智能云計算養殖水環境實時監控系統解決方案

在漁業產業升級的背景下，需要通過調結構、促升級，提高增加高附加值品種養殖規模和養殖模式。利用智能云計算實現養殖水域環境調控，提高名特優品種水產養殖密度，實現轉型工業化水產養殖。
    工廠化水產養殖主要內容是建立一個水體循環的封閉養殖工廠，通過一系列的生物和物理手段對養殖水體進行監測和控制，創造出*適宜魚類生長的水體環境。實現工廠化養殖關鍵是水體循環處理和控制系統，即控制水體溫度，濁度，pH，氨氮，COD，BOD，DO等具有重要意義的水質參數。
    使用物理手段準確控制的參數，即氨氮、溫度，溶解氧，pH值進行在線監測和控制。在線監測并可以及時自動調整以保證養殖水體滿足魚類生長要求。對這些參數自動控制對工廠化水產養殖很重要，有些是通過生物方法進行控制的，比如用生物濾器通過硝化反應轉他氨氮，此類參數可以監測，對其進行準確的控制，可以充分體現工廠化水產養殖的優勢。
1溫度控制
    不同魚類適合有著不同的生長的溫度，在*佳的溫度下，魚類生長得快，飼料轉化效率高，體質強壯，抵抗魚病能力強。生物濾器的效率也與溫度有關系，過低的溫度會影響氨氮轉化效率，在冷水性魚類的養殖過程就要考慮溫度的影響，但在溫水養殖中，溫度不是影響氨氮的主要因素。
  
 
2溶解氧控制
2.1溶氧控制意義
    工廠化水產養殖水體中需要有大量的氧氣，魚類的生理活動需要氧氣，每噸魚每天消耗3 kg氧，生物濾器轉化氨氮需要氧，如果每噸魚每天排出1 kg氨氮，要消耗4.75 kg氧；每天直接間接消耗7. 57 kg以上的氧，所以持續不斷的為魚類和生物濾器提供充足的溶解氧(DO)是水體循環處理系統正常運行的必要條件。為了魚類*快
地生長，DO參數應該保持在水體DO飽和度60%以上或是高于5ppm。當DO在2ppm以下，硝化細菌就無效了。
2.2控制溶氧的方法及其原理
    控制溶氧其實就是控制向養殖水體中增氧的過程。
由于國內現階段池塘養殖方式較為廣泛，工廠化養魚工場規模大多較小，所以主要使用機械式增氧機。
2.3溶氧自動控制
    在水產養殖過程中，溶氧在不同的時間是變化的，比如說喂食以后，魚類消化食物會使溶氧量迅速降低，這時就要控制充氣泵加大充氣量，保證溶氧量。在溶解氧需求減少時，就要減少充氣量，以減
少充氣時間，降低能源消耗。因此，溶解氧自動監測和增氧的適時控制是非常必要的。
    溶氧自動控制過程如下：由放置在水中的溶氧傳感器檢測水體溶氧，輸出給變頻器。變頻器根據接受到的控制結果改變電流頻率，從而控制充氣泵或增氧機電機轉速升高降低，改變充氣量多少，滿足溶氧量的要求。
3 氨氮控制
3.1 氨氮控制意義
  氮元素是藻類必需的一種常量元素，也是養殖水體中較常見的一種限制初級生產力的營養元素，對生產影響很大。
在人工養殖池塘的水體中，氮以分子態氮（N₂）、無機態氮（NH₃、NH₄⁺、NO₂^-、NO₃^-）及有機物（如尿素、氨基酸、蛋白質）等形式存在。在生物、非生物及人為因素的影響下，它們在水體中，不斷地轉化、遷移，不斷地進行著動態循環。其中水中以NH₃和NH₄⁺離子存在的氮元素對生產影響*大，NH₃與NH₄⁺都是藻類必需的營養鹽，幾乎所有藻類都能直接、迅速而且優先利用NH₃與NH₄⁺。其不利的一面是由于氨態氮的存在抑制藻類對亞硝酸態氮（NO₂^-）和尿素的利用；而且氨態氮在轉化成硝酸鹽的過程中還要消耗水中溶氧，尤其是分子態氨（NH₃）對魚類及其他水生動物有很強的毒性，即使濃度很低，也會抑制生長，損害鰓組織，加重魚病，對養殖和生產造成不利影響。
池塘水體中氨氮的主要來源是池水和底泥中含氮有機物的分解及水生生物的代謝。尤其在高投入、高產出的池塘中人為的大量投餌、施肥使池塘中含氮有機廢物數量增加；放養的密度大，生物代謝旺盛，排泄廢物氨的數量增多。氨的增加速率大大超過了浮游植物利用極限，至使氨在水中積累。
水產養殖過程中，蛋白質消化的副產物是氨氮，每100磅的飼料能產生大概2.2磅的氨氮，氨氮以兩種形態存在與水中，一種是離子態(NHt)，一種是非離子態(NH3)，非離子態氨氮對魚類毒性*，必須將其轉化或是清除。
應此，監控水體氨氮指標控制增氧機調節氨氮含量，對保護魚類和避免過度投放飼料有重要意義。
4、Ph控制
4.1 Ph控制意義
    微生物處理去除養殖水體中的氨氮是比較常用的一種經濟、有效的方法，即建立一個生物活性濾池，在生物濾池中形成的生物膜上進行硝化反應，能使水中的有毒物質氨氮轉化為毒性較低的硝酸鹽并從水體中排放出來，達到去除氨氮的目的。
   硝化過程中主要依靠的是硝化細菌，硝化細菌數量關系到去除氨氮的效果。通過實驗證明，pH值直接影響到硝化細菌和反硝化細菌的數量，偏堿性的水質有利于硝化菌群生長。pH值在7.5時，氨氮去除效果能夠滿足現
有工廠化養殖所要求的非離子氨≤0. 05 mg/L，亞硝酸鹽≤1 mg/L，硝酸鹽≤200 mg/L水平。
4．2控制現狀
    國外很早就注意到pH值對水體中氨氮的形式和硝化過程的影響。有研究表明，水體pH≤7時會降低硝化細菌的活性,pH=7時，絕大部分的總氨氮是處以離子狀態的，pH=8.75時，30%的總氨氮處于非離子態，而非離子態氨對魚類毒性*。生物膜去除氨氮的過程中要將pH值控制在7左右， pH值下降，影響魚類生存。
4.3 pH自動控制的實現
    pH自動控制的目標是保持pH值一直在7～8之間。工業領域和環保領域廣泛采用pH自動控制系統，使用的是變頻器調節水泵加中和劑（生石灰）或是使用調節閥添加中和劑。
對于工廠化水產養殖而言pH值變化范圍不大，變化速度也比較緩慢，所以不需要使用變頻器或調節閥之類昂貴的執行件，應該使用電磁閥。
    pH自動控制系統是周期采樣控制，由傳感器將檢測到的水體pH值數據送至電磁閥控制開關。
5水質監控系統
    養殖有許多需要關注的參數，有些參數是相互關聯的，為了便于實時調控養殖水質，需要將重要的參數檢測出來，加以整合后集中顯示和控制，這就是實時水質監控系統。水質監控系統就是采用電子非電量電測對水中的氨氮、溫度，pH值，溶氧量，硬度等4個主要影響魚類生長的主要水質參數進行適時的檢測，并在現場和遠程終端顯示出來，方便漁業管理部門或是養殖人員隨時了解養殖情況，并可以進行一些操作，如開關閥門，還要對一些參數進行控制，根據數據比較計算的緒果發出指令由自動控制系統進行糾正。
水質參數的檢測主要通過各種基于不同原理的水下傳感器來實現。傳感器將收集的數據經過現場控制器處理控制增氧或加藥機，發出控制指令，改變水質參數以達到養殖要求。
進而可以通過無線傳輸方式將數據匯總到監控中心，或者發送到云端，養殖戶通過手機上網查看水質情況。當出現水質報警時，發送報警短信信息到用戶手機，實現遠程監控。
水質監系統特點是自動化程度高，能做到連續監控，及時地保證養殖水體滿足要求，同時還能降低如增氧系統，投飼系統等其他系統的能量損耗。這一技術是工業化養魚與傳統漁業重要區別，能充分體現了工業化養魚的先進性，是高效率，高科技的象征。
 

 

 
6、實施方案
 

方案1、養殖環境水質現場監控系統:
序號	設備名稱	數量	單位	價格	備注
1	氨氮在線檢測儀	1	套
2	Ph在線檢測儀	1	套
3	溫度在線檢測儀	1	套
4	溶解氧在線檢測儀	1	套
5	鹽度	1	套
6	控制箱	1	個
合計

該方案適合個體養殖戶，現場單機監測控制，無遠程查看、報警功能，基本型配置。
 
 

方案2、養殖環境水質云監控系統:
序號	設備名稱	數量	單位	價格	備注
1	氨氮在線檢測儀	1	套
2	Ph在線檢測儀	1	套
3	溫度在線檢測儀	1	套
4	溶解氧在線檢測儀	1	套
5	鹽度在線檢測儀	1	套
6	無線傳輸組網模塊	1	套		數據采集、傳輸、輸出控制
7	控制箱	1	個
8	云端軟件	1	套
9	系統服務年費	1	年
10	系統集成費
合計

該方案為規模養殖，現場監控與云端監控結合，允許增加多點監控，性價比高，*型配置。
 

方案3、養殖環境水質終端監控系統
序號	設備名稱	數量	單位	價格	備注
1	氨氮在線檢測儀	1	套
2	Ph在線檢測儀	1	套
3	溫度在線檢測儀	1	套
4	溶解氧在線檢測儀	1	套
5	余氯在線檢測儀	1	套		水質消毒劑自動控制
6	濁度在線檢測儀	1	套		水質濁度、浮游生物檢測
7	鹽度在線檢測儀	1	套
8	控制箱	1	個
9	現場工業服務器	1	臺		數據采集、傳輸、輸出控制
10	終端軟件	1	套		后臺監控、數據管理統計輸出
11	電腦	1	臺		可自配
12	系統集成費
合計

該方案適合大型企業的工業化養殖，多點組網監控，便于漁業管理部門預警監控，管理型配置。
7、意義及效益分析
漁業養殖水環境實時監控的三種方式，即現場控制基本型、云端多點組網*型、工業化系統管理型。
實施可以從現場型系統開始，隨需求增加至云端*型，當一個行政區域內應用的漁業養殖單位達到一定數量，可由漁業主管部門協調升級至工業化系統管理型。
該項技術的應用，將是水產養殖技術的一場革命，徹底改變過去靠個人經驗養殖的歷史。通過對水產養殖環境進行定量的數字化管理，提高養殖科學性。
1、通過水體控制，合理增加放養密度，達到增產30%。
2、減少人工使用和勞動強度，提高勞動生產率，降低成本20%。
3、節能減排，精確測量與控制，做到精準增氧、精準投喂、降低餌料投放，節省換水次數與用電量50%。
4、提高產品品質，減少魚病，增加收益10%。
利用該項新技術，年綜合提高收益30%以上。1-2年可以收回投入成本。是一項值得推廣的革命性新技術應用。