论文部分内容阅读
摘要：目前国家将物联网作为推进产业信息化的重要战略，农业作为关系着国计民生的基础产业，其信息化、智能化进程由为迫切。在此背景下，研究及设计水产养殖水质智能监控系统应用于一些大型水产养殖企业，提升养殖成品质量、实现规模化科技化的水产养殖。
关键词：水质监测、水产养殖、物联网、智能监控
一、项目背景
根据对水产养殖基地的实地察看以及和现场技术人员的深入沟通，了解到水产迫切希望通过先进科技手段实现户外鱼塘的水质监控，以便减少鱼因缺氧、水质异常造成大批量死亡的风险，减少人力电费，达到降低养殖成本提高养殖安全性的目的。并以此为起点逐步实现，从依靠传统人工经验的养殖模式，向依靠科技手段的自动化和智能化养殖模式的转变。
物联网的应用在各个领域起着重要的作用。具有环境感知能力的各个类终端、基于泛在技术的计算模式、移动通信等不断融入到不同行业的各个环节，可大幅提高各行业的效率，改善质量，降低成本和资源消耗。目前国家将物联网作为推进产业信息化的重要战略，农业作为关系着国计民生的基础产业，其信息化、智能化进程由为迫切。在此背景下，水产养殖环境智能监控系统得到了大力的发展，并成功试用于一些大型水产养殖企业，实践证明该系统对提高养殖产量、提升养殖成品质量、实现规模化现代化的养殖起到了非常重要的作用。
二、需求分析
水对鱼类，就像空气对人类一样重要，是鱼类生存的必需条件，不同的鱼需要不对同的水质，因此如何选择和调节最适宜的水质，是科学水产养殖的关键。
水产养殖中，以往的水质检测都是人工按固定周期（大约一季度一次），或根本就没有水质检测。目前对水质的判断、分析和调节主要还是依靠人的经验，而这种经验缺乏科学的数据分析、积累时间长、不可复制、无法共享，它严重制约了企业向规模化、集约化、标准化发展的进程。因此建立水产养殖环境智能监控系统，量化养殖经验，使养殖过程自动化，管理模式标准化是大规模水产养殖企业非常关心的事情。
三、水产养殖水质监控的必要性和意义
1.溶解氧的监控
鱼塘水体溶解氧不足的成因：
（1）水产密度过大；
（2）当水体过肥时，水体中浮游藻类非常丰富。夜晚，浮游藻类的呼吸作用异常旺盛，耗氧量非常高，易造成水体溶氧不足。
（3）鱼塘有机物增多，将引起细菌大量繁殖，而细菌大量繁殖也将大量消耗池中的溶解氧，從而引起水体溶氧下降，导致鱼虾缺氧。
（4）水中氧的溶解度随温度的升高而降低，同时高温状态下的水产动物及其他生物的代谢水平提高，耗氧量增高，易造成水体溶氧不足。
（5）水中的还原性物质如硫化氢、氨、亚硝酸颜对氧气的消耗。
鱼塘水质溶解氧要求以及水产生物缺氧表现：
（1）水体中的溶解氧一般应保持在5—8mg/L，至少在4 mg/L以上。
（2）轻度缺氧时，鱼虾表现烦躁不安，呼吸加快，大多集中在表层水中活动，个别浮头。
（3）重度缺氧时，大量鱼虾会浮头，并张口大量吞空气，游泳无力，甚至窒息死亡。
（4）氧过饱和一般无危害，但有时会引发鱼类气泡病
2.氨氮的监控
鱼塘水体氨氮照成的影响：
（1）水体中的氨以分子氨NH3和离子氨NH4+两种形式存在，其中分子氨NH3对鱼虾是极毒的，而离子氨不仅无毒，且是水生植物的较易吸收的无机氮源。
（2）鱼虾氨中毒后的病变表现为肝、肾等内脏受损、出血，红细胞破裂、溶解。鳃粘膜的结构、功能受损，粘液增多，导致呼吸障碍。肠道的粘膜肿胀，肠壁软而透明、出血。粘膜受损后易继发炎症感染，表现为鱼体粘液增多，全身性体表出血，鳃部个鳍条基部充血较为明显，肛门红肿突出。临床主要症状为鱼虾在水表层不安游动，死前口张开，眼球突出，体表广泛红肿出血。
（3）鱼塘水体氨的浓度长期过高，最大的危害是抑制鱼虾的生长、繁殖、表现为鱼虾的生长速度降低，抗病力减弱，严重中毒者甚至死亡。
要定期检测鱼塘中的氨氮指标：
（1）制订适宜的放养密度和合理的搭配模式，合理利用鱼塘空间，避免盲目追求不合理的高密度。
（2）定期泼洒“底安”，通过底质和水体的不断循环，残渣、粪便等物质的沉积所产生的氨氮，并配合使用“活水素”、“护水宝”等通过微生物代谢、物理吸附等作用降低氨氮，防止其对水产动物造成危害。
（3）泼洒“底改王”、“底安”等高ORP的产品，不但可以对水体消毒，氧化水体中的氨氮，降低危害。
（4）水质老化，有机物悬浮、池底粪便，应适当换水，及时排污，尤其是虾蟹育苗时应将池底污泥彻底排掉。
（5）夏季高温季节，水体PH值高时，适当开增氧机，搅动水体，使分子氨含量高的上层水与较低的下层水混合，降低上层水中的氨分子的含量。
3.PH的监控
鱼塘水体PH造成的影响：
（1） 如果水的碱性过强，不适应的鱼类，其鳃组织会受到烧伤，影响正常的生活，鳃部的不正常往往会被看做是有鳃病（鳃丝出血，皮肤肿胀，会产生一层透明的粘液，长时间会窒息死亡），且易被寄生虫所寄生。如果水的酸性过强，会使鱼体代谢减速，影响对食物的消化，往往吃的很多却生长缓慢，如果长期生活在老酸水中的鱼，神经系统和呼吸系统会受损，因此出现身体震颤，一侧向一侧倾斜，出现痉挛现象。
（2） 鱼体的排泄物及剩余饵料的腐败，分解产生的负价氢离子，都可以使水质逐渐变酸，使鱼体代谢发生障碍，并伴随产生硝酸盐，使鱼中毒，当不能忍受时，变中毒死亡。
（3）露天养殖场，极容易受当地酸雨影响，造成鱼塘水质偏酸，从而造成严重的养殖损失。 五、解决方案
1、技术特点 ：
本系统的关键技术是如何通过工控机实现数据的采集、传输、存储与发布，并为运营商或用戶提供浏览访问和远程调用。通常与互连网连接可以通过二种途径：有线接入方式：这在有些场所，例如距离社区较近，有线接入方便，或在特殊情况下通过专线连接等。本系统目前主要采用了GPRS无线移动通信技术，可实时将采集的数据传送到运营中心，或根据您的设定，将报警信号发送到你的另一个终端，以便您及时采取有效措施，防止损失的发生。
2、总体设计 ：
鱼塘水质监控系统也可以远程控制输氧设备及时补充水中的氧气，或远程启动水温调节装置调节水温，也可适时扩展其他控制功能，如循环水设备、投饵机及其他设备的远程控制。系统操作方便，系统界面简明直观，易于非专业人士特别是基层水产人员学习掌握。实践证明，采用此类远程监控系统，并结合必要的水质监测仪器和相关水产设备后，可极大提高水产基地的生产管理水平，可随时随地监控各种水产品的生长环境和设备的运行状态，从而达到增产、节能、减轻工人劳动强度的效果。
监控室设备系统组成 ：
监控室水质远程/无线监控系统主要由工控计算机、水预处理器、现场专用水质监测仪、专用无线数据采控仪（GPRS RTU）、水产监控软件组成（以下主要介绍专用水质监测仪、专用无线数据采控仪器RTU和水产远程监控软件）。
通过RS—485总线将数字传感器（也可采用数模转换器）与专用分析仪连为一体，构成现场监控单元。专用分析仪：COD分析仪、氨氮分析仪、PH分析仪、温度测量仪。可现场接入多路模拟量、开关量、继电器信号等数据。然后通过GPRS无线模块将现场数据与运营中心远程控制中心连接，将采集数据实时发送到远程数据库服务器，并存储到数据库中。 通过该系统，即使在远离观测现场的异地，也能方便地对鱼塘环境要素如温度、COD等环境数据的采集读取，真正实现了远程监测和数据共享的功能。除数据远程采集、实时监控外，系统还可实现远程报警，并通过用户终端远程控制现场设备。
3、功能特点
本系统是我司在结合国内外同类产品优点的基础上研制，适用于各类鱼塘水的水质监控与循环处理。
其主要功能为：
参考文献：
1、王海华，徐厚民，黄江峰，盛银平，吴苏敏；我国水产养殖业现状与发展对策[J]；江西水产科技；2003年01期
2、杨子江；阎彩萍；；发展现代渔业 推进新农村建设[J]；中国水产；2006年10期
关键词：水质监测、水产养殖、物联网、智能监控
一、项目背景
根据对水产养殖基地的实地察看以及和现场技术人员的深入沟通，了解到水产迫切希望通过先进科技手段实现户外鱼塘的水质监控，以便减少鱼因缺氧、水质异常造成大批量死亡的风险，减少人力电费，达到降低养殖成本提高养殖安全性的目的。并以此为起点逐步实现，从依靠传统人工经验的养殖模式，向依靠科技手段的自动化和智能化养殖模式的转变。
物联网的应用在各个领域起着重要的作用。具有环境感知能力的各个类终端、基于泛在技术的计算模式、移动通信等不断融入到不同行业的各个环节，可大幅提高各行业的效率，改善质量，降低成本和资源消耗。目前国家将物联网作为推进产业信息化的重要战略，农业作为关系着国计民生的基础产业，其信息化、智能化进程由为迫切。在此背景下，水产养殖环境智能监控系统得到了大力的发展，并成功试用于一些大型水产养殖企业，实践证明该系统对提高养殖产量、提升养殖成品质量、实现规模化现代化的养殖起到了非常重要的作用。
二、需求分析
水对鱼类，就像空气对人类一样重要，是鱼类生存的必需条件，不同的鱼需要不对同的水质，因此如何选择和调节最适宜的水质，是科学水产养殖的关键。
水产养殖中，以往的水质检测都是人工按固定周期（大约一季度一次），或根本就没有水质检测。目前对水质的判断、分析和调节主要还是依靠人的经验，而这种经验缺乏科学的数据分析、积累时间长、不可复制、无法共享，它严重制约了企业向规模化、集约化、标准化发展的进程。因此建立水产养殖环境智能监控系统，量化养殖经验，使养殖过程自动化，管理模式标准化是大规模水产养殖企业非常关心的事情。
三、水产养殖水质监控的必要性和意义
1.溶解氧的监控
鱼塘水体溶解氧不足的成因：
（1）水产密度过大；
（2）当水体过肥时，水体中浮游藻类非常丰富。夜晚，浮游藻类的呼吸作用异常旺盛，耗氧量非常高，易造成水体溶氧不足。
（3）鱼塘有机物增多，将引起细菌大量繁殖，而细菌大量繁殖也将大量消耗池中的溶解氧，從而引起水体溶氧下降，导致鱼虾缺氧。
（4）水中氧的溶解度随温度的升高而降低，同时高温状态下的水产动物及其他生物的代谢水平提高，耗氧量增高，易造成水体溶氧不足。
（5）水中的还原性物质如硫化氢、氨、亚硝酸颜对氧气的消耗。
鱼塘水质溶解氧要求以及水产生物缺氧表现：
（1）水体中的溶解氧一般应保持在5—8mg/L，至少在4 mg/L以上。
（2）轻度缺氧时，鱼虾表现烦躁不安，呼吸加快，大多集中在表层水中活动，个别浮头。
（3）重度缺氧时，大量鱼虾会浮头，并张口大量吞空气，游泳无力，甚至窒息死亡。
（4）氧过饱和一般无危害，但有时会引发鱼类气泡病
2.氨氮的监控
鱼塘水体氨氮照成的影响：
（1）水体中的氨以分子氨NH3和离子氨NH4+两种形式存在，其中分子氨NH3对鱼虾是极毒的，而离子氨不仅无毒，且是水生植物的较易吸收的无机氮源。
（2）鱼虾氨中毒后的病变表现为肝、肾等内脏受损、出血，红细胞破裂、溶解。鳃粘膜的结构、功能受损，粘液增多，导致呼吸障碍。肠道的粘膜肿胀，肠壁软而透明、出血。粘膜受损后易继发炎症感染，表现为鱼体粘液增多，全身性体表出血，鳃部个鳍条基部充血较为明显，肛门红肿突出。临床主要症状为鱼虾在水表层不安游动，死前口张开，眼球突出，体表广泛红肿出血。
（3）鱼塘水体氨的浓度长期过高，最大的危害是抑制鱼虾的生长、繁殖、表现为鱼虾的生长速度降低，抗病力减弱，严重中毒者甚至死亡。
要定期检测鱼塘中的氨氮指标：
（1）制订适宜的放养密度和合理的搭配模式，合理利用鱼塘空间，避免盲目追求不合理的高密度。
（2）定期泼洒“底安”，通过底质和水体的不断循环，残渣、粪便等物质的沉积所产生的氨氮，并配合使用“活水素”、“护水宝”等通过微生物代谢、物理吸附等作用降低氨氮，防止其对水产动物造成危害。
（3）泼洒“底改王”、“底安”等高ORP的产品，不但可以对水体消毒，氧化水体中的氨氮，降低危害。
（4）水质老化，有机物悬浮、池底粪便，应适当换水，及时排污，尤其是虾蟹育苗时应将池底污泥彻底排掉。
（5）夏季高温季节，水体PH值高时，适当开增氧机，搅动水体，使分子氨含量高的上层水与较低的下层水混合，降低上层水中的氨分子的含量。
3.PH的监控
鱼塘水体PH造成的影响：
（1） 如果水的碱性过强，不适应的鱼类，其鳃组织会受到烧伤，影响正常的生活，鳃部的不正常往往会被看做是有鳃病（鳃丝出血，皮肤肿胀，会产生一层透明的粘液，长时间会窒息死亡），且易被寄生虫所寄生。如果水的酸性过强，会使鱼体代谢减速，影响对食物的消化，往往吃的很多却生长缓慢，如果长期生活在老酸水中的鱼，神经系统和呼吸系统会受损，因此出现身体震颤，一侧向一侧倾斜，出现痉挛现象。
（2） 鱼体的排泄物及剩余饵料的腐败，分解产生的负价氢离子，都可以使水质逐渐变酸，使鱼体代谢发生障碍，并伴随产生硝酸盐，使鱼中毒，当不能忍受时，变中毒死亡。
（3）露天养殖场，极容易受当地酸雨影响，造成鱼塘水质偏酸，从而造成严重的养殖损失。 五、解决方案
1、技术特点 ：
本系统的关键技术是如何通过工控机实现数据的采集、传输、存储与发布，并为运营商或用戶提供浏览访问和远程调用。通常与互连网连接可以通过二种途径：有线接入方式：这在有些场所，例如距离社区较近，有线接入方便，或在特殊情况下通过专线连接等。本系统目前主要采用了GPRS无线移动通信技术，可实时将采集的数据传送到运营中心，或根据您的设定，将报警信号发送到你的另一个终端，以便您及时采取有效措施，防止损失的发生。
2、总体设计 ：
鱼塘水质监控系统也可以远程控制输氧设备及时补充水中的氧气，或远程启动水温调节装置调节水温，也可适时扩展其他控制功能，如循环水设备、投饵机及其他设备的远程控制。系统操作方便，系统界面简明直观，易于非专业人士特别是基层水产人员学习掌握。实践证明，采用此类远程监控系统，并结合必要的水质监测仪器和相关水产设备后，可极大提高水产基地的生产管理水平，可随时随地监控各种水产品的生长环境和设备的运行状态，从而达到增产、节能、减轻工人劳动强度的效果。
监控室设备系统组成 ：
监控室水质远程/无线监控系统主要由工控计算机、水预处理器、现场专用水质监测仪、专用无线数据采控仪（GPRS RTU）、水产监控软件组成（以下主要介绍专用水质监测仪、专用无线数据采控仪器RTU和水产远程监控软件）。
通过RS—485总线将数字传感器（也可采用数模转换器）与专用分析仪连为一体，构成现场监控单元。专用分析仪：COD分析仪、氨氮分析仪、PH分析仪、温度测量仪。可现场接入多路模拟量、开关量、继电器信号等数据。然后通过GPRS无线模块将现场数据与运营中心远程控制中心连接，将采集数据实时发送到远程数据库服务器，并存储到数据库中。 通过该系统，即使在远离观测现场的异地，也能方便地对鱼塘环境要素如温度、COD等环境数据的采集读取，真正实现了远程监测和数据共享的功能。除数据远程采集、实时监控外，系统还可实现远程报警，并通过用户终端远程控制现场设备。
3、功能特点
本系统是我司在结合国内外同类产品优点的基础上研制，适用于各类鱼塘水的水质监控与循环处理。
其主要功能为：
参考文献：
1、王海华，徐厚民，黄江峰，盛银平，吴苏敏；我国水产养殖业现状与发展对策[J]；江西水产科技；2003年01期
2、杨子江；阎彩萍；；发展现代渔业 推进新农村建设[J]；中国水产；2006年10期