基于轮毂电机清污机构的鲟鱼养殖池精准投喂方法与装置

本发明属于水产养殖，具体的说是涉及一种利用轮毂电机清污机构获取污水中氨氮含量变化，以动态调整鲟鱼饵料投喂量方法与装置。

背景技术：

1、随着淡水养殖业的快速发展，环境污染的问题也越来越严重。淡水养殖造成环境污染的原因来源于两个方面：一是水产生物排泄物的累积，二是过量投喂产生冗余饵料的污染。这些原因不仅对环境造成严重的污染，同时对淡水养殖水环境产生过量氨氮导致水产生物染病而亡。因此，如何及时清除养殖池污物与实现精准投喂的问题是能否确保淡水养殖业持续发展的关键。

2、在鲟鱼养殖中，由于鲟鱼进食量与排泄量较多，冗余饵料与鲟鱼粪便就成为其淡水养殖过程中的主要污染源。在清除鲟鱼粪便的同时，采用精准投喂方法可以大大减少冗余饵料的产生。目前，鲟鱼养殖池精准投喂主要依靠摄像头等视觉装置观测水面浮饵数量进行投饵量的控制，如中国专利申请号为201110340825.4的文献公开的一种全自动浮水饲料投饵机与中国专利申请号为201510513763.0的文献公开的循环水养殖浮饵自动投放方法与装置，这些方法虽然可以识别水面剩余浮饵数量，但是忽略了水下下沉的冗余饵料数量，显然是不准确的，容易造成饵料浪费，还会增加耗氧，形成水质污染。因此，如何准确地获取鲟鱼养殖水下冗余饵料的数量是解决鲟鱼养殖池精准投喂方法问题的关键。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决上述鲟鱼养殖存在的问题，提出一种基于轮毂电机清污机构鲟鱼精准投喂方法与装置，既能及时清除鲟鱼淡水养殖池的污物，又能实现精准投喂，减小饵料浪费和水质污染。

2、为实现上述目的，本发明基于轮毂电机清污机构的鲟鱼养殖池精准投喂装置采用以下步骤方案：在鲟鱼养殖池的底部设置池底采集板，池底采集板中心开有贯通池底的收集孔，于池底采集板上表面四周各设置一个清污机构；每个清污机构都包括一个水下轮毂电机、承载支架和刮污板，水下轮毂电机的壳体连接水平的承载支架，承载支架固定连接刮污板，刮污板垂直于池底采集板且底部与池底采集板接触；四个清污机构中的第一、第二清污机构两两面对，其刮污板的两端贴近鲟鱼养殖池的池壁，第三、第四清污机构两两面对，其刮污板的长度与收集孔的直径一致；收集孔经排水管连接且连通污水池，污水池内部设置氨氮含量检测传感器；收集孔下方的排水管设置1号电磁阀和2号电磁阀，2号电磁阀在1号电磁阀下方且之间间隔固定的距离，1号电磁阀与2号电磁阀之间的排水管处连接且连通一个大气等压管，大气等压管的顶端与大气相通顶端高度超过鲟鱼养殖池中最高水面高度；靠近污水池的排水管上设置排水泵。

3、进一步地，排水泵经水泵开关控制模块通过有线方式连接系统mcu控制模块，1号无线信号收发模块、1号太阳能电池板和投饵机控制模块均置于投饵机上部，1号太阳能电池板向1号无线信号收发模块和投饵机控制模块供电，上位机服务器通过无线传感器网络分别与1号无线信号收发模块和2号无线信号收发模块通信，1号无线信号收发模块经有线方式连接mcu控制模块，投饵机经投饵机控制模块与系统mcu控制模块相连接，氨氮含量检测传感器通过有线方式连接2号无线信号收发模块，氨氮含量数据由2号无线信号收发模块通过无线传感器网络发送至上位机服务器中。

4、本发明所述的鲟鱼养殖池精准投喂装置的投喂装方法采用的技术方案是包括以下步骤：

5、步骤1)：在第1个投喂周期内，投饵机向鲟鱼养殖池中均匀投入池内鲟鱼一个进食周期所需的最少量饵料量q(n1)；

6、步骤2)：待第1个进食周期结束，所有的饵料沉底，第一、第二清污机构在相应的水下轮毂电机的带动下做相向运动，在各自的刮污板到达收集孔边缘处停止；第三、第四清污机构做相向运动，直到第三、第四清污机构的刮污到达收集孔边缘处停止，鱼粪或鱼粪与冗余饵料混合物的污水被刮除至收集孔内；然后四个清污机构复位；

7、步骤3)：等污物完全沉淀至1号电磁阀附近，打开1号电磁阀，使含有鱼粪或鱼粪与冗余饵料混合物的污水向下进入1号电磁阀与2号电磁阀之间的排水管中；待污水完全沉淀至2号电磁阀附近，关闭1号电磁阀，含有鱼粪或鱼粪与冗余饵料混合物的污水处于1号电磁阀与2号电磁阀之间的排水管中以及大气等压管中，形成固定容量的污水；

8、步骤4)：打开2号电磁阀，同时启动排水泵，所述的固定容量的污水从排水管排入污水池中，关闭2号电磁阀与排水泵；

9、步骤5)：氨氮含量检测传感器检测出所述的固定容量污水的氨氮含量λ(n1)，然后净化污水并清空污水池；

10、步骤6)：在第2到第m周期内，投饵机分别向鲟鱼养殖池内均匀投入鲟鱼一个进食周期的饵料量分别为q(n1)+δq,q(n1)+2δq,…,q(n1)+(m-1)δq，然后重复步骤2)-5)，获到对应的固定容量污水氨氮含量分别为λ(n2),λ(n3),…,λ(nm)；

11、步骤7)：分别计算出对应的污水氨氮含量相对投饵量的变化率k1,k2,…,km-1，拟合出一条定量污水氨氮含量相对投饵量的曲线，找到该曲线上定量污水氨氮含量相对投饵量变化率的突变点，则该点对应的前一个周期的投饵量即为最佳投饵量。

12、进一步地，还包括：

13、步骤8-1)：当鲟鱼养殖池中养有a条生存时间均为d天的鲟鱼时，将所述的最佳投饵量作为第一个最佳投饵量f(a,d)＝q(n1)+(m-2)δq，

14、步骤8-2)：继续以第一个最佳投饵量f(a,d)投喂，当氨氮含量检测传感器检测出的氨氮含量λ的值减小超过5％时，则先将当前投饵量更新为q(n1)，然后再次重复步骤1)-6)，重新测定得到最佳投饵量，则该重新测定得到最佳投饵量为第二个最佳投饵量f(a,d)；

15、步骤8-3)：如此重复步骤8-2)n次，n≥15，得到n个最佳投饵量f(a,d)；

16、步骤8-4)：将鲟鱼条数a和鲟鱼生存天数d作为神经网络的输入，所述的n个最佳投饵量f(a,d)作为神经网络的输出训练神经网络，获得神经网络模型；

17、步骤8-5)：当改变鲟鱼条数a和鲟鱼生存天数d时，将鲟鱼条数a和鲟鱼生存天数d作为所述的神经网络模型的输入，得到对应于改变后的鲟鱼条数a鲟鱼生存天数d最佳投饵量f(a,d)，则投饵机以改变后的最佳投饵量f(a,d)投喂。

18、本发明采用上述技术方案后具有如下优点：

19、1、本发明通过轮毂电机清污机构采集养殖池内鲟鱼粪便或鲟鱼粪便与冗余饵料的混合物，置于两个电磁阀之间的管道内，形成等体积污水，再使用排水泵抽出至污水池，利用污水池内氨氮含量检测传感器检测出污水中氨氮含量；通过分析渐进式递增投喂量实验中不同采集周期内污水氨氮含量的动态变化，获取横坐标为投饵量与纵坐标为定量污水氨氮含量的拟合曲线图；其中，投喂量较少阶段污水中尚未形成冗余饵料，在此投喂量范围内反映的是仅有鲟鱼粪便对定量污水氨氮含量的影响，形成一条受鲟鱼粪便影响为主的斜率线；在投饵量超过鲟鱼最大进食量后，鲟鱼粪便量不再增加，形成定值；定量污水氨氮含量的变化主要受冗余饵料的影响；随着投饵量继续增大，冗余饵料也随之增加，从而形成一条受冗余饵料影响为主的新斜率线；根据曲线中投饵量与污水氨氮含量的斜率变化，获取投饵量的递增形成的冗余饵料从无到有的临界点，这个投饵量临界值即为最佳投喂量，因此能精准投喂。

20、2、本发明根据淡水养殖池污物形成机制，创建鲟鱼投饵量与定量污水氨氮含量之间的关系曲线，有效地找到了随着投饵量递增所产生的冗余饵料从无到有的临界点，实现了满足鲟鱼生长需求的最佳投喂，节约了饵料，减少了污染，提高了经济效益。

21、3、本发明与现有的全自动浮水饲料精准投喂方法相比，由于浮水饲料在水中一段时间后会自然下沉，本发明有效避免了下沉浮水饲料计数不到的误差。本发明不仅可用于浮水饲料，而且可用于非浮水饲料。

22、4、本发明运用大气等压管与两个电磁阀的组合形成一套可以控制固定容积污水收集与排放的装置，便于在等量污水条件下有效检测污水氨氮含量。

23、5、本发明设计一套由轮毂电机驱动的清污机构，有效地实现了淡水养殖池污物定期清理，不仅避免了环境污染，而且可避免因氨氮过量导致水产生物染病死亡的风险。