[發明專利]基于魚群行為和排氨規律反饋的循環水養殖變速流智能控制系統

有效

• 申請號: 202010305566.0
• 申請日: 2020-04-17
• 公開（公告）號: CN111443744B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 朱松明;陳震雷;葉章穎;趙建
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05D13/62
• 分類號: G05D13/62;A01K61/80;A01K63/00;A01K63/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明公開了一種基于魚群行為和排氨規律反饋的循環水養殖變速流智能控制系統，系統包括養殖池、生物濾池、投飼機、高清攝像頭、變頻水泵等；該系統主要利用機器視覺和深度學習技術對魚群行為和排氨規律進行實時分析和評估，以此制定變速流策略。本發明的系統結構簡單，方法精準簡便，本發明的變速流智能控制系統能使魚群生活在較佳的流速中，促進其生長，并且在降低能耗的同時保障養殖水體水質。

技術領域

本發明涉及一種循環水養殖變速流智能控制設備，尤其是涉及一種基于魚群行為和排氨規律反饋的循環水養殖變速流智能控制系統。

背景技術

隨著人民群眾生活水平提高及健康意識的增強，人們對蛋白質的需求逐漸增加。魚肉作為優質蛋白質的來源，近年其消費量的增加十分顯著，這極大地促進了水產養殖業的高速發展。循環水養殖方式以其環境友好、節能、節水等優勢，逐步被人們所接受和越來越多的被應用到生產實踐中去。循環水養殖系統(RAS)可以提供可控的環境，系統的大小不受環境條件限制，可以控制養殖水產品的生長速度，甚至可以預計產量。與傳統養殖方式相比，循環水養殖生產方式每單位產量可以節約90～99％的水消耗和99％的土地占用，且幾乎不污染環境。在循環水養殖過程中，流速是十分重要的一個因素，而目前循環水養殖系統通常采用額定速率的循環水策略。高流速有利于保持良好的水質狀況，但水泵會處于高速運轉狀態，增加了系統能耗，不利于節省成本；低流速可以降低系統能耗，但生物濾池的處理速率也隨之變慢，導致養殖水質惡化，從而不利于魚的生長。而且不合適的流速會影響魚類生長、游泳行為和運動代謝，制約了循環水養殖的產量。

基于上述問題，本發明提出的是一種基于魚群行為和排氨規律反饋的循環水養殖變速流智能控制系統。通過計算機視覺技術，實時獲取魚群的行為和生長狀況，并以此為依據調控流速，從而在滿足水質要求的基礎上，達到節能減排，創造適合魚群生長環境的目的。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種基于魚群行為和排氨規律反饋的循環水養殖變速流智能控制系統。本發明對流速的調控分為投喂前和投喂后兩個階段。投喂前通過計算機視覺系統獲取魚群游泳狀態并將其作為PLC的模擬輸入，PLC依據當前獲取的魚群游泳狀態，改變變頻水泵的轉速，調整當前變速流策略；投喂后在魚群游泳狀態評估基礎上，PLC依據當前獲取的魚群平均體長以及魚群的排氨規律模型，改變變頻水泵的轉速，調整當前變速流策略。

本發明采用的技術方案如下：

一種基于魚群行為和排氨規律反饋的循環水養殖變速流智能控制系統，包括養殖池、生物濾池、攝像頭、變頻水泵、PLC控制器、投飼機、計算機。所述投飼機用于向養殖池內投飼，所述攝像頭安裝于養殖池正上方，攝像頭、計算機、PLC控制器、變頻水泵依次相連，所述的變頻水泵安裝于生物濾池底部。變頻水泵、生物濾池均與養殖池通過管道連接，養殖池的水不斷抽入生物濾池中，經生物濾池去除顆粒物并降解有機質處理后再注入養殖池內。

該系統的控制方法，包括如下步驟：

在投喂前：

1)養殖池上方的攝像頭將實時拍攝畫面傳輸至計算機；

2)計算機將當前畫面進行色彩模型轉換并實現對當前畫面下養殖對象的像素級分割；繼而利用Lukas-Kanade光流法計算已分割像素點的運動矢量v(每間隔5幀)，當abs(v)2.4×R′/R時，則認為當前像素點屬于魚群目標前景，其中R為攝像頭分辨率，R′為當前養殖水體區域在攝像頭視野內的所占像素點總數；

3)計算當前魚群游泳協作能力

其中n為當前畫面中魚個體數量，m為距離焦點魚j質心兩倍魚體長范圍內的魚目標數量，v1_j為焦點魚的速度矢量(以魚體長BL為當前流速單位)，d_ij為焦點魚j與鄰近個體i(即距離焦點魚j質心兩倍魚體長范圍內的魚目標)的質心直線距離(以魚體長BL為單位，從而將圖像上的距離轉換為實際距離)；