[發明專利]一種用于工廠化水產養殖溶解氧的調控系統及方法

在審

• 申請號: 201711085096.6
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107977025A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 位耀光;他旭翔;肖瑞超;李道亮;任勤;吳英豪
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G05D11/13
• 分類號: G05D11/13
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 王瑩,吳歡燕

技術領域

本發明涉及工廠化水產養殖的控制技術領域，具體涉及一種用于工廠化水產養殖溶解氧的調控系統及方法。

背景技術

工廠化水產養殖是集電子技術，自動化，土建工程等現代手段，在半封閉或全封閉的條件下，對養殖生產全過程進行自動化管控的一種生產模式。該方式的最大特點是可在高密度養殖條件下，始終維持較佳的生物生長條件，從而達到縮短養殖時間，提高養殖效率，降低能耗的目的。通常情況下，整個工廠化養殖系統包括設施系統和養殖技術兩大體系。設施系統又分為養殖系統和水處理系統。

發明內容

本發明提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種用于工廠化水產養殖溶解氧的調控系統及方法。

根據本發明的一個方面，提供一種用于工廠化水產養殖溶解氧的調控系統，包括數據收集模塊、預測模塊、調控模塊、報警模塊及總控模塊；

所述數據收集模塊用于獲取所述調控模塊反饋的調控量參數及所測時間點養殖池中的環境變量參數，并將所述調控量參數和環境變量參數輸送至所述預測模塊；判斷所獲取的調控量參數和環境變量參數的狀態是否異常，若異常，則將異常結果發送至所述報警模塊，其中所測環境參數包括水溫，pH值，溶解氧，電導率；

所述預測模塊用于將傳感器接收的所述調控量參數和環境變量參數按4組為一單元進行劃分，在每個單元中隨機選取水溫、pH值、溶解氧、電導率及調控量的值，形成輸入向量并進行歸一化預處理，將此向量與自身轉置相乘形輸入矩陣，使用訓練好的算法模型，通過兩次連續的抽象遞進卷積，獲得預測結果，根據所述預測結果及標準參照值，生成調控量值及調控命令，將所述調控量值和調控命令傳送至調控模塊；

所述調控模塊通過接收調控量值及調控命令，對所述調控量值進行變換，根據變換后的調控量值實施具體操作動作；

所述報警模塊對所述環境變量參數以及預測結果進行實時監測，當出現異常時進行報警；

所述總控模塊用于對所述數據收集模塊、預測模塊、調控模塊、報警模塊進行調度與管控。

優選地，所述數據收集模塊包括若干個參數傳感器、傳送器及數據信號通路和決策器；

其中，所述參數傳感器安放在養殖池中采集相應的環境變量參數，通過所述傳送器及數據信號通路傳送至所述預測模塊和總控模塊；

所述決策器用于根據所述環境變量參數與標準值的比值超過預設范圍，判斷獲知環境參數變量異常，并將環境變量參數異常的信息傳送至所述報警模塊。

優選地，所述預測模塊包括預測計算單元和數據信號通路，所述預測計算單元用于根據預設的預測算法，預測未來一段時間內的溶解氧值、并根據預測的溶解氧值計算相應的調控量值，生成調控命令。

優選地，所述調控模塊包括調控單元、增氧機和數據信號通路；

所述調控單元存儲由預測模塊發送的調控量值及調控命令，控制所述增氧機的開啟和關閉，并對增氧量進行控制；

所述增氧機安放在養殖池上水口通路附近，根據所述調控單元的控制，實施增氧操作。

優選地，所述報警模塊包括多個報警器和音箱；其中，每個所述報警器，對應一種異常情況，以實現對傳送來的異常進行分類報警；所述音箱用于提示出現的異常情況，直至總控模塊控制所述音箱停止提示。

優選地，所述總控模塊包括總控計算機，顯示器、轉換器和數據信號通路；所述總控計算機用于顯示所需信息，得到或發出信號對各單元進行程序自動化管控，所述轉換器用于實現特定命令與接口信號之間的轉換。

根據本發明的另一個方面，還提供一種用于工廠化水產養殖溶解氧的調控方法，包括：

步驟1、對養殖池中的環境參數進行采集，以獲取某一時間段的環境數據，其中環境數據包括水溫，pH值，溶解氧，電導率；

步驟2、用歸一化方法對所述環境數據進行預處理，獲得逆向CNN溶解氧預測控制模型的訓練數據集；

步驟3、根據所述訓練數據集，對訓練集中的數據按4組數據為一單元進行分割，在每個單元中按隨機概率分別選取水溫，pH值，溶解氧，電導率的值，形成輸入向量，并在此輸入向量中加入反饋并歸一化后的調控量值。通過對輸入向量使用自乘矩陣，連續細化特征提取的逆向卷積神經網絡方法來預測未來某一時間內的溶解氧值；

步驟4、根據預測的溶解氧值及真實值，使用誤差反向傳播及L2正則化方法訓練模型；

步驟5.模型訓練完成后，使用采集值，進行溶解氧的預測，并計算調控量值，生成調控命令，并將所述調控量值和調控命令發送給調控模塊及總控模塊，根據調控量值及調控命令對養殖池進行溶解氧含量控制。