水产养殖中复合精确自动增氧技术研究

提出了一种日常情况下利用耕水机改善水质和应急情况下采用叶轮增氧机增氧的复合自动增氧模式。耕水机通过太阳能电池驱动昼夜不停耕动水体,不仅释放了底层水体有害物质,而且通过水体中藻类的光合作用极大提高了整个水体溶解氧浓度,大幅减少了叶轮增氧机应急增氧时间。水体溶解氧浓度通过ZigBee无线传感网络实时监控,低于设定下限值时,启动应急变频增氧,高于上限时停止增氧,控制方式采用增量式PID控制。试验结果表明,复合增氧方式与单一增氧方式相比,节省了约65%的电能、80%的人力成本和20%的药品等,总体利润增加20%以上。     

水产养殖复合式自动增氧系统设计与试验

针对我国规模化、高密度化水产养殖中机械增氧方式单一和增氧效率偏低的问题,提出利用耕水机白天以低功率驱动养殖池水体上下循环,促进各层水体中的藻类循环到上层,通过光合作用大幅度提高水体溶解氧含量,以减少其他增氧机械应急增氧。分析了溶解氧含量测量节点对测量误差的二次抛物线自修正,进行了可变因子与固定因子模糊变频增氧控制、复合增氧与单一机械增氧的对比试验。通过试验发现,可变因子模糊变频控制可更快提高水体溶解氧含量,在额定区域内更稳定;在晴朗白天、无应急增氧情况下,复合增氧模式下养殖池水体溶解氧分布不仅上下层均匀,而且整个水体吸收了更多藻类光合作用产生的氧气;在应急增氧情况下,复合增氧模式下养殖池不仅各层水体溶解氧含量得到提高,而且耕水机驱散了叶轮增氧机附近的高溶解氧含量水体,有利于提高增氧机效率。试验表明,复合增氧模式下晴天单个养殖池每天节约电能7.80kW·h,第3季度节约电能587.34kW·h,〖JP〗表明水产养殖中复合式机械增氧有利于节约电能。     

微孔曝气式增氧机增氧性能试验

为了研究注水深度对微孔曝气式增氧机增氧性能的影响,采用SC/T 6009—1999《增氧机增氧能力试验方法》规定的试验方法。以直径为10 m的水池作为测试平台,测试分析微孔曝气增氧机的增氧能力和功力效率,从而研究池内注水深度对微孔曝气增氧机增氧能力及动力效率的影响。结果表明,微孔曝气增氧机具有较强的增氧性能,其增氧能力随着试验水池注水深度的增加而增大;动力效率随着注水深度的增加而增加。得出水深是影响微孔曝气增氧机性能的重要因素,因此需研究出更适用于微孔曝气增氧机增氧性能试验的试验方法。      

耕水机使用性能研究及试验结果分析

通过研究耕水机的作用机理,探索其使用性能及试验方法。检测数据证明,耕水机在养殖肥水中搅动,有利于浮游植物光合作用放氧,使养殖水中溶解氧过饱和,水温和水质均匀一致,可降低亚硝酸盐等有害物质的含量,分解水底残饵、养殖动物排泄物和残体等,减少养殖废水的排放量,降低了机械增氧的能耗,实现节能减排,值得推广使用。     

华南地区水产保温大棚微孔曝气增氧模式研究

在华南地区,每年冬季至次年春季,多采用搭建水产保温大棚方式进行温水性鱼虾的养殖。但这种方式使池塘上方的空气基本处于不流通的密封状态,因此,增氧效果的好坏往往依赖于增氧设备。本文针对水产保温大棚的特性,通过微孔曝气式和叶轮式增氧机在水产保温大棚内的对比试验,得出微孔曝气增氧模式能快速提高池塘不同水层的溶解氧浓度,同时改善大棚内的空气质量,是一种较优增氧模式。     

三种增氧机增氧性能研究

为了更准确地评价池塘养殖中主要的三种不同增氧方式的增氧机的性能,通过标准水池试验和养殖池塘中实地试验,研究了三种增氧机的增氧方式在清水试验中的增氧能力、动力效率和养殖池塘中的溶解氧均匀度与水温均匀度的变化。结果表明,曝气式增氧机增氧能力和动力效率最好,增氧能力比水车的高55.1%,动力效率比水车的高出64.0%。增氧能力和动力效率从高到低依次是曝气式、叶轮式和水车式。水车增氧机对养殖池溶解氧的均匀度提升最快,最高的达到46.43%,曝气增氧设备对养殖池溶解氧的均匀度提升达到29.46%;对养殖池水温均匀度的提升,三种增氧机都不是很明显。该研究为在池塘养殖中合理运用不同增氧方式提供了有益的借鉴。     

微孔管弥散增氧系统的设计与试验

研究了微孔管弥散增氧系统中微孔管的曝气特点和微孔管均匀曝气时内部气压的变化规律。在此基础上设计了微孔管弥散增氧系统输气管网并进行了试验,得到了集中式、分布式微孔管弥散增氧系统合理的设计方案。     

微孔曝气增氧技术在湖北地区的应用研究

介绍目前湖北地区几种常用的增氧方式.通过试验比较,使用微孔曝气增氧的技术相比一般增氧机,能提高增氧效率值10％,节能88％以上,具有静音、节能、高效、安全等巨大优势.探讨微孔曝气增氧设备在湖北地区的推广应用前景.     

压力与表面活性剂对循环曝气氧传质特性的影响

利用水肥气耦合自动灌溉设备进行曝气,研究工作压力(0.05,0.10和0.15 MPa)和表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS; 0,5,10和15 mg/L) 2因素12个组合条件对循环曝气过程中溶解氧及氧传质系数的影响.结果表明:在循环曝气中,饱和溶解氧随着工作压力的提高显著提升36%以上(P0.05);与清水条件相比,活性剂的添加显著提高了饱和溶解氧值(P0.05),提升的最大值为22.82%.工作压力的升高对氧传质系数的提高均在17%以上,活性剂浓度的升高对氧传质系数的提高均在52%以上.综合曝气过程中溶解氧及氧传质系数,0.15 MPa的工作压力和5 mg/L的活性剂添加浓度是适宜的曝气组合.研究结果可为曝气参数的优化提供理论支持.     

微孔曝气增氧技术试验研究

阐述了微孔曝气增氧技术的基本原理以及试验的主要技术措施;在试验的基础上进行了效益分析,为推广示范该项技术奠定了实践基础。     

基于建模预测与关系规则的养殖水体溶解氧含量调控方法

为了保证养殖水体溶解氧充足,水产养殖普遍采用全天大功率开启增氧机的生产方式,这造成了很大的能源消耗。针对上述问题,本文提出了一种基于建模预测与关系规则库的溶解氧调控方法,首先构建了一种自适应增强的粒子群优化极限学习机预测模型（AdaBoost-PSO-ELM）,实现溶解氧含量的准确预测;然后进行增氧预实验,采用曲面拟合方法对溶解氧初始含量、曝气流量和增氧机开启时间之间的作用关系进行精确量化,构建关系规则库;最后专家系统基于溶解氧含量预测值,调用已建立的关系规则库,合理控制增氧机的开启功率与时间。与其它常规的预测模型相比,AdaBoost-PSO-ELM模型的MSE、MAE和RMSE均为最优,分别为0.005 5 mg²/L²、0.053 1 mg/L、0.074 5 mg/L,可以实现溶解氧的准确预测。增氧实验结果表明,基于三次多项式的先验方程能够对溶解氧初始含量、曝气流量和增氧机开启时间之间非线性关系进行准确量化,拟合R²均在0.99以上。由此可知,基于量化结果所构建的规则库与预测模型相结合能够合理控制增氧机的开启功率...     

基于建模预测与关系规则的养殖水体溶解氧含量调控方法

为了保证养殖水体溶解氧充足,水产养殖普遍采用全天大功率开启增氧机的生产方式,这造成了很大的能源消耗。针对上述问题,本文提出了一种基于建模预测与关系规则库的溶解氧调控方法,首先构建了一种自适应增强的粒子群优化极限学习机预测模型（AdaBoost-PSO-ELM）,实现溶解氧含量的准确预测;然后进行增氧预实验,采用曲面拟合方法对溶解氧初始含量、曝气流量和增氧机开启时间之间的作用关系进行精确量化,构建关系规则库;最后专家系统基于溶解氧含量预测值,调用已建立的关系规则库,合理控制增氧机的开启功率与时间。与其它常规的预测模型相比,AdaBoost-PSO-ELM模型的MSE、MAE和RMSE均为最优,分别为0.0055mg2/L2、0.0531mg/L、0.0745mg/L,可以实现溶解氧的准确预测。增氧实验结果表明,基于三次多项式的先验方程能够对〖JP2〗溶解氧初始含量、曝气流量和增氧机开启时间之间非线性关系进行准确量化,拟合R2均在0.99以上。由此可知,基于量化结果所构建的规则库与预测模型相结合能够合理控制增氧机的开启功率与时间,节省电能和提高养殖效率。     

水产养殖环境无线监测与自动控制系统设计

针对水产养殖环境粗放调控的现状,研发了一套基于虚拟仪器、无线传感网络及GSM技术的水产养殖环境无线检测与自动控制系统。基于虚拟仪器技术,系统能够现场在线检测溶解氧、温度和pH值等水产养殖环境因子,并能视情自动控制增氧机;基于无线传感器网络（ZigBee技术）形成多鱼塘群控;通过GSM技术将水产养殖环境参数变化和预警发送到养殖户手机。系统在天津宝坻鱼种场示范应用表明:能够精准实施检测和控制养殖环境,达到了节能增效的目的。      

基于荧光法的溶解氧传感器研制及试验

溶解氧含量的测量对水产养殖具有极其重要的意义，但目前中国市面上的溶解氧传感器存在价格昂贵、不能持续在线测量及更新部件维护困难等问题，难以在水产养殖物联网中大规模推广和发挥作用。本研究基于荧光淬灭原理，利用水中溶解氧浓度与荧光信号相位差的关系进行低成本、易维护溶解氧传感器的研发。首先利用自制备溶氧敏感膜，经激发光照射后产生红色荧光，该荧光寿命可由溶解氧浓度调节；然后利用光信号敏感器件设计光电转化电路实现光信号感知；再以STM32F103微处理器作为主控芯片，编写下位机程序实现激发光脉冲产生，利用相敏检波原理以及快速傅里叶变换（FFT）计算激发光与参照光的相位差，进而转化为溶解氧浓度，实现溶解氧的测量。荧光探测部分与系统主控部分采用分离式设计思想，利用屏蔽排线直接插拔连接，便于传感器探测头的拆卸、更换、维护以及实现远距离在线测量。经测试，本溶解氧传感器的测量范围是0~20 mg/L，响应延迟小于2 s，溶氧敏感膜使用寿命约1年，可以实时不间断地对溶解氧浓度进行测量。同时，本传感器具有测量方便、制作成本低、体积小等特点，为中国水产养殖低成本溶解氧传感器的研发与市场化奠定了良好的基础。     

叶片数对倒伞曝气机曝气性能影响试验研究

为了研究各不同状态下叶片数对倒伞曝气机曝气性能的影响情况,制作了叶片数分别为6枚和8枚的2个倒伞曝气机叶轮,进行了溶解氧试验来研究倒伞曝气机的曝气性能.通过改变曝气池液位高度及倒伞曝气机浸没深度,研究了不同叶片数下,标准氧总转移系数、标准充氧能力和标准动力效率的变化规律.结果表明:在同一转速下,8叶片倒伞曝气机的标准氧总转移系数和标准充氧能力明显高于6叶片的.倒伞曝气机的叶片增加,叶轮的抛洒强度增加,液体与空气的接触面积增大,氧传质效率得到有效提高.同时,靠近自由液面的液体波动加大,使液体与气泡间的相互作用更加剧烈,增大了湍动传质的能力.但是增加叶片数会使得消耗的功率增加,故相同转速下不同叶片数的倒伞曝气机的标准动力效率差别较小.研究为倒伞曝气机的经济运行提供参考.     

基于物联网的浮标水质监测系统与溶解氧浓度预测模型

为促进近海养殖业信息化发展,更好地实现对近海养殖环境的监控,设计了基于浮标平台的环境监测系统。利用STM32L475微控制器定时采集光照、温度、pH值、溶解氧浓度等信息,通过物联网技术将数据传输至云监测平台,实现了多区域环境信息远程监测和多终端访问。提出了改进遗传算法BP神经网络的溶解氧浓度预测模型,实现对近海养殖环境的预测;根据所采集的数据,利用改进遗传算法对初始权重和阈值进行优化得到最优参数,在此基础上构建BP神经网络溶解氧浓度预测模型。通过试验验证了该系统海洋环境信息采集的准确性与可靠性,以及溶解氧浓度预测模型的有效性;与传统遗传算法BP神经网络预测模型相比,平均误差由0.0778mg/L降至0.0178mg/L,能够满足近海养殖的实际需求。     

鱼菜共生水体溶解氧时空变化规律及其影响因素研究

为明确鱼菜共生系统中水体溶解氧分布特征,采用室内搭建的鱼菜共生系统,利用多点采样装置以及物联网传感系统对系统中水质参数、气象数据和生物量信息进行提取,通过相关性分析对该鱼菜共生系统中溶解氧时空变化规律以及光照强度与喂食量对其时空变化的影响进行了研究。结果表明,溶解氧在鱼池中随垂直深度增加而减小,相关系数范围为-0.9～-0.7时,鱼池溶解氧空间变化量与喂食量呈显著线性关系,相关系数为0.9294,方差分析中F值为126.94。溶解氧在水培槽中随水平距离增加而减小,相关性范围为-0.9～-0.8时,水培槽溶解氧空间变化量与光照强度呈显著线性关系,相关系数为0.8158,方差分析中F值为39.7954。溶解氧日变化受到各环节空间变化影响,白天波动下降,夜间平缓上升。研究结果为鱼菜共生系统溶解氧研究提供了一定理论依据。     

鱼塘机械增氧管理决策支持系统（摘选）

设计合理的决策支持系统（DSS）是一种基于软件的互动系统,旨在帮助决策者根据不同来源定义和解决问题,编译有用的信息。基于农场提供的最大增氧效率的有效数据,利用Microsoft Excel 2007电子表格设计了一款用于鱼塘机械增氧工艺管理的决策支持系统。该系统的使用将有助于农民和推广人员选择高效的增氧机和确定机组数量,并且在保证各鱼塘保持溶解氧含量在安全范围内的情况下,算得各鱼塘增氧机的功率和运转时间。电子表格方式适合于3种温水生长的鱼,分别为罗非鱼、梭鱼和鲤鱼。在设定实地条件下,电子表格计算结果与参考数据进行比较,结果表明电子表格结果符合参考值。在田间以机械（MAP）和非机械（NMAP）增氧数据对电子表格进行验证。利用该系统管理MAP能增产3.3%,与NMAP相比还节省了61.80%的水交换。试验结果表明,对于不同池塘水环境和鱼种类,决策支持系统精度提高的进一步研究中可以应用电子表格。      

自控新型增氧机具在青虾养殖中的应用研究

池塘青虾的正常生长需要一定量的溶氧作保证.结合已有的增氧技术,试制了带自控系统的曝气射流水车式增氧机,在青虾养殖期间对该增氧机进行了试验和监测.为此,着重介绍了增氧机的效用,测量了典型天气里无增氧机工作状态下青虾池塘的溶氧情况,探讨了自控系统在青虾养殖过程中的改进问题.