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淺析基于物聯網技術的智能漁業管理系統設計的論文
本系統基于物聯網技術，利用GIS(地理信息系統)與數據庫技術優勢，對傳統漁業管理中的水溫測量、氧濃度檢測、pH 值測量以及網箱監控等管理過程進行智能系統設計。
1 系統結構
系統結構自底向上依次包括監控單元、數據傳輸單元、數據通信網絡、數據庫及Web 客戶端等。系統利用物聯網技術的優勢，采用適合漁業實踐的各類傳感器、控制設備對各種養殖參數進行精確的、實時的檢測及控制。系統利用傳感器網絡路由管理協議，進行各類監控單元的自適應組網，以及漁業管理子網絡內部的數據互聯。在人工交互方面，系統利用GIS 技術，可以將管理過程做到高度可視化。系統實時顯示各個漁業管理子網絡的地理信息，以及網絡內部監控單元的相關數據。同時，系統利用B/ S 網絡結構， 允許管理人員登陸Web 頁面進行遠程控制。
2 系統設計
2.1 漁業管理子網絡：
漁業管理子網絡作為獨立工作的局域網， 通過一個數據傳輸單元按照星形拓展結構進行網絡組織，通信方式采用ZigBee技術。ZigBee 技術是穩定的點對點通信方式，有效傳輸距離為2km，單個區域的覆蓋面積理論為12km2，因此，完全能夠滿足傳感器子網絡的通信需求。
漁業管理子網絡主要包括以下幾種功能的監控單元：GPS定位單元，ZigBee 通信單元、傳感器單元(包括：水溫測量單元、氧濃度檢測單元、pH 值測量單元、網箱監控單元等)。數據傳輸單元負責漁業管理系統路由協議管理， 完成與上層數據庫及Web 客戶端進行有效數據互聯。
2.2 漁業管理系統路由管理協議：
在無線局域網絡路由管理的應用中，普遍采用“多跳”的方式進行數據的傳輸。該方式將每個子網絡分成sensor 節點、sink 節點、manager 節點三個層級，分別負責傳感器數據采集、數據匯總與存儲、指令數據與數據庫的交互。但是，“多跳”方式也具有算法復雜、設備功能單一、通信效率較低等問題。隨著ZigBee 技術的應用與發展，在智能漁業管理應用領域，可靠的無線通信距離已經完全能夠滿足需求， 所以本系統提出了一種新型路由管理協議。該協議基本特點如下所示：
1)核心是采用“多主”結構，提高總線利用效率。
2)短報文結構，每個報文不超過8 字節。
3)引入TDMA 分時傳輸機制，避免數據包沖突。
4)報文包含源地址或目的地址，利用標示符來指示功能信息和優先級。
5)節點在嚴重錯誤情況下，具有自動釋放總線的功能。
在每個漁業管理子網絡中， 設置唯一的數據傳輸單元(DTU)，負責組織網絡，并完成與每個監控單元的數據交互。網絡中設備之間的通訊是基于連接的， 這樣也為對任何一個設備的通訊進行監控提供了可能。在傳感器子網絡中任何一個參與通訊的監控單元都必須和DTU 之間建立一個獨立的通訊連接。本系統路由管理協議的報文結構， 結合工業CAN 總線特點，進行了定制化改進，報文長度不超過8 字節，并對于其中前三個字節進行功能區劃分， 保證智能漁業管理系統數據傳輸的高效性與可靠性。
3 GIS 系統設計
GIS 系統準確標識養殖環境的相關信息， 并能夠方便對地圖信息進行編輯。地理范圍實現10 級分辨率，并且在各級分辨率地圖上，都可以顯示、修改監控單元信息。
3.1 輸入輸出控制
軟件通過查詢數據庫找到相應的終端設備的短地址和MAC 地址，通過Socket 編程向網口發送命令包，通過固定的IP地址和網管和RAM 建立連接，網管接受到命令，發送給協調器，控制終端采集設備，采集設備把信息采集回來，上傳到協調器，網管，最后在界面上顯示。
3.2 水溫測量
通過傳感器采集的溫度數據和數據庫中的養殖目標生長的最佳溫度信息配備，確定此時的環境是不是最佳環境，如果是，則繼續保持，如果不是，則啟動相應的設備改善溫度等。
4 實驗結果
為了驗證本系統的可靠性與實用性， 項目組多次在青島市經濟技術開發區海域的近海網箱養殖現場進行試驗。項目試驗分三個區域，區域間隔5km，其中每個監控區域內包含10 口網箱。監測傳感器包括：Pt100 溫度傳感器、pH 傳感器(上海科藍電化學儀器科技有限公司)、WQ401 溶解氧傳感器( 美國Global Water 公司)等。從實時監控平臺來看，系統運轉正常，顯示界面能夠自由切換， 并且能夠完成對于每一口網箱的獨立監控工作。網箱pH 值7.2～7.9，溫度范圍8.4～11.6°C，與實際手工測量保持一致。同時，系統能夠完成對于人工活動的正常報警，表明系統在無人監控方面有可靠表現。
生產實踐證明， 本系統已經能夠完成對于傳統的漁業管理的產業升級，是一套高效可靠的成熟管理系統。系統在傳感器網絡管理與數據交互方面表現突出， 能夠適用于不同的漁業生產環境。同時，本系統的操作界面簡潔，設置方式便捷，易于廣大養殖戶及漁業領域管理者使用，具有良好的市場前景。本系統實施中產生的軟硬件環境和應用系統， 可作為實現現代信息技術與傳統漁業管理的有機結合的產學研平臺。智能漁業是新興的巨大市場，市場預計每年可達數億元規模，本系統目前已經實現800 萬元的銷售額。
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