一种水产养殖的自动增氧装置及方法与流程

本发明涉及水生动物的养殖，具体涉及一种水产养殖的自动增氧装置及方法。

背景技术：

1、水产养殖业是人类利用可供养殖(包括种植)的水域，按照养殖对象的生态习性和对水域环境条件的要求，运用水产养殖技术和设施，从事水生经济动、植物养殖。发展水产养殖业对于人类社会发展有着重要意义，包括：提供大量高质量的蛋白质来源，保证食品的供给及稳定；为当地居民提供就业机会，增加农民收入，促进经济发展；通过改良养殖技术，减少对环境的负面影响；推动遗传工程、疫苗开发、饲料优化等领域的发展等。

2、随着养殖技术的不断迭代，水产养殖技术有了很大进步，但仍存在一系列问题，如水环境的恶化；生产方式落后，养殖模式单一；智能化、自动化、机械化、信息化程度不高等问题。水产养殖业的关键技术在于增氧技术，常见的增氧技术包括：化学增氧、机械增氧、换水增氧等。

3、现有技术中公开了相关技术：

4、公开号为cn110810320a的中国专利公开了一种水产养殖系统的增氧控制方法及水产养殖系统；具体公开了：所述增氧控制方法包括：步骤100：检测各水域的溶氧值；步骤120：获取各水域的溶氧值以及对应水域预设的溶氧值下限，并将各水域的溶氧值与对应的溶氧值下限比较；步骤140：根据比较结果判断需要启动的增氧机数量是否大于第一预设值，其中，所述第一预设值个增氧机的瞬时总功率小于所述配电变压器当前的剩余功率容量；步骤160：若是，根据预设的规则分批启动需要启动的增氧机。通过在同时有多个水域的溶氧值同时低于对应的预设的溶氧值下限时，根据预设规则分批启动需要启动的增氧机避免了配电变压器过载，保证了水产养殖系统的可靠性。

5、公开号为cn111066718a的中国专利公开了一种无人化水产养殖增氧工作站及增氧方法；具体公开了：包括浮板、驱动机构、增氧机构和注氧机构，驱动机构设置在浮板的上表面，注养机构环形设置在浮板的周边，注氧机构包括橡胶浮圈、浮桶、阀门、导气管、安装板、排气鸭嘴和三通阀，橡胶浮圈固定安装在浮板的侧壁上，且橡胶浮圈内固定安装有浮桶，浮桶侧壁开设的出氧口通过导气管与安装板的进氧口固定连接，且安装板的底部固定安装有四个环形设置的排气鸭嘴，每一个排气鸭嘴均与安装板底部开设的排氧口固定连接，导气管上安装有三通阀。具有增大了空气与水体混合接触面积优点。

6、公开号为cn103399523a的中国专利公开了一种水产养殖池塘增氧机的自动化控制系统与方法；具体公开了：包括：增氧机，其特征在于：所述的增氧机的自动化控制系统由监控终端、数据服务器、无线可编程控制器以及溶氧量传感器组成；增氧机和溶氧量传感器分别与无线可编程控制器相连接，无线可编程控制器通过基站收发台(bts)与数据服务器连接通讯，数据服务器与监控终端连通传递数据；若干溶氧量传感器分布在水产养殖池塘中收集池塘养殖水中的溶氧量；无线可编程控制控制增氧机对养殖池塘进行供氧。通过自动化对增氧机进行控制的模式有效减少了人工干预，使养殖用水一直保持在标准溶氧量数值以上，确保了养殖产量与成功率，降低了操作人员的劳动强度，降低了生产所需成本。

7、然而：上述现有技术仍然存在以下问题：

8、1、水产养殖自动增氧系统的自动化、信息化和智能化程度不高，采集或依据的信息数据较少，对于养殖水域溶解氧含量的控制精度不高。

9、2、应对突发状态能力不足，更多的是依靠操作员的经验和技术进行应对，容易出现应对不及时等情况。

技术实现思路

1、为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种水产养殖的自动增氧方法，包括以下步骤：

2、一种水产养殖的自动增氧方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、s1、采集养殖水域含氧量；将养殖水域划分成待测量区域，使用电化学探针法同时对待测量区域测定含氧量，并计算得出养殖水域含氧量平均值

4、s2、采集养殖水域环境参数；按时间变量对环境参数进行采集，并对采集得到数据进行预处理，构建含氧量评价模型，生成评价参数δot；

5、s3、建立历史氧气消耗曲线；基于养殖水产品种及密度按比例搭建模拟水域，测定模拟水域中氧气消耗量，建立历史氧气消耗曲线ret；

6、s4、建立含氧量预测模型；基于s1-s3得到数据形成含氧量数据池以含氧量数据池为训练数据，基于机器学习模型，训练得到含氧量预测模型，输出含氧量预测值opre；

7、s5、构建标准含氧量区间曲线；根据养殖水产品种的溶解氧耐受度，得出不同养殖时期养殖水产品种存活的含氧量含量下限值与上限值，建立标准含氧量随时间变化的区间曲线；

8、s6、生成增氧策略；结合标准含氧量区间曲线与预测值生成增氧策略。

9、进一步地，所述环境参数包括：气压，水温，风力，水质；

10、所述评价模型如下：

11、

12、其中，δot为评价参数，表示含氧量含量随环境参数的变化值；δp为水域和大气的气压差，δp＝pw-pa；为水域平均水温；f(v,a)为风力影响函数，g(xi)为水质影响函数，α,β,γ,ξ分别为拟合系数。

13、进一步地，所述风力影响函数如下：

14、f(v,a)＝owind(v,h)·a+r

15、其中，owind(v,h)为单位面积水域含氧量与风速变化系数，a为水域面积，r为调节参数。

16、进一步地，所述水质影响函数如下：

17、g(xi)＝a+k1x1+λ+knxn

18、其中，g(xi)按照历史测定数据拟合曲线得出，a,k1,λ,kn为拟合系数，n为水质参数的数量。

19、进一步地，步骤s4中所述机器学习模型为lightgbm，学习步骤如下：

20、s41、数据准备，将发射数据池作为训练数据；

21、s42、模型构建，设置学习率、树的数量、叶子节点最大数量等参数；

22、s43、模型训练，将训练数据进行扩充，使用扩充后的训练数据对模型进行训练；

23、s44、模型评估及优化，构建验证集，调整设置参数以优化模型。

24、进一步地，所述结合标准含氧量区间曲线与预测值生成增氧策略，包括以下步骤：

25、s61、获取时间段[t,t+δt]含氧量平均值值

26、s62、基于含氧量预测模型预测得到下一时间段[t+δt,t+2δt]含氧量预测值opre；

27、s63、计算得出下一时间段[t+δt,t+2δt]含氧量

28、s64、根据ot+1与标准含氧量区间差值do选择增氧策略。

29、进一步地，所述增氧策略包括：

30、物理增氧：使用增氧设备将空气注入水域；

31、化学增氧：使用过氧化钙、过氧化镁等化学物质在水中反应释放氧气；

32、混合增氧：结合物理增氧及化学增氧方式混合增氧。

33、进一步地，所述根据ot+1与标准含氧量区间差值选择增氧策略，包括以下步骤：

34、s641、设定第一阈值y1与第二阈值y2；

35、s642、若差值do＜y1，则使用物理增氧，若y1≤do≤y2，则使用化学增氧，若do＞y2，则使用混合增氧；

36、s643、模拟实施增氧策略，得到含氧量变化值，基于变化值对预测值进行修正，重复s63-s64，直至预测值与变化值误差小于预设值，确定最终增氧策略；

37、s644、基于最终增氧策略自动控制增氧装置进行增氧。

38、一种水产养殖的自动增氧装置，包括：

39、数据采集模块，设定多个传感器，用于采集含氧量，水域环境参数；

40、数字储存器，用于储存采集得到的数据；

41、数据分析模块，用于对采集得到的数据进行处理并构建预测模型；

42、增氧机，用于实现物理增氧；

43、布置机，用于定量投放化学物质，实现化学增氧；

44、自动控制程序，用于实现增氧策略的自动控制。

45、进一步地，所述增氧机包括布置在各养殖水域区域的输气管道，以实现养殖水域的全面增氧。

46、本发明的有益效果为：

47、1、本发明建立含氧量预测模型，除了策略当前时间段的水域含氧量外还考虑水域环境参数以及历史氧气消耗的影响，基于机器学习模型训练得到预测模型得到下一时间段的含氧量预测值，以应对突发状态。

48、2、构建标准含氧量区间曲线，通过插值得到增氧策略，实现增氧装置的自动化、信息化和智能化，提供增氧精度。

49、3、本发明生成增氧策略后进一步对增氧策略进行模拟，避免因为增氧策略的缺陷导致含氧量超过区间上限，结合模拟结构对增氧策略中的具体参数进行微调，减少不必要能耗，节约能源。