一种水产养殖水质监控方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种水产养殖水质监控方法及系统，通过初始化无线传感器网络；通过无线传感器网络的各个传感器节点采集水中的水体信息，对水体信息进行预处理，获得水体信息的有效数据；根据水体信息的有效数据进行藻类爆发预警，能准确的获取到水质监控的水体数据，能准确的获取到水质监控的水体数据，并自动修复由于藻类光合作用和呼吸作用导致的无效数据，能有效对水产养殖水体的藻类进行监控，实现了水产养殖水体的自动实时数据采集和处理，做出决策，并为水产养殖户快速反应提供有效信息，大大减少藻类爆发导致的社会经济和生态环境的损失，本发明专利技术应用于水质监控。

【技术实现步骤摘要】
一种水产养殖水质监控方法及系统
本专利技术属于传感器监测网络、水产养殖水质监控和水体治理
，具体包括一种水产养殖水质监控方法及系统。
技术介绍
水体中的藻类比如蓝藻泛滥对水产养殖是一个严峻问题，藻类在适宜的水文气象条件下异常增殖会造成严重后果，藻类在水体聚集形成水华会导致一系列生态环境问题，导致水体溶解氧急剧下降而造成水生动植物死亡，从而损害生物多样性，某些藻类死亡后还会分解产生有害毒素比如囊藻毒素，对水产动物（如鱼、虾）产生毒害，污染饮用水。藻类爆发多见于夏季，由于夏季水温高，养殖水体投料增加，藻类增殖速度快。被藻类污染的水体，因为藻类光合作用剧烈，导致水体pH值升高，pH升高反过来又促进藻类增殖，形成恶性循环。水产动物摄入藻类后容易引起胃肠道疾病，导致水产养殖减产。被藻类覆盖的水面，阳光无法到达水中，加上藻类覆盖在水面导致氧气无法向水中溶解，使得浮游生物和水底生物死亡。被大面积藻类覆盖的水面也影响水体的游泳价值和观赏价值。现有对水体藻类监控治理技术包括使用卫星遥感技术检测藻类，但成本高，容易受到气象条件的影响，及时性不够好，采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水产养殖水质监控方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n步骤1，初始化无线传感器网络；/n步骤2，通过无线传感器网络的各个传感器节点采集水中的水体信息，对水体信息进行预处理，获得水体信息的有效数据；/n步骤3，根据水体信息的有效数据进行藻类爆发预警；/n其中，对水体信息进行预处理获得水体信息的有效数据的方法包括以下子步骤：/n步骤2.1，令各个传感器节点采集水体信息的时间间隔为tG，当前时刻为tR；/n步骤2.2，如果当前传感器节点监测到水体信息中的光照强度满足强光约束条件时，筛选出所有与该传感器节点之间的RSSI强度高于阈值S的各个传感器节点，并且这些传感器节点采集的水体信息中的...

【技术特征摘要】
1.一种水产养殖水质监控方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1，初始化无线传感器网络；
步骤2，通过无线传感器网络的各个传感器节点采集水中的水体信息，对水体信息进行预处理，获得水体信息的有效数据；
步骤3，根据水体信息的有效数据进行藻类爆发预警；
其中，对水体信息进行预处理获得水体信息的有效数据的方法包括以下子步骤：
步骤2.1，令各个传感器节点采集水体信息的时间间隔为tG，当前时刻为tR；
步骤2.2，如果当前传感器节点监测到水体信息中的光照强度满足强光约束条件时，筛选出所有与该传感器节点之间的RSSI强度高于阈值S的各个传感器节点，并且这些传感器节点采集的水体信息中的CO2浓度值和溶解氧含量值分别满足光合约束条件，将这些传感器节点标记为强光参考节点；阈值S的取值范围为-50dBm至-136dBm或者[-60,-113]dBm；
步骤2.3，如果当前传感器节点监测到水体信息中的光照强度满足弱光约束条件时，筛选出所有与该传感器节点之间的RSSI强度高于阈值S的各个传感器节点，并且这些传感器节点采集的水体信息中的CO2浓度值和溶解氧含量值分别满足呼吸约束条件，将这些传感器节点标记为弱光参考节点；
步骤2.4，如果当前传感器节点对应的强光参考节点的数量大于弱光参考节点的数量时，标记当前传感器节点在此条件下采集到的CO2浓度值为无效数据，标记当前传感器节点在此条件下采集到的溶解氧含量值为有效数据；
步骤2.5，如果当前传感器节点对应的强光参考节点的数量小于弱光参考节点的数量时，标记当前传感器节点在此条件下采集到的CO2浓度值为有效数据，标记当前传感器节点在此条件下采集到的溶解氧含量值为无效数据。


2.根据权利要求1所述的一种水产养殖水质监控方法，其特征在于，在步骤1中，初始化无线传感器网络的方法为：在养殖水域中确定需要控制藻类的区域：以传感器节点的通讯半径的覆盖区域的大小将养殖水域划分为多个子区域，每个子区域内至少包含1个传感器节点，全部传感器节点组成传感器网络，养殖水域为用于养殖水产品的养殖水池、网箱或者用于养殖水产品的河流或湖泊，所述传感器节点为设置有温度传感器、CO2浓度传感器、浊度传感器、pH传感器、溶解氧浓度传感器、化学需氧量传感器、光照强度传感器、蓝绿藻浓度传感器、氨氮浓度传感器、亚硝酸盐浓度传感器的无线传感器；无线传感器网络根据LEACH协议生成路由。


3.根据权利要求1所述的一种水产养殖水质监控方法，其特征在于，在步骤2中，通过无线传感器网络的各个传感器节点采集水中的水体信息的方法包括以下步骤：
步骤1.1，传感器网络中的每个传感器节点以时间间隔t1广播数据报文，数据报文内容包括：当前传感器节点的代号，当前传感器节点搭载的全部传感器获取到的数据，当前传感器节点的GPS坐标，当前传感器节点获取数据时的时间戳，当前传感器节点的电量和数据的校验码；
步骤1.2，传感器网络中的每个传感器节点监听数据报文，如果当前数据报文来自的传感器节点的信号RSSI强度低于阈值S，则丢弃当前数据报文，所述阈值S来自无线传输模块开发手册，指无线传输模块建立稳定连接的最低信号强度RSSI；阈值S指传感器节点的无线传输模块建立稳定连接的最低信号强度RSSI，RSSI的单位为dBm，或者，阈值S的取值范围为-50dBm至-136dBm或者[-60,-113]dBm；
步骤1.3，传感器网络中的每个传感器节点监听数据报文，如果当前传感器节点和某个传感器节点的信号RSSI强度高于阈值S，则通过当前数据报文的校验码判断当前数据报文是否传输成功，如果不成功则不存储当前数据报文，如果成功则存储当前数据报文；
步骤1.4，传感器网络中的每个传感器节点以时间间隔t2广播数据报文，其中t2=n×t1，数据报文内容包括：当前传感器节点存储的时间段为当前时刻往前t2到距离当前时刻最近的数据报文，加上前述数据报文的校验码；广播数据报文后当前传感器节点删除当前传感器节点存储的时间段为当前时刻往前t2到距离当前时刻最近的数据报文，其中n为60；
步骤1.5，传感器网络中的数据接收模块获取到传感器节点的数据报文，如果当前数据报文来自的传感器节点的信号RSSI强度低于阈值S，则丢弃当前数据报文，如果当前数据报文来自的传感器节点的信号RSSI强度在阈值S的取值范围内，通过当前数据报文的校验码判断当前数据报文是否传输成功，如果不成功则不存储当前数据报文，如果成功则存储当前数据报文。


4.根据权利要求1所述的一种水产养殖水质监控方法，其特征在于，在步骤2中,光合约束条件为：

；
呼吸约束条件为：

；
强光约束条件为：，
弱光约束条件为：，
Max(EtR-N×tG，EtR-tG)表示第tR-N×tG时刻到第tR-tG时刻中的所有的CO2浓度值中的最大的值；Min(EtR-N×tG，EtR-tG)表示第tR-N×tG时刻到第tR-tG时刻中的所有的CO2浓度值中的最小的值；Max(YtR-N×tG，YtR-tG)表示第tR-N×tG时刻到第tR-tG时刻中的所有的溶解氧含量值中的最大值；Min(YtR-N×tG，YtR-tG)表示第tR-N×tG时刻到第tR-tG时刻中的所有的溶解氧含量值中的最小的值；Max(LxtR-N×tG，LxtR-tG)表示第tR-N×tG时刻到第tR-tG时刻中的所有的光照强度值中的最大值，Min(LxtR-N×tG，LxtR-tG)表示第tR-N×tG时刻到第tR-tG时刻的所有的光照强度值中的最小的值，LxtR表示当前时刻的光照强度值，LxtR-N×tG表示第tR-N×tG时刻的光照强度值，LxtR-tG表示第tR-tG时刻的光照强度值；i为取值范围[1,N]的变量；EtR为当前的CO2浓度值，EtR-N×tG表示第tR-N×tG时刻的CO2浓度值，EtR-tG表示第tR-tG时刻的CO2浓度值，YtR-N×tG表示第tR-N×tG时刻的溶解氧含量值，YtR-tG表示第tR-tG时刻的溶解氧含量值，YtR为当前的溶解氧含量值；AND表示并且或者和的逻辑关系，N为光强转变跨度值。


5.根据权利要求4所述的一种水产养殖水质监控方法，其特征在于，N为光强转变跨度值，光强转变跨度值N的获取方法为以下步骤；
步骤2.2.1,令当前传感器开始采集水体信息时的时刻为t0；设置初始值为t0的变量j；设置N的初始值为1；
步骤2.2.2,当前传感器从j时刻开始采集数据，设置条件：
条件1：Ett-1≤Ett≤Ett+1；条件2：Ett-1≥Ett≥Ett+1；
条件3：Ytt-1≤Ytt≤Ytt+1；条件4：Ytt-1≥Ytt≥Ytt+1；
Ett表示tt时刻的CO2浓度值，Ett+1表示第tt+1时刻的CO2浓度值，Ett-1表示第tt-1时刻的CO2浓度值，Ytt表示tt时刻的溶解氧含量值，Ytt+1表示第tt+1时刻的溶解氧含量值，Ytt-1表示第tt-1时刻的溶解氧含量值，tt为数据采集的时刻变量；
步骤2.2.3,如果当前传感器节点从j时刻开始到tj1-1时刻采集的所有水体信息都满足条件1和/或条件4，tj1为当前传感器节点从j时刻开始首次采集的水体信息不满足条件1和/或条件4的时刻，而从第tj1时刻传感器节点采集的水体信息不满足条件1和/或条件4，则标记第tj1时刻为转变起点时刻，传感器节点从转变起点时刻tj1开始继续采集水体信息，如果当前传感器节点于tj2时刻采集的水体信息满足条件2和/或条件3，则标记tj2为转变终结时刻；此时更新光强转变跨度值N=Round(|tj2-tj1|/tG)，并将j的值设置为tj2然后转到步骤2.2.2；如果当前传感器节点从j时刻开始到tj1-1时刻采集的所有水体信息中存在不满足条件1和/或条件4的水体信息，则转到步骤2.2.4；
步骤2.2.4,如果当前传感器节点从j时刻开始到tj3-1时刻采集的所有水体信息都满足条件2和/或条件3，tj3为当前传感器节点从j时刻开始首次采集的水体信息不满足条件2和/或条件3的时刻，而从第tj3时刻传感器节点采集的水体信息不满足条件2和/或条件3，则标记第tj3时刻为转变起点时刻，传感器节点从转变起点时刻tj3开始继续采集水体信息，如果当前传感器节点于tj4时刻采集的水体信息满足条件1和/或条件4，则标记tj4为转变终结时刻；此时更...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭凯，陈冰，赵红霞，
申请(专利权)人：广东省农业科学院动物科学研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44