基于窄带物联网的养殖塘水质监测系统研制

为了促进水产养殖信息化的发展,更加准确、便捷地对水产养殖塘进行监测,该文研发了一种基于窄带物联网(narrow band Internet of Things,NB-IoT)技术的养殖塘水质监测系统,实现了对多传感器节点信息(温度、pH值、溶解氧等环境参数)的远程采集和数据存储功能,以及对养殖塘的智能控制和集中管理。系统利用STM32L151C8单片机和传感器终端实时采集温度、pH值、溶解氧等水质信息,通过NB-IoT技术实现数据汇总和远距离传输至IoT电信云平台,Keil工具实现NB无线通信模组数据格式的设计以及数据的发送,Java用于开发访问云平台、控制底层设备和本地数据处理的后台监测应用,其既能够发送HTTP请求对云平台数据进行监测,也可以向底层控制模块下发命令,控制增氧机等设备的启动和关闭。试验结果表明:该系统可实时获取温度、pH值、溶解氧等水质参数信息,温度控制精度保持在?0.12℃,平均相对误差为0.15%,溶解氧控制精度保持在?0.55mg/L以内,平均相对误差为2.48%,pH值控制精度保持在?0.09,平均相对误差为0.21%。系统整体运行稳定,数据传输实时、准确,能够满足实际生产需要,为进一步水质调节和水产养殖生产管理提供了有力的数据和技术支持。     

基于物联网Android平台的水产养殖远程监控系统

为了促进江苏省智能农业的发展,该文开发了一种基于物联网Android平台的水产养殖远程监控系统,实现了对多传感器节点的信息（pH值、温度、水位、溶解氧等环境参数）远程采集和数据存储功能,实现了对多控制节点的远程控制。系统不受时间地域限制,用户可以在任何具备网络覆盖的地方从手机上浏览并获取数据,将数据从数据库中导出到用户的SD卡上,以TXT格式存储,系统多手机用户客户端可以共享一台服务器,具有很高的性价比。系统采用CC2430作为底层管理芯片,控制部分采用模糊PID控制算法,系统通过在江苏省溧阳长荡湖实验基地系统的实际调试,各项指标均达到要求,温度测量精度达到0.5℃,pH值测量精度达到0.3,溶解氧的控制精度在±0.3 mg/L以内,水位波动控制在平均±1 cm左右,能够满足水产养殖的需要。     

基于无线传感器网络的水产养殖水质监测系统开发与试验

为解决目前水产养殖水质自动监测系统存在布线困难、灵活性差和成本高等问题,该文构建了基于无线传感器网络的水产养殖水质监测系统。该系统的传感器节点负责水质数据采集功能,并通过无线传感器网络将数据发送给汇聚节点,汇聚节点通过RS232串口将数据传送给监测中心。传感器节点的处理器模块采用MSP430F149单片机,无线通信模块由nRF905射频芯片及其外围电路组成,传感器模块以PHG-96FS型pH复合电极和DOG-96DS型溶解氧电极为感知元件,电源模块以LT1129-3.3、LT1129-5和Max660组成的电路提供3.3和±5V。设计了传感器输出信号的调理电路,将测量电极输出的微弱信号放大,满足A/D转换的要求。节点软件以IAR Embedded Workbench为开发环境,采用单片机C语言开发,实现节点数据采集与处理、无线传输和串口通信等功能。监测中心软件采用VB6.0开发,为用户提供形象直观的实时数据监测平台。对系统的性能进行了测试,网络平均丢包率为0.77%,pH值、温度和溶解氧的平均相对误差分别为1.40%、0.27%和1.69%,满足水产养殖水质监测的应用要求,并可对大范围水域实现水质环境参数的实时监测。     

应用耕水机养殖南美白对虾的试验

为探索一条新的水产养殖途径,该文利用耕水机进行南美白对虾养殖对比试验。在一个养殖周期内对溶解氧、温度、pH值和亚硝酸盐等水环境因子及南美白对虾生长情况、品质和经济效益进行了分析研究。试验结果表明：与非耕水机养殖比较,使用耕水机能够提高水体溶解氧均匀度和温度均匀度,增加池塘溶解氧含量;维持水体pH值在7.6～8.9之间;降低水体亚硝酸盐含量;对虾生长速度快且品质优良;节约耗电量56.9%、饵料15.5%、药费45.4%;提高单位面积产量20.1%。试验和分析结果证明使用耕水机能够改善水体环境,降低养殖成本,增加养殖收入,有较高的实际应用价值。     

基于物联网的螃蟹养殖基地监控系统设计及应用

为了促进中国智能渔业的发展,该文开发了一种基于物联网三层体系架构的螃蟹养殖基地监控系统,由水质监控、气象监控、视频监控、智能控制和远程服务中心组成,实现了对螃蟹养殖基地的本地和远程全方位智能监控。该系统采用STC15F2K60S2嵌入式单片机作为底层控制器芯片,通过RS485协议采集传感器数据,实现水质多参数(溶解氧、p H值、温度),气象多参数(温度、湿度、风向、风速、气压、雨量、光照)的监测;视频监控采用萤石云平台,实现养殖基的安防和养殖池塘水上、水下摄像;养殖设备采用PLC控制,实现投饵机、增氧机的智能控制。整个系统组网采用ESP8266 WIFI模块,接入AP基站,通过搭建的服务器管理程序,用户可以通过电脑浏览器或者手机APP在任何具备网络覆盖的地方远程浏览养殖基地数据。该系统应用于上海海洋大学崇明蟹种养殖基地,并对其通信稳定性、数据准确性和Android客户端进行测试,整个系统通信成功率为98%以上,溶解氧平均相对测量误差为0.016 mg/L,温度为0.031℃,p H值为0.023,其他各项指标均达到要求。系统运行到今,稳定可靠,能够满足水产养殖的需要,并可作为示范进行推广应用。     

水产养殖多环境因子控制系统的研究

该文分析了国内工厂化水产养殖的现状和存在的问题，提出了以PC机为上位机，以西门子S7-224 Programmable Logic Controller(简称PLC)为下位机的水产养殖多环境因子的计算机监控系统的设计方案，阐述了系统的硬件和软件实现方法，成功地应用在工厂化养殖鳗鱼生产中。试验结果表明，该系统操作方便，人机界面友好，性能价格比高，实时控制鱼池中的溶氧量、温度、pH值，使多环境因子稳定在最佳值附近。增产节能效果显著，为提高我国工厂化养殖水平提供了一项切实可行的技术措施。     

基于ZigBee的节能型水产养殖环境监测系统

该文基于ZigBee无线传感器网络技术,设计了一种节能型水产养殖环境监测系统,用于实时监测水的温度、pH值、溶解氧浓度和浊度等参数。系统采用CC2530为核心处理器设计无线传感器节点;运用开源的Z-stack协议栈开发了节点应用程序,提高了系统的稳定性和可靠性;使用9 V锂电池为无线传感器节点供电,实现了系统的无线化;采用C/S和B/S混合编程模式开发了简单直观的本地用户监测界面和远程监测网站,实现了系统的本地监测和远程监测;采用分时、分区供电的方式和数据融合技术延长了节点的生存时间。该文介绍了系统软硬件设计方法,并重点阐述了软件和硬件的节能策略。实验室测试表明,采用方案4（传感器不一直工作,数据全部发送）,节点数据采集周期为10 min,节点能正常工作94 d,实际系统上线时,节点数据采集周期为30 min,节点预计能正常工作280 d左右;运用节能策略后,节点寿命延长了1倍。在甘肃省某虹鳟鱼养殖基地进行了实地测试,路由节点剩余能量约占总能量的47%,终端节点剩余能量约占总能量的33%,路由节点能量消耗较快,距离汇聚节点最近的16号路由节点的寿命预估只有134 d。结果表明该系统具有功耗低、运行稳定、网络寿命长等优点,能实现水产养殖环境的实时监测,具有很好的市场前景和推广价值。     

日光温室环境参数智能化监测管理系统的研制

该系统运用传感器技术、自动检测技术、通讯技术和微型计算机技术，实现对日光温室温度、湿度、光照度、CO₂浓度的监测管理，特别是实现了CO₂浓度的低成本测量。该系统由便携式温室环境参数测量仪、数据综合管理系统及专家决策与咨询系统三部分构成。测量仪以89C52单片机为核心，完成环境参数的采集、存储、模糊处理等。PC机由RS232接口与测量仪通讯，以其数据综合管理系统，实现对温室环境参数数据的显示、存储、查询、统计等。专家决策与咨询系统，给出不同时期作物生长所需要的最佳环境参数，并且依据此最佳参数对实时测得数据进行模糊处理，提出合理的调整方案，实现了温室的智能化管理。     

主成分分析和长短时记忆神经网络预测水产养殖水体溶解氧

为了提高水产养殖溶解氧预测的精度,提出了基于主成分分析(principal component analysis,PCA)和长短时记忆神经网络(long short-term memory,LSTM)的水产养殖溶解氧预测模型。首先通过主成分分析提取水产养殖溶解氧的关键影响因子,消除了原始变量之间的相关性,降低了模型输入向量维度;然后,在Tensorflow深度学习框架的基础上建立LSTM神经网络的水产养殖溶解氧预测模型;最后,利用该模型对浙江省淡水水产养殖研究所综合实验基地某池塘溶解氧进行验证。试验结果表明:该模型与BP神经网络等其他浅层模型相比,模型评价指标平均绝对误差、均方根误差和平均绝对误差分别为0.274、0.089和0.147,均优于传统的预测方法;该模型具有良好的预测性能和泛化能力,能够满足水产养殖溶解氧精确预测的实际需要,可以为水产养殖水质精准调控提供参考。     

活性光合细菌对改善水产养殖体系水质状况的作用初探

在鱼虾育苗、养殖，池塘淡水养鱼以及观赏鱼养殖中，使用以牛肉水提取液为主要培养基培养的活菌数大于50亿／mL的活性光合细菌，测定了使用前后水的pH值、COD值、NH3-N、亚硝酸盐、溶解氧等指标，结果表明：与市场出售的光合细菌(活菌数为25亿／mL)相比，活菌数大于50亿／mL活性光合细菌能明显改善水产养殖体系的水质状况。     

水体太阳能供电增氧系统及其运行效果

为了快速改善水产养殖水体质量,该文分析了国内水体富营养化的现状和存在的问题,提出了以太阳能电池为动力,采用单片机设计了一套水体增氧系统,重点介绍了硬件组成、结构特点和软件实现方法,并应用在公园鱼池净化和鲤鱼养殖生产中。试验结果表明,该系统能够实时控制鱼池中的溶氧量、pH值,使多环境因子稳定在最佳值附近。为增强水体的自净能力,提高水产养殖水平提供了一种切实可行的技术措施。     

环境因子及沉水植物对底泥磷释放的影响研究

通过环境因子（温度、pH、扰动、溶解氧等）及沉水植物对底泥磷释放影响的研究，分析了环境因子影响底泥磷释放的因素，及不同环境条件下沉水植物影响底泥磷释放的因素，得出了如下结论：溶解氧、pH、温度及扰动等对底泥磷向上覆水体释放都有一定影响，其中溶解氧和pH值影响较大；湖泊特别浅水型湖泊中，磷对水体富营养化起重要作用；沉水植物在控制湖泊底泥营养向水体扩散、风等外界因素扰动底泥起关键作用；浅水型湖泊中，湖泊底泥受扰动较大适合种植象狐尾藻类多分枝的沉水植物，这样有利于抑制底泥磷向水体的释放．     

淡水珍珠蚌循环水养殖模式下分布式水质监控系统设计

为促进中国淡水珍珠养殖业由传统粗放模式向高效生态智能化改造升级,该研究针对珍珠蚌工厂化循环水养殖模式下的水质监控需求,开发了基于无线传感网络的分布式水质监控系统。系统采用感知层、传输层和应用层相结合的体系架构,由水质监测节点、气象监测节点、设备控制节点和监控中心组成。现场采用多参数传感器、ZigBee无线模块、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)和MCGS触控屏组合的方式,实现对多地点监测数据的实时采集、图形化显示和报警功能,对循环水处理设备的启停控制及藻类供饵自动控制功能;上位机采用MCGS网络版和SQL Server数据库构建监控数据中心。系统采用无线组网分布式架构,组网灵活且操作简单,简化了设备的安装和维护工作。经实际使用测试,系统工作稳定性和检测准确性均在98%以上,能够满足淡水珍珠蚌循环水养殖的监控需求,可以为珍珠蚌传统养殖模式的转变和产业生产方式的转型升级提供有利保障。     

基于塘内循环自净的河蟹生态养殖系统设计与试验

为了提高河蟹养殖品质和养殖池塘水质净化能力,该研究提出了一种通过养殖池塘内部结构改造实现池塘水体内部循环自净的技术,并设计了一套针对河蟹的生态养殖系统。应用软围隔将养殖塘划分为两个相对独立的功能区(养殖区和自净区),设计了浮式气提推水装置和射流装置作为塘内水循环动力系统,在推水装置的作用下,养殖区的水体流入自净区,经过滤、吸附、杀菌及降温等环节重新回到养殖区,形成"九分养蟹一分养水"的河蟹循环自净生态养殖模式。在崇明宝岛蟹业面积约为9 600 m~2的河蟹养殖池塘进行实施和试验,试验表明:合理配置气提推水装置可实现河蟹养殖池塘水体日循环2次以上;试验塘循环自净状态相较静水状态,水温均衡度提高10.17%,下层溶解氧水平提高18.57%,氨氮平均质量浓度下降19.2%;同时,养殖效果抽样对比显示试验塘200 g以上公蟹和150 g以上母蟹较对照塘分别增加了45%和35%。该研究设计的塘内循环自净的河蟹生态养殖系统能较好地净化养殖水体,有利于河蟹的生长,可为河蟹池塘生态高效养殖模式的构建和推广提供参考。     

襄阳护城河水体中溶解氧含量研究

研究了襄阳护城河水体中溶解氧的日变化特征,分析了襄阳护城河水体中影响溶解氧含量的因素。结果表明:襄阳护城河水中溶解氧含量的日变化特征是溶解氧的含量随光照强度的增加而逐渐上升;襄阳护城河水中消耗溶解氧的因素包括水生生物呼吸耗氧、有机物降解耗氧和底泥耗氧,其中底泥耗氧是水中溶解氧消耗的主要因素,占水体中溶解氧消耗的80%以上;护城河水体中溶解氧的增加因素包括空气表面复氧、水生植物和藻类的光合放氧,其中藻类光合放氧是水中溶解氧的主要来源,是表面复氧的10倍以上。试验结果对于水体中溶解氧的理论研究、水产养殖、水体的自净作用和护城河水的净化措施具有一定的价值。     

基于无线传感器网络与GIS的蓝藻水华爆发动态监测与模拟

准确获取水体中物质含量与分布区域是开展蓝藻水华爆发预防、预测、预警工作的基础。针对内陆湖泊蓝藻水华爆发突发性、随机性、区域性等特点,研究了一种基于无线传感器网络（wireless sensors networks,WSNs）及地理信息系统（Geographic Information System,GIS）相结合的蓝藻水华爆发动态监测与模拟方法。利用水质传感器组成多源异构水环境感知单元,获取湖泊水质数据;将改进的灰色理论（A Grey Model,AGM）及BP人工神经网络（BP Artificial Neural Network,BPANN）相结合,从而预测24 h内蓝藻水华的浓度与趋势;结合GIS强大的空间分析能力,实现蓝藻水华变化的空间描述。滇池现场试验结果表明,该方法具有一定的普适性,能够为湖泊环境保护与治理提供理论依据及数据支持。     

鹤地水库浮游植物数量与环境因子的相关分析

浮游植物是水库水环境中的初级生产者和食物链的基础,其数量和生物量与环境因子密切相关,决定水库水生态平衡。通过对鹤地水库浮游植物和水环境因子进行监测,利用SPSS 18.0统计学软件对其数据进行单因素方差分析和相关性分析,探讨浮游植物数量、生物量与环境因子的关系,该研究为保护水质和科学管理提供依据和参考。结果显示:水库浮游植物数量和生物量,除夏季生物量1,2号样点之间差异不显著外,各季节各采样点间都存在显著差异（P < 0.05）,并且是夏季多,冬季少,受水温显著影响。浮游植物生物量和数量与环境因子中水温、pH值、溶解氧、化学需氧量、全磷呈正相关,其中与水温、化学需氧量呈极显著正相关（P < 0.01）,与全磷呈显著正相关（P < 0.05）;与透明度、全氮、氨氮、硝态氮呈负相关,其中与透明度、氨氮呈显著负相关（P < 0.05）。可见,鹤地水库主要是氮污染。因此,强调控制库区周边生活污水和工业污水的过量排放对维持水库生态系统健康非常重要。