第6章 水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化管控應(yīng)用

水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化管控應(yīng)用第6章6.1水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測與調(diào)控

6.2

水產(chǎn)生物生長過程監(jiān)測 6.3水產(chǎn)生物智能投喂控制 6.4水產(chǎn)生物疾病預(yù)測與診斷6.5水產(chǎn)品產(chǎn)量預(yù)測分析6.6物聯(lián)網(wǎng)河蟹養(yǎng)殖管理6.1水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測與調(diào)控近年來，一些養(yǎng)殖企業(yè)逐漸引入水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，使用傳感器技術(shù)對養(yǎng)殖水體的溫度、溶解氧、pH值、氨氮、電導(dǎo)率等指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，通過無線傳輸技術(shù)將信息傳輸?shù)皆朴嬎闫脚_進(jìn)行存儲、分析和處理，并輸出數(shù)據(jù)處理結(jié)果至系統(tǒng)平臺和移動終端。也有一類水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警調(diào)控系統(tǒng)通過在系統(tǒng)發(fā)出水質(zhì)預(yù)警信號的同時調(diào)控進(jìn)出水電磁閥，并通過控制器控制增氧機(jī)等養(yǎng)殖設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對水質(zhì)的智能化調(diào)控，養(yǎng)殖戶則從系統(tǒng)平臺或手機(jī)APP了解水質(zhì)調(diào)控情況。水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警調(diào)控流程如圖6-1所示。圖6-1水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警調(diào)控流程圖6.1水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測與調(diào)控也有研究將人工智能應(yīng)用于養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測、預(yù)測過程?；谌斯ぶ悄艿乃|(zhì)調(diào)控則是將采集的水質(zhì)數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)反饋給智能系統(tǒng)，智能系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前的水質(zhì)環(huán)境制定水質(zhì)調(diào)控方案，模糊控制和專家系統(tǒng)控制是主要的方法?；谌斯ぶ悄艿乃|(zhì)預(yù)測流程如圖6-2所示。圖6-2基于人工智能的水質(zhì)預(yù)測流程6.1水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測與調(diào)控而基于人工智能的水質(zhì)調(diào)控則是將采集的水質(zhì)數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)反饋給智能系統(tǒng)，智能系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前的水質(zhì)環(huán)境制定水質(zhì)調(diào)控方案，模糊控制（FuzzyControl，F(xiàn)C）和專家系統(tǒng)控制是主要的方法。模糊控制指的是一種基于模糊邏輯的控制方法，通過將輸入和輸出變量用模糊集合（FuzzySet，F(xiàn)S）表示，并使用模糊規(guī)則對其進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的控制，它能夠在處理不確定性和復(fù)雜性問題時比傳統(tǒng)的精確控制方法更好地適應(yīng)實(shí)際情況。專家系統(tǒng)控制指的是利用專家知識庫和推理機(jī)制，模擬人類專家的思考與決策過程，以解決特定領(lǐng)域問題，實(shí)現(xiàn)對該領(lǐng)域的自動控制和管理的一種人工智能方法。通過對數(shù)據(jù)、知識、規(guī)則進(jìn)行分析和處理，專家系統(tǒng)控制可以自動化地完成復(fù)雜的判斷、決策與操作任務(wù)。6.2水產(chǎn)生物生長過程監(jiān)測水產(chǎn)生物的生長監(jiān)測對于保證養(yǎng)殖質(zhì)量至關(guān)重要。傳統(tǒng)方法通過定期采樣、測量和記錄水體中的生物量等指標(biāo)進(jìn)行，但存在成本高、數(shù)據(jù)失真等問題。人工智能監(jiān)測結(jié)合傳感器和攝像頭等設(shè)備與智能算法，實(shí)時監(jiān)測、分析和預(yù)測水產(chǎn)生物的生長過程，實(shí)現(xiàn)24小時不間斷監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)問題，降低人工成本和水產(chǎn)生物死亡率，優(yōu)化全方位的生產(chǎn)過程。6.2水產(chǎn)生物生長過程監(jiān)測1.水產(chǎn)生物行為活動監(jiān)測

使用攝像頭或其他成像設(shè)備獲取水產(chǎn)生物活動的圖像、視頻信息，通過機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)分析水產(chǎn)生物視頻的連續(xù)時間序列和空間序列，可以獲取水產(chǎn)生物行為活動的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)自動識別和跟蹤水產(chǎn)生物的行為活動。2.水產(chǎn)生物生長變化監(jiān)測利用機(jī)器視覺技術(shù)可以對水產(chǎn)生物長度、面積、重量等參數(shù)進(jìn)行估算，估算出的參數(shù)輸出到顯示設(shè)備或通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)狡渌O(shè)備，以便進(jìn)一步處理和應(yīng)用。3.水產(chǎn)生物生長模型利用人工智能技術(shù)對影響水產(chǎn)生物生長的各種因素，如環(huán)境、飼料等進(jìn)行分析和預(yù)測，可以建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系模型。借助生長模型可以了解水產(chǎn)生物生長與外部因素之間的邏輯關(guān)系。6.3水產(chǎn)生物智能投喂控制水產(chǎn)生物的饑餓狀態(tài)主要反映在它的行為上，包括活動范圍和幅度，利用人工智能技術(shù)可以總結(jié)出客觀的指標(biāo)對水產(chǎn)生物的饑餓程度進(jìn)行判斷。

圖6-5基于水產(chǎn)生物行為的智能投喂流程也有一些研究基于餌料殘余量判斷飼喂需求，其中的關(guān)鍵在于確定餌料剩余信息，這個過程通常需要使用殘餌數(shù)量計數(shù)器、殘餌收集裝置、水下攝像頭、餌料飼喂機(jī)等設(shè)備，將殘餌剩余信息反饋給投喂系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)殘餌情況判斷是否進(jìn)行投喂，控制餌料飼喂機(jī)的工作狀態(tài)，使餌料數(shù)量保持在一個相對穩(wěn)定的水平。6.4水產(chǎn)生物疾病預(yù)測與診斷1.疾病預(yù)測水產(chǎn)生物疾病與養(yǎng)殖環(huán)境、飼料投喂、藥物使用等有直接關(guān)系，水產(chǎn)生物的健康狀態(tài)也能由進(jìn)食需求、活動頻率、體表特征、生長狀況等反映出來，借助生物傳感、圖像識別、圖像處理等技術(shù)，實(shí)時監(jiān)測養(yǎng)殖環(huán)境、養(yǎng)殖操作以及水產(chǎn)生物的行為狀態(tài)和生理指標(biāo)，有利于及時發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖過程的異常情況，預(yù)測水產(chǎn)生物疾病。圖6-6水產(chǎn)生物疾病預(yù)測流程6.4水產(chǎn)生物疾病預(yù)測與診斷2.疾病診斷水產(chǎn)生物疾病診斷主要通過數(shù)據(jù)比對、人工智能識別、專家遠(yuǎn)程診斷來實(shí)現(xiàn)。水產(chǎn)生物疾病診斷流程圖6.5水產(chǎn)品產(chǎn)量預(yù)測分析水產(chǎn)品產(chǎn)量預(yù)測分析系統(tǒng)是一種基于數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)學(xué)模型技術(shù)，以生產(chǎn)模式、水體環(huán)境、氣象環(huán)境、病害程度等多元數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合水產(chǎn)品產(chǎn)量歷史數(shù)據(jù)，構(gòu)建出水產(chǎn)品產(chǎn)量預(yù)測模型，對水產(chǎn)品產(chǎn)量進(jìn)行趨勢預(yù)測、時間性預(yù)測、分水域預(yù)測等多方面分析的系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、模型構(gòu)建模塊、數(shù)據(jù)應(yīng)用模塊等組成。圖6-8水產(chǎn)品產(chǎn)量預(yù)測分析系統(tǒng)架構(gòu)6.6物聯(lián)網(wǎng)河蟹養(yǎng)殖管理6.6.1物聯(lián)網(wǎng)河蟹養(yǎng)殖管理現(xiàn)實(shí)需求傳統(tǒng)的河蟹養(yǎng)殖方式相對粗放，難以充分滿足市場要求，其固有弊端主要表現(xiàn)為以下幾方面：（1）自動化水平低。（2）實(shí)效性差。（3）養(yǎng)殖風(fēng)險高。（4）未建立產(chǎn)品溯源體系。將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于河蟹養(yǎng)殖管理，能夠克服傳統(tǒng)河蟹養(yǎng)殖模式的弊端，物聯(lián)網(wǎng)在河蟹養(yǎng)殖中的應(yīng)用包括：（1）環(huán)境信息采集和控制。（2）河蟹生長監(jiān)測。（3）河蟹養(yǎng)殖設(shè)備自動控制。（4）河蟹質(zhì)量安全溯源。此外，物聯(lián)網(wǎng)也可廣泛應(yīng)用于河蟹儲存、冷鏈運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)中。6.6物聯(lián)網(wǎng)河蟹養(yǎng)殖管理6.6.2物聯(lián)網(wǎng)河蟹養(yǎng)殖管理系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)河蟹養(yǎng)殖管理是物聯(lián)網(wǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖的具體應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)河蟹養(yǎng)殖管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖所示。1）河蟹養(yǎng)殖感知系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)河蟹養(yǎng)殖系統(tǒng)中，感知層通過溫度、溶解氧等傳感器采集養(yǎng)殖信息，攝像設(shè)備獲取相關(guān)圖片和視頻。氣象站收集環(huán)境因素，預(yù)測溶解氧含量，幫助預(yù)防缺氧死亡。2）河蟹養(yǎng)殖數(shù)據(jù)傳輸處理物聯(lián)網(wǎng)傳輸層和處理層通過云計算進(jìn)行數(shù)據(jù)匯聚、傳輸和處理。后臺系統(tǒng)存儲養(yǎng)殖數(shù)據(jù)，形成知識庫和數(shù)據(jù)模型，為遠(yuǎn)程監(jiān)控提供支持，也可用于養(yǎng)殖數(shù)據(jù)庫建設(shè)和質(zhì)量安全追溯。6.6物聯(lián)網(wǎng)河蟹養(yǎng)殖管理物聯(lián)網(wǎng)河蟹養(yǎng)殖管理的具體應(yīng)用（1）環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。（2）點(diǎn)對多點(diǎn)無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)。（3）異常報警系統(tǒng)。（4）生長分析系統(tǒng)。（5）設(shè)備自動控制系統(tǒng)。（6）無人艇投餌系統(tǒng)、無人機(jī)投食系統(tǒng)。（7）河蟹溯源系統(tǒng)。6.6物聯(lián)網(wǎng)河蟹養(yǎng)殖管理6.6.3智慧河蟹養(yǎng)殖管理系統(tǒng)平臺智慧河蟹養(yǎng)殖管理系統(tǒng)平臺是對河蟹養(yǎng)殖進(jìn)行數(shù)字化、智能化管理的綜合平臺，用于實(shí)現(xiàn)應(yīng)用信息可視化和人機(jī)交互，管理人員通過該平臺對河蟹養(yǎng)殖過程進(jìn)行智能化統(tǒng)