標(biāo)準(zhǔn)化池塘養(yǎng)殖場(chǎng)自動(dòng)管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

唐榮 劉世晶 陳軍

摘要：針對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)?；图s化發(fā)展需要，設(shè)計(jì)一套適用于標(biāo)準(zhǔn)化池塘養(yǎng)殖場(chǎng)的生產(chǎn)自動(dòng)管控系統(tǒng)，采用太陽(yáng)能水質(zhì)浮標(biāo)和岸基式水質(zhì)浮標(biāo)對(duì)池塘水質(zhì)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，借助氣象站對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)區(qū)域的天氣情況進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，通過(guò)布置在養(yǎng)殖區(qū)域的控制柜實(shí)現(xiàn)對(duì)增氧機(jī)和投飼機(jī)等設(shè)備的遠(yuǎn)程集中控制，通過(guò)高清攝像機(jī)和光纖網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖過(guò)程的可視化監(jiān)管。所有監(jiān)測(cè)儀器和控制設(shè)備通過(guò)有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入養(yǎng)殖場(chǎng)監(jiān)控中心，采用監(jiān)控計(jì)算機(jī)及專用軟件對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行集中監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖生產(chǎn)的集成管理，提升管理水平和生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)殖場(chǎng);水質(zhì)監(jiān)測(cè);氣象監(jiān)測(cè);遠(yuǎn)程控制;視頻監(jiān)控;集成管理;自動(dòng)管控

中圖分類號(hào)： TP273? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2019）11-0250-07

我國(guó)是目前世界上最大的水產(chǎn)養(yǎng)殖國(guó)，水產(chǎn)養(yǎng)殖面積和產(chǎn)量均居世界首位[1]，其中池塘養(yǎng)殖占有重要地位。根據(jù)2018年漁業(yè)統(tǒng)計(jì)年報(bào)，我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖總面積為 744.90萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量為4 905.99萬(wàn)t，其中池塘養(yǎng)殖面積為292.78萬(wàn)hm2，產(chǎn)量2 388.74萬(wàn)t，分別占水產(chǎn)養(yǎng)殖總面積和總產(chǎn)量的39.3%、48.69%[2]。隨著生產(chǎn)要素的集中和養(yǎng)殖技術(shù)的提升，水產(chǎn)養(yǎng)殖朝著規(guī)模化、集約化的方向發(fā)展，政府也出臺(tái)相關(guān)政策鼓勵(lì)擴(kuò)大養(yǎng)殖規(guī)模，多個(gè)地方的漁業(yè)主管部門積極推進(jìn)老舊池塘改造，建設(shè)了一大批標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；a(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)以提升養(yǎng)殖產(chǎn)量和效益[3-8]。上海、江蘇等?。ㄊ校┻€專門出臺(tái)了水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)規(guī)劃和管理規(guī)范?！督K省百畝以上連片養(yǎng)殖池塘標(biāo)準(zhǔn)化改造專項(xiàng)規(guī)劃（2015—2020）》提出用5年時(shí)間對(duì)全省14.5萬(wàn)hm2的連片養(yǎng)殖池塘進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化改造，平均每年超過(guò)2.4萬(wàn)hm2。同時(shí)，行業(yè)龍頭企業(yè)也開始布局規(guī)模化養(yǎng)殖[9]。2016年以來(lái)，僅通威股份有限公司就在江蘇省建立了35個(gè)133 hm2以上的現(xiàn)代化漁業(yè)產(chǎn)業(yè)園，建設(shè)了標(biāo)準(zhǔn)化、配套齊全的養(yǎng)殖場(chǎng)[10]。

然而，隨著池塘養(yǎng)殖面積和產(chǎn)量的提高，生產(chǎn)管理遇到了新的問題。一是養(yǎng)殖場(chǎng)面積大，難以得到有效管理。每個(gè)管理人員往往負(fù)責(zé)一個(gè)養(yǎng)殖區(qū)，少則幾十公頃，多則數(shù)百公頃，因此難以及時(shí)掌握整個(gè)場(chǎng)區(qū)的生產(chǎn)情況。二是一線生產(chǎn)人員數(shù)量不足。雖然普遍配備增氧機(jī)和投飼機(jī)等機(jī)械化設(shè)備，但對(duì)于目前的規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)，大量設(shè)備需要人工手動(dòng)操作，加劇了人員短缺情況。三是生產(chǎn)決策缺乏科學(xué)依據(jù)?！翱刺?、看水”的經(jīng)驗(yàn)養(yǎng)殖方式依然占主導(dǎo)，依靠人工操作設(shè)備的方式難以精確控制[11]。要解決上述問題，必須采用自動(dòng)化和信息化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)精準(zhǔn)控制及集約化管理[12]。目前，標(biāo)準(zhǔn)化池塘養(yǎng)殖場(chǎng)建設(shè)重點(diǎn)在池塘修整、進(jìn)排水及尾水處理設(shè)施、道路及供配電設(shè)施等方面，對(duì)自動(dòng)化養(yǎng)殖設(shè)備及信息化管控技術(shù)關(guān)注較少。因此，本研究針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化池塘養(yǎng)殖場(chǎng)設(shè)計(jì)開發(fā)一套養(yǎng)殖生產(chǎn)自動(dòng)管控系統(tǒng)，并在系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)行過(guò)程中探索自動(dòng)化和信息化技術(shù)在規(guī)?；a(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用方式。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1.1 基礎(chǔ)條件 本研究設(shè)計(jì)的系統(tǒng)針對(duì)一個(gè)有30個(gè)池塘、總面積為140 hm2的標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)殖場(chǎng)，隸屬于某大型養(yǎng)殖企業(yè)。每個(gè)池塘面積約為4.6 hm2，長(zhǎng)寬比為10 ∶ 1。所有池塘從東向西依次排列，每個(gè)池塘配備有1臺(tái)投飼機(jī)和6臺(tái)增氧機(jī)。相鄰2個(gè)池塘之間的塘埂上等間距地布置有6個(gè)配電柜，在塘埂南邊建有值班房，如圖1所示。增氧機(jī)和投飼機(jī)通過(guò)電纜接入最近的配電柜。增氧機(jī)的啟停通過(guò)配電柜內(nèi)的斷路開關(guān)來(lái)手動(dòng)控制，投飼機(jī)的啟停通過(guò)設(shè)備自帶的開關(guān)來(lái)控制。管理人員負(fù)責(zé)生產(chǎn)決策，例如何時(shí)增氧、何時(shí)投飼。生產(chǎn)作業(yè)和設(shè)備操作由若干名一線生產(chǎn)人員承擔(dān)。由于養(yǎng)殖場(chǎng)面積大、設(shè)備數(shù)量多，生產(chǎn)人員操作設(shè)備進(jìn)行投飼和增氧作業(yè)時(shí)須要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間，造成每個(gè)池塘增氧時(shí)間不一致，投喂時(shí)間和投喂量也無(wú)法統(tǒng)一。1位管理人員難以掌握全場(chǎng)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)情況，經(jīng)常出現(xiàn)溶氧水平達(dá)標(biāo)后不能及時(shí)關(guān)閉增氧機(jī)、魚類食欲狀態(tài)較差時(shí)不能及時(shí)停止投飼等現(xiàn)象，造成電耗和飼料的浪費(fèi)，增加了養(yǎng)殖成本，同時(shí)也對(duì)水體環(huán)境造成一定影響。

1.1.2 系統(tǒng)總體方案 水質(zhì)調(diào)控和飼料投喂是池塘養(yǎng)殖的2個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是日常生產(chǎn)管理的主要內(nèi)容。因此，本研究設(shè)計(jì)的養(yǎng)殖生產(chǎn)管控系統(tǒng)圍繞上述2個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，服務(wù)于養(yǎng)殖生產(chǎn)管理需要。養(yǎng)殖水質(zhì)狀況與魚、蝦等養(yǎng)殖對(duì)象的生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)，從而影響到養(yǎng)殖產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，天氣條件也會(huì)顯著影響池塘水質(zhì)和魚類攝食。因此，本系統(tǒng)將池塘水質(zhì)和養(yǎng)殖場(chǎng)氣象條件作為監(jiān)測(cè)對(duì)象，實(shí)時(shí)獲取水質(zhì)和氣象信息，為養(yǎng)殖管理人員提供決策依據(jù)。日常生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)對(duì)增氧機(jī)和投飼機(jī)的操作來(lái)進(jìn)行水質(zhì)調(diào)控和飼料投喂作業(yè)。因此，本系統(tǒng)另一項(xiàng)重要功能是對(duì)增氧機(jī)和投飼機(jī)等設(shè)備的集中控制和遠(yuǎn)程操作，根據(jù)養(yǎng)殖管理人員的決策進(jìn)行統(tǒng)一管理。同時(shí)，由于養(yǎng)殖場(chǎng)面積大，管理人員難以全面掌握設(shè)備運(yùn)行和生產(chǎn)過(guò)程情況。因此，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用視頻監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)調(diào)控和飼料投喂等生產(chǎn)作業(yè)的可視化監(jiān)管，為管理人員提供實(shí)時(shí)監(jiān)控養(yǎng)殖場(chǎng)的整體情況。綜上所述，本系統(tǒng)的功能主要包括養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測(cè)、氣象監(jiān)測(cè)、養(yǎng)殖設(shè)備控制及生產(chǎn)過(guò)程視頻監(jiān)控。系統(tǒng)主要面向養(yǎng)殖場(chǎng)管理人員，以實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖生產(chǎn)集中管控為目標(biāo)，同時(shí)兼顧一線生產(chǎn)人員操作需要。

本研究設(shè)計(jì)的養(yǎng)殖生產(chǎn)管控系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備+監(jiān)控中心的方案，如圖2所示。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備、氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備、增氧控制設(shè)備、投飼控制設(shè)備及視頻監(jiān)控設(shè)備。上述設(shè)備布置在養(yǎng)殖池塘區(qū)域，通過(guò)有線或無(wú)線通信方式與監(jiān)控中心進(jìn)行通信。監(jiān)控中心通過(guò)計(jì)算機(jī)及專用管控軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、設(shè)備遠(yuǎn)程控制及視頻集中監(jiān)控等功能。養(yǎng)殖場(chǎng)管理人員通過(guò)監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)對(duì)全場(chǎng)的集成管控，同時(shí)也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程登錄監(jiān)控中心管控軟件來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。為了保證系統(tǒng)的可維護(hù)性和擴(kuò)展性，根據(jù)功能和設(shè)備特性把整個(gè)系統(tǒng)分為水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)、氣象自動(dòng)監(jiān)測(cè)、增氧和投飼設(shè)備控制、視頻監(jiān)控等4個(gè)部分，各部分之間保持相對(duì)獨(dú)立，通過(guò)監(jiān)控中心集成為一個(gè)完整的養(yǎng)殖生產(chǎn)管控系統(tǒng)。

1.2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)方案

與水產(chǎn)養(yǎng)殖密切相關(guān)的水體理化參數(shù)包括水溫、溶解氧含量、pH值、氨氮濃度及亞硝氮濃度等。其中水溫、溶解氧含量和pH值的自動(dòng)檢測(cè)較為方便，有成熟的傳感器可供選擇，成本可接受。氨氮和亞硝氮濃度的自動(dòng)檢測(cè)較為困難，現(xiàn)有的檢測(cè)儀器成本高昂、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要專業(yè)人員定期維護(hù)，一般應(yīng)用在環(huán)保監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，不適用于水產(chǎn)養(yǎng)殖。同時(shí)，養(yǎng)殖水體中氨氮和亞硝氮的濃度變化緩慢，不需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以通過(guò)人工采樣和實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)的方式獲取數(shù)據(jù)。因此，本研究設(shè)計(jì)基于小型水質(zhì)傳感器的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)殖池塘水溫、溶解氧含量和pH值等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)等3個(gè)部分組成，如圖3所示。根據(jù)監(jiān)測(cè)方式不同，常用的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備一般分為水質(zhì)監(jiān)測(cè)柜、岸基式水質(zhì)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)和太陽(yáng)能水質(zhì)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)3種。水質(zhì)監(jiān)測(cè)柜是將傳感器安裝在柜體內(nèi)，水泵抽取池塘內(nèi)的水樣輸送至監(jiān)測(cè)柜，由傳感器對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。該方式可以通過(guò)輪流抽水實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)池塘的水質(zhì)監(jiān)測(cè)，提高傳感器利用效率，適用于魚池面積小、排列密集的養(yǎng)殖車間或養(yǎng)殖場(chǎng)，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)工作量大。本研究中的養(yǎng)殖場(chǎng)池塘面積大、兩兩依次排列，不適合采用該方式。岸基式水質(zhì)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)將水質(zhì)傳感器安裝在簡(jiǎn)易浮體上，通過(guò)電纜從岸邊的供電箱供電。這種方式結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，浮標(biāo)體積小、質(zhì)量輕，便于安放在池塘內(nèi)。缺點(diǎn)是受電纜限制因而監(jiān)測(cè)范圍固定。太陽(yáng)能水質(zhì)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)自帶蓄電池和太陽(yáng)能光伏板，擺脫了電纜限制，能夠根據(jù)各個(gè)池塘的水質(zhì)狀況靈活調(diào)配使用，對(duì)于大面積池塘還可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)池塘內(nèi)不同區(qū)

域的水質(zhì)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，但成本相對(duì)較高?？紤]到成本因素，本研究將岸基式水質(zhì)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)和太陽(yáng)能水質(zhì)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)結(jié)合使用，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)全部通過(guò)通用分組無(wú)線服務(wù)（GPRS）網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控中心統(tǒng)一存儲(chǔ)和處理。監(jiān)測(cè)頻率為10 min/次。

1.2.1 岸基式水質(zhì)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)設(shè)計(jì) 岸基式水質(zhì)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)由傳感器、水面簡(jiǎn)易浮體和岸基供電箱等組成。傳感器電纜接入供電箱，由開關(guān)電源提供直流工作電源。同時(shí)通過(guò)供電箱內(nèi)的通信設(shè)備接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳。簡(jiǎn)易浮體采用聚氯乙烯（PVC）管材制成，預(yù)留2個(gè)傳感器安裝桿固定卡箍，可以安裝2種傳感器，如圖4所示。傳感器固定在安裝桿末端，安裝桿通過(guò)卡箍固定在浮體上，并能夠上下調(diào)節(jié)高度，從而可根據(jù)需要將傳感器伸入指定水層進(jìn)行檢測(cè)。

1.2.2 太陽(yáng)能水質(zhì)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)設(shè)計(jì) 太陽(yáng)能水質(zhì)浮標(biāo)由傳感器、浮體、太陽(yáng)能電池板、防水電箱、傳感器安裝桿、固定支架、無(wú)線通信模塊、通信天線等組成，如圖5所示。采用12 V太陽(yáng)能電池板和蓄電池組合供電方式，通過(guò)專用的太陽(yáng)能充放電控制器對(duì)電源進(jìn)行管理。蓄電池、充放電控制器及無(wú)線通信模塊安裝在防水電箱內(nèi)。浮標(biāo)主體采用工程塑料制作，內(nèi)部填充疏水性發(fā)泡材料。浮體上預(yù)留2個(gè)通孔用于安裝傳感器。傳感器固定在安裝桿末端，通過(guò)安裝孔插入水中。安裝桿通過(guò)卡槽與不銹鋼固定支架連接，并能夠上下調(diào)節(jié)高度，從而可根據(jù)需要將傳感器伸入指定水層進(jìn)行檢測(cè)。

1.3 氣象監(jiān)測(cè)方案

氣象監(jiān)測(cè)一般采用自動(dòng)氣象觀測(cè)站測(cè)量氣象參數(shù)。自動(dòng)氣象站是利用傳感器將傳感器感應(yīng)的氣象參數(shù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（如電壓、電流、頻率等），通過(guò)數(shù)據(jù)處理裝置將對(duì)這些電信號(hào)進(jìn)行處理，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的氣象要素值。來(lái)自各傳感器的檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)傳感器接口電路，根據(jù)設(shè)定的方式，由核心處理器進(jìn)行相應(yīng)的處理、存儲(chǔ)。處理后的氣象數(shù)據(jù)按規(guī)定的傳輸協(xié)議打包，將數(shù)據(jù)經(jīng)傳輸通道傳到監(jiān)控中心，如圖6所示。自動(dòng)氣象站安裝在養(yǎng)殖場(chǎng)附近空曠位置，監(jiān)測(cè)參數(shù)包括氣溫、氣壓、太陽(yáng)輻射、降水量、風(fēng)速和風(fēng)向，監(jiān)測(cè)頻率為10 min/次。

1.4 增氧和投飼設(shè)備控制方案

增氧機(jī)和投飼機(jī)是池塘養(yǎng)殖日常生產(chǎn)使用的主要設(shè)備。對(duì)于大規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)殖場(chǎng)，設(shè)備數(shù)量眾多，要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)的統(tǒng)一管控，須要構(gòu)建覆蓋所有池塘的設(shè)備控制系統(tǒng)，對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行集中控制和管理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)投飼和增氧的統(tǒng)一調(diào)度，從而可以根據(jù)實(shí)際養(yǎng)殖需要進(jìn)行諸如投飼前增氧、投飼中增氧、投飼后增氧等不同的綜合管控。為了降低集中控制可能帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，控制系統(tǒng)應(yīng)采用集中管理、分布控制的原則，所有設(shè)備的控制既要集中在監(jiān)控中心，又要保留在設(shè)備所在塘口就地操作的功能，即就地操作和遠(yuǎn)程集中管控2級(jí)控制。這種管控模式可以確保在監(jiān)控中心發(fā)生意外情況時(shí)也能夠通過(guò)人工就地操作保持設(shè)備正常運(yùn)行，從而保證養(yǎng)殖生產(chǎn)不中斷。設(shè)備控制系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、控制柜、無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心組成?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備主要是指增氧機(jī)和投飼機(jī)。設(shè)備控制系統(tǒng)方案如圖7所示。

由于養(yǎng)殖場(chǎng)池塘數(shù)量多，須要布置大量控制柜，如果采用有線通信，須要鋪設(shè)大量通訊電纜，成本高，工作量大，因此本研究設(shè)計(jì)采用無(wú)線通信方式。日常生產(chǎn)中對(duì)增氧機(jī)和投飼機(jī)的操控頻率低，通常每天的啟停作業(yè)不超過(guò)3輪，但每次操控時(shí)對(duì)命令傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時(shí)性要求較高。鑒于大量控制柜在養(yǎng)殖區(qū)域呈矩陣分布，因此選用ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模式，在每個(gè)控制柜內(nèi)配置1個(gè)ZigBee模塊作為路由節(jié)點(diǎn)，在監(jiān)控中心配置1個(gè)中心節(jié)點(diǎn)。監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)通過(guò)中心節(jié)點(diǎn)與所有路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。路由器節(jié)點(diǎn)具備信號(hào)中繼功能，通過(guò)多次中繼可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建立后，在信號(hào)覆蓋區(qū)域內(nèi)任何一個(gè)位置新增的設(shè)備都可以自動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò)，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性。控制柜設(shè)置在池塘邊，通過(guò)對(duì)柜內(nèi)開關(guān)的操作來(lái)控制設(shè)備電源的通斷，從而控制設(shè)備啟動(dòng)或停止?？刂乒裆显O(shè)置有手動(dòng)操作按鈕，管理人員和一線生產(chǎn)人員可以通過(guò)按鈕對(duì)設(shè)備進(jìn)行就地控制，也可以通過(guò)監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制?？刂乒耠娐吩砣鐖D8所示。

為了保證控制柜在野外環(huán)境下的正常操作，避免內(nèi)部電路淋雨，本研究設(shè)計(jì)的控制柜采用內(nèi)外雙門結(jié)構(gòu)，如圖9所示。內(nèi)部的小門作為操作面板，用于安裝控制按鈕。外門采用防水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并設(shè)有玻璃觀察窗，便于在不開門的情況下查看柜內(nèi)按鈕狀態(tài)。柜體材質(zhì)采用304不銹鋼，并通過(guò)立柱安裝在地面上，在方便人員操作的同時(shí)減少柜體受潮或浸水的風(fēng)險(xiǎn)。

1.5 視頻監(jiān)控方案

為了能夠?qū)崟r(shí)觀察投飼時(shí)魚類吃食情況及設(shè)備運(yùn)行情況，本研究設(shè)計(jì)了養(yǎng)殖場(chǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)覆蓋池塘投飼區(qū)的高清攝像機(jī)監(jiān)控畫面同步觀察各個(gè)池塘魚類攝食狀態(tài)，為養(yǎng)殖管理人員精準(zhǔn)控制投飼量提供實(shí)時(shí)信息。攝像機(jī)采用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，通過(guò)網(wǎng)線與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接，最終通過(guò)光纖將視頻信號(hào)傳輸至養(yǎng)殖場(chǎng)監(jiān)控中心。攝像機(jī)主要包括槍型攝像機(jī)和球型攝像機(jī)2種類型。前者攝像角度和焦距不可調(diào)，只能監(jiān)控固定的區(qū)域，優(yōu)點(diǎn)是成本低，可用于路口監(jiān)控;后者可360°旋轉(zhuǎn)監(jiān)控，焦距可調(diào)，用于池塘生產(chǎn)區(qū)域監(jiān)控。視頻監(jiān)控方案如圖10所示，在2個(gè)池塘之間的塘埂中間位置設(shè)置1套球型攝像機(jī)，用于監(jiān)控投飼和增氧作業(yè);在養(yǎng)殖場(chǎng)4個(gè)主要路口各設(shè)置1組槍型攝像機(jī)，用于人員和車輛出入監(jiān)控。

1.6 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心是整個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)生產(chǎn)管控系統(tǒng)的中樞，通過(guò)專用軟件集成水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)、氣象監(jiān)測(cè)、增氧投飼控制、視頻監(jiān)控等功能，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖生產(chǎn)過(guò)程的集中控制和管理。監(jiān)控中心主要由計(jì)算機(jī)、操作臺(tái)、大屏幕、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成，如圖11所示。

計(jì)算機(jī)安裝在操作臺(tái)內(nèi)，所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及視頻監(jiān)控畫面都在大屏幕上進(jìn)行集中顯示。管理人員可通過(guò)操作臺(tái)上的計(jì)算機(jī)進(jìn)行日常管理和操作。

2 系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

由于經(jīng)費(fèi)有限，在系統(tǒng)建設(shè)時(shí)將養(yǎng)殖場(chǎng)分為核心示范區(qū)和擴(kuò)展示范區(qū)。核心示范區(qū)覆蓋10個(gè)池塘，按照上述設(shè)計(jì)方案配置設(shè)備，包括太陽(yáng)能水質(zhì)浮標(biāo)、增氧和投飼控制柜及球型攝像機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。擴(kuò)展示范區(qū)覆蓋20個(gè)池塘，僅做水質(zhì)監(jiān)測(cè)，每個(gè)池塘配置1套岸基式水質(zhì)浮標(biāo)。監(jiān)控中心設(shè)置在養(yǎng)殖公司辦公區(qū)，與養(yǎng)殖池塘的距離大約為500 m。同時(shí)，辦公區(qū)附近有1座當(dāng)?shù)貧庀缶纸ㄔO(shè)的氣象站，作為養(yǎng)殖場(chǎng)氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源。

2.1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)安裝部署

1～10號(hào)池塘采用太陽(yáng)能水質(zhì)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)，使用時(shí)浮標(biāo)漂浮在水面上，通過(guò)繩索系泊，如圖12所示。需要變更檢測(cè)位置時(shí)只需解開繩索，拖動(dòng)浮標(biāo)至指定位置或?qū)⒏?biāo)搬入其他池塘即可。11～30號(hào)池塘使用岸基式水質(zhì)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)。安裝后傳感器和浮體也漂浮在池塘水面上，用繩索系泊。同時(shí)傳感器電纜連接至岸邊的供電箱。

2.2 無(wú)線控制柜安裝部署

1～10號(hào)池塘配置增氧和投飼控制柜。每個(gè)池塘內(nèi)6臺(tái)增氧機(jī)大致等間距分布，投飼機(jī)則安裝在池塘岸邊中間位置。增氧機(jī)和投飼機(jī)已經(jīng)鋪設(shè)了電纜連接至配電柜。為了充分利用現(xiàn)有的配電柜并減少新增電纜鋪設(shè)量，將控制柜與現(xiàn)有的配電柜一一對(duì)應(yīng)，即相鄰2個(gè)池塘之間的塘埂上等間距布置6臺(tái)控制柜，共30臺(tái)控制柜，安裝在配電柜旁邊的混凝土地基上，如圖13所示。這樣可以利用已有的電纜將增氧機(jī)和投

飼機(jī)接入控制柜。每個(gè)控制柜只需要采用一小段電纜從配電柜內(nèi)引入電源即可。

2.3 生產(chǎn)管控軟件開發(fā)

管控軟件基于易控組態(tài)軟件和SQLserver數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行開發(fā)。為了便于管理人員使用，將水質(zhì)監(jiān)測(cè)、氣象監(jiān)測(cè)及增氧和投飼控制集成在一套軟件中，通過(guò)不同的界面進(jìn)行操作。管控軟件主要界面如圖14至圖16所示。管理人員通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)監(jiān)測(cè)信息和設(shè)備的集中管理。通過(guò)軟件的Web發(fā)布功能，管理人員在外地也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程登錄進(jìn)行管控。

2.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)安裝部署

核心示范區(qū)內(nèi)每2個(gè)池塘的塘埂中間安裝1套球型攝像機(jī)，共5套攝像機(jī)覆蓋10個(gè)池塘的生產(chǎn)作業(yè)區(qū)域。同時(shí)在養(yǎng)

殖場(chǎng)4個(gè)路口安裝槍型攝像機(jī)用于人員和車輛監(jiān)控。鄰近的多臺(tái)攝像機(jī)通過(guò)網(wǎng)線經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)接入同一根主光纖，同時(shí)攝像機(jī)由附近的配電箱供電，這樣可以大大減少線纜鋪設(shè)工作。攝像機(jī)全部采用?？低暤漠a(chǎn)品，視頻監(jiān)控畫面如圖17所示。除了在監(jiān)控中心進(jìn)行管控，管理人員還可以通過(guò)?？低暤氖謾C(jī)客戶端隨時(shí)隨地查看監(jiān)控畫面。

2.5 監(jiān)控中心部署

管控軟件部署在監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)上。計(jì)算機(jī)采用性能穩(wěn)定的工業(yè)計(jì)算機(jī)，安裝在操作臺(tái)內(nèi)。管理人員在操作臺(tái)上進(jìn)行日常生產(chǎn)管理。大屏幕由9臺(tái)液晶拼接顯示單元以3×3的排列方式拼接組合而成，作為整個(gè)生產(chǎn)管控系統(tǒng)的集成顯示界面，如圖18所示。

3 總結(jié)

池塘養(yǎng)殖正朝著規(guī)?；?、集約化的方向發(fā)展，環(huán)境因素和規(guī)模化管理成為集約化養(yǎng)殖中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。本研究設(shè)計(jì)開發(fā)的養(yǎng)殖生產(chǎn)管控系統(tǒng)集成了水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)、氣象監(jiān)測(cè)、增氧和投飼設(shè)備控制及視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)殖環(huán)境信息和設(shè)備的集成管控，可以為生產(chǎn)管理提供科學(xué)的數(shù)據(jù)來(lái)源和有效的控制手段，符合養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，提升了生產(chǎn)管理效率。參考文獻(xiàn)：

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