基于物联网技术的智能渔业监控系统设计

张蓉波 庞新苗

（湖南国防工业职业技术学院 湖南省湘潭市 411207）

随着人们对水产类产品需求量的不断提升，当前渔业的发展速度持续提升，为了可以保证渔业资源的质量，需要对渔业生态环境、鱼群生存情况进行定期监测，避免由于生态环境问题给渔业资源造成质量影响，及时根据鱼群的反应制定合理的干预措施。传统的渔业监控模式过于简单，且监控效率较为低下，难以做到及时发现鱼群异常问题的出现，监控设备缺少自动化技术的支持，增加了监控工作的难度。物联网技术是当前所出现的一种新兴技术，能够和其他多种新型技术进行紧密的结合，为信息的传递提供新的途径。近年来，在渔业内开始将物联网技术应用在智能渔业监控系统设计过程中，提高了监控工作的智能化水平，减少了人力方面的投入，可以提高渔业产量，对于渔业的未来发展有着积极的影响。

1 智能渔业监控系统

1.1 构成部分

智能渔业监控系统一共由四个部分所组成：

（1）属于感知设备和调节设备，收集鱼群的生长环境信息和鱼群信息，为鱼群提供氧气、饲料等，包括增氧设备、饲料投喂设备、水泵系统、传感设备以及球机等，是数据传感层；

（2）属于传播通信系统，负责在局域网内进行数据传递，包括采集控制终端、交换设备以及网桥等；

（3）属于云端处理决策系统，主要组成部分包括负责控制功能的中心服务器和其他软件；

（4）属于显示设备和决策系统，包括各类移动终端，如电脑、笔记本电脑和手机终端等。

1.2 智能渔业监控系统功能

智能渔业监控系统利用物联网技术打造了智能化的传统网络体系，智能渔业监控系统能够起到预警的功能，及时对鱼群异常问题进行干预，具体功能如下。

1.2.1 形成监测系统控制终端

系统会根据所接收的决策的指令对传感网络进行控制，执行决策指令，可以实现对养殖设备进行自动管理和控制，根据具体的情况打开或者闭合养殖设备。将指令执行结果利用传感网络从传输给控制系统，并使用短信或者软件通知的方式将数据传递给养殖人员。

1.2.2 利用传感网络完成数据传输

在渔业养殖区域内打造传感网络，并将其接入到移动网络平台中，使得传感系统可以和移动网络进行交互。如果接入互联网平台则能够和宽带网络进行平台交互。

1.2.3 进行智能化决策和智能化控制

对水体情况进行智能化监控，按照智能化专家系统中所记录的数据对水体质量进行评估，保证能够对水体实施有效监测，提高养殖的科学化水平，及时对鱼群进行投喂和疾病诊断，为智能控制决策的制定提供重要的数据支持。

图1：数据采集控制终端工作原理

1.2.4 对鱼群浮头情况进行识别

在鱼群中如果出现了浮头的现象会系统自动识别出来，并发出报警信息，打开增氧设备，使得水体内部的氧气含量 能够得到有效提高，避免鱼群出现死亡的现象。同时还可以识别鱼群活动的情况，根据具体情况选择关闭或者开启饲料投喂设备。

1.2.5 构建养殖场内区域性视频监控体系

在养殖场内部设置多个摄像头，为了提高监控画质可以选择高清红外线摄像头，能够每天持续不断地对养殖场内情况进行监控。养殖者可以通过移动终端对监控情况进行随时观察，提高了监控效率和监控质量。

2 智能渔业监控系统硬件构成

2.1 传感设备和控制机构

水质质量高低和养殖产品的质量水平和安全水平有着较为紧密的联系，需要对水体质量实施有效控制，避免因水质恶化而给养殖农户带来经济损失。水质质量的评估指标包括氨氮水平、酸碱值以及温度，各项参数都较为重要，其中通过对光照度数据进行收集能够判断出夜晚和白天，从而根据不同的时间对水质进行相应的干预和管理。控制机构主要包括以下三种：

（1）增氧气。结合水体温度、溶解氧含量、检测数据提供适当的氧气，保证氧气含量的稳定性；

（2）投料机。根据养殖经验以及收集到的图像内容进行饲料投喂；

（3）水泵。根据温度和酸碱值进行水体调整。

2.2 数据采集控制终端

该终端主要负责对传感数据和调节设备实施有效的控制，其具体控制流程如图1所示。作为养殖人员可以利用电脑终端或者手机终端发送自己所需要的指令，利用网络系统可以将其送至到数据服务器中，对指令实施编码处理，在对编码进行压缩处理之后将其发送给主控芯片。芯片收到指令及时对其进行解压处理，利用继电器闭合对各类调节设备进行远程控制，完成鱼群 的管理，提高管理工作的效率。

2.3 构建局域网络系统

智能渔业监控系统之所以能够稳定运行离不开局域网系统的支持，这也是该系统设计过程中不可或缺的重要环节。养殖水域的面积均较大，为了能够简化局域网建设的施工环节，可以选择无线网桥作为局域网构建的基础，以此来完成信息的传输。在决策中心需要设定一个网关网桥节点，能够对采集设备的数据、摄像头数据、图像数据实施接收。在局域网络系统中所包含的各类设备能够为物联网监控指令的制定提供整体对象，是智能渔业监控系统的重要底层主体。

2.4 视频监控数据采集系统

通过在养殖场内安装摄像头和监控终端能够做到全天对养殖场水面情况进行监督和观察，将实时监控的画面在本地终端上显示。同时，还可以为系统中的其他部分提供和水面的相关数据，以浮头识别系统为例，如果在鱼池的中间部位和周围分别存在着浮头轻、重的差异时，则需要在鱼池中间部位放置两个摄像头，可以对水体内的氧气含量情况进行有效评估。同时可以将该系统和农业物联网平台进行结合，可以达到上下一体联动的效应，对养殖场内的设备进行远程控制。

2.5 控制决策中心

在决策中心需要安装显示系统和服务器，在决策中心内部可以对养殖场的情况和数据进行分析，并且可以对智能渔业监控系统完成远程控制，在保证养殖质量的同时提高养殖效率。决策中心还能够从整体的角度出发对系统的运行进行观察和了解，利用各种软件进行自动决策、人工决策，减少了鱼群养殖过程中物资成本和人力成本的投入。决策中心也可对之前传输过来的数据实施回顾分析，可以为之后的追溯查询提供重要的助力。

3 智能渔业监控系统软件构成

3.1 对传感器实施校正的软件

传感器负责收集各种类型的数据，例如水体酸碱值、溶解氧含量水平、光照度参数、水体温度，是评估水质信息的重要标准和数据基础。但是如果长期使用过程中没有对其进行调整和校正，会影响到传感器数据收集的精准度，因此需要采取相关软件对传感器进行校正。一般情况下生产传感器的厂家都配置针对性的校正软件，养殖人员应当对说明书进行仔细的分析，合理的将传感器使用在实际的养殖工作中。

3.2 水质采集控制软件

系统软件主要分为两个不同的部分，第一部分为数据采集主程序，该程序又可以被划分为两种不同的工作模式，分别为测试模式、工作模式。两种模式的差异在于在采集数据过程中所需要间隔的时间有所差异。第二种为中断处理程序。为了减少智能渔业监控系统的能源消耗和功耗，在采集周围环境数据的时候会使用到该程序，在到达采集时间之后会将传感器开启，从而开始进入到数据采集环节中，在接收到控制要求后对调节程序进行启动处理。

3.3 信息传输单元配置软件

信息数据传输单元可以在决策中心以及水质信息采集终端之间构建稳定的通信途径，能够让所采集到的数据立即传输到决策中心中，提高了数据传输的质量和效率。为了保证传输的稳定性，还应对通信波特率、外部网络IP地址以及网络端口实施正确的参数配置。在进行配置时养殖人员可以参考配置软件的具体说明，保证参数的准确性，发挥信息传输单元的应用功能。

3.4 数据服务决策中心软件

数据服务决策中心软件的运行位置为网络服务器，是负责存储水质检测数据、分析水质情况、决定处理方式、显示水体处理结果的重要软件。数据服务决策中心软件可以将获取到的各类数据发送给养殖人员，将指令发送给控制采集终端，从而达到对调节设备进行控制的目的。

3.5 浮头监控软件

浮头监控软件是对水面动态数据进行传输的重要软件，可以利用网络平台将识别系统所收集到的数据传送给服务器。识别系统在接收到浮头监控软件的数据信息之后会对其进行简单的处理，提高画面的精度，提取出画面信息的特征，通过对比和识别等多种方式归纳出软件所传递信息的具体结果。作为机器学习系统会结合以往的历史特点对浮头识别算法进行优化处理，强化识别结果的准确性水平和稳定性水平。浮头监控还可以分析出鱼群是否吃饱，根据鱼群的状态及时停止饵料的喂食，保证鱼群能够得到充足的营养供应，同时也可避免出现饵料浪费、水体污染问题的出现，减少养殖成本的投入。

本次所设计出的智能渔业监控系统在实际的使用过程中也有所应用，取得了较好的效果，可以对水体数据进行及时的检测，分析出水体出现的变化，提高养殖的科学化水平。

4 结束语

随着人们生活水平的提高，渔业资源的需求量也在不断提升，必须要保证渔业的可持续发展，才能够满足当前的市场需求。渔业资源属于可更新的资源类型，只要采取合适的方法对渔业资源进行利用，就可以长期向市场提供优质的渔业资源。渔业资源的发展和水域环境资源之间有着紧密的联系，如果水域环境资源较差，无法进行可持续利用，会给渔业的发展带来严重的制约。因此在渔业的发展过程中应当加强渔业监控力度，通过智能化的监控手段及时收集鱼群生长过程中的数据和信息，从而保证渔业资源生产量和生产质量的提高。智能渔业监控系统主要由四部分组成，其中硬件由传感设备和控制机构、数据采集控制终端、局域网络系统、视频监控数据采集系统、控制决策中心组成，软件系统由对传感器校正软件、水质采集控制软件、信息传输单元配置软件、数据服务决策中心软件、浮头监控软件所组成。当前智能渔业监控系统在实际生产活动中取得了较好应用效果，能够明显提高监控质量，值得在今后的生产活动中进行推广。