本發(fā)明涉及一種高效集污裝置和智能投飼系統(tǒng)，更具體地說涉及一種能高效收集池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖池內(nèi)糞便等雜物的集污裝置和根據(jù)池道大小、魚群飽食程度實時調(diào)整飼料投喂范圍及投喂量的智能投飼系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著人民群眾生活水平提高及健康意識的增強，人們對蛋白質(zhì)的需求逐漸增加。魚肉作為優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)的來源，近年其消費量的增加十分顯著，這極大地促進了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的高速發(fā)展。國內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖多為戶外大塘粗放養(yǎng)殖模式，其池塘整體結(jié)構(gòu)比較簡陋，較少使用設(shè)施裝備，池塘管理粗放，為確保水質(zhì)，養(yǎng)殖密度通常較低。對于池塘高密度養(yǎng)殖，其塘內(nèi)固體廢棄物排放以及飼料投喂已成難題。固體廢棄物無法及時排出，易導(dǎo)致水質(zhì)惡化和病害的發(fā)生；飼料無法全池拋灑會導(dǎo)致魚群爭搶飼料行為加劇，易使其受傷，且飼料投喂量不能根據(jù)魚群當(dāng)前飽食程度做出調(diào)整，易會造成飼料浪費并污染水質(zhì)。目前養(yǎng)殖戶多依靠大量換水和人工投喂來解決上述問題，然而該方法不但費時費力，且對水資源和環(huán)境帶來了沉重的壓力，在此背景下，池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖系統(tǒng)作為環(huán)境友好型水產(chǎn)養(yǎng)殖模式得到了快速推廣應(yīng)用。

池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖過程中，魚主要養(yǎng)殖在水槽流水區(qū)，流水區(qū)末端設(shè)有吸污區(qū)，外圍大塘為回水處理區(qū)并不進行養(yǎng)殖，主要種植一定的水草調(diào)節(jié)水質(zhì)。然而，回水處理區(qū)的處理能力是有限的，因此，吸污區(qū)固體廢棄物分離效果好壞直接影響水體水質(zhì)情況，間接地影響著環(huán)境效益和經(jīng)濟效益?，F(xiàn)有池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖中固體廢棄物收集效率只有30％左右，極大影響后續(xù)水體凈化。而在投喂方面，飼料全池拋灑和實時決斷投喂量是關(guān)鍵。目前，池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖中，主要以人工投飼和機器自動投飼為主；人工投飼費時費力，成本過高；機器自動投飼雖能有效降低人工成本，但很難實現(xiàn)飼料全池拋灑，且投喂量仍需要人工預(yù)先設(shè)定，很容易造成投喂飼料過?；虿蛔恪＞C上所述，無論是在集污還是投飼方面，上述難題都很大程度上限制了池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖模式的進一步推廣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖的高效集污和智能投飼系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實現(xiàn)：1.將池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖水體內(nèi)的糞便等固體廢棄物及時排出，降低對池塘循環(huán)流水系統(tǒng)中回水處理區(qū)的工作負(fù)荷，有效地分離水體養(yǎng)殖區(qū)水體內(nèi)固體廢棄物，并實現(xiàn)水資源的重復(fù)利用；2.緩解魚群攝食時造成的擁擠、爭斗行為，提高飼料利用率，實現(xiàn)池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖中的全池拋灑投喂并根據(jù)魚群飽食程度實時改變投喂量。

本發(fā)明的用于池塘循環(huán)流水高效集污和智能投飼系統(tǒng)，包括養(yǎng)殖池、設(shè)置于養(yǎng)殖池頭部的投飼裝置、安裝于養(yǎng)殖池尾部的集污槽、集污槽為上部呈半圓弧面下部呈錐臺狀的槽體，其上部半圓弧面的直徑同養(yǎng)殖池的寬度相同，在上部半圓弧面的上邊緣開有出水缺口，出水缺口長度為半圓弧面弧長的一半，在養(yǎng)殖池內(nèi)還設(shè)有集污輔助裝置。

上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述的集污輔助裝置包括導(dǎo)流板，導(dǎo)流板安裝于養(yǎng)殖池與集污槽相接處并與養(yǎng)殖池側(cè)壁呈夾角，在集污槽內(nèi)側(cè)壁和導(dǎo)流板背面貼近養(yǎng)殖池側(cè)壁的一端分別安裝有一只氣泵，所述氣泵安裝高度相同，曝氣方向可調(diào)。

優(yōu)選地，所述的集污輔助裝置包括柵板組合，所述的柵板組合由多個平行柵板構(gòu)成，所述的集污槽半圓弧面上部與錐臺下部結(jié)合平面低于養(yǎng)殖池底面，柵板組合斜置于集污槽內(nèi)，與養(yǎng)殖池底面呈45°夾角，柵板組合的下邊沿位于上述結(jié)合平面上，其上邊沿低于養(yǎng)殖池內(nèi)水體高度。

更進一步的，所述的柵板組合的上邊沿低于養(yǎng)殖池水體高度10cm。

優(yōu)選地，所述的投飼裝置包括DSP、變頻氣泵、PLC、投料口、投料器、廣角高清攝像頭、壓力傳感器、螺旋推進器，廣角高清攝像頭安裝在投飼裝置的頂部，壓力傳感器和螺旋推進器安裝在投料器底端出口處，螺旋推進器連通投料口進料端，投料口同時與變頻氣泵及PLC相連，PCL控制調(diào)節(jié)投料口大小，養(yǎng)殖池水體內(nèi)設(shè)置無線水溫傳感器、無線溶解氧傳感器，廣角高清攝像頭、無線水溫傳感器、無線溶解氧傳感器均與DSP相連，DSP、變頻氣泵、PLC、壓力傳感器、螺旋推進器與PLC相接。在養(yǎng)殖池池邊還設(shè)有兩枚圓形的熒光防水圖標(biāo)，一枚設(shè)于與投飼裝置所處邊沿相平行的另一池邊中心，另一枚設(shè)于養(yǎng)殖池側(cè)邊的中心位置。

更進一步的，所述的廣角高清攝像頭朝向養(yǎng)殖池且鏡頭視線角度與水平面呈15度夾角。

應(yīng)用上述用于池塘循環(huán)流水高效集污和智能投飼系統(tǒng)進行智能投飼的方法，包括如下步驟：

1)廣角高清攝像頭將實時拍攝畫面?zhèn)魉椭罝SP；

2)DSP在RGB色彩模型下將當(dāng)前畫面中的熒光防水圖標(biāo)區(qū)域分割出，即分割出兩個“形變”圓；

3)DSP利用Hough變換算法對兩個“形變”圓的形變程度進行量化，并根據(jù)量化指標(biāo)推斷出養(yǎng)殖池的長度a和寬度b；該方法是圖像處理技術(shù)領(lǐng)域所公知的，在此不再細述。

4)DSP將a和b傳送至PLC，PLC根據(jù)a和b值調(diào)整變頻氣泵功率和投料口大小；

5)每次投喂前，DSP根據(jù)無線水溫傳感器和無線溶解氧傳感器傳回的水質(zhì)參數(shù)信息，利用貝葉斯預(yù)測模型和生物能量學(xué)模型“Fish-PrFEQ”預(yù)估獲得當(dāng)前養(yǎng)殖池首次投喂量，由PLC控制投喂；

6)投喂過程中，廣角高清攝像頭將投喂實時畫面?zhèn)魉椭罝SP；

7)DSP在HSV色彩模型下將實時畫面中的反光區(qū)域分割出；

8)DSP利用Horn-Schunck光流算法提取出反光區(qū)域每個像素點的運動速度其中k₁×k₂為廣角高清攝像頭的分辨率，1≤m₁≤k₁，1≤n₁≤k₂；

9)DSP將速度的范圍分為m個區(qū)間，H(j)為落入速度區(qū)間j內(nèi)的運動矢量的個數(shù)，N是當(dāng)前幀中非零運動矢量總數(shù)，P(j)為運動矢量落入速度區(qū)間j內(nèi)的概率：P(j)＝(H(j)/N)×100％，0≤j≤m；

10)DSP利用信息熵對水體反光區(qū)域變化特征分布概率的無規(guī)律程度進行衡量：(其中l(wèi)b即log₂)。

11)DSP對反光區(qū)域變化動能進行計算：

12)DSP將動能值實時傳送至PLC，PLC根據(jù)動能值大小評估當(dāng)前魚群飽食程度，繼而決斷變頻氣泵和投料口、投料器是否停止工作。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)新穎，原理簡單，不但可根據(jù)實際養(yǎng)殖過程中養(yǎng)殖池水流速度大小以及糞便分布情況，調(diào)整集污輔助裝置(如氣泵的曝氣方向和大小、平行柵板間距等)，達到最佳的糞便分離效果；還可根據(jù)養(yǎng)殖池大小調(diào)整投料口大小和變頻氣泵功率，達到全池拋灑效果，亦可通過水面反光程度間接衡量魚群飽食程度，從而決斷何時停止投喂。本發(fā)明適用于池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖模式，能有效地解決現(xiàn)有池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖系統(tǒng)中糞便等雜物分離效率低且易破碎以及飼料投喂難題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的大體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為集污槽的結(jié)構(gòu)示意圖，(a)為主視，(b)為側(cè)視，(c)為俯視。

圖3為養(yǎng)殖池、集污槽及一種集污輔助裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(視角為俯視養(yǎng)殖池)。

圖4為圖2的側(cè)向視圖。

圖5為養(yǎng)殖池、集污槽及另一種集污輔助裝置的側(cè)向結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為投飼裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-養(yǎng)殖池；2-導(dǎo)流板；3-氣泵；4-集污槽；5-柵板組合；6-出水缺口；7-DSP7；8-變頻氣泵；9-PLC；10-投料口；11-投料器；12-廣角高清攝像頭；13-熒光防水圖標(biāo)；14-投飼裝置；15-無線水溫傳感器；16-無線溶解氧傳感器；17-壓力傳感器；18-螺旋推進器。

具體實施方式

本發(fā)明的用于池塘循環(huán)流水高效集污和智能投飼系統(tǒng)，包括養(yǎng)殖池1、設(shè)置于養(yǎng)殖池1頭部的投飼裝置14、安裝于養(yǎng)殖池1尾部的集污槽4；如圖2所示，集污槽4為上部呈半圓弧面下部呈錐臺狀的槽體，其上部半圓弧面的直徑同養(yǎng)殖池1的寬度相同，在上部半圓弧面的上邊緣開有出水缺口6，出水缺口長度為半圓弧面弧長的一半，其作用主要是確保能夠和養(yǎng)殖池1赤壁對接，同時便于集污槽a4內(nèi)渦流的形成。在養(yǎng)殖池內(nèi)還設(shè)有集污輔助裝置。

圖3、4所示為一種集污輔助裝置，導(dǎo)流板2安裝于養(yǎng)殖池1與集污槽4相接處并與養(yǎng)殖池1側(cè)壁呈夾角，可引導(dǎo)養(yǎng)殖池內(nèi)出水集中在一側(cè)排出，并保證無死角。在集污槽4內(nèi)側(cè)壁和導(dǎo)流板2背面貼近養(yǎng)殖池側(cè)壁的一端分別安裝有一只氣泵3，氣泵可增加水流速度，使集污槽4內(nèi)產(chǎn)生一定強度的渦流，并保證導(dǎo)流板2背部無死水區(qū)。所述的兩只氣泵3安裝高度相同，曝氣方向可調(diào)，其作用是可以根據(jù)養(yǎng)殖池1內(nèi)的速度以及固體廢棄物(糞便)的大小形成最佳集污效果的渦流。

養(yǎng)殖過程中，養(yǎng)殖池1里的養(yǎng)殖水按照圖2中v方向流動，在導(dǎo)流板2的作用下匯集在圖1中養(yǎng)殖池1一側(cè)流出進入集污槽4，經(jīng)過集污槽4壁面安裝的氣泵3曝氣的推動，集污槽4內(nèi)養(yǎng)殖水流速變大，便于渦流的形成，另外位于導(dǎo)流板2后的氣泵3進一步促進了渦流的形成，同時避免了導(dǎo)流板2后死水現(xiàn)象的發(fā)生，而位于上部已經(jīng)過處理的養(yǎng)殖水在經(jīng)過集污槽4排水口時流出，糞便等固體廢棄物由于集污槽4內(nèi)渦流的原因，匯集在集污槽4底部，此時可以外接水泵將此處固體廢棄物排出，由于渦流的原因，此方式相對于傳統(tǒng)開溝集污效率能夠得到很大提高，達到高效集污的目的。

圖5所示為另一種集污輔助裝置，柵板組合5由多個平行柵板構(gòu)成，所述的集污槽半圓弧面上部與錐臺下部結(jié)合平面低于養(yǎng)殖池底面，柵板組合5斜置于集污槽4內(nèi)，與養(yǎng)殖池1底面呈45°夾角，柵板組合5的下邊沿位于上述結(jié)合平面上，其上邊沿低于養(yǎng)殖池內(nèi)水體高度。本實例中，所述的柵板組合5的上邊沿低于養(yǎng)殖池1水體高度10cm。養(yǎng)殖水體循環(huán)過程中，在經(jīng)過柵板組合5時，由于柵板組合5上邊沿高度略低于養(yǎng)殖池1水面高度，養(yǎng)殖水體主要經(jīng)過柵板組合5格柵板之間的柵格，先斜向下流經(jīng)集污槽，由于重力和離心力等的作用，糞便等固體廢棄物將被收集在集污槽中，從而達到高效集污的效果。

如圖6所示，投飼裝置14包括DSP7、變頻氣泵8、PLC9、投料口10、投料器11、廣角高清攝像頭12、壓力傳感器17、螺旋推進器18，廣角高清攝像頭12安裝在投飼裝置的頂部，朝向養(yǎng)殖池且最優(yōu)選的，鏡頭視線角度與水平面呈15度夾角。壓力傳感器17和螺旋推進器18安裝在投料器11底端出口處，螺旋推進器18連通投料口10進料端，投料口10同時與變頻氣泵8及PLC9相連，PCL9控制調(diào)節(jié)投料口10大小，養(yǎng)殖池水體內(nèi)設(shè)置無線水溫傳感器15、無線溶解氧傳感器16，廣角高清攝像頭12、無線水溫傳感器15、無線溶解氧傳感器16均與DSP7相連，DSP7、變頻氣泵8、PLC9、壓力傳感器17、螺旋推進器18與PLC9相接。在養(yǎng)殖池池邊還設(shè)有兩枚圓形的熒光防水圖標(biāo)13，(見圖1)一枚設(shè)于與投飼裝置所處邊沿相平行的另一池邊中心，另一枚設(shè)于養(yǎng)殖池側(cè)邊的中心位置。

應(yīng)用上述智能投飼裝置的方法，包括如下步驟：

1)投喂裝置14安裝后，廣角高清攝像頭12將當(dāng)前畫面?zhèn)魉椭罝SP7；

2)DSP7在RGB色彩模型下將當(dāng)前畫面中的熒光防水圖標(biāo)13區(qū)域分割出，即分割出兩個“形變”圓；

3)DSP7利用Hough變換算法對兩個“形變”圓形變程度進行量化，并根據(jù)量化指標(biāo)推斷出養(yǎng)殖池1的長度a和寬度b；

4)DSP7將a和b傳送至PLC9，PLC9根據(jù)a和b值調(diào)整變頻氣泵8功率和投料口8模式；

5)每次投喂前，DSP7根據(jù)無線水溫傳感器15和無線溶解氧傳感器16傳回的水質(zhì)參數(shù)信息，并結(jié)合氣象信息，利用貝葉斯預(yù)測模型和生物能量學(xué)模型“Fish-PrFEQ”對當(dāng)前養(yǎng)殖池1首次投喂量進行預(yù)估；

6)投喂過程中，廣角高清攝像頭12將當(dāng)前實時畫面?zhèn)魉椭罝SP7；

7)DSP7在HSV色彩模型下將實時畫面中的反光區(qū)域分割出；

8)DSP7利用Horn-Schunck光流算法提取出反光區(qū)域每個像素點的運動速度其中k₁×k₂為廣角高清攝像頭12的分辨率；

9)DSP7將速度的范圍分為m個區(qū)間，H為落入速度區(qū)間內(nèi)運動矢量個數(shù)的統(tǒng)計，N是當(dāng)前幀中非零運動矢量總數(shù)，P為落入速度區(qū)間內(nèi)運動矢量的概率：P(j)＝(H(j)/N)×100％，0≤j≤m；

10)DSP7利用信息熵對水體反光區(qū)域變化特征分布概率的無規(guī)律程度進行衡量：

11)DSP7對反光區(qū)域變化動能進行計算：

12)DSP7將動能值實時傳送至PLC9，PLC9根據(jù)動能值大小評估當(dāng)前魚群飽食程度，即當(dāng)動能值小于預(yù)先設(shè)定的閾值(該閾值依據(jù)人工經(jīng)驗設(shè)定)時，則判定目前魚群飽食，繼而PLC控制變頻氣泵8和投料口10、投料器11停止工作。

以上公開的僅為本專利的具體實施例，但本專利并非局限于此，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的前提下，做出的變形應(yīng)視為屬于本發(fā)明保護范圍。