鱼类养殖投饲控制系统技术方案

本实用新型专利技术揭示了一种鱼类养殖投饲控制系统。该系统包括：分裂波束换能器，完成声波和电信号的转换，实现声波的发射及接收；投饲单元，接收投饲控制指令，对养殖鱼类进行投饲；信号采集处理及控制单元，接收换能器采集的回波信号，分析处理后，得到鱼群密度的表征值，根据表征值随时间的变化生成投饲控制指令传送至投饲单元进行投饲控制。本实用新型专利技术的系统可以对投饲水域内的鱼群的摄食行为进行实时监测分析，实现按需投饲，减小饲料的浪费。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术揭示了一种鱼类养殖投饲控制系统。该系统包括：分裂波束换能器，完成声波和电信号的转换，实现声波的发射及接收；投饲单元，接收投饲控制指令，对养殖鱼类进行投饲；信号采集处理及控制单元，接收换能器采集的回波信号，分析处理后，得到鱼群密度的表征值，根据表征值随时间的变化生成投饲控制指令传送至投饲单元进行投饲控制。本技术的系统可以对投饲水域内的鱼群的摄食行为进行实时监测分析，实现按需投饲，减小饲料的浪费。【专利说明】鱼类养殖投饲控制系统
本技术涉及信息化鱼类养殖的技术，特别涉及鱼类养殖投饲控制系统。
技术介绍
随着大水面网箱集约化养殖规模的不断扩大，养殖过程越来越依赖于人工投饲饲料，养殖中的饲料成本占整个养殖成本比重大。以罗非鱼养殖为例，饲料成本可达到70%-80%及以上。在养殖过程中，饲料投饲技术的高低直接影响饲料的转化率及养殖效果。因此，提高鱼类投饲过程中的精细化水平对于提高产量、降低养殖成本和饵料系数有重要意义。传统鱼类的投饲方法主要利用人工判别投饲法，主要是通过在投饲过程中人工观察鱼类摄食行为，即“先急速，后缓和，直到平静；先水面，后水底；先大鱼，后小鱼；先中间，后两边。当水面平静，没有明显的抢食现象，80%的鱼已经离去或在周边漫游没有摄食欲望时，停止投饲”来对每次投饲量进行控制。而目前广泛应用的人工判别投饲法投饲过程依赖人工观察，易受人主观性影响，不能适应现代集约化养殖的需求。中国专利文献CN101655706B提出了一种用于养鱼网箱的超声投饲监控系统及投饲方法，主要利用设置于网箱的超声波换能器发出超声波脉冲，接收遇到该网箱内的剩余饲料而反射回的回波生成回波信号，根据回波信号判别是否需要投饲。但是由于饲料的颗粒本身体积不大，会出现无法检测到饲料或者被其他浮游生物干扰的情况，因此容易造成投饲过量的情况，不适用于对养殖全过程进行投饲控制。由以上分析可见，现有的养殖鱼类的投饲方法，不能使投饲适量，容易导致饲料浪费，难以满足集约化养殖的需求。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本技术要解决的技术问题是:如何对鱼类的摄食行为实时监测分析，根据分析结果进行投饲控制，实现按需投饲，避免投饲不足或浪费。(二)技术方案为了解决上述技术问题，提供了一种基于集约化养殖鱼类摄食行为分析的鱼类养殖投饲控制系统，其特征在于，该系统包括分裂波束换能器、信号采集处理及控制单元、投饲单元，其中:所述分裂波束换能器，置于水中，与所述信号采集处理及控制单元相连，根据信号采集处理及控制单元发送的信号，向投饲水域发射声波，接收反射回来的声波转换为回波信号再传送给所述信号采集处理及控制单元；所述信号采集处理及控制单元，与所述分裂波束换能器、所述投饲单元相连，将所述分裂波束换能器探测到的回波信号转换为回声图像，分析处理回声图像，得到表征鱼群密度和离散度的参数，根据参数随时间的变化生成投饲控制指令，发送给投饲单元；所述投饲单元，与所述信号采集处理及控制单元相连，接收投饲控制指令并根据投饲控制指令进行投饲操作；投饲单元包括警告装置，若投饲开始后在一段设定的容许时间后没有接到投饲控制指令，则发出警告信息。优选地，所述分裂波束换能器的内部基元分为四个象限，生成四个象限的回波信号。优选地，所述信号采集处理及控制单元处理四个象限的回波信号，得到四个象限的回声图像，组成一个整体回声图像，计算一段时间区间内的整体回声图像的平均目标强度，作为鱼群密度的表征值，根据鱼群密度的表征值和鱼群密度的表征值随时间的变化生成减小投饲量或停止投饲的投饲控制指令；优选地，所述鱼类养殖投饲控制系统还包括旋转单元，与所述信号采集处理及控制单元相连，所述分裂波束换能器固定于所述旋转单元，所述旋转单元接收所述信号采集处理及控制单元的旋转控制指令带动所述分裂波束换能器在水平和竖直方向旋转。优选地，其中所述信号采集处理及控制单元包括:探测信号发射模块，通过探测信号发生器及功率放大器向所述换能器输出发射声波的信号；回波信号处理模块，接收分裂波束换能器探测到的回波信号，经限幅、前置放大、带通滤波、检波后形成鱼类的回声图像；回声图像处理与控制模块，将回声图像进行处理分析，生成投饲控制指令。(三)有益效果本技术的系统，通过采用分裂波束换能器对鱼类的摄食行为进行监测，并对回声图像进行分析计算，可以得到反映鱼类摄食行为的密度的表征值，从而量化反映鱼群的摄食行为，根据表征值在时间上的变化，对鱼类养殖进行按需投饲控制，防止饲料不足或浪费；通过采用旋转单元，可以在水平和竖直方向旋转分裂波束换能器，在信号采集处理及控制单元的控制下，方便地达到选定的或符合要求的方位，因而能实现更好的测定。【专利附图】【附图说明】图1是按照本技术一个实施例的鱼类养殖投饲控制系统的系统结构框图；图2是按照本技术一个实施例的鱼类养殖投饲控制系统的进行投饲控制的流程图；【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本技术，但不能用来限制本技术的范围。本技术的基本原理是回声探测原理，与光波、电磁波相比，声波在水中传播损失小，传播距离远，是水下小型目标探测与识别的最佳手段。回声探测时换能器将电子信号转换成声波脉冲并发射到水中，声波在水中传播过程中遇到障碍物时，由于物体的声阻抗率与水介质的不同，该物体会对入射声波产生散射及反射作用，部分声音信号反向散射至分裂波束换能器，如果信号水平超过用户选择的阈值，会被分裂波束换能器接收转化为电子信号并传输至信号采集处理及控制单元，生成回波信号。根据声波发射后收到目标回波信号的间隔时间和声波在水中的传播速度(1500m/s，标准条件下)，可测得目标所处的位置，对回波信号强弱和结构加以分析，可估算出目标强度。相比单波束或者多波束阵列，利用分裂波束技术可以确定目标在波束中的位置，并根据波束的指向性对偏离声轴的回波信号进行补偿，从而实现对鱼类目标强度的客观估测，测量结果更为精确。目标强度是水声学评估的一个重要参数，它是一个度量目标物体声波反射性能的参数，其物理意义上与反射系数较为接近。目标强度的定义是在距离目标的声学中心Im处，由目标反射回来的声强与同一方向上入射声强之比，取以10为底的对数后再乘以10。目标强度(TS)表示为:TS=IO XIg(Ir/Ii)=20 XIg(Pr/Pi) (I)(I)式中Ir、Ii为反射声强和入射声强，Pr、Pi为反射声压和入射声压。后来有学者又将目标强度定义为:TS=20Xlg(o /4 31) (2)(2)式中，TS表示目标强度(dB)，σ表示目标物体的水声学截面(m2)。σ可以看作是目标物体对入射波产生散射的声学等效面积。本技术的另一个基本原理是鱼群摄食行为的规律。当投饲时，鱼会集中到投饲水域摄食，鱼群的密度会增大；鱼摄食完毕没有摄食欲望时，就会从投饲水域散开，此时鱼群的密度会减小。回声图像的目标强度能反映投饲水域鱼的密度，因此可以利用水声图像分析鱼类摄食行为，并根据分析结果生成投饲控制指令。如图1所示，示出了根据本技术一个实施例的鱼类养殖投饲控制系统，该系统包括:信号采集处理及控制单元4、投饲单元3、旋转单元2、分裂波束换能器I。分裂波束本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种鱼类养殖投饲控制系统，其特征在于，该系统包括分裂波束换能器、信号采集处理及控制单元、投饲单元，其中：?所述分裂波束换能器，置于水中，与所述信号采集处理及控制单元相连，根据信号采集处理及控制单元发送的信号，向投饲水域发射声波，接收反射回来的声波转换为回波信号再传送给所述信号采集处理及控制单元；?所述信号采集处理及控制单元，与所述分裂波束换能器、所述投饲单元相连，将所述分裂波束换能器探测到的回波信号转换为回声图像，分析处理回声图像，得到鱼群密度的表征值，根据表征值随时间的变化生成投饲控制指令，发送给投饲单元；?所述投饲单元，与所述信号采集处理及控制单元相连，接收投饲控制指令并根据投饲控制指令进行投饲操作；投饲单元包括警告装置，若投饲开始后在一段设定的容许时间后没有接到投饲控制指令，则发出警告信息。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周超，孙传恒，杜晓伟，解菁，李文勇，赵丽，
申请(专利权)人：北京农业信息技术研究中心，
类型：实用新型
国别省市：