水产养殖水质检测与控制技术研究进展

蒋新花

（泉州台商投资区管理委员会环境与国土资源局，福建 泉州 362100）

中国一直以来都是非常大的水产品消费国以及生产国，在水产养殖的过程中，影响到水产养殖环境的关键参数包括了水中的溶解氧含量、水温、pH、氨氮含量、盐度等一系列内容，其中水温、溶解氧含量以及水中所含有的pH值是最为关键的几个环节。养殖不同种类的产品对水中各式各样不同参数的要求也有着一定的区别，需要根据不同国家以及地区对养殖水产品水质参数范围进行一定的了解，并且划分出相应的标准。

1 水产养殖水质检测参数

1.1 水温

在水产养殖水质检测的过程中，水温是十分重要的参数。水温的变化不仅仅影响到了与鱼类在进食时的食欲和新陈代谢，同时也直接影响到了鱼类在开展繁殖活动时的效果。水温中包括了水中的溶解氧，有毒物质的化学反应以及氨和毒性等。如果水温不断上升，水中的溶解氧就会越来越少，鱼类的呼吸速度会加快，直接加大了鱼类的耗氧量，而溶解氧进一步的减少则会导致鱼类出现死亡，而如果水温过低，则鱼类会进入一种休眠的状态中会停止生长。为此，一定要及时检测水体的温度，并且采取相应的措施将水体温度稳定在一定范围内，这是十分必要的一点。

1.2 溶解氧含量

溶解氧含量是指在水中或者是在其他液体中分子氧的含量，这也是鱼类在呼吸、废物分解以及藻类呼吸中的必需产品。溶解氧是水代谢的指标，更是现阶段水产养殖水质监测过程中最重要的指标之一。有利于监测水中的有机污染物以及营养污染物，溶解氧过低会导致鱼类的生存出现问题，而如同时也会导致水中的厌氧菌迅速繁殖，直接导致水质变差。而如果水中的溶解氧过高，则会出现水中出现大量的幼虫和卵，对这两种发育有着非常显著的影响，容易导致鱼塘富氧化以及气泡病等灾害。目前常用的溶解氧含量测量方法帮包括碘量法、电化学法及荧光淬灭法等。其中碘量法属于化学检测的方法，所消耗的时间较长，并且步骤非常的繁琐，并不适用于现场对其进行测定。而电化学法的整体技术则更加成熟，仪器价格则相对较低，检测的过程中非常方便快捷，属于我国的标准检测方法。荧光淬灭法在检测溶解氧时，主要是通过氧分子本身对于荧光物质所产生的淬灭效果，进而实现检测的需求。荧光淬灭法检测精度高，并且速度快，但是在使用时存在一个问题就是价格相对较为昂贵。

1.3 pH

pH同样是衡量水中酸碱度的重要指标，pH也可以将其称酸碱度，是检测水环境中化学生物反应的最重要指标之一。p同样也影响到了鱼类在生存和养殖过程中的整体效果，多数情况下，鱼类适宜生存在中性或微碱性的水体中，而如果当水中pH过低，鱼类自身的自身维持酸碱的平衡能力就会受到非常明显的影响，而血液中的载氧量也会迅速的降低，很有可能会出现鱼类窒息的现象，而如果ph过高，鱼类可能会出现腮出血的现象。

2 水产养殖水质控制系统通信技术

2.1 水质控制系统通信技术分类

在水产养殖水质控制的过程中，由于受到了应用环境的独特性影响，传统的有线控制方式需要铺设电缆器，并不利于水产养殖水质的监控。为此，在针对水产养殖领域进行水质监控的过程中，其主要的监控通讯方式是以无线监控为主，无线监控本身具有成本低，并且功耗相对较低等一系列特点，需要着重分析无线监控的通信技术。通讯技术可以根据其覆盖的距离以及通信覆盖的范围两个不同点进行分析。

无线传感网可以将其分为无线广域网技术以及无线局域网技术两种不同的内容。而其中局域网包括了Wi-Fi，蓝牙等，其通讯距离相对短，在当前应用在前端无线传感器的组网形式上。而ZigBee相比于Wi-Fi和蓝牙等技术，其功率消耗更低、成本更低。同时ZigBee具有多跳、自组织等一些特点，每一个节点均可以作为相邻范围内传输节点的数据中转站，并且利用ZigBee可以在短时间内不断拓宽无线网络应用时的覆盖范围，广泛的应用在目前我国水产养殖水质监测的传感网络中。无线广域网技术包括的较多，无论是常见的移动通信网，2G，3G，4G，5G网或是GPRS等，也包括了低功耗的广域网WAN等。

2.2 ZigBee通信技术

2.2.1 优势

通过现阶段对我国水产物联网的远程通信技术效果使用进行分析发现仍旧以GPRS为主。在水产养殖水质检测的过程中，其实传感器和路由节点的部署，可以在水产养殖监测的区域内利用ZigBee形成自组织形式构成独特的网络。而网络本身也具有节点和路由的双重功能。该传感器的节点既负责数据的采集，同时也负责数据的处理，能够将所有的数据以融合的方式形成多跳的网络，直接传送到汇聚的节点，通过汇聚节点能够实时的接收并且处理网络中所含有的一系列节点信息。利用GPRS可以直接地传输到远端控制中心进行使用。ZigBee通信技术是现阶段我国水产养殖水质控制系统通信技术中的重点内容之一。由于ZigBee技术本身是比本身所需要消耗的成本低、功率低、速率低，并且是一种无线通信技术，符合现阶段水产养殖水质检测的相关使用标准机，主要应用在能耗要求较低，并且数据吞吐量并不高的地区。

2.2.2 特点

ZigBee技术具有非常强大的组网能力，能够形成三种不同的网络拓扑结构，其中包括了星型、网状以及树型三种，而其中新型的网络拓扑结构和树状的拓扑结构本身具有相对于简单并且能耗低等特点，适用一些规模较小并且复杂程度较低，距离相对近的场景进行使用。而Mesh网则具有容错率较高，自适应性能较好，适用于传输距离相对较长并且大范围通信距离较广的复杂网络组网方案中。在目前我国的水产养殖水质监控系统中，大多数情况下所选择的是Mesh网拓扑结构，这是一个非常常见的一种方式。

3 水产养殖水质智能控制技术

水产养殖水质智能控制技术的机理和系统、模型预测等，具体分析如下：

3.1 控制中心智能控制机理

3.1.1 水产养殖智能控制系统

当前，水产养殖智能控制系统包括了控制中心养殖、养殖现场的设备控制两个不同的部分。而控制中心除了对可以对现场的水质参数进行实时的分析监控，还可以在现场直接采集相应的数据，预测该模型的走向以及模型的整体使用效果。专家也可以结合自己的知识库对水质的参数进行及时的分析和预测，并且根据报警规则辅助用户在短时间内做出相应的决策，能够提高水质控制的整体效果。通过目前的发展状态进行分析，其水质自动控制系统仍旧没有完全脱离出实验环境，并且其控制方式也存在着阈值控制、定时控制、PID控制等简单的算法。例如，溶解氧含量的参数变化，由于控制因素较多，参数变化会受到了各种不同控制因素影响，受制于阈值控制、定时控制等简单算法的控制。当监测到了参数值低于阈值时，很难在短时间内找到相应地采取措施。为此，在养殖水质智能控制技术时需要根据水质参数预测算法对水质的变化预测作出实时的分析，结合现场的自动控制设备实现对水质的智能控制，提高预测的整体使用效果，可以通过传感器采集到的do、pH值、水温、盐度等一系列水质参数，直接通过GPRS传送到控制中心。

3.1.2 模型预测

控制中心所形成的监控系统也可以利用已经建立好的预测模型，对所有的等待检测和控制的参数进行预测和分析，并且根据水产养殖过程中所养殖的品种不同，其生产生长的周期不同进行分析，了解到养殖信息库货，获取该时期在养殖水产时应正常的参数标准以及报警归报警规则库。如果预测的参数已经超出了限制，则需要在最短时间内报警。而设置的报警方式较多，可以通过语音、电话或短信等形式，应该在报警时展现出预警的等级以及正常的标准参数，并且进入到报警记录中，如果预测值超出限制，没有达到需要报警的情况则需要直接计入日志，并且向用户进行信息的提醒。除此之外，在控制中心需要配备专家知识库，在报警后随时随地的直接向用户提供针对当下的状况，选择应对措施，同时控制中心也具有传感器数据实时控制库，历史数据实时查询，趋势分析以及多传感器的数据比较等方式，能够根据现场的设备以及实际情况开展远程控制等一系列的功能。

3.2 现场设备控制

现场设备控制也应该具有控制以及远程控制两种模式，其目的是为了提高对水产养殖、水质监测的整体质量，也能够提高控制的整体效果，让我国不同地区的水产养殖水质质量更佳。现场直接对所有的设备进行调控的就地模式也可以分为手动模式以及自动模式。而手动模式和自动模式的区别就是利用现场控制装置进行控制开关或是按钮，以人工手动的方式对设备进行启动和停止的控制，而自动控制则是利用控制流程或是简单的算法，比如说阈值、定时、PID等，直接实现设备的自动运行以及停止。而远方控制则是由控制中心的控制软件通过GPRS现场控制装置来，直接实时的制定发生控制命令，其最终的目的是实现对所有调控装置的远程控制，提高调控装置在设计时的整体设计质量。

4 结语

综上所述，通过对我国现阶段水产养殖水质在使用时的使用效果进行分析，能发现渔船养殖区往往都处于一种相对较为偏远的地区，并且其环境相对较为恶劣，特别是随着海洋水产养殖业的进一步扩大，逐步向着深海方向转移，使得水产养殖水质监测系统不同于陆地上的物联系统，其在使用的过程中需要考虑到方便部署、低功耗、无人操作、少维护等一系列的内容。