【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及智能海洋牧场，尤其涉及一种基于物联网的智能海洋牧场投喂系统。
技术介绍
1、海洋牧场是指在海洋中养殖鱼类的一种创新农业方式，旨在满足不断增长的鱼类市场需求。随着人口的增加和渔业资源的逐渐枯竭，海洋牧场被认为是可持续发展的重要解决方案之一。而要实现海洋牧场的高效运营和管理，智能化技术的运用势在必行。投喂机器人作为智能化海洋牧场的一种关键设备，具有自动化投喂功能。然而，虽然目前已有现成的自动投喂机器人技术，但它们在投喂过程中通常仅考虑单一的影响因素，没有将经济效益最大化作为优先考虑。
2、一方面，与其他调度问题不同，海洋中的鱼群呈现出动态的特点。一旦开始投喂，鱼群往往会向投喂点聚集进行抢食物，这种行为会导致传统的定点投喂方式造成饲料的浪费，甚至可能对海洋环境造成污染。另一方面，如果机器人能够自由移动，那么机器人本身的燃料利用率也是需要考虑的问题，人们需要最大限度地减少燃料的使用量，并提高投喂效率。
3、因此，人们亟需一种考虑了上述因素，使得投喂过程的经济效益最大化的海洋牧场投喂系统。
技术实现思路
1、因此，本专利技术提供一种基于物联网的智能海洋牧场投喂系统，用以解决现有技术中如何最大化投喂过程中的经济效益的问题。
2、本专利技术提供了一种基于物联网的智能海洋牧场投喂系统，包括多个投喂机器人和中央控制系统，投喂机器人和中央控制系统通信连接，多个投喂机器人分别用于在海洋牧场中的多个预设区域内巡航，投喂机器人携带有用于投喂的饲料、用于驱动的
3、数据获取模块，用于基于投喂机器人获取每个投喂机器人的位置数据、饲料余量数据、燃料余量数据，以及每个投喂机器人在其对应的位置数据下探测得到的鱼群密度数据；
4、位置分析模块，用于根据位置数据和鱼群密度数据的分布情况，得到目标投喂位置；
5、调度分析模块，用于基于目标投喂位置，根据每个投喂机器人的位置数据、饲料余量数据、燃料余量数据及鱼群密度数据，得到多个投喂机器人的调度计划；
6、调度控制模块，用于根据调度计划，控制多个投喂机器人移动并投喂饲料。
7、在一个优选的实施方式中，所述根据位置数据和鱼群密度数据的分布情况，得到目标投喂位置，包括：
8、根据位置数据和鱼群密度数据的分布情况，得到投喂点数量；
9、基于投喂点数量建立初始粒子群，其中，初始粒子群包括多个初始粒子，每个初始粒子均包括多个海洋牧场中的初始坐标，每个初始粒子中的初始坐标的数量等于投喂点数量；
10、基于鱼群聚集至多个投喂点的难易程度构建第一适应度函数，并基于第一适应度函数通过粒子群算法优化初始粒子群，得到包括多个最优坐标的最优粒子，将每个最优坐标分别作为一个目标投喂位置。
11、在一个优选的实施方式中，所述根据位置数据和鱼群密度数据的分布情况，得到投喂点数量，包括：
12、根据每个位置数据及对应的鱼群密度数据，建立多个三维数据；
13、拟合多个三维数据，得到拟合曲面函数，拟合曲面函数总的自变量为二维的海洋牧场中的坐标，自变量为鱼群密度；
14、求解拟合曲面函数中的极大值，将极大值和预设阈值比较；
15、若超过预设阈值的极大值数量超过了预设数量，则将超过预设阈值的极大值数量作为投喂点数量；
16、若超过预设阈值的极大值数量不超过预设数量，则将一个预设数值作为投喂点数量。
17、在一个优选的实施方式中，所述基于投喂点数量建立初始粒子群，包括：
18、获取每个极大值对应的海洋牧场中的坐标，均作为基准坐标；
19、从每个基准坐标的预设邻域内随机选择一个坐标，得到多个初始坐标并建立一个初始粒子；
20、重复建立多个初始粒子，得到初始粒子群。
21、在一个优选的实施方式中，所述第一适应度函数包括：
22、；
23、其中，为粒子群算法中当前待分析的粒子的适应度，为粒子中第个坐标，为投喂点数量，为位于以坐标为圆心，为半径的范围内的位置数据对应的鱼群密度数据之和，的取值为预设值，为指数函数，和分别为不同的调整系数。
24、在一个优选的实施方式中，所述基于目标投喂位置，根据每个投喂机器人的位置数据、饲料余量数据、燃料余量数据及鱼群密度数据，得到多个投喂机器人的调度计划，包括：
25、根据位置数据和目标投喂位置的位置关系，基于每个位置数据对应的鱼群密度数据，得到每个目标投喂位置的预估投喂量；
26、基于投喂机器人运行至目标投喂位置的对应关系建立多个初始染色体，得到初始种群；
27、根据饲料余量数据、燃料余量数据及预估投喂量，以投喂机器人运行至对应的目标投喂位置的燃料消耗代价以及投喂机器人投放饲料的利用率为构建第二适应度函数，并基于第二适应度函数通过遗传算法优化初始种群，得到表征投喂机器人和目标投喂位置的最优对应关系的最优染色体，并得到调度计划。
28、在一个优选的实施方式中，每个目标投喂位置的预估投喂量根据下式得到：
29、；
30、其中，为第个目标投喂位置的预估投喂量，为位于以目标投喂位置的坐标为圆心，为半径的范围内的位置数据对应的鱼群密度数据之和，为第一单位调整系数。
31、在一个优选的实施方式中，所述遗传算法中的染色体为一维向量，染色体中的每个元素位置分别代表一个投喂机器人，每个元素值用于表征该元素值所在的元素位置对应的投喂机器人需要运动至该元素值对应的目标投喂位置进行投喂或投喂机器人不参与投喂动作，每个元素值的取值包括多种第一编号和第二编号，多种第一编号分别代表多个目标投喂位置，第二编号代表投喂机器人不参与投喂动作；
32、所述遗传算法包括：基于预设规则，根据父代染色体得到子代染色体；
33、其中，所述预设规则包括：
34、父代染色体不通过交叉的方式得到子代染色体；
35、父代染色体中的元素值变异为第二编号的概率和该元素值对应的投喂机器人的饲料余量数据和燃料余量数据有关。
36、在一个优选的实施方式中，所述父代染色体中的元素值变异为第二编号的概率通过下式得到：
37、；
38、其中，为染色体中第个元素值变异为第二编号的概率，染色体中第个元素值对应的投喂机器人的饲料余量数据，为染色体中第个元素值对应的投喂机器人的燃料余量数据，为第二单位调整系数。
39、在一个优选的实施方式中，所述第二适应度函数包括：
40、；
41、；
42、其中，为遗传算法中染色体的适应度，为染色体中对应目标投喂位置的元素值对应的投喂机器人的饲料余量总和，为预设差值，为染色体中第个元素值，为表征元素值对应的投喂机器人能否达到目标投喂位置的布尔值，该布尔值为1时表示能够达到，该布尔值为0时表示本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于物联网的智能海洋牧场投喂系统，其特征在于，包括多个投喂机器人和中央控制系统，投喂机器人和中央控制系统通信连接，多个投喂机器人分别用于在海洋牧场中的多个预设区域内巡航，投喂机器人携带有用于投喂的饲料、用于驱动的燃料以及安装有用于探测鱼群密度的探测装置；中央控制系统包括：
2.根据权利要求1所述的基于物联网的智能海洋牧场投喂系统，其特征在于，所述根据位置数据和鱼群密度数据的分布情况，得到目标投喂位置，包括：
3.根据权利要求2所述的基于物联网的智能海洋牧场投喂系统，其特征在于，所述根据位置数据和鱼群密度数据的分布情况，得到投喂点数量，包括：
4.根据权利要求3所述的基于物联网的智能海洋牧场投喂系统，其特征在于，所述基于投喂点数量建立初始粒子群，包括：
5.根据权利要求2所述的基于物联网的智能海洋牧场投喂系统，其特征在于，所述第一适应度函数包括：
6.根据权利要求5所述的基于物联网的智能海洋牧场投喂系统，其特征在于，所述基于目标投喂位置，根据每个投喂机器人的位置数据、饲料余量数据、燃料余量数据及鱼群密度数据，得到多
7.根据权利要求6所述的基于物联网的智能海洋牧场投喂系统，其特征在于，每个目标投喂位置的预估投喂量根据下式得到：
8.根据权利要求7所述的基于物联网的智能海洋牧场投喂系统，其特征在于，所述遗传算法中的染色体为一维向量，染色体中的每个元素位置分别代表一个投喂机器人，每个元素值用于表征该元素值所在的元素位置对应的投喂机器人需要运动至该元素值对应的目标投喂位置进行投喂或投喂机器人不参与投喂动作，每个元素值的取值包括多种第一编号和第二编号，多种第一编号分别代表多个目标投喂位置，第二编号代表投喂机器人不参与投喂动作；
9.根据权利要求8所述的基于物联网的智能海洋牧场投喂系统，其特征在于，所述父代染色体中的元素值变异为第二编号的概率通过下式得到：
10.根据权利要求9所述的基于物联网的智能海洋牧场投喂系统，其特征在于，所述第二适应度函数包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于物联网的智能海洋牧场投喂系统，其特征在于，包括多个投喂机器人和中央控制系统，投喂机器人和中央控制系统通信连接，多个投喂机器人分别用于在海洋牧场中的多个预设区域内巡航，投喂机器人携带有用于投喂的饲料、用于驱动的燃料以及安装有用于探测鱼群密度的探测装置；中央控制系统包括：
2.根据权利要求1所述的基于物联网的智能海洋牧场投喂系统，其特征在于，所述根据位置数据和鱼群密度数据的分布情况，得到目标投喂位置，包括：
3.根据权利要求2所述的基于物联网的智能海洋牧场投喂系统，其特征在于，所述根据位置数据和鱼群密度数据的分布情况，得到投喂点数量，包括：
4.根据权利要求3所述的基于物联网的智能海洋牧场投喂系统，其特征在于，所述基于投喂点数量建立初始粒子群，包括：
5.根据权利要求2所述的基于物联网的智能海洋牧场投喂系统，其特征在于，所述第一适应度函数包括：
6.根据权利要求5所述的基于物联网的智能海洋牧场投喂系统，其特征在于，所述基于目标投...
【专利技术属性】
技术研发人员：林景亮，黄科，吴臻，何伟彬，林冠宇，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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