国内养殖池塘溶解氧智能监测与调控研究进展

第37卷第3期中国农机化学报Vo1．37No．3Mar．2O16国内养殖池塘溶解氧智能监测与调控研究进展*马从国，王建国，周恒瑞(淮阴工学院，江苏淮安，223002)摘要：养殖池塘溶解氧是鱼类赖以生存的重要指标，及时准确地对池塘溶解氧进行智能监测与调控才能确保池塘溶解氧满足鱼类生长需要和提高养殖经济效益。本文从池塘溶解氧智能检测、预测模型、监控系统和智能控制方法等方面阐述了国内池塘溶解氧智能监测与调控研究的现状，并提出未来研究展望，对相关池塘溶解氧监测与调控技术研发有一定的参考价值。关键词：溶解氧；智能监测与调控；现状；研究进展中图分类号：$969文献标识码：A文章编号：2095—5553(2016)03—0261-04马从国，王建国，周恒瑞．国内养殖池塘溶解氧智能监测与调控研究进展FJ3．中国农机化学报，2016，37(3)：26I～264MaCongguo，WangJianguo，ZhouHengrui．Researchadvanceonintelligentmonitoringandregulationfordissolvedoxy—genindomesticponds[J]．JournalofChineseAgriculturalMechanization，2016，37(3)：261~2640引言池塘溶解氧能够较好地维持池塘生态环境，增强鱼体的活动能力，提高代谢水平和产品品质，加速有机物分解，减少有毒有害物质产生，它是水产养殖动植物生命要素和渔业水体的重要水质指标之一_】]。如果养殖水体中溶解氧过低，就会给鱼类生长和繁殖带来不利影响，还可能造成鱼类大面积死亡。养殖水体保持足够溶解氧可以减少养殖动物应激、提高饲料效率和确保养殖经济效益。因此，在池塘缺氧之前进行池塘溶解氧的预测，及时掌握池塘水域溶解氧的动态变化规律，确保养殖水体溶解氧含量满足鱼类不同生长阶段的需要是鱼类健康生长并获得良好经济效益的关键因素之一。因此，深入开展养殖池塘水体溶解氧智能监测和调控的研究对促进渔业养殖的健康发展具有重要意义z-。1溶解氧检测溶解氧是水产养殖池塘水质很重要的控制指标之一，常用测定溶解氧的方法有碘量法和氧电极法。碘量法检测耗时长、程序复杂和离线式，无法满足池塘溶解氧在线监测与控制系统要求；氧电极法是在电解液中还原水样中的溶解氧，根据扩散电流与氧浓度成相关性原理，通过测量电解液中的扩散电流值来测定养殖池塘水质中溶解氧含量。朱成云[3设计基于极谱式薄膜氧电极法池塘水质溶解氧测量电路，该电路根据恒定水温中扩散电流i与池塘水质的溶解氧溶解度C成正相关原理，通过测量传感器输出电流值来计算养殖池塘水质中的溶解氧含量，把溶解氧传感器的输出电流信号转换成电压信号输入C8051F04O单片机的A／D转换电路，实现对养殖池塘溶解氧的测量。王永[4]构建膜式溶氧电极在线测量数学模型，通过软件补偿解决膜式溶氧电极随温度和盐度对池塘水质溶解氧含量的影响，拟合的溶解氧电极特性与实测特性吻合良好，通过软件对膜式溶解氧电极进行建模补偿得到的溶解氧检测精度比硬件补偿精度高、方法简便和实用，可以满足池塘水质溶解氧控制系统的在线测量与控制要求。根据氧电极法检测精度低、稳定性差和易受外界电磁场干扰等缺点，刘忠勋等[5]基于荧光猝灭原理研制一种能用来测定水产养殖池塘溶解氧的光纤氧传感器，该传感器的响应时间短、测量范围宽和检测精度高，具有较强的稳定性、较好的重复性和较强的抗干扰能力，可以实现对养殖池塘溶解氧的连续在线监测，提供水产养殖池塘溶解氧便捷、快速和高效检测手段，具有较高的应用开发价值。因此，通过软件建模补偿与研发高精度溶解氧传感器是提高养殖池塘溶解氧检测精度的有效手段。收稿Et期：2014年1O月20日修回El期：2015年2月9日*基金项目：江苏农业支撑计划(BE2010427)第一作者：马从国，男，1969年生，江苏泗阳人，博士，副教授；研究方向为农业生物环境控制与现场总线应用。E—mail：macongguo@163．com2溶解氧预测中国农机化学报池塘溶解氧具有时变性、非线性和大时滞等特点，预测养殖池塘溶解氧的变化规律是高质高效调控养殖池塘溶解氧的前提。苗雷[6在分析影响养殖池塘溶解氧因素的复杂性和非线性的基础上，构建了基于神经网络的池塘溶解氧预测模型，该模型是一种新型的池塘溶解氧智能预测方法，预测结果与实测数据拟合良好。为提高溶解氧预测精度和效率，郭连喜[7利用模糊神经网络良好的非线性逼近能力，构建了基于模糊神经网络的池塘溶解氧预测模型，通过粒子群优化算法对模糊神经网络进行训练，该池塘溶解氧预测模型的收敛速度明显加快，样本训练后得到的模糊神经网络模型对测试样本有很高的拟合能力，该模型对池塘溶解氧具有较高的预测精度。为了提高养殖池塘溶解的预测精度，马从国[8在分