1. 总述
养殖网箱监测系统包括水质参数监测、养殖设备监测、气象环境监测、水下视频监测和水下声呐监测。
水质参数监测包括温度、含氧量、盐度、pH值、氨氮和海水流向流速等传感器数据。
养殖设备监测可以监测制氧机、污水井、海水泵和配电盘等运行状态。
气象环境监测可以监测船舶所处的气象温度、湿度、气压、雨量、风速、风向等数据。
水下视频监测包括水下摄像机等，可以监测水中鱼群的视频图像并保存，并且能远程传输到陆地。
水下声呐监测是利用水下声呐监测鱼群的运动轨迹。
本系统可实现水质参数的自动监测和报警功能，可以计算出网箱内的换水率。所有的数据可在养殖控制办公室监控和保存。可实现水质参数监测和报警功能。可以将主要数据上传到公司服务器，通过手机或电脑客户端实时观测和回放网箱监测的数据。提供与制氧机和投饵机的接口，需要时可以自动控制制氧机和投饵机启停工作。
2. 系统介绍
本系统是利用多种方法，以水声学、光学、电学为基础，基于水声学、机器视觉和AI技术的智能鱼群健康状况监测系统方案，系统利用运动目标跟踪算法对鱼群游动的轨迹进行连续跟踪，通过数据分析计算出鱼群的流动速度，加速度及深度等运动参数，根据鱼群运动参数的变化分析判断出鱼群生长环境的改变与健康状况，从而实现水产养殖全过程的实时化与智能化，减少损失,提高养殖产量。
本系统分为四个子系统，分别是：
1. 养殖网箱监测系统；
2. 基于声呐的生物量统计系统；
3. 基于AI的鱼群行为健康分析系统；
4. 水下在线个体鱼健康分析系统。
3. 功能特点
3.1. 养殖网箱监测系统
本系统是通过高速计算机处理声呐探测到的回波信号和水下摄像机传回的视频信号，达到鱼群和饵料的识别，鱼的生长状态、大小的记录，并能实现监控报警的功能。还可以实时接收监测的水质数据，实时显示当前全部测量数据和各要素的时间序列图；可显示温度、盐度、pH值、溶解氧、海流等等。本系统还可以监控养殖设备的运转情况，具有设备故障报警功能。监测到的数据可以通过网络传送到云数据库，控制中心根据数据模型运算，生成具体的管理方案。
3.2. 功能介绍
本系统主要实现以下目标功能：
1）声呐扫描图像显示：在屏幕上以不同的颜色显示探测到的回波，通过图像可以直观地看出鱼群和饵料的运动轨迹，并且能保存原始扫描回波数据。
2）水质参数实时监测：不间断实时监测溶解氧、盐度、温度、流速流向等水质参数；
3）海洋环境实时监测：
配备气象监测仪，提供气温、气压、湿度、风速、风向、降雨量等气象参数。系统连接GPS信号，可实时显示并传输当前位置等信息。
4）自动报警：水质参数超出正常范围时进行报警。
5）监测数据管理：可进行历史数据查看，并具备监测数据的统计和分析功能。
6）选用微波通讯设备进行远距离监测数据及海洋环境监测数据传输。
3.2.1. 图像显示
声呐通过声波探测原理，可以探测鱼群和饵料。在屏幕上以不同的颜色显示探测到的回波，回波强度越大，颜色越深，一般红色部分是鱼群，蓝色部分是饵料。通过图像可以直观地看出鱼群和饵料的运动轨迹。
3.2.2. 水质监测
本系统可以实时接收监测的水质数据，实时显示当前全部测量数据和各要素的时间序列图；可显示露点温度和复位次数。系统的可视化界面让用户使用更方便，它的自动值班功能不需要用户操作就能完成预先设置的值班任务。
在值班室设计一个报警单元，使用7寸液晶屏，可显示各鱼舱的水质数据，可设置报警阈值，实现自动报警功能，及时通知值班人员。
3.2.3. 报警监测
为使监测水质参数超出设定范围及时报警，系统提供了预警设置功能。预警系统分为三部分：预警参数的上下限的设定、详细预警数据查询、实时预警。
本系统还可以监测各个泵、污水井和配电板发来的运行或故障报警信号，实现实时报警功能。
3.2.4. 数据回传和历史回放
本系统支持多种通讯方式，可选用3G/4G、卫星通信、RS232/422/485、光纤网络等方式，可在以上几种通讯方式中任意组合使用；使用户可以根据养殖工船的具体情况选择有线或无线通讯方式进行系统通讯，并完成无线通讯系统的一点多发，一点多收等功能。所有监测到的数据都保存到了数据库中，可以根据时间段进行历史回放。历史数据同样包括两部分：数据折线图、数据明细表。数据折线图：以折线图的方式展示所选时间段的数据；数据明细表：详细列出所选时间段的数据的数值。
3.2.5. 报表导出和打印
本系统能够自动接收、处理、存储、显示养殖系统传输的数据；自动生成报文、月报表等文件，支持打印。
3.2.6. 数据库备份
养殖平台的养殖监测系统数据库是实时更新的，陆地的养殖管理系统数据库每天定时更新。养殖平台服务器定时将养殖系统数据库跟陆地管理系统数据库同步，第一次同步按照全部数据同步，以后每天定时按照增量数据同步，同步时对数据进行压缩传输，以减少卫星通讯的流量。
3.3. 基于声呐的生物量统计系统
3.3.1. 系统目标
运用水声学的方法进行渔业资源评估，近年来已逐步走向成熟。相比于传统的拖网、围网等人工评估手段，水声学评估方法具有快速准确、方便灵活、覆盖面大、预报及时又不损害渔业资源的优点。随着电子技术的进步，用于水声学评估的鱼探仪也获得了更新换代，其探测范围更广、精度更高、可操作性更强的特点极大提升了渔业资源评估的效率和准确率。但是基于回波计数、回波积分等原理的声呐在鱼类个体跟踪、计数、三维空间分布等领域显得力所不及，而现阶段基于识别声呐的渔业探测尚停留在个体目标计数、体长测量以及行为观测阶段，并没有形成一套完整的资源评估体系。因此我们在对识别声呐成像原理研究的基础上，结合声呐特点，开展基于图像处理的新型渔业资源评估方法的研究，为海洋牧场中鱼类跟踪、数量估计、水下分布等问题提供解决方案，形成一套基于声呐的鱼群动态分析系统，为我国海洋牧场开发提供技术支撑。
3.3.2. 实现技术
本系统是通过高速计算机处理声呐探测到的回波信号，达到鱼群和饵料的识别，鱼的生长状态、尺寸的记录，估算鱼群和饵料的数量及相互关系，并能实现监控报警的功能。
运用特定的数学算法，通过对回波强度的分析，可以估算出鱼群和饵料的实时数量，并且以数字的方式显示在屏幕上，还可以计算出一定时间段的平均数量。便于分析鱼群和饵料的关系，进而控制投饵机的投放数量。通过一段时间的积累，可以记录鱼群的生长过程，配合鱼群和饵料的关系数据，建立鱼群生长与饵料的关系图，形成关系曲线。
3.3.3. 系统组成
本系统由声呐控制器软件和鱼群动态分析系统软件组成，声呐控制器的核心部件是工业级高速计算机，配置英特尔至强高速CPU，大容量高速DDR4内存和大容量硬盘组成，可以实时存储并分析声呐输出的回波数据，快速建立神经网络模型库，对鱼群进行动态分析。
3.4. 基于AI的鱼群行为健康分析系统
3.4.1. 系统目标
由于人类经济社会活动范围的不断扩大，污染的问题日益突出，鱼类发生各种病害的频率也越来越频繁。鱼类的行为对于自身疾病或外部环境的改变都是非常敏感的，一旦鱼群的行为发生明显异常往往提示我们鱼类健康或水体环境出现问题，这时一定要迅速地发现并采取相应的措施，才能避免鱼类大量死亡给养殖户造成的巨大经济损失。
3.4.2. 实现技术
通过对鱼群行为进行实时的监测，及时发现鱼群的异常行为，可以为鱼类健康和水体环境监控与预警提供重要的手段。判断鱼群行为是否异常的传统方法是由人工在养鱼现场进行连续观察，根据鱼群游动状态凭经验进行判断并据此采取相应的措施。
本系统提供了一种利用机器视觉技术研究鱼群异常行为的自动化在线监测方案。是通过高速计算机处理水面上高清摄像头拍摄的鱼群游动的视频信号，对鱼群游动的轨迹进行连续跟踪，通过数据分析计算出鱼群的流动速度，加速度及深度等运动参数，根据鱼群运动参数的变化分析判断出鱼群生长环境的改变与健康状况。方案不仅可以实现对鱼群行为的全天候连续监控，而且对于鱼群产生的一些异常行为可以更加及时准确地进行捕捉和判断，并实现预警和辅助决策，从而减少养殖户的损失，提高养殖产量。
3.4.3. 系统组成
本系统硬件部分由鱼舱舱口的摄像机和高速计算机组成，计算机连接硬盘录像机，获取实时视频图像，进行分析存储，对鱼群行为进行记录和分析，发现出现不正常的行为时提醒用户。
3.5. 水下在线单体鱼健康分析系统
本系统利用特定的光源与装置相结合，将个体鱼吸引至装置中，同时启动装置中的高清摄像机，对单体鱼进行图像数据的采集。
通过使用图像分析算法，通过扫描鱼身上的斑点，从而确定出单体鱼是否受伤或者生长鱼虱。再结合之前分析的鱼群运动状态，可以有效的帮助用户确定单体鱼的健康情况，监测鱼群生长、畸形和其他健康指标，便于及时处理。
由于通过高速计算机处理水下高清摄像机扫描的单体鱼的详细体貌特征信息来分析单体鱼的健康状况，所以使用图像检测算法必不可少。我们同步鱼体照片鱼病、受伤照片进行比照计算，可以快速判断出单体鱼的健康状况。
4. 技术指标
通过掌握单体鱼健康情况，结合基于声呐的鱼群动态分析系统和基于AI的鱼群行为健康分析系统，我们可以很好的辅助判断鱼群健康情况，进行鱼群疾病监控，并且将鱼群行为和图像记录下来，为后续实现鱼群健康专家系统做好前期技术储备。
