水产养殖专家系统的设计与实现
水产养殖专家系统的设计与实现
张红燕等：水产养殖专家系统的设计与实现
水产领域专家系统起步于 20 世纪 90 年代初，在水产养 殖、疾病诊断、渔业资源评估等方面研发了一些专家系 统[5]，如网络化淡水虾养殖专家系统[6-7]，鲟鱼养殖专家 系统[8]，鱼病诊断与防治专家系统[9-11]，渔业资源评估专 家系统[12-13]，在系统的功能，交互性，可操作性等方面取 得了一些进展。此系统是一个水产养殖经营者用于进 行生产计划、养殖管理和经济分析的计算机处理系统。 1 系统设计 1.1 系统结构
一般情况下，控制器工作的启动方式有自动和人 工二种工作方式，在自动方式下，采样设备（下位机传 感器）按采样周期间隔读取数据，将读取数据进行智能 化计算处理，并在阈值范围内显示自动处理结果，系统 按照处理结果自动给控制设备发送控制命令。而在人 工工作方式下，系统则按照人工设定的阈值范围进行 报警处理。如果控制设备是下位机，则控制状态是设 置报警上下限值或是控制继电器断开或连通设置状
张红燕等：水产养殖专家系统的设计与实现
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图 5 专家知识查询
Hale Waihona Puke 图 6 系统设备管理答案，见图 5。 系统监控设备包括采样设备和控制设备，采样设
备通常是监测设备（传感器）或第三方监测系统，控制 设备可以是具有控制诸如增氧机、投饵机、水泵等功能 的下位机，通常具有继电功能。系统设备管理见图 6。
水产领域专家系统起步于20世纪90年代初在水产养疾病诊断渔业资源评估等方面研发了一些专家系如网络化淡水虾养殖专家系统系统鱼病诊断与防治专家系统家系统1213鲟鱼养殖专家人机交换界面在系统的功能交互性可操作性等方面得了一些进展
中国农学通报 2011,27(01):436-440 Chinese Agricultural Science Bulletin
水产养殖中的养殖系统的建设和管理
水产养殖中的养殖系统的建设和管理随着人口的增长和对水产品需求的不断增加，水产养殖业正变得越来越重要。
而一个高效的养殖系统的建设和管理对于水产养殖业的可持续发展至关重要。
本文将从建设和管理两个方面探讨水产养殖系统的相关问题。
一、养殖系统的建设1.选址在筹建养殖系统前，选址是十分重要的一项工作。
合理的选址能够减少环境风险，提高养殖系统的稳定性。
首先要考虑水质情况，选择水质好、富含营养物质的地点。
其次，要考虑水体流动情况，选择水流畅、水深适宜的地区。
2.规划设计在选定合适的场地后，需要进行规划设计工作。
规划设计要根据养殖品种的特性和需求，合理规划养殖池塘的数量和面积。
同时还要考虑到水源和排水系统的布局和设计，确保水的循环利用和排泄物的处理。
3.配套设施建设除了养殖池塘外，养殖系统还需要一些必要的配套设施。
如水泵、空气增氧装置、温度调控装置等。
这些设施可以提供必要的水生生物生长环境，保障养殖的顺利进行。
二、养殖系统的管理1.品种选择不同的水产养殖品种具有不同的生长特性和环境需求。
因此，在养殖系统的管理中，需要根据养殖场的条件和经济效益选择合适的品种。
要考虑种苗的可获得性、成长周期、抗病性等因素，并做好品种的跟踪研究和培育。
2.养殖管理养殖管理是养殖系统中最关键的一环。
首先要建立科学的饲养方案，包括饲料的种类和投喂量、养殖密度等。
同时，还需要定期监测水质情况，保障水质合适。
定期检查和清理养殖设施，避免污染和疾病的发生。
另外，要做好疫病防控工作，定期进行疫苗接种和药物预防。
3.环境保护养殖系统的建设和管理要兼顾环境保护，避免对周边水域和生态环境造成不利影响。
要合理利用和循环利用水资源，降低水质污染风险。
另外，要正确处理养殖废弃物，采取科学的处理措施，减少对生态环境的影响。
4.数据管理和技术创新现代化的养殖系统需要依靠数据和技术来进行管理和优化。
要建立健全的数据采集和管理系统，随时掌握养殖环境和生物生长的相关指标。
基于BP神经网络的水产健康养殖专家系统设计与实现
基于BP 神经网络的水产健康养殖专家系统设计与实现3曹 晶1, 谢 骏23, 王海英2, 王广军2, 胡朝莹2(11广东技术师范学院自动化学院,广东广州510630;21中国水产科学研究院珠江水产研究所,广东广州510380)[摘要] 针对传统专家系统的知识获取困难、推理能力弱、智能水平低和实用性差等缺点,阐述了BP 神经网络运用于水产健康养殖专家系统的设计思想,对水产养殖中的饲养、水环境调控、疾病诊断的模糊描述进行量化,从系统模型和实现流程上说明本专家系统的特点,并以水质评价子系统为例,对平台功能和性能进行测试1实验数据表明,误差小于1%1该平台克服了完全依靠专家经验的主观性,诊断效率高,具有较高的实用性、通用性和灵活性1关 键 词:水产养殖;专家系统;神经网络;BP 算法;水质评价中图分类号:TP182 文献标识码:A 文章编号:1000-5900(2010)01-0117-05Design and Implementation on Expert System ofH ealth Aquiculture B ased on BP N eural N et w orksCA O J ing 1, X I E J un 23, W A N G H ai 2ying 2, W A N G Guang 2j un 2, HU Chao 2y ing 2(11School of Automation ,Guangdong Polytechnic Normal University ,Guangzhou 510630;21Pearl River Fisheries Research Institute ,Chinese Academy of Fishery Sciences ,Guangzhou 510380China )【Abstract 】 In allusion to the insufficiencies such as difficulties in knowledge acquisition ,weak inference ca 2pability ,low intelligence level and bad practicality of traditional expert systems ,this paper introduces de 2sign concepts of BP neural network applies to expert system of health aquiculture ,and quantifies the f uzzydescriptions ,such as aquaculture ,water environment control ,disease diagnosis.The characteristics of theexpert system are illuminated f rom the system model and the realization of that process ,and water quality e 2valuation system as an example for testing the f unctions and performance of the platform 1Experimental datashows that the error rate is less than 1%.The platform has been completely overcome the subjectivity ofexperience to rely on experts ,which has the advantages of diagnostic efficiency ,high practicality ,versatilityand flexibility.K ey w ords : aquaculture ;expert system ;neural network ;BP algorithm ;water quality evaluation水产健康养殖专家系统是数字化渔业养殖的重要组成部分,是以现代信息技术、人工智能技术和养殖工程技术为支撑,使生产方式从传统的以物流为核心转换为以信息流为核心,帮助我们实现以最少的资源耗费获得最大的优质产出和高效益,从而促进我国现代化水产养殖产业的发展1有关水产养殖专家系统特别是鱼病专家系统的研究较多[1～4],而涉及养殖管理全程的专家系统尚缺,现代渔业和水产品质量安全管理要求水产健康养殖覆盖养殖生产全程1针对传统专家系统的知识获取困难、推理能力弱、智能水平低、实用性差等缺点,本文阐述了BP 神经网络运用于水产健康养殖全程的专家系统的设计思想,从系统模型和实现流程上说明本专家系统的特点,并给出了水质评价子系统的实现过程11 基于BP 神经网络的水产健康养殖专家系统设计思想与架构人工神经网络理论是20世纪80年代中后期世界范围内迅速发展起来的一个前沿研究领域,其发展已经对计算机科学、人工智能、认知科学等领域产生了重要影响[5],其中的误差反向传播B P (back 2第32卷第1期2010年3月 湘 潭 大 学 自 然 科 学 学 报Natural Science Journal of Xiangtan University Vol.32No.1Mar.20103收稿日期:2009-08-12 基金项目:国家“863”高技术研发计划项目(2007AA10Z239);现代农业产业技术体系建设专项资金项目(nycytx 249213) 通信作者:谢骏(1965— ),男,研究员,博士1E 2mail :xj007@p ropagation )算法,因简单易行、计算量小、并行性强,成为多层前向神经网络训练的首选算法[6]1传统的专家系统通常由知识获取、推理机、解释系统和人机接口界面等模块组成,存在的不足主要表现在以下几个方面[7]:(1)知识获取的“瓶颈”1某些专家的一些经验知识,难以加入知识库中1(2)推理能力弱1由于推理方法简单,控制决策不灵活,所以容易出现“匹配冲突”,“无穷递归”等问题,推理速度慢1(3)智能水平低1它一般不具备自学能力和联想记忆功能,不能在运行过程中自我完善、发展和创新知识1BP 神经网络通过对有代表性例子的学习、训练,能够掌握事物的本质特征,进而解决问题1一个标准的误差反向传播网络可由一个输入层、一个或一个以上的隐含层和一个输出层组成,每一层上有若干节点,这些节点可看作是处理信息的神经元1神经元(除输入层单元外)的输入2输出为非线性关系,一般选用S 型压缩(Sigmoid )函数(f (x )=(1+exp (-x )-1)处理神经元的输入、输出,其输出值范围为[0,1],可连续变化[8]1总之,专家系统的特点在于知识的逻辑推理,神经网络的特色在于知识获取,将二者结合起来,使得整个神经网络成为专家系统的知识库,产生更智能化的专家系统1本系统把历史数据、规则、函数、国家相关标准以及专家经验,转化为可量化定义的样本数据和经验数据,通过神经网络训练,建立模型,进行预测,再经过系统中的解释系统,对预测结果进行分析,达到对养殖全过程进行智能化指导的目的1基于B P 神经网络的水产专家系统模型如图1所示1本系统包括水质评价子系统、水色判别子系统和智能管理子系统1水质评价子系统选取常规重要的量化指标,如DO 、p H 、三态氮、磷、水色、饲料投喂技术、浮游植物等,建立水体环境质量评价量化模型,实现池塘水质智能化识别1同时根据环境因子与养殖生物健康状况量化规则,进行产量、疾病早期预警;根据池塘水环境与人工措施关系量化规则,进行水质调节、环保处理等1本子系统分为单因子和多因子二大类,采用B P 神经网络进行水质预测1图1 基于BP 神经网络的水产健康养殖专家系统模型Fig 11 The model of expert system of healt h aquaculture based on BP neural networks水色判别子系统是根据从池塘中取出的水,在相同条件下拍摄的照片,进行图像预处理,水色信息数字化提取,实现将图像文件转化为数据矩阵,再使用颜色中心矩提取图像颜色特征,获取特征值后,以此作为样本数据,训练神经网络,对不同图片对象进行分类1根据水色色度快速判别水质状况,最后结合浮游植物信息,给出水质调节建议1智能管理子系统主要根据预测结果,实现DO 调节控制、氮磷控制、p H 调控、以及饲料精准投喂和疾病早期预警1饲料精准投喂是指制定投喂规则,并根据水质状况给出合理建议,疾病早期预警是指水质与养殖生物健康状况定量关系等1在本系统中,专家样本数据、预测数据、各类神经网络模型和智能管理系统中的决策方案,均保存在数据库中1本系统的实施流程如图2所示1811 湘 潭 大 学 自 然 科 学 学 报 2010年图2 水产健康养殖总体流程图Fig.2 The flowchart of healt h aquaculture expert system based on BP neural networks2 水产健康养殖专家系统的功能实现本系统的开发平台如下:服务器采用windows 2003,前台语言开发工具为MyEclip se ,后台数据库为Mysql4.0以上版本,主界面如图3所示1图3 水产健康养殖专家系统主界面Fig 13 The main interface of healt h aquaculture expert system911第1期 曹 晶,等 基于BP 神经网络的水产健康养殖专家系统设计与实现 021 湘 潭 大 学 自 然 科 学 学 报 2010年这里以水质评价子系统中多因子综合评价来说明实现方法,步骤如下:第1步:根据要素分析法,通过物理、化学和生物成因的统计分析,在实验平台基础上,确定预测对象和影响因子1本系统中,确定的输入因子有5个,分别是:溶解氧(DO)———衡量水体的自净能力;p H 值———反映水质的酸碱程度;亚硝酸盐氮———说明水中有机物的无机化过程;氨氮;总悬浮物1输出将水质分为四级,Ⅰ～Ⅳ,分别代表优、良、中、差,见表11表1 水质分级T ab11 Classif ication of w ater qu ality分级描述优池塘水质各指标在养殖生物的最佳生存范围内良池塘水质各指标接近或达到养殖生物最佳生存区的上下限中某些指标接近或达到养殖生物生理耐受区的上下限,如果环境继续恶化,将发生病变或死亡差超过养殖生物生理耐受区上下限,已发现养殖生物不适反应,生存困难第2步:对历史样本数据参照无公害养殖水体国家相关标准和专家经验进行预处理,去除多余的参数和波动较大的样本数据1第3步:进行神经网络结构学习,用BP算法对预测系统进行梯度参数优化,求得预测系统神经网络控制参数1利用其余样本对训练的网络模型进行测试,调整网络参数,直至网络达到期望指标为止1第4步:根据专家经验,建立知识库,设计分析报表,完善智能管理系统1第5步:利用训练完毕的网络模型进行水质预测,对实时水质预测输出数据进行后期处理,实现可视化和空间数据的管理;为水质参数监测、控制池塘养殖设备、改善池塘养殖环境和应急处理做出重要的决策支持1专家样本的其中一部分如表2所示1对于样本中某些参数出现不一致,即不属于同类输出类别时,由专家凭经验判定输出类型,如下表:水质中各指标氨氮、亚硝酸盐、DO、p H、总悬浮物,其中样本的参数DO的值有不同而其他的参数则相同,则由专家根据经验判断其水质的类别1表2 水环境质量浓度值和网络希望输出值T ab12 The concentration of w ater qu ality and the values which the netw ork w ant to output氨气亚硝酸盐氮DO p H总悬浮物输出类别0.0020.001 6.00018.0010.2599Ⅰ类0.0020.00178.0010.25990.0020.001 6.59998.0010.25990.090.025 4.00018.759 1.5999Ⅱ类0.090.025 5.00018.759 1.59990.090.025 5.99998.759 1.59990.490.075 3.00019.4999 3.5001Ⅲ类0.490.075 3.50019.4999 3.50010.490.075 3.99999.4999 3.50010.90010.9999 2.99999.9999 5.9999Ⅳ类0.90010.9999 2.50019.9999 5.99990.90010.9999 2.00019.9999 5.9999在本系统中,建立的是一个含有5个输入神经元节点、6个隐含神经元节点和1个输出神经元节点的人工神经网络,使用的是嵌入本系统中的国产软件:2NDN神经网络建模仿真平台进行训练和预测,所建神经网络模型如图4所示1图4 2NDN 中的BP 神经网络模型Fig 14 The BP neural network modelin simulation platform which modeled on 2NDN neural network当学习速率为0.4,动量常数也为0.4时,经过11750步训练,即可以达到0.01的误差,效果十分理想1确定网络结构后,专家系统将最后形成神经元的阈值及连接各层间的网络权值矩阵(即知识库)保存在模型库中,从而完成对知识的获取1在本系统中,实现正向推理的具体工作过程:当一般用户启动推理进程时,主控程序启动推理机,将用户输入的水质状况进行预处理后送到神经网络中计算,从而得到预测结果即水质类型,再将水质类型作为智能管理子系统的输入因子,取出与之对应的“规则后件”,对推理过程进行解释,给出报表,完成智能决策13 结论本系统通过近几年来对水质环境数据的采集和处理,建立了环境数据库,得出了水产生长较为完善的生长发育参数和健康养殖量化指标1根据这些量化指标和水产养殖专业知识,基于环境数据库建立起基于神经网络的水产健康养殖专家系统,对实现水产健康养殖、智能控制和计算机管理具有一定实用价值1人工神经网络抗干扰能力和非线性拟合能力强,具有高度的鲁棒性,建立的网络模型稳定性好,将神经网络与专家系统相结合,将之运用于水产健康养殖专家系统中,改善了传统专家系统的自学能力,本软件投入使用后,能更好地促进数字化水产养殖工程的建设,并在实际工作中不断丰富样本,建立神经网络模型,完善智能决策系统1本系统是国家“863”高技术研发计划项目《水产主导品种集约化养殖数字化集成系统研究与应用》的一个组成部分,它的设计完成,对本项目的研究起到了很好的促进作用1参 考 文 献[1] 王成志,黄少涛,纪荣兴.鱼病诊断系统———“鱼医生”[J ].集美大学学报:自然科学版,1997,2(3):35-41.[2] 郑育红,傅泽田,张小栓.鱼病诊断专家系统设计[J ].中国农业大学学报,2000,5(6):94-97.[3] 傅泽田,温继文,张小栓,等.鱼病诊断专家系统中知识表示的研究[J ].计算机工程与应用,2003,39(10):60-62.[4] P HILL IP G L.A review of automated cont rol systems for aquaculture and design criteria for t heir implementation[J ].AquaculturalEngineering ,1995,14(3):205-227.[5] 薛雪东,程旭德,徐兵,等.基于BP 神经网络的导弹故障诊断专家系统设计[J ].四川兵工学报,2008,29(4):54-55.[6] 张良均.神经网络实用教程[M ].北京:机械工业出版社,2008:76-77.[7] 张绍兵,季厌浮,高志军.基于神经网络专家系统的研究与实现[J ].计算机工程与科学,2008,30(4):156-158.[8] 李一平,逢勇,田娜.太湖生态系统的人工神经网络模拟研究[J ].环境科学与技术,2004,27(2):43-45.[9] 杨昆,欧阳光耀.模糊神经网络在专家系统中的应用研究[J ].武汉理工大学学报,2008,32(3):510-512.责任编辑:龙顺潮121第1期 曹 晶,等 基于BP 神经网络的水产健康养殖专家系统设计与实现 。
水产养殖管理专家系统与决策支持解决方案
水产养殖管理专家系统与决策支持解决方案3.3.1水产养殖管理存在问题与发展趋势水产养殖管理专家系统是指采用智能信息处理技术、先进传感技术、智能传输技术，通过对养殖水质及环境信息的智能感知，安全可靠传输，智能处理以及控制机构的智能控制，实现对水质和环境信息的实时在线监测、异常报警与水质预警和智能控制，健康养殖过程精细投喂，疾病实时预警与远程诊断。
水产养殖管理专家系统是通过信息技术改变传统水产养殖业存在的养殖现场缺乏有效监控手段、水产养殖饵料和药品投喂不合理、水产养殖疾病频发等问题，促进水产养殖业生产方式转变，提高生产效率[55]。
1.存在问题我国是水产养殖大国，水产品总量连续20余年位居世界第1位，水产养殖业在改善民生，增加农民收入方面发挥了重要作用。
当前我国已进入由传统渔业向现代渔业转变的关键时期，现代渔业要求养殖模式由粗放式放养向精细化喂养转变，以工厂化养殖和网箱养殖为代表的集约化养殖模式正逐渐取代粗放式放养模式，但集约化养殖模式需要对水产养殖环境进行实时调控、对养殖过程饵料投喂和用药进行科学管理、对养殖过程疾病预防预警进行科学管控，这需要以信息化、自动化和智能化技术为保障，其中，人工智能技术可以有效地提升现代水产养殖业的信息化、自动化、智能化水平。
水产养殖管理专家系统包括水产养殖环境监控模块、精细喂养决策模块、疾病预警与远程诊断模块、生产管理信息化模块四部分内容。
（1）水产养殖环境监控模块主要指通过物联网技术，实现对水质和环境信息的实时在线监测、异常报警与水质预警。
从而保持水质稳定，为水产品创造健康的水质环境。
其中，智能感知和优化控制模型是实现智能监控的关键技术。
（2）精细喂养决策模块通过建立养殖品种的生长阶段与投喂率、投喂量间定量关系模型，实现水产品的按需投喂，从而降低饵料损耗，节约成本。
该部分关键技术是饲料配方模型和精细投喂模型，重点解决“喂什么、喂多少、何时喂”的问题。
（3）疾病预警与远程诊断系统是基于水环境因素和非水质环境因素，对水产疾病进行实时预警和远程诊断。
水产养殖业智慧水产养殖系统建设方案
水产养殖业智慧水产养殖系统建设方案第一章概述 (2)1.1 项目背景 (2)1.2 项目目标 (2)1.3 项目意义 (3)第二章系统需求分析 (3)2.1 功能需求 (3)2.2 功能需求 (4)2.3 可行性分析 (4)第三章系统架构设计 (4)3.1 系统架构概述 (4)3.2 系统模块划分 (5)3.3 系统关键技术 (5)第四章水质监测与管理系统 (5)4.1 水质监测设备选型 (6)4.1.1 设备选型原则 (6)4.1.2 设备选型方法 (6)4.2 数据采集与传输 (6)4.2.1 数据采集 (6)4.2.2 数据传输 (6)4.3 水质分析与管理 (6)4.3.1 水质分析 (7)4.3.2 水质管理 (7)第五章饲料智能投喂系统 (7)5.1 投喂策略制定 (7)5.2 投喂设备选型 (7)5.3 投喂过程监控 (8)第六章疾病预警与防治系统 (8)6.1 疾病诊断方法 (8)6.2 疾病预警模型 (8)6.3 防治措施实施 (9)第七章养殖环境监测与调控系统 (9)7.1 环境监测设备选型 (9)7.2 数据处理与分析 (10)7.3 环境调控策略 (10)第八章养殖生产管理系统 (11)8.1 养殖生产计划 (11)8.1.1 计划编制 (11)8.1.2 计划内容 (11)8.2 生产数据管理 (11)8.2.1 数据采集 (11)8.2.2 数据存储与处理 (12)8.2.3 数据分析与应用 (12)8.3 生产效益分析 (12)8.3.1 成本分析 (12)8.3.2 收益分析 (12)8.3.3 效益评估 (12)第九章信息安全与数据保护 (13)9.1 数据安全策略 (13)9.1.1 数据加密 (13)9.1.2 数据备份 (13)9.1.3 数据访问控制 (13)9.1.4 数据销毁 (13)9.2 系统安全防护 (13)9.2.1 防火墙与入侵检测 (13)9.2.2 系统漏洞修复 (13)9.2.3 安全审计 (13)9.2.4 网络隔离 (13)9.3 信息保密与合规 (14)9.3.1 保密制度 (14)9.3.2 合规性检查 (14)9.3.3 用户隐私保护 (14)9.3.4 信息安全培训 (14)第十章系统实施与运维 (14)10.1 系统部署 (14)10.2 系统调试与验收 (14)10.3 系统运维与维护 (15)第一章概述1.1 项目背景我国水产养殖业的快速发展，传统的养殖模式已经难以满足现代渔业的生产需求。
基于BP神经网络的水产健康养殖专家系统设计与实现
２１ ０ ０年 ３月
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文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ０—５ ０ Ｉ ０ ０ ０ —０ １ 一Ｏ １０ ９ ０ １ ） １ １ ７ ５ ２
中 图分 类 号 ： Ｐ１ ２ Ｔ ８
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水产养殖生产智能管理系统的设计与实现
水产养殖生产智能管理系统的设计与实现近年来，水产养殖行业得到了快速发展，成为了农业领域中的一个重要组成部分。
水产养殖的发展离不开科技创新，现代化的养殖方式和智能化的管理系统能够有效提高水产养殖的效益，降低管理成本，进一步推进水产养殖行业的发展。
因此，本文将阐述一种基于物联网技术的水产养殖智能管理系统设计与实现方案。
一、智能管理系统的设计目标水产养殖智能管理系统的设计目标是提高生产效率，降低管理成本，增强生产管理的可视化、智能化、人性化水平。
该管理系统主要包括水质监测、饵料投喂、氧气供应、环境控制、视频监控等功能，能够实时监测水体温度、氧化还原电位、水质指标等重要信息，进而制定科学的养殖管理方案，确保水产养殖每个环节都得到有效控制。
二、智能管理系统的技术实现方案1.传感器网络的建设智能管理系统的核心在于传感器的应用。
水产养殖场使用大量的传感器设备，包括水温、PH值、氧气、氨氮等传感器。
通过传感器数据的收集，能够监测环境变化和动物健康情况，为水产养殖提供科学的数据支持。
基于无线传感器网络技术的应用，实时收集水质监测数据，并将数据上传至云端，方便养殖场管理者实时查询监测数据。
同时，传感器网络还能实现自主调节控制，如自动调节饵料投喂量，根据鱼类尺寸、数量等信息确定投喂饵料的精准度和频率。
2.智能控制系统的设计智能控制系统能够根据环境变化，实现对水温、饵料、氧气的自动控制，减轻饲养员的工作量，降低人工误操作的发生率。
通过关联多种物联网设备，比如通过调节加热器、冷却器和水泵的运行，保持水质平衡和水温稳定。
同时，控制系统还具备异常预警指令功能，一旦水质指标异常，系统将自动发送异常预警提示信息给养殖管理人员，减少了信息传递的时间成本。
3.云计算平台的构建养殖场智能管理系统的数据存储、分析和处理都需要在云端完成。
借助云计算平台，可实现对大量数据的管理和分析，提高数据应用的效率。
平台可以包含多位养殖管理者，同一时间可以支持多个用户同时接入，提高数据共享的效率。
水产养殖中的养殖系统设计与规划
水产养殖中的养殖系统设计与规划在水产养殖中，养殖系统的设计与规划是确保养殖过程高效、可持续发展的重要环节。
良好的养殖系统设计与规划能够提高养殖效益，减少环境污染风险，并为水产养殖业提供持续发展的基础。
本文将探讨水产养殖中的养殖系统设计与规划的重要性，以及在实践中的关键要素。
一、水产养殖系统设计的重要性1. 提高养殖效益良好的养殖系统设计有助于提高养殖效益。
通过科学安排养殖场地、合理配置设施设备和科学养殖管理，可以最大限度地利用养殖资源，提高养殖生产效率，减少生产成本，增加经济效益。
2. 减少环境污染风险养殖系统设计的合理规划可以有效减少环境污染风险。
合理规划养殖区域的大小、密度和排放物处理设施，以及科学管理水质和饲料投喂等方面，可降低废弃物的排放量，减少对水生态环境的污染，保护生态平衡。
3. 确保可持续发展良好的养殖系统设计是水产养殖业可持续发展的基础。
通过科学规划养殖系统的生产周期、物理结构和管理模式等因素，可以使养殖业保持适度的生产水平，不过度捕捞和消耗资源，实现生态和经济的双重可持续发展。
二、养殖系统设计与规划的关键要素1. 养殖场地选址在养殖系统设计中，养殖场地的选址至关重要。
选择适宜的地理环境、土壤条件和水资源，以及远离重工业区和污染源等，有利于保障养殖环境的安全和养殖效益的提高。
2. 设施设备配置科学合理的设施设备配置是养殖系统设计与规划的重要环节。
根据养殖种类的不同，选择与之相匹配的养殖容器、水泵、氧气机等设备，并保证其正常运行。
同时，设施设备的数量和容量应根据养殖规模合理配置，以满足养殖需求。
3. 水质管理水质管理是养殖系统设计与规划中的关键要素之一。
定期监测水质指标，根据养殖种类的需求，采取相应的水质调节措施，确保水体中的氧气含量和水质稳定，提供适宜的生存环境。
4. 饲料管理饲料管理是养殖系统设计与规划的重要组成部分。
根据养殖种类和生长阶段的需求，合理配置饲料类型、比例和投喂量，确保养殖动物得到充分的营养供应，促进生长发育，提高养殖效益。
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关键词：水产养殖；专家系统；数据库管理系统；知识库
中图分类号：TP182
文献标志码：A
论文编号：2010-2230
Design and Implementation of Expert System for Aquaculture Zhang Hongyan, Yuan Yongming, He Yanhui, Gong Yunchong, Wang Hongwei
张红燕等：水产养殖专家系统的设计与实现
水产领域专家系统起步于 20 世纪 90 年代初，在水产养 殖、疾病诊断、渔业资源评估等方面研发了一些专家系 统[5]，如网络化淡水虾养殖专家系统[6-7]，鲟鱼养殖专家 系统[8]，鱼病诊断与防治专家系统[9-11]，渔业资源评估专 家系统[12-13]，在系统的功能，交互性，可操作性等方面取 得了一些进展。此系统是一个水产养殖经营者用于进 行生产计划、养殖管理和经济分析的计算机处理系统。 1 系统设计 1.1 系统结构
基金项目：中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金（中国水产科学研究院淡水渔业研究中心）资助项目（2009JBFB20）；国家 863 计划项目 “集约化水产养殖数字化集成系统研究与应用”（2008AA10Z227）。 第一作者简介：张红燕，女，1978 年出生，江苏启东人，助理研究员，硕士，从事渔业经济与信息技术研究。通信地址：214081 江苏省无锡市山水东路 9 号，中国水产科学研究院淡水渔业研究中心，Tel：0510-85550245，E-mail：zhanghy@。 通讯作者：袁永明，男，1961 年出生，江苏常熟人，研究员，从事渔业经济与信息技术研究。通信地址：214081 江苏省无锡市山水东路 9 号，中国水产 科学研究院淡水渔业研究中心，Tel：0510-85569021，E-mail：yuan@。 收稿日期：2010-07-21，修回日期：2010-08-02。
0 引言 专家系统是应用人工智能技术，根据一个或多个
专家提供的在特殊领域内用以分析和解决问题的知 识、经验和方法，总结并形成规则，用软件的方式予以 实现，然后存贮起来。这样计算机就能利用这个软件， 通过系统与用户交互对话的方式，根据用户回答程序 的询问所提供的数据、信息或事实，运用系统存贮的专 家知识和经验，进行推理判断，模拟人类专家解决问题
Abstract: In order to improve the aquaculture modern management and carry out the aquaculture automatic management and control, expert system for aquaculture was designed and implemented by using Visual C++, dynamic link library and neural network model and so on. The system included water quality monitoring, aquaculture production management, expert knowledge query, economic analysis, system settings, and online help and other modules. The system could acquire and record data on water quality of aquaculture environment automatically, and the received data were real-time analyzed and processed based on the different cultivation species, environment, farming system and condition. Finally, the system will send signal either for manual or automatic control according to the results of processing. Key words: aquaculture; expert system; database management system; knowledge base
(Key Laboratory of Genetic Breeding and Aquaculture Biology of Freshwater Fishes, Ministry of Agriculture, Freshwater Fisheries Research Center, Chinese Academy of Fishery Sciences, Wuxi Jiangsu 214081)
水产养殖专家系统主要有知识库、数据库管理系统、 解释器、推理机、人机交换界面组成，系统结构见图1。 1.2 系统功能模块
水产养殖专家系统主要分为水质环境监控模块、 养殖生产管理模块、专家知识查询模块、经济分析模
专家
人机交换界面
知识获取
知识库 图 1 专家系统结构
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用户
解释器 推理机
水产养殖专家系统
水
养
专
经
系
在
质
殖
家
济
统
线
环
生
知
分
配
帮
境
产
识
析
置
助
监
管
查
模
模
模
控
理
询
块
块
块
模
模
模
块
块
块
图 2 系统功能模块
块、系统设置模块和在线帮助模块，见图 2。 1.2.1 水质环境监控模块 水质环境监控模块由支持 RS-485 协议的传感器、控制器、关系型数据库管理系 统、系统主控程序以及连接这些设备的集线器和通信 转换器组成，系统结构见图 3。RS-485 通信协议是由 美国电子工业协会（EIA）制订并发布的串口标准，它 是在 RS-422 基础上制定的，它允许多个发送器和接收 器 连 接 到 同 一 条 总 线 上 ，且 可 以 进 行 双 向 通 信 。 [14] RS-485 接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离 和多站能力等优点。系统通过传感设备能够实时收集 养殖环境水质数据，包括水温、pH、溶解氧、氨氮、水位 等指标，并能够自动控制渔用设备，包括增氧机、投饵 机、水泵等。用户可以根据不同厂商设备的性能价格 选择传感设备和控制设备，通过设备接口驱动和数据 库管理系统完成这些设备与系统主控程序之间的数据 采集、传送、处理及存储工作。 1.2.2 养殖生产管理模块 水产养殖生产流程一般分为
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中国农学通报
张红燕等：水产养殖专家系统的设计与实现
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图 5 专家知识查询
图 6 系统设备管理
答案，见图 5。 系统监控设备包括采样设备和控制设备，采样设
备通常是监测设备（传感器）或第三方监测系统，控制 设备可以是具有控制诸如增氧机、投饵机、水泵等功能 的下位机，通常具有继电功能。系统设备管理见图 6。
养殖池的清塘消毒 生物饵料培养
鱼苗的选择与放养 水质管理及调控
饲料投喂
巡塘检查与管理
病害防治 捕捞
图 4 水产养殖生产流程
运输
控制等信息的配置；系统支持 mySQL、MS SQL、MS Access、dBASE、Paradox、FoxPro 和 Oracle 等主流关系 型数据库管理系统，进行系统数据的交换、处理与保 存，不同的数据库管理系统在进行数据库系统配置时 对参数的要求不同，包括保存类型、服务器、端口、数据 库、用户、密码等信息；设备配置主要配置采样设备和 控制设备的信息，包括采样地址、采样指标、采样值、采 样周期、保存周期、控制方式、阈值范围、控制误差等信 息。
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传感 设备
控制 设备
监测区 2
传感 设备
控制 设备
……
RS-485 RS-485 集线器
RS-485 水质监控中心 图 3 水质环境监控模块结构
数据库管理系统
养前准备 生长期管理 收获期管理
养殖场地的选择
养殖池的配套建设
摘 要：为了提高水产养殖现代化管理水平，实现水产养殖自动化管理和控制，采用可视化软件开发工具
Visual C++，动态连接库、神经网络模型等技术，设计并实现了水产养殖专家系统。该系统包括水质环
境监控、养殖生产管理、专家知识查询、经济分析、系统设置和在线帮助等模块。系统能自动进行养殖环
境水质数据采集和数据记录，并根据不同的养殖对象、环境、方式和状况实时进行专业化智能数据分析
中国农学通报 2011,27(01):436-440 Chinese Agricultural Science Bulletin
水产养殖专家系统的设计与实现
张红燕，袁永明，贺艳辉，龚赟翀，王红卫
（中国水产科学研究院淡水渔业研究中心，农业部淡水鱼类遗传育种和养殖生物学重点开放实验室，江苏无锡 214081)
养前准备、生长期管理和收获期管理[15]。养前准备包 括养殖场地的选择、养殖池的配套建设、养殖池的清塘 消毒、生物饵料培养；生长期管理包括鱼苗的选择与放 养、水质管理及调控、饲料投喂、巡塘检查与管理、病害 防治；收获期管理包括捕捞和运输，见图 4。 1.2.3 专家知识查询模块 系统专家知识涵盖的知识面 较广，包含有生物学基础、基础设施、养成设施、育苗设 施、产前管理、投饵管理、水质管理、施肥管理、营养饲 料、病害防治、苗种运输、加工运输、育种技术、放养技 术、养成技术、收获技术等，系统提供特定品种的专家 知识查询。 1.2.4 经济分析模块 养殖户可以根据养殖面积、养殖 品种、养殖规格、养殖密度等因素，对养殖生产的成本、 养殖产量等进行分析预测。 1.2.5 系统配置模块 系统配置模块主要包括系统通信 端口配置、数据库管理系统配置和设备配置。通信端 口配置包括端口、波特率、数据位、校验位、停止位、流