基于物联网的水虻养殖环境云上监控系统

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近年来,人民生活水平不断提升,我国畜牧业和餐饮业飞速发展,产生了更多的禽畜粪便和厨余垃圾,这对环境造成了巨大的污染。研究发现水虻可以取食禽畜粪便和厨余垃圾,一方面减轻了禽畜粪便和厨余垃圾积累给环境污染带来的生态压力;另一方面,水虻自身作为一种优质蛋白饲料,可以作为鱼饲料降低水产养殖成本。因此,推广水虻的养殖可以带来丰厚的经济效益,但是水虻的成活率以及对禽畜粪便和厨余垃圾的转化率很大程度上取决于环境的优劣,所以需要严格监控水虻的养殖环境。传统的养殖方式存在费时费力、效率低下和实时性低等缺点,出现突发情况时不能及时采取措施进行实时调控。当前相关的环境监控系统不能提供远程管理功能、面向客户的数据可视化形式不够完善,以及缺少对环境数据的更深一步挖掘利用。针对上述问题,结合养殖环境监控的功能要求与性能要求,本文设计了基于物联网的水虻养殖环境云上监控系统。本系统可以实现获取环境数据并进行可视化展示、调节环境状况和预警等功能。根据系统功能需求,本文将系统分为下位机、云平台、客户端与预测算法模型四个部分。首先设计并搭建了下位机部分,下位机完成环境数据的采集并对数据进行处理,采用以太网通信传送给云平台,并通过继电器控制环境设备调节异常环境至最佳状态。接着完成对云平台后台服务与客户端的设计和部署,云平台负责数据的储存与交互,是系统的中心部分,整个远程监控系统的后台服务与数据库均部署在云服务器上。客户端基于B/S模式并采用JavaWeb技术开发,实现了环境数据的可视化展示、环境设备的远程管理以及预警功能等。最后为了应对突发情况,及时预测出下一时刻可能出现的环境数据值,反馈给工作人员有效信息进行调控,阻止环境参数的骤变对水虻成长带来危害。本文研究了环境值预测算法,比较了循环神经网络(RNN)、长短期记忆网络(LSTM)以及循环门控网络(GRU)的优缺点,采用基于一维卷积的门控循环单元网络对环境值进行预测,并使用互相关拟合使预测结果与真实值更加贴近,进一步提升预测能力。经过三个水虻养殖周期的测试,结果表明系统能够稳定运行,各功能正常进行,能够实现对水虻养殖环境的实时监控与远程管理,明显提高了水虻的成活率以及对禽畜粪便和厨余垃圾的转化率,满足实用要求。
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