一种海水养殖水质含氧量检测方法技术

本发明专利技术公开一种海水养殖水质含氧量检测方法，属于养殖水质检测技术领域，其特征在于：所述的含氧量检测方法是一种间接测量方法，选取影响海水养殖水质含氧量最大且彼此间相关性不大的特征变量；根据样本数据库中的样本数据（包含特征变量和含氧量）采用遗传算法离线优化各特征变量的权值，优化时以平均绝对百分数误差作为目标函数，优化后的权值存入权值数据库；当需要含氧量数据对水质参数进行检测和控制时，将实时检测到的特征变量与各自权值相乘，然后求和即得到含氧量；本发明专利技术科学而有效地解决了现有的海水养殖水质含氧量检测仪器基本靠进口、价格昂贵以及海水对传感器探头腐蚀性强、使用寿命短的问题，可操作性和实用性强。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开，属于养殖水质检测
，其特征在于：所述的含氧量检测方法是一种间接测量方法，选取影响海水养殖水质含氧量最大且彼此间相关性不大的特征变量；根据样本数据库中的样本数据(包含特征变量和含氧量）采用遗传算法离线优化各特征变量的权值，优化时以平均绝对百分数误差作为目标函数，优化后的权值存入权值数据库；当需要含氧量数据对水质参数进行检测和控制时，将实时检测到的特征变量与各自权值相乘，然后求和即得到含氧量；本专利技术科学而有效地解决了现有的海水养殖水质含氧量检测仪器基本靠进口、价格昂贵以及海水对传感器探头腐蚀性强、使用寿命短的问题，可操作性和实用性强。【专利说明】
本专利技术涉及，具体涉及一种利用软测量技术对 水质含氧量进行检测的方法，属于养殖水质检测
。
技术介绍
在过去的30年中，水产养殖已成为全球增长最快的食物生产来源之一，并对国民 经济的发展、全球粮食供应和粮食安全作出了重要贡献。随着世界海洋捕捞强度的不断加 大，海洋水产资源逐步衰退。因此，各国都在积极发展海水养殖业，特别是发展中国家在世 界海水养殖生产中占有相当高的比例。 我国是海水养殖大国，养殖产量从20世纪80年代中期的100多万吨增加到2009 年的1400多万吨，已连续20多年居世界第一。鉴于目前海水养殖业的快速发展，为了保持 养殖产品质能够满足社会消费水平日益提高的要求，需对养殖进行系统管理。而海水养殖 过程中，海水温度、含氧量、进水流量、氨氮含量、曝气量、固体悬浮物等都是影响养殖品质 的重要因素，必须保持在一个适宜的范围，尤其是忌讳水质的突然变化。 软测量的基本思想是把自动控制理论与生产过程知识有机的结合起来，应用计算 机技术对难以测量或者暂时不能测量的重要变量，选择另外一些容易测量的变量，通过构 成某种数学关系来推断或者估计，以软件来替代硬件的功能。应用软测量技术实现元素组 分含量的在线检测不但经济可靠，且动态响应迅速、可连续给出萃取过程中元素组分含量， 易于达到对产品质量的控制。软测量技术是工业计算机优化控制的有利工具，在理论研究 和实际应用中已经取得了不少成果，如CN201110001570. 9 (多喷嘴对置式水煤浆气化炉炉 膛温度的软测量)和CN201010102046. 6 ( -种水力旋流器溢流粒度分布的软测量方法）等， 其理论体系亦正在逐步形成。 养殖水质含氧量直接关系到鱼类的健康生长、繁殖及产品品质，因此含氧量的检 测和控制至关重要。CN201210247628. 2公开一种新型鱼池含氧量预警装置，其中含氧量的 检测依靠仪器检测装置；CN201220614873. 8和CN201320505010. 1分别公开了一种显示含 氧量的鱼缸和养鱼池智能增氧系统，含氧量的检测均通过传感器实现。现有的海水养殖水 质含氧量检测方法大也多数依靠仪器检测法，其检测仪器基本靠进口，不仅价格昂贵、成本 较高，而且由于海水对传感器探头的腐蚀性强，导致检测仪器使用寿命短。而目前市场上还 没有一种对海水养殖水质含氧量进行软测量的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，通过软测量技术实现养 殖水质含氧量的间接测量。 为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是： ，其特征在于：所述的含氧量检测方法是一种间接 测量方法，选取影响海水养殖水质含氧量最大且彼此间相关性不大的特征变量，即进水流 量、水体温度、氨氮含量、曝气量、固体悬浮物；根据样本数据库中的样本数据(包含特征变 量和含氧量)采用遗传算法离线优化各特征变量的权值(所有权值的代数和为1 )，优化时以 平均绝对百分数误差（MAPE)作为目标函数，优化后的权值存入权值数据库；当需要含氧量 数据对水质参数进行检测和控制时，将实时检测到的特征变量与各自权值相乘，然后求和 即得到含氧量。 优选的是，所述的特征变量选取为进水流量、水体温度、氨氮含量、曝气量、固体悬 浮物，它们对海水养殖水质含氧量影响最大，且彼此间相关性不大；养殖系统稳定时，水池 进水流量和出水流量大小一致。 优选的是，所述的为寻找各特征变量与含氧量之间的权值，需要收集并存储一定 数量的样本数据(包含特征变量和含氧量)，样本数据要求大于1〇〇组。 优选的是，所述的采用遗传算法离线优化各特征变量的权值，其特征在于：定义平 均绝对百分数误差（MAPE)为目标函数。 优选的是，所述的将实时检测到的特征变量与各自权值相乘，然后求和即得到含 氧量。 中采用遗传算法离线优化各特征变量的权值， 其特征在于，包括以下步骤： 步骤1 :初始化：设置进化代数计算器t - 0 ;设置最大进化代数T ;随机生成Μ个个体 作为初始群体Ρ (〇);初始化交叉概率和变异概率； 步骤2 :个体编码； 步骤3 :个体评价：计算群体P(t)中各个个体的适应度； 步骤4 :复制运算：将复制算子作用于群体； 步骤5 :交叉运算：将交叉算子作用于群体； 步骤6 :变异运算：将变异算子作用于群体，群体P(t)经过复制、交叉、变异运算后得到 下一代群体P(t+1); 步骤7 :终止条件判断：若t < T，则t - t+1，转到步骤2 ;若t>T，则以进化过程中所得 到的具有最大适应度的个体作为最优解输出； 步骤8 :个体解码。 优选的是，步骤2中所述的权值个体编码时，所有权值的代数和为1。 本专利技术相对于现有技术的有益效果是： (1) 本专利技术通过对海水养殖水质含氧量进行自动检测计算，科学而有效地解决了现有 的海水养殖水质含氧量检测仪器基本靠进口、价格昂贵以及海水对传感器探头腐蚀性强、 使用寿命短的问题，提高了海水养殖的品质和产量，降低了生产成本，可操作性和实用性 强； (2) 本专利技术的海水养殖水质含氧量检测方法易于实现海水养殖水质含氧量的实时软测 量； (3) 本专利技术的海水养殖水质含氧量检测方法结构简单，可操作性强； (4) 本专利技术的海水养殖水质含氧量检测方法易于实现，成本低。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术的测量原理图。 图2为本专利技术的遗传算法优化权值运算过程图。 【具体实施方式】 下面结合附图，对本专利技术的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说 明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。 实施例1 本专利技术实施例的的原理图如图1所示，首先通过数 据采集收集大量样本数据，存储在样本数据库中，每组样本数据包含海水养殖水质含氧量 的特征变量(进水流量、氨氮含量、曝气量、固体悬浮物、温度)和含氧量，至少100组以上，样 本数据太少，不足以反映各特征变量和含氧之间的相关关系；为了量化各特征变量对含氧 量的影响程度，即权值大小，采用遗传算法离线优化并获得各特征变量的权值，优化后存储 在权值数据库中；当需要实时含氧量数据对水质参数进行检测和控制时，现场采集各特征 变量并传送至计算机，计算机调用权值数据库中各权值并与现场特征变量进行相乘，然后 求和得到所需含氧量。 图2所示为本专利技术的遗传算法优化权值运算过程图，整个运算分为遗传空间和解 空间两部分，连接遗传空间和解空间的是编码和解码过程，解空间包含各特征变量的权值 集合及个体评价，编码是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海水养殖水质含氧量检测方法，其特征在于：所述的含氧量检测方法是一种间接测量方法，选取影响海水养殖水质含氧量最大且彼此间相关性不大的特征变量，即进水流量、水体温度、氨氮含量、曝气量、固体悬浮物；根据样本数据库中的样本数据，包含特征变量和含氧量，采用遗传算法离线优化各特征变量的权值：所有权值的代数和为1，优化时以平均绝对百分数误差MAPE作为目标函数，优化后的权值存入权值数据库；当需要含氧量数据对水质参数进行检测和控制时，将实时检测到的特征变量与各自权值相乘，然后求和即得到含氧量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐今强，唐丽平，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：广东;44