集约化水产养殖水质在线监控系统解决方案

　　1、背景

　　如何保持水环境的生态平衡，是水产养殖优质、高效的关键技术。渔谚有“养好一池鱼，首先要管好一池水”是十分恰当的比喻。

　　水质调控是实现健康养殖的关键环节，主要目的是控制水体温度、pH、DO、盐度、浊度、氨氮、COD、BOD等对水产品生长环境有重大影响的水质参数，为水产品提供最佳的生长环境。而目前一般养殖场缺少有效条件实时在线监测养殖水质的基本参数，因此很难给予针对性的水质调控。

　　2、系统简介

　　集约化水产养殖水质在线监控系统是面向水产养殖集约、高产、高效、生态、安全的发展需求，基于智能传感、无线传感网、通信、智能处理与智能控制等物联网技术开发的，集水质环境参数在线采集、智能组网、无线传输、智能处理、预警信息发布、决策支持、远程与自动控制等功能于一体的水产养殖物联网系统。该系统是中国农业大学中欧农业信息技术研究中心主持的国家863计划“集约化水产养殖数字化集成系统”的重大成果。

　　养殖技术人员在监控中心通过监控系统可以实时掌握养殖水质环境信息，及时获取异常报警信息及水质预警信息，并可以根据水质监测结果，实时调整控制设备，实现水产养殖的科学养殖与管理，最终实现节能降耗、绿色环保、增产增收的目标。此外，集团用户还可以通过网络实时掌握分布在不同地点的养殖场的水质信息和员工工作情况。

　　3、系统组成

　　该系统由智能水质传感器、无线传感网、增氧控制器和监控平台组成。

　　（1）智能水质传感器

　　针对水质传感器多为电化学传感器，其输出受温度、水质、压力、流速等因素影响，传统传感器有标定、校准复杂，适用范围狭窄，使用寿命较短等缺点。采用IEEE1451智能传感器设计思想，使传感器具有自识别、自标定、自校正、自动补偿功能；智能传感器还具有自动采集数据并对数据进行预处理功能，双向通讯、标准化数字输出等其他功能。

　　本系统针对水产养殖对水质的要求，可同时监测温度、溶解氧、pH、电导率和浊度五个参数。所采用的传感器均为中国农业大学自主研发的水质传感器，可靠性高、易于维护，适合水产养殖领域推广应用。

　　（2）无线传感网络

　　无线传感网络可实现2.4GHz短距离通讯，现场无线覆盖范围3公里；采用智能信息采集与控制技术，具有自动网络路由选择、自诊断和智能能量管理功能。

WSN无线智能采集器

　　（3）增氧控制器

　　增氧控制器由RTU8400测控终端和电控箱等构成，是实现增氧控制的关键部分，它可以驱动叶轮式、水车式或微孔曝气空压机等多种增氧设备。SMC4800测控终端可以根据需要配置成无线数据采集节点及无线控制节点。
  
 

　　（4）监控平台

　　用户通过监控平台可以实施监测水质参数，同时监控计算机对数据进行分析处理，做出控制决策，通过无线接入点向配电箱发送控制指令。

　　4、特色与创新

　　1）所采用的溶解氧、pH、温度、电导率、水位、浊度等智能水质传感器均为中国农业大学的发明专利，具有自识别、自校正、自补偿功能和通用数字串口，有良好的互换性，便于设备更新维护，且价格是国外产品价格的1/6到1/10。
　　2）所研制的无线传感网络具有组网灵活、超低功耗的特点，无线单跳通信距离不低于500m，通过无线中继与缓存技术，可覆盖10平方公里的养殖场范围。
　　3）无线网络设备均为3.0V电池供电，具有低电压、低功耗的特点，并由太阳能补充供电，免除布线，降低了设备成本，方便现场安装，适用于野外长期监控，并且节能降耗。
　　4）该系统集智能传感、智能处理和智能控制于一体，系统自动化水平高、监测精确、控制及时、能耗低。
　　5）该系统提供手机短信遥控功能，并提供3G、4G手机视频监控接口，在任一有手机信号的地方都可实现远程监控。
　　6）该系统提供云计算服务，特别适合大范围（可至区、县、甚至省域）水产养殖的水体疫情、疫病、应急决策服务和养殖信息的咨询。
　　7）采用该系统实现了与设施渔业技术、生态修复、健康养殖技术进行有机融合，对水质进行综合监控与修复，可以改善水产养殖环境，使水产品在适宜的环境下生长，增强水产品的抗病能力，减少和避免大规模病害的发生，从而有效提高了水产品的产量和质量。
　　8）使用本系统所养殖品种规格变大，总产提高，同时减少水产养殖对周边水体环境的污染，具有显著的经济社会效益，适合大面积推广。

　　5、典型案例

　　宜兴河蟹养殖环境智能监控系统
　　天津工厂化水产养殖环境智能监控系统
　　天津设施水产养殖在线监测系统
　　东营数字化水产养殖系统
　　宁波水产养殖环境智能监控系统
　　寻山集团水产养殖数字化管理系统
　　珊瑚礁白化现场监测系统

　　6、中心简介

　　中国农业大学中欧农业信息技术研究中心暨农业先进传感技术北京市工程研究中心，是国家科技部挂牌的国际科技合作基地，主要致力于农业物联网技术及产品的研究和开发，重点研究农业先进传感技术、无线传感网络、通信技术、智能处理技术、农业系统集成技术和面向物联网的信息服务技术，制定农业物联网标准，开发农业物联网产品与平台。研究中心现有教授2人，副教授22人，博士研究生15人，硕士研究生35人，产品研发与推广人员40余人，在集约化水产与畜禽养殖、设施温室大棚、大田种植、特种种养殖、农产品仓储、农情监测、农业病虫草害防治、农产品质量安全追溯等农业信息技术应用领域及农村信息化战略方面具有长期的研究基础。