[發(fā)明專(zhuān)利]基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與紅外測(cè)量光柵的魚(yú)類(lèi)生物量估算系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110499220.3
• 申請(qǐng)日: 2021-05-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113197145B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉章穎;季柏民;趙建;倪偉強(qiáng);朋澤群;魏丹;朱松明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): A01K61/95
• 分類(lèi)號(hào): A01K61/95;G06N3/04
• 代理公司: 杭州求是專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 萬(wàn)尾甜;韓介梅

1.一種基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與紅外測(cè)量光柵的魚(yú)類(lèi)生物量估算系統(tǒng)，其特征在于，包括服務(wù)器、數(shù)據(jù)中繼節(jié)點(diǎn)、多個(gè)測(cè)量通道；所述測(cè)量通道視養(yǎng)殖品種分布于池底或借由浮板與繩索懸于中層水域；

所述測(cè)量通道的內(nèi)部組件包括兩組互相垂直的對(duì)射式紅外光柵、可與數(shù)據(jù)中繼節(jié)點(diǎn)通訊的開(kāi)發(fā)板、電池，上述內(nèi)部組件由防水外殼包裹構(gòu)成回形通道主體，兩組對(duì)射式紅外光柵分別設(shè)置于回形通道主體的兩組對(duì)邊上；

所述數(shù)據(jù)中繼節(jié)點(diǎn)用于接收測(cè)量通道的傳輸數(shù)據(jù)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器相連接；

所述服務(wù)器中設(shè)置有預(yù)先訓(xùn)練好的循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，所述循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入為魚(yú)穿過(guò)測(cè)量通道時(shí)魚(yú)體遮擋紅外光束產(chǎn)生的數(shù)據(jù)序列，輸出為單次通過(guò)的魚(yú)的數(shù)量及每條魚(yú)的尺寸數(shù)據(jù)；此外，服務(wù)器中還設(shè)置有用于計(jì)算魚(yú)體質(zhì)量的一次相關(guān)冪函數(shù)模型；依據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)服務(wù)器估算當(dāng)前養(yǎng)殖區(qū)域內(nèi)的魚(yú)總數(shù)和魚(yú)類(lèi)生物量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與紅外測(cè)量光柵的魚(yú)類(lèi)生物量估算系統(tǒng)，其特征在于，所述的循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，其結(jié)構(gòu)由輸入層、稀疏采樣層、LSTM層、2層全連接層、輸出層構(gòu)成，訓(xùn)練所用損失函數(shù)為：

其中為當(dāng)次放入的魚(yú)的數(shù)量，N為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的放入魚(yú)數(shù)量，分別為當(dāng)次放入的第k尾魚(yú)的體高、體寬的真實(shí)值，H_k、W_k為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的第k尾魚(yú)的體高、體寬。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與紅外測(cè)量光柵的魚(yú)類(lèi)生物量估算系統(tǒng)，其特征在于，所述的一次相關(guān)冪函數(shù)模型為：

M_x＝aH_x^b+cW_x^d+e(H_x·W_x)^f+g

其中，N為單次通過(guò)的魚(yú)的數(shù)量，M_X為第x條魚(yú)的質(zhì)量，x＝1,2，…N，對(duì)應(yīng)魚(yú)的高度高H_X(mm)、寬度W_X(mm)，其中a、b、c、d、e、f、g均為預(yù)先于實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)量并經(jīng)最小二乘法擬合后得到的常數(shù)，其中a，b，c，d0，e、f、g則無(wú)范圍要求。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與紅外測(cè)量光柵的魚(yú)類(lèi)生物量估算系統(tǒng)，其特征在于，服務(wù)器按照運(yùn)行周期，以第一個(gè)周期測(cè)得的魚(yú)數(shù)量為基準(zhǔn)，計(jì)算之后周期的魚(yú)類(lèi)生物量：

B為魚(yú)類(lèi)生物量，S養(yǎng)殖區(qū)域內(nèi)魚(yú)類(lèi)總數(shù)，K為單周期測(cè)量的魚(yú)總數(shù)，下標(biāo)x為周期數(shù)，下標(biāo)0即表示初始化數(shù)值，j為常數(shù)且j1；Mi為當(dāng)前周期測(cè)得的第i尾魚(yú)的體重預(yù)測(cè)值。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與紅外測(cè)量光柵的魚(yú)類(lèi)生物量估算系統(tǒng)，其特征在于，所述的循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型輸入的數(shù)據(jù)序列獲取方法如下：

(1)靜息狀態(tài)下兩組紅外光柵傳感器向開(kāi)發(fā)板數(shù)據(jù)回報(bào)間隔為60ms，魚(yú)通過(guò)通道使遮擋連續(xù)光束數(shù)量n≥3時(shí)觸發(fā)測(cè)量狀態(tài)，降低數(shù)據(jù)回報(bào)間隔至30ms，同時(shí)開(kāi)發(fā)板向數(shù)據(jù)中繼節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)，當(dāng)被遮擋的連續(xù)光束數(shù)量n3回復(fù)至靜息狀態(tài)；

(2)數(shù)據(jù)中繼節(jié)點(diǎn)接收到測(cè)量通道發(fā)送的數(shù)據(jù)后，立即將數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器；

(3)服務(wù)器等待數(shù)據(jù)，若等待時(shí)間超過(guò)3分鐘則跳過(guò)該次數(shù)據(jù)序列。