李 澥，吳炳宏

（廣州大學華軟軟件學院，廣東 廣州 510900）

針對目前我國水產養(yǎng)殖規(guī)模越來越大，種類越來越豐富，傳統養(yǎng)殖方式已不能滿足現在的要求，目前國內養(yǎng)殖戶在水質檢測方面大多仍采用人工取樣分析的方式，即時性差，耗時費力。隨著物聯網、云計算等先進信息技術的發(fā)展與應用，水產養(yǎng)殖信息化必將進入新的發(fā)展時代。針對以上問題，本研究擬開發(fā)一套基于物聯網的大型水產養(yǎng)殖系統平臺，實現對大型水域的水質檢測、飼料投喂、數據分析等功能。

1 系統設計

（1）系統總體架構。系統集數據、圖像實時采集、無線傳輸、智能處理和預測預警信息發(fā)布、輔助決策等功能于一體，功能可分為3部分：①具有自動巡航、定位及避障功能的無人駕駛機動船；于負責水質生態(tài)綜合信息的獲取分析以及養(yǎng)殖設備遠程調控的終端設備；③由移動通信服務、遠程操控、信息管理查詢等構成的應用服務平臺。如圖1所示。

圖1 系統總體架構圖

（2）自動巡航及數據采集部分。采用APM2.8飛控系統結合PID算法、超聲波避障實現船體按照GPS軌跡自動巡航。應用STM32單片機實現對水溫、PH、濁度、聲納等傳感器的實時數據采集，如圖2所示。

圖2 自動巡航及傳感數據采集

（3）數據傳輸層及實時監(jiān)控。采用TCP/IP、2.4G無線兩種通信方式完成傳感器數據及視頻傳輸。同時還能實時監(jiān)控增氧設備及時補充水中的氧氣，啟動水溫調節(jié)等裝置，從而實現對水產養(yǎng)殖環(huán)境的實時監(jiān)控，如圖3所示。

圖3 數據傳輸層及實時監(jiān)控

（4）智能化應用管理平臺。應用層提取數據庫數據，分別實現網頁端、PC端、手機端的應用；并進行數據處理和分析，為用戶提供決策和分析的依據，如圖4所示。

圖4 智能化應用管理平臺

2 功能實現與應用

（1）APM2.8實現船體按GPS軌跡自動巡航。無人船在大幅減少環(huán)境生態(tài)監(jiān)控裝置數量的同時，有效提高了裝置的檢測精度。分析國內學者在飛控APM無人機方面的研究，APM2.8飛控板結合Mission Planner地面站軟件使動力船可根據所在區(qū)域地圖規(guī)劃的GPS軌跡運用PID算法對飛控板進行相應的調參設置，實現船體按照GPS軌跡自動巡航。為了規(guī)避障礙，動力船的前方、左側及右側都裝有超聲波避障探頭,當偵測到的障礙信號時，動力船會改變當時的航行方向以避開障礙物，最終實現船的無人自動巡航，如圖5所示。

圖5 APM巡航軌跡圖

（2）聲吶探魚，智能投料。在自動巡航船的底部裝有聲納探頭實時偵測魚群的數量，并攜帶自動投料裝置；當偵測到有魚群信號時，船會停下啟動自動投料裝置；控制器根據魚群的密度預設投料時間，若投料速度設為V，則投料量為M=VT，同時，控制器會自動記錄魚群的密度和投料的數量。投料結束后船體恢復航行狀態(tài)，此時控制器控制聲吶傳感器停止偵測一段時間后再繼續(xù)偵測魚群（錯開時間點檢測）。這種移動式的投料方式實現了飼料的精準投喂，有效解放了勞動力以及節(jié)省飼料用量，如圖6所示。

圖6 聲納探魚投料示意圖

圖7 水質監(jiān)測曲線圖

（3）水質監(jiān)測。為了監(jiān)測水產品在養(yǎng)殖過程中的環(huán)境因子如水溫、PH值、溶氧量等數據流，在無人船上攜帶DS18B20溫度探頭、PH探頭、TDS濁度傳感器能實時監(jiān)測水域水溫、酸堿、渾濁度等生態(tài)環(huán)境因素。當水質出現異常時，如水域PH值過高，則系統會通知岸邊基站開啟異常保護模式，此時岸邊基站根據水質異常情況自動啟動水泵執(zhí)行換水操作，及時改善水域的PH值直到恢復正常狀態(tài)，如圖7所示。

3 結語

文章研發(fā)的大型養(yǎng)殖水域監(jiān)控系統，利用APM無人船的自動巡航功能，集移動式水質監(jiān)測、預警、智能投料、視頻監(jiān)控、遠程控制等功能于一體，旨在降低水產養(yǎng)殖成本的同時提高養(yǎng)殖的生產效率，為現代化水產養(yǎng)殖應用提供借鑒經驗和參考價值。

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