼类的排泄物以及剩余的饲料会在养殖池内不断累积造成养殖池水体富营养化，严重影响鱼类的健康以及降低鱼类的产量。现有常规的鱼类养殖水质数据监测手段无法实现迅速、准确、实时的鱼类养殖水质数据监测，从而影响鱼类养殖的科学管理工作。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供鱼类养殖环境智慧管理系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了鱼类养殖环境智慧管理系统，包括管理终端、无线监测装置和用户终端；所述的无线监测装置、用户终端与管理终端通信连接；所述的无线监测装置包括汇聚节点和传感器节点，多个传感器节点随机分布在鱼类养殖场监控区域内，通过自组织方式构成无线传感器网络；传感器节点采集鱼类养殖水质数据并发送至汇聚节点，汇聚节点通过通信网络与管理终端通信，以将接收的鱼类养殖水质数据发送至管理终端；所述的管理终端用于对汇聚节点传送的鱼类养殖水质数据进行存储、显示，并在鱼类养殖水质数据异常时向用户终端发送报警信号。

优选地，传感器节点包括水温传感器、溶解氧浓度传感器、大气压传感器、酸碱值传感器。

优选地，所述的管理终端包括存储器、显示器、处理器和报警装置，存储器、显示器、报警装置皆与处理器通信连接。

本发明的有益效果为：能够迅速、准确、实时监测到鱼类养殖水质数据，从而监控人员能够根据监测到的鱼类养殖水质数据采取相应的措施，实现鱼类养殖的科学养殖与管理，从而优化养殖工艺，提高鱼类的成活率，增加养殖效益。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明一个示例性实施例的鱼类养殖环境智慧管理系统的结构框图；

图2是本发明一个示例性实施例的管理终端的连接框图。

附图标记：

管理终端1、无线监测装置2、用户终端3、存储器10、显示器20、处理器30、报警装置40。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本实施例提供的鱼类养殖环境智慧管理系统，包括管理终端1、无线监测装置2、用户终端3；所述的无线监测装置2、用户终端3与管理终端1通信连接。

无线监测装置2包括汇聚节点和多个传感器节点。其中，多个传感器节点随机分布在鱼类养殖场监控区域内，通过自组织方式构成无线传感器网络；传感器节点采集鱼类养殖水质数据并发送至汇聚节点，汇聚节点通过通信网络与管理终端1通信，以将接收的鱼类养殖水质数据发送至管理终端1。

在一种实施方式中，传感器节点包括水温传感器、溶解氧浓度传感器、大气压传感器、酸碱值传感器。

在一个实施例中，管理终端1用于对汇聚节点传送的鱼类养殖水质数据进行存储、显示，并在鱼类养殖水质数据异常时向用户终端3发送报警信号。在一个实施例中，如图2所示，所述的管理终端1包括存储器10、显示器20、处理器30和报警装置40，存储器10、显示器20、报警装置40皆与处理器30通信连接。

本发明上述实施例能够迅速、准确、实时监测到鱼类养殖水质数据，从而监控人员能够根据监测到的鱼类养殖水质数据采取相应的措施，实现鱼类养殖的科学养殖与管理，从而优化养殖工艺，提高鱼类的成活率，增加养殖效益。

在一个实施例中，按照实际需要在设定的监测区域内部署传感器节点，传感器节点模型采用布尔感知模型，传感器节点感知半径异构，任意传感器节点的感知半径在[cmin,cmax]范围内，其中cmax和cmin分为传感器节点感知半径的上下限；部署时设置任意相邻两个传感器节点i,j的距离l(i,j)满足：

式中，ci为传感器节点i的感知半径，cj为传感器节点j的感知半径，cr为网络中按照实际需求部署的第r个传感器节点的感知半径，n为网络中按照实际需求部署的传感器节点数量，k为所述监测区域的体积。

本实施例通过设定任意相邻两个传感器节点之间的距离范围，以控制两个相邻传感器节点之间感知范围的重叠度，能够使得相邻两个传感器节点之间的感知范围的重叠处于较为合理的水平，也有利于避免传感器节点之间由于距离过远而不能实现较高的覆盖率。

进一步地，按照实际需求在设定的监测区域内部署传感器节点后，将设定的监测区域划分成多个片区，并对各片区的传感器节点数量进行调整，包括：

(1)确定部署的各传感器节点到汇聚节点的距离，设定片区划分的数量w，根据监测力度需求由弱到强的顺序对各片区进行依次标号，从而监测力度需求最弱的片区的标号为1，而监测力度需求最强的片区的标号为w；

(2)对监测区域的各个片区根据标号的大小被分配不同的权级，其中标号为m的片区的权级为：

gm＝e^m-w

式中，gm表示标号为m的片区的权级，e为自然常数；

(3)根据片区的权级计算该片区应该分配的传感器节点数量：

式中，qm表示标号为m的片区应该分配的传感器节点数量，gβ为标号为β的片区的权级；

(4)统计各片区的实际传感器节点部署数量，根据片区标号由小到大的顺序，对各片区依次进行数量检测和调整，具体为：当片区内的实际传感器节点部署数量qa′大于应该分配的传感器节点数量qa时，在与该片区相邻的两个片区中选择标号最大的作为移动目的地，将该片区中距离所述移动目的地较近的qa′-qa个传感器节点移动至所述移动目的地，并更新移动目的地的实际传感器节点部署数量，对下一个片区进行检测。

其中，w按照下列公式设定：

式中，lmax为部署的传感器节点到汇聚节点的最大距离，lmin为部署的传感器节点到汇聚节点的最小距离，lmax-1为部署的传感器节点到汇聚节点的次大距离，lmin-1为部署的传感器节点到汇聚节点的次小距离，η为设定的监测区域相邻片区之间的间隔。

本实施例按照实际需求在设定的监测区域内部署传感器节点后，将设定的监测区域划分成多个片区，并对各片区的传感器节点数量进行调整。本实施例提出了具体的传感器节点数量调整机制，该机制根据监测力度需求为每个片区设置相应的权级，并根据权级计算该片区应该分配的传感器节点数量，通过计算出的传感器节点数量与传感器节点实际部署数量进行比较，确定是否调整片区内的传感器节点数量。

本实施例使得传感器节点相对集中于监测力度需求较高的区域，其他区域传感器节点分布较少，从而能够进一步提高相对重要的监测区域的网络覆盖率，相对于随机部署传感器节点的方式，优化了网络拓扑结构，进而提升无线传感器网络的监测性能。

在一个实施例中，网络初始化时，传感器节点通过与其他传感器节点的信息交互确定邻居节点，其中邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其余传感器节点；汇聚节点向与其距离小于设定的距离下限lmin的传感器节点发送休眠指示消息，接收到休眠指示消息的传感器节点与距离最近的邻居节点进行距离比较，若传感器节点相对于距离最近的邻居节点更靠近汇聚节点，则向距离最近的邻居节点发送休眠指令，以令距离最近的邻居节点进入休眠状态，否则令自己进入休眠状态。

在一个实施例中，汇聚节点将与其距离小于设定的距离下限lmin的传感器节点及对应距离最近的邻居节点作为近邻节点，汇聚节点定期收集网络内各传感器节点的能量消息，并根据能量消息检测未休眠的近邻节点是否满足下列能量条件，对满足能量条件的近邻节点发送更换通知；接收到更换通知的近邻节点唤醒其距离最近的邻居节点，然后自己进入休眠状态：

式中，pd为近邻节点d的当前剩余能量，pr为网络中第r个传感器节点的当前剩余能量，n为网络中部署的传感器节点数量。

汇聚节点附近的传感器节点不仅传输自己采集的鱼类养殖水质数据，还要中继转发其他传感器节点的鱼类养殖水质数据，因此在汇聚节点附近的传感器节点相比远离汇聚节点的传感器节点要发送更多的鱼类养殖水质数据，所以无线传感器网络在汇聚节点附近容易产生能量空洞。

基于此问题，本实施例定义了近邻节点以及能量条件，并使得近邻节点在能量不满足设定的能量条件时，唤醒其距离最近的邻居节点，然后自己进入休眠状态。本实施例能够避免该附近的传感器节点的能量快速消耗，从而有效避免上述能量空洞现象，延长无线传感器网络的生存时间。

基于上述设置的无线传感器网络，能够迅速、准确、实时监测到鱼类养殖水质数据，从而监控人员能够根据监测到的鱼类养殖水质数据采取相应的措施，实现鱼类养殖的科学养殖与管理，从而优化养殖工艺，提高鱼类的成活率，增加养殖效益。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。