为了促进水产养殖信息化的发展,更加准确、便捷地对水产养殖塘进行监测,该文研发了一种基于窄带物联网(narrow band Internet of Things,NB-IoT)技术的养殖塘水质监测系统,实现了对多传感器节点信息(温度、pH值、溶解氧等环境参数)的远程采集和数据存储功能,以及对养殖塘的智能控制和集中管理。系统利用STM32L151C8单片机和传感器终端实时采集温度、pH值、溶解氧等水质信息,通过NB-IoT技术实现数据汇总和远距离传输至IoT电信云平台,Keil工具实现NB无线通信模组数据格式的设计以及数据的发送,Java用于开发访问云平台、控制底层设备和本地数据处理的后台监测应用,其既能够发送HTTP请求对云平台数据进行监测,也可以向底层控制模块下发命令,控制增氧机等设备的启动和关闭。试验结果表明:该系统可实时获取温度、pH值、溶解氧等水质参数信息,温度控制精度保持在?0.12℃,平均相对误差为0.15%,溶解氧控制精度保持在?0.55mg/L以内,平均相对误差为2.48%,pH值控制精度保持在?0.09,平均相对误差为0.21%。系统整体运行稳定,数据传输实时、准确,能够满足实际生产需要,为进一步水质调节和水产养殖生产管理提供了有力的数据和技术支持。
养殖池塘中溶氧(DO)与鱼、蟹等水产品的生长有着十分密切的关系。为了提高DO的预测精度和有效性,提出了一种基于经验模态分解(EMD)和自适应扰动粒子群优化最小二乘支持向量机(LSSVM)的组合预测模型。首先将DO时间序列通过EMD分解成若干分量,接着对各个分量进行相空间重构,在相空间中用LSSVM对各分量进行建模预测,并使用自适应扰动粒子群算法对LSSVM的超参数进行优化,采用单点迭代法进行多步预测。结果显示:该模型与单一LSSVM预测模型相比,具有良好的预测效果。预测未来4 h DO值时,各项性能指标误差均方根(RMSE)、平均相对误差均值(MAPE)和平均绝对误差(MAE)三项指标分别降低了13.4%、11.3%和1.8%;预测未来24 h DO值时,三项指标分别降低了12.9%、12.1%和2.7%。研究表明:该组合模型可有效提取DO序列特性,具有较高的预测精度和泛化性能。
