一種基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖魚類生長預(yù)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及一種基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖魚類生長預(yù)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著中國深水網(wǎng)箱的快速發(fā)展，深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖向-15mW深水域拓展，單個網(wǎng)箱養(yǎng) 殖水體也進(jìn)一步擴(kuò)大。目前我國深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖主要采用人工投巧，勞動強(qiáng)度大、喂料不均 勻、投巧量難控制、適應(yīng)環(huán)境能力差等缺點。國內(nèi)池塘養(yǎng)殖上使用的一些小型的簡易自動投 巧機(jī)，但其投喂精準(zhǔn)度差，完全不能適應(yīng)深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖高密度大容量養(yǎng)殖的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖魚類 生長預(yù)測方法。
[0004] 解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[000引一種基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖魚類生長預(yù)測方法，其特征在于:所述的 深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖魚類生長預(yù)測方法包括：
[0006] 步驟一、在受測深水網(wǎng)箱的養(yǎng)殖區(qū)域內(nèi)安裝水溫傳感器、鹽度傳感器、溶解氧傳感 器和水流流速傳感器，并用它們按預(yù)設(shè)的時間間隔采集受測深水網(wǎng)箱在養(yǎng)殖區(qū)域內(nèi)的水 溫、鹽度、溶解氧濃度和水流流速數(shù)據(jù)，并且，測量受測深水網(wǎng)箱中對應(yīng)于采集時刻的養(yǎng)殖 魚類體重，W獲取受測深水網(wǎng)箱在n個歷史采集時刻的水溫、鹽度、溶解氧濃度、水流流速和 養(yǎng)殖魚類體重，其中，n為正整數(shù)，該n個歷史采集時刻屬于受測深水網(wǎng)箱當(dāng)前所養(yǎng)殖的養(yǎng)殖 魚類的養(yǎng)殖周期之內(nèi)；
[0007] 步驟二、對步驟一采集到的n個歷史采集時刻的水溫、鹽度、溶解氧濃度、水流流速 和養(yǎng)殖魚類體重按量綱分別進(jìn)行歸一化處理，得到n組樣本集T=Kxi,yi) Ii = I,2…，n}，其 中，第i組樣本集中的列向量.X,.=[如-，-片f，.T;、奇、X巧板分別表示歸一化后的第i個 歷史采集時刻的水溫、鹽度、溶解氧濃度和水流流速，yi表示歸一化后的第i個歷史采集時 刻的養(yǎng)殖魚類體重；
[0008] 步驟S、在2-W至26的取值范圍內(nèi)按相同的取值間隔選取ml個誤差懲罰因子C的取 值，在2^1嗜2 4的取值范圍內(nèi)按相同的取值間隔選取m2個的核參數(shù)丫的取值、在0.001至1的 取值范圍內(nèi)按相同的取值間隔選取m3個不敏感損失系數(shù)e的取值，從而形成ml Xm2Xm3組 由誤差懲罰因子C、核參數(shù)丫和不敏感損失系數(shù)e組成的參數(shù)組，其中，ml、m2和m3均為大于1 的正整數(shù)；
[0009] 并且，對應(yīng)每一組所述參數(shù)組建立一個支持向量機(jī)模型如下： 巧
[0010] /樹二完咕-巧")AXv,, .V) 4-6 ; J-I
[0011] 其中，f (X)表示在自變量X的條件下所述受測深水網(wǎng)箱中的養(yǎng)殖魚類體重預(yù)測值， X為依次由水溫、鹽度、溶解氧濃度和水流流速組成的列向量；
[001引拉格朗日乘子01，《;'(/=: 通過將步驟二得到的第語第n組樣本集中的列 向量Xl，X2，…，Xn全部代入W下方程組聯(lián)立求解得到：
[0014] 核函數(shù)K(xi,x) = e邱（-丫 I Ix-Xil |2), 丫 >0;
[0015] 偏移量的計算公式為：
[0017] ai，aje(〇，C);
[0018] 步驟四、將步驟=建立的每一個支持向量機(jī)模型中的自變量X均分別取值為步驟 二得到的第1至第n組樣本集中的列向量X1，X2,…，Xn,計算得到步驟=建立的每一個支持向 量機(jī)模型依次在X1，X2，…，Xn條件下的養(yǎng)殖魚類體重預(yù)測值f (Xl)，f (X2)，…，f (Xn);
[0019] 步驟五、依據(jù)步驟四的結(jié)果，按下式分別計算步驟=建立的每一個支持向量機(jī)模 型的均方誤差
，并比較各個支持向量機(jī)模型的均方誤差大小，將均 方誤差MSE最接近于0的支持向量機(jī)模型選取為最優(yōu)支持向量機(jī)模型;如果比較結(jié)果為含有 多個均方誤差M S E最接近于0的支持向量機(jī)模型，則計算平方相關(guān)系數(shù)
，并選取均方誤差MSE最接近于0且平方相關(guān)系數(shù)SCC 最接近于1的支持向量機(jī)模型為最優(yōu)支持向量機(jī)模型；
[0020] 步驟六、用步驟一所述水溫傳感器、鹽度傳感器、溶解氧傳感器和水流流速傳感器 采集當(dāng)前時刻受測深水網(wǎng)箱在養(yǎng)殖區(qū)域內(nèi)的水溫、鹽度、溶解氧濃度和水流流速，并將它們 分別按步驟二所述的歸一化公式進(jìn)行歸一化處理，得到歸一化后的受測深水網(wǎng)箱在養(yǎng)殖區(qū) 域內(nèi)的當(dāng)前水溫、當(dāng)前鹽度、當(dāng)前溶解氧濃度和當(dāng)前水流流速，并將它們代入到步驟五選出 的最優(yōu)支持向量機(jī)模型的自變量X中，并將該最優(yōu)支持向量機(jī)模型計算出的結(jié)果f (X)對應(yīng) 于步驟二所述的歸一化公式進(jìn)行反歸一化處理，得到受測深水網(wǎng)箱在當(dāng)前水溫、當(dāng)前鹽度、 當(dāng)前溶解氧濃度和當(dāng)前水流流速的條件下的養(yǎng)殖魚類體重預(yù)測結(jié)果。
[0021] 其中，所述的步驟二中：
[0022] X;的歸一化公式為：
，Xii為步驟一采集到的第i個歷史采集時 刻的水溫，Xlmax為步驟一采集到的n個歷史采集時刻的水溫中的最大值，XVn為步驟一采集 到的n個歷史采集時刻的水溫中的最小值；
[0023] 皆的歸一化公式為：
，X2I為步驟一采集到的第i個歷史采集時 亥IJ的鹽度，X2max為步驟一采集到的n個歷史采集時刻的鹽度中的最大值，X2min為步驟一采集 到的n個歷史采集時刻的鹽度中的最小值；
[0024] 苗的歸一化公式為：
，X3i為步驟一采集到的第i個歷史采集時 刻的溶解氧濃度，X\ax為步驟一采集到的n個歷史采集時刻的溶解氧濃度中的最大值，X3min 為步驟一采集到的n個歷史采集時刻的溶解氧濃度中的最小值；
[00巧]的歸一化公式為：
，X4I為步驟一采集到的第i個歷史采集時 亥Ij的水流流速，X\ax為步驟一采集到的n個歷史采集時刻的水流流速中的最大值，X\in為步 驟一采集到的n個歷史采集時刻的水流流速中的最小值。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下有益效果：
[0027] 本發(fā)明通過獲取受測深水網(wǎng)箱在n個歷史采集時刻的水溫、鹽度、溶解氧濃度、水 流流速和養(yǎng)殖魚類體重，并將獲取到的數(shù)據(jù)放入支持向量機(jī)模型中進(jìn)行處理，再基于支持 向量機(jī)模型的均方誤差和平方相關(guān)系數(shù)的評斷選取出最優(yōu)支持向量機(jī)模型，從而，本發(fā)明 能夠根據(jù)受測深水網(wǎng)箱當(dāng)前所養(yǎng)殖魚類在當(dāng)前時刻的水溫、鹽度、溶解氧濃度和水流流速 預(yù)測出養(yǎng)殖魚類體重預(yù)測結(jié)果，免于在養(yǎng)殖魚類的養(yǎng)殖周期內(nèi)需要多次進(jìn)行養(yǎng)殖魚類體重 測量，為深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖魚類自動化投巧提供必要的參數(shù)，并且，本發(fā)明對養(yǎng)殖魚類體重的預(yù) 測精度高。
[0028] 本發(fā)明預(yù)測出的養(yǎng)殖魚類體重預(yù)測結(jié)果能夠用于深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖魚類的投巧量決 策，實現(xiàn)深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖魚類在特定的環(huán)境因子（即水溫、鹽度、溶解氧濃度、水流流速)下的 自動化、高精度投巧，減少了因不合理的飼料投巧所帶來的巧料浪費、環(huán)境污染等問題，能 夠提高飼料的利用效率、降低環(huán)境污染、降低養(yǎng)殖成本、大大提高養(yǎng)殖效益。
【具體實施方式】
[0029] 本發(fā)明基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖魚類生長預(yù)測方法，包括：
[0030] 步驟一、在受測深水網(wǎng)箱的養(yǎng)殖區(qū)域內(nèi)安裝水溫傳感器、鹽度傳感器、溶解氧傳感 器和水流流速傳感器，并用它們按預(yù)設(shè)的時間間隔采集受測深水網(wǎng)箱在養(yǎng)殖區(qū)域內(nèi)的水 溫、鹽度、溶解氧濃度和水流流速數(shù)據(jù)，并且，測量受測深水網(wǎng)箱中對應(yīng)于采集時刻的養(yǎng)殖 魚類體重，W獲取受測深水網(wǎng)箱在n個歷史采集時刻的水溫、鹽度、溶解氧濃度、水流流速和 養(yǎng)殖魚類體重，其中，n為正整數(shù)，該n個歷史采集時刻屬于受測深水網(wǎng)箱當(dāng)前所養(yǎng)殖的養(yǎng)殖 魚類的養(yǎng)殖周期之內(nèi)；
[0031] 步驟二、對步驟一采集到的n個歷史采集時刻的水溫、鹽度、溶解氧濃度、水流流速 和養(yǎng)殖魚類體重按量綱分別進(jìn)行歸一化處理，得到n組樣本集了={(町71)1 = 1，2'。，11}，其 中，第i組樣本集中的列向量二權(quán)，.和扣苗f，X;、Xf、皆和皆分別表示歸一化后的第i 個歷史采集時刻的水溫、鹽度、溶解氧濃度和水流流速，yi表示歸一化后的第i個歷史采集 時刻的養(yǎng)殖魚類體重；
[0032] 其中，非附歸一化公式為：
，Xii為步驟一采集到的第i個歷史 采集時刻的水溫，Xlmax為步驟一采集到的n個歷史采集時刻的水溫中的最大值，XVn為步驟 一采集到的n個歷史采集時刻的水溫中的最小值；
[0033] xf的歸一化公式為：
X2I為步驟一采集到的第i個歷史采集時 亥IJ的鹽度，X2max為步驟一采集到的n個歷史采集時刻的鹽度中的最大值，X2min為步驟一采集 到的n個歷史采集時刻的鹽度中的最小值；
[0034] 苗的歸一化公式為：
X3I為步驟一采集到的第i個歷史采集時 刻的溶解氧濃度，X\ax為步驟一采集到的n個歷史采集時刻的溶解氧濃度中的最大值，X3