[發(fā)明專利]一種基于魚群行為和底部排污特性的變速流智能控制系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113170758B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設計）人: 葉章穎;肖潤國;趙建;朋澤群;文彥慈;朱松明
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;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(fā)明公開了一種基于魚群行為和底部排污特性的變速流智能控制系統(tǒng)，系統(tǒng)包括循環(huán)水養(yǎng)殖池、循環(huán)水處理系統(tǒng)、投飼機、高清攝像頭、變頻水泵、計算機、PLC控制器等；該系統(tǒng)主要利用機器視覺技術與計算流體力學模擬技術對養(yǎng)殖池底部污泥排放進行分析和評估，以此制定變速流策略。本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡單，方法精準簡便，本發(fā)明的智能變速流系統(tǒng)適合于循環(huán)水養(yǎng)殖模式，能有效的解決現(xiàn)有循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的底部污泥難以排出，存在水流死區(qū)，造成水質(zhì)變差，影響魚的生長福利等問題。

技術領域

本發(fā)明屬于工廠化循環(huán)水水產(chǎn)養(yǎng)殖流速控制領域，涉及一種基于魚群行為和底部排污特性的變速流智能控制系統(tǒng)，尤其涉及一種融合魚群行為和底部排污特性的高密度循環(huán)水養(yǎng)殖中變速流智能控制系統(tǒng)。

背景技術

工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖是一種具有效益高、密度高、用水少等特點的養(yǎng)殖方式，逐步被人們所接受和越來越多的被應用到生產(chǎn)實踐中去。循環(huán)水養(yǎng)殖關鍵是保證養(yǎng)殖池良好的水質(zhì)，好的水質(zhì)對養(yǎng)殖生物的健康有著重要的作用。而有效的清除以殘餌、糞便等為主要成分的養(yǎng)殖池底污泥，是保障養(yǎng)殖水質(zhì)的核心。底泥排污效率與池內(nèi)流場特性直接相關。流速和魚群行為對流場特性的影響顯著，與養(yǎng)殖池系統(tǒng)的底部排污效率密不可分。高流速有利于保持良好的水質(zhì)狀況，但水泵會處于高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，增加了系統(tǒng)能耗，不利于節(jié)省成本；低流速可以降低系統(tǒng)能耗，但顆粒物的排出速率也隨之變慢，導致養(yǎng)殖水質(zhì)惡化，養(yǎng)殖池底部出現(xiàn)污泥堆積，從而不利于魚的生長。此外，魚群可以增加流場擾動，促進底部顆粒物的再懸浮，減少池中死水區(qū)的污物聚集。然而目前循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)通常采用額定速率的循環(huán)水策略，并沒有考慮魚群行為對底部排污的影響，魚群行為對流場影響和流速確定的研究應用也比較少。

基于以上問題，本發(fā)明提出的是一種基于魚群行為和底部排污特性的變速流智能控制系統(tǒng)，通過計算機視覺技術，實時獲取魚群的行為和生長狀況，并將此與底部污泥的物理參數(shù)和養(yǎng)殖池底部排污特性結(jié)合，利用計算流體力學(CFD)技術進行池內(nèi)流場分布和排污效果的仿真分析，以模擬結(jié)果為依據(jù)調(diào)控流速，從而在滿足底部排污的基礎上，達到經(jīng)濟節(jié)能，創(chuàng)造適合魚群生長環(huán)境的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于魚群行為和底部排污特性的變速流智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可基于魚群行為和底部排污特性實現(xiàn)變速流智能精準控制，具體是根據(jù)養(yǎng)殖池中游泳型魚類在時間和空間上的變化特征和養(yǎng)殖池底的污泥狀態(tài)，運用機器視覺和計算流體力學技術進行實時分析，自動調(diào)整變頻水泵的轉(zhuǎn)速，改變當前變速流方式，從而實現(xiàn)排污效果-能耗經(jīng)濟雙贏，為循環(huán)水養(yǎng)殖的底部排污提供良好的參考和技術支撐。

本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種基于魚群行為和底部排污特性的變速流智能控制系統(tǒng)，包括循環(huán)水養(yǎng)殖池、循環(huán)水處理系統(tǒng)、投飼機、高清防水攝像頭、計算機、PLC控制器、變頻水泵；所述投飼機用于向養(yǎng)殖池內(nèi)投飼，所述攝像頭安裝于養(yǎng)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循環(huán)水處理系統(tǒng)中。變頻水泵與養(yǎng)殖池通過管道連接，養(yǎng)殖池的水不斷抽入循環(huán)水處理系統(tǒng)中，經(jīng)去除顆粒物并降解有機質(zhì)處理后再注入養(yǎng)殖池內(nèi)。

所述系統(tǒng)通過計算機視覺技術實時獲取魚群的行為和生長狀況，并將此與養(yǎng)殖池內(nèi)底部污泥的物理參數(shù)和養(yǎng)殖池底部排污特性結(jié)合，利用計算流體力學CFD模型進行池內(nèi)流場分布和排污效果的仿真分析，以模擬結(jié)果為依據(jù)調(diào)控循環(huán)水養(yǎng)殖池中循環(huán)水的流速。對流速的調(diào)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(tǒng)獲取魚群游泳和底部污泥狀態(tài)并將其作為PLC的模擬輸入，PLC依據(jù)當前獲取的狀態(tài)信息修正已有的CFD模型，更新計算域，改變已有的邊界條件和控制參數(shù)，對該狀態(tài)下的養(yǎng)殖池內(nèi)流場分布和排水口處平均固相分布等進行數(shù)值模擬，根據(jù)擬合效果調(diào)整變頻水泵的轉(zhuǎn)速，改變當前變速流策略；投喂后在魚群游泳和底部污泥狀態(tài)評估基礎上，PLC依據(jù)當前獲取的投喂飼料質(zhì)量和粒徑等物理參數(shù)以及魚群的攝食規(guī)律模型，運用固—液兩相流模型進行數(shù)值模擬，根據(jù)顆粒跡線等仿真結(jié)果，改變變頻水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)整當前變速流策略。

具體控制方法包括如下步驟：

在投喂前的階段：