基于物联网的水产养殖管理系统的研究与设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于物联网的水产养殖管理系统的研究与设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

等生产过程的科学化、数字化。 物联网技术发展状况 “ 物联网 ” (IOT， Inter of Things)也叫 “ 传感网 ” ，是 “ 传感网 ” 在国际上的通称；它是指物体通过装入各种信息传感设备，比如射频识别 (RFID)装置、红外感应器、全 球定位系统、激光扫描器或其它方式进行连接，然后与互联网或移动通信网络结合起来最终形成一个巨大的智能网络，通过电脑或手机实现对物体的智能化管理。 物联网的核心和基础仍然是互联网，它是在互联网基础上的延伸和扩展。 然而，物联网将网络连接延伸到任何物体之间，物联网比互联网更为庞大。 这些物体通过各种信息传感设备与互联网连接在一起，进行更为复杂的信息交换和通信。 因此，物联网的发展目标是：全面感知、可靠传送及智能处理。 在物联网中，物品 (商品 )能够彼此进行 “交流 ”，而无需人的干江 苏 大 学 学 士 学 位 论 文 2 预。 物联网产业链可以细分为标识、感知、处理和信息 传送四个环节，每个环节的关键技术分别为 RFID、传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络。 终端感知、网络连接及后台运算，是物联网三大关键技术，而终端感知是物联网三大关键技术的基础。 物联网可广泛应用于城市公共安全、工业安全生产、环境监控、智能交通、智能家居、公共卫生、健康监测等多个领域，让人们享受到更加安全轻松的生活；正日益成为备受全球社会各界共同关注的热点和焦点。 物联网的发展从概念到技术研究、试点实验阶段，已经取得了突破性进展。 伴随国家和企业，政策和资金的大力支持，政策、金融、研发机构、人员四大环境的不 断增强和投入，物联网将会顺应生产力变革的要求不断发展下去。 作为物联网行业关键的参与者，国内三大电信运营商正在积极承接国家战略，充分利用自有优势资源，对既有产品进行挖掘、对新产品进行探索，努力开发物联网产品；同时，发挥运营商产业链职能，参与标准制订、技术研究与产品开发、市场推广，积极推动物联网产品的发展。 如今，促进中国物联网发展的政策、产业环境以及支撑其运行的网络基础正在逐渐完善，中国物联网发展已拥有了良好的基础，将进入发展快车道，中国物联网发展前景良好。 但同时仍存在成本、技术标准、关键核心技术攻关、成熟商业 模式建立等问题，物联网的秋天还需要时日，物联网的发展任重而道远。 国内外物联网水产养殖的技术现状 从整体上看，水产养殖是一个由 “环境 —气候 —水生 —技术 ”等多个子系统的时间序列相对分明的复杂系统，各子系统及其因素之间变现为互相交叉的网络联系，单凭人的经验和操作是无法有效准确的掌控这一系统。 而目前计算机技术，特别是由人工智能、互联网、传感器技术组合而成的物联网技术发展非常迅猛，成为科技革命的一大主流。 可以相信，借助于先进的计算机管理技术建立的辅助水产科学养殖决策系统将会是水产养殖获得更高、更稳的经济效益。 2020年 8月 12日，江苏省宜兴市高塍镇 某养殖户 ，根据蟹塘内水质智能传感器传来的实时监测数据，通过手机及时遥控启动了蟹塘内的增氧泵。 专程从北京赶来的中国农业大学信息与电气工程学院博士生导师李道亮教授，详细察看了这套水产养殖环境智能控制系统的运作情况，并给予了充分肯定。 2020年 3月，在国家农业部、省和无锡市相关部门支持下，宜兴市农林部门联合鹏鹞生态农业有限公司，与中国农业大学合作建立了江苏省首个物联网水产养殖基地。 在 5户试点农户计 1000亩河蟹养殖池内，他们安装了 13个江 苏 大 学 学 士 学 位 论 文 3 水质参数采集点、 5个无线控制点、 5个 GPRS设备，配备了一座小型气象站、设立了一个监控中心。 宜兴移动公司还专门架设了 ，为该基地接入了专用光纤。 水产养殖环境智能监控系统是基于智能传感技术、智能处理技术及智能控制技术等物联网技术开发的，集数据、图像实时采集、无线传输、智能处理和预测预警信息发布、辅助决策等功能于一体的现代化水产养殖支撑系统。 示范基地采用的水产养殖环境智能监控系统，可以对蟹塘内的溶解氧、 P H值、水温等进行在线监测，及时调节水质，预测各种病情发生，使水产品在最适宜的环境下生长，达到增产、节能、省工、适时用药、减少环境污染等效果。 据宜兴市农林部门测算，采用这套系统后，每亩河蟹养殖水面监控成本约 400元，每亩增产约 10%－ 15%，亩均增效可达 1000元左右，且减少了水产养殖对周边水体环境的污染。 国外方面，厄瓜多尔有研究把物联网与水产养殖中虾病害早期诊断，通过 GIS的统计，分析出虾病害的发展状况、趋势，并做出及时措施，可有效的减少虾病害带来的经济损失。 苏格兰有研究利用物联网技术来实时监控鱼虾养殖中对不同地区发散私聊和鱼虾排泄物的污染程度，并得出模型预测，预测模型的校验准确率达到了 %。 总得来说，目前中国利用物联网 技术对农业系统上的信息采集已经去的比较大的进步，但是技术跟国外相比，还是有比较大的差距。 论文课题的项目背景 随着人们生活水平的提高，水产品的需求量越来越大，水产养殖的用户越来越多， 规模也越来越大，种类也越来越丰富。 传统的养殖方式一般是根据观察鱼或虾等浮头情况来判断水中是否缺氧，根据水中的混浊度来判断水中的氨氮等多种成份的含量，根据经验来判断水中的 PH值及水温，需要人工来开启增氧设备。 然而随着养殖规模的不断扩大，这种传统的养殖方式所出现的问题越来越多 ： 影响水产养殖环境的关键参数就是水温、光照、溶氧 ，氨氮，硫化物、亚硝酸盐、 PH等，这些关键因素既看不见又摸不着很难准确把握，靠经验来判断误差非常之大，再加上养殖规模越来越大，靠这种传统的方式显得越来越力不从心，稍有不慎就会导致重大损失。 为此我们需要开发一套人工智能的，方便养殖户操作，实现无人化 24小时监控，能够实时查询 水产品信息 的水产养殖管理系统。 物联网水产养殖系统是面向水产养殖集约、高产、高效、生态、安全的发展需求，基于智能传感、无线传感网、通信、智能处理与智能控制等物联网技术开发的，集水质环境参数在线采集、智能组网、无线传输、智能处理、预警信息发布、 决策支持、江 苏 大 学 学 士 学 位 论 文 4 远程与自动控制等功能于一体的首选技术，所以开发这一系统具有很高的经济和使用价值。 这一技术 能将我国水产养殖业推向世界的新高峰。 论文研究的主要内容 本文主要研究面向项目需求的一种可行的解决方案，侧重于物联网系统中应用层的设计和实现，对于物联网的感知层和网络层相关的技术只做简要介绍。 针对项目特点，通过 JAVA语言编写的程序来模拟对养殖户水质参数的采集和入库，再利用 WEB开发相关知识 和技术 ，将数据库中的养殖户信息和水质参数进行相关的操作和管理。 论文结构大体如下： 第一章是绪论， 给出了课题的背景， 物联网水产养殖的技术现状、发展状况，选题的意义以及课题研究任务和主要内容。 第二章主要介绍物联网的整体结构和感知层、网络层中运用到的相关技术进行简要的的介绍。 第三章对物联网水产养殖管理系统的总体设计及完成功能进行介绍。 第四章关于对 WEB开发的相关技术和优点行讨论 第五章先介绍 MYECLIPSE开发工具和 MYSQL数据库，对水产养殖管理系统进行软件设计，并对其进行仿真。 第六章总结及展望，对整个系统的设计及仿真进行总结，并对未来进行展望。 江 苏 大 学 学 士 学 位 论 文 5 第二章 物联网的 相关技术介绍 物联网概念及介绍 物联网原理只是国际电信联盟所提出的一个概念， 麻省理工学院的 AutoID研究中心在 1999年提出物联网的概念 :利用射频识 (Radio Frequency Identification, RFID)与条码等信息传感设备将所有的物品和互联网连接 ,从而实现智能化的管理与识别。 2020年美国在IBM的提议下，正式的把物联网投入国家战略。 在 2020年的两会期间 ,物联网被写进了政府的工作报告当中 ,从而物联网成为五大新兴国家战略产业之一， 2020年 10月的《国务院关于加快培育和发展 战略性新兴产业的决定》中 ,物联网也被列为战略性的新兴产业。 所以说物联网成为了继计算机、互联网之后第三次世界信息产业革命。 物联网体系架构 物联网的基本体系架构 (DCM)主要由三层构成：感知层、网络层和应用层。 感知层是物联网发展和应用的基础，本层由各种具有感知能力的设备组成，物联网中由本层负责物体的识别和信息采集，实现全面感知的功能。 网络层由各种通信网络和互联网融合而成，本层负责将感知到的数据进行分类、汇聚、处理，并能够可靠传输出去。 应用层则将物联网技术与各种行业专业技术相结合，为不同的用户提供各 种应用，例如智能交通、环境保护、公共安全、平安家居、工业监测、个人健康、军事侦察等如图 21所示。 物联网感知层存在大量的传感器，这些传感器组成许多传感器网络，而传感器网络感知的数据又需要传递到网络层，由网络层的广域网络传送出去。 因此，网关在物联网时代将扮演非常重要的角色，利用物联网网关可以实现传感器网络与广域网之间的协议转换，从而实现信息广域互联。 在互联网中，网关又称网间连接器或协议转换器，它工作于传输层，用于两个高层协议不同的网络互连。 在物联网中，网关主要用于无线传感网与现有通信网络的互联。 作为连接传感 器网络和传统通信网络的桥梁，物联网网关应具有如下功能： ：网关需要具备接入多种现有通信网的能力，这些通信网包括： 2G/3G/4G移动通信网络、无线局域网、有线网络。 因此，网关必须具备相应网络的接口和软硬件的接入能力。 ：物联网中传统网络和传感器网络需要相互交换信息，物联网网关需要在它们之间提供协议转换能力。 这种能力不仅包括将不同的感知层协议通过协议适配后，转换为格式统一的数据和控制信令，而且包括在感知层网江 苏 大 学 学 士 学 位 论 文 6 络和互联网之间进行协议转换，保证数据和控制指令穿透各种网络可靠传输。 理能力：对于任何网络而言，管理能力是必不可少的。 特别对通常用于无人值守环境下的无线传感网，管理能力尤为重要。 物联网网关需要对无线传感网中的传感节点、路由器等设备进行管理，同时它也需要对网关设备进行管理。 前者负责获取传感器节点的标识、状态、属性等，并且实现远程启动、关闭、控制和分析等功能；后者负责网关设备的注册管理、诊断管理、配置管理、升级维护等。 图 21 物联网体系架构示意图 物联网感知层 感知层所需要的关键技术包括检测技术、中低速无线或有线短距离传输技术等。 具体来说，感知层综合了传感器技 术、嵌入式计算技术、智能组网技术、无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器的协作实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息。 通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到接入层的基站节点和接入网关，最终到达用户终端，从而真正实现 “ 无处不在 ” 的物联网的理念。 感知层中涉及的技术包括即传感器技术、物品标识技术（ RFID和二维码）以及短距离无线传输技术（ ZigBee和蓝牙）等技术。 江 苏 大 学 学 士 学 位 论 文 7 在水产养殖管理系统中物联网的感知层主要用于检测养殖水质环境的 检测和监控，利用各种传感器例如： PH值检测仪、水溶氧分析仪、水温测试仪等如图 22所示。 他们是系统的最底层，充当着系统的 “ 感知器官 ”。 图 22 智能水质传感器图 物联网网络层 物联网的价值在什么地方。 主要在于网，而不在于物。 感知只是第一步，但是感知的信息，如果没有一个庞大的网络体系，不能进行管理和整合，那这个网络就没有意义。 物联网网络层是在现有网络的基础上建立起来的，它与目前主流的移动通信网、国际互联网、企业内部网、各类专网等网络一样，主要承担着数据传输的功能，特别是当三网融合后，有线 电视网也能承担数据传输的功能。 在物联网中，要求网络层能够把感知层感知到的数据无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送，它解决的是感知层所获得的数据在一定范围内，尤其是远距离地传输问题。 同时，物联网网络层将承担比现有网络更大的数据量和面临更高的服务质量要求，所以现有网络尚不能满足物联网的需求，这就意味着物联网需要对现有网络进行融合和扩展，利用新技术以实现更加广泛和高效的互联功能。 由于广域通信网络在早期物联网发展中的缺位，早期的物联网应用往往在部署范围、应用领域等诸多方面有所局限，终端之间以及终端与后台软件之间 都难以开展协同。 随着物联网发展，建立端到端的全局网络将成为必须。 由于物联网网络层是建立在 Inter和移动通信网等现有网络基础上，除具有目前已江 苏 大 学 学 士 学 位 论 文 8 经比较成熟的如远距离有线、无线通信技术和网络技术外，为实现 “物物相连 ”的需求，物联网网络层将综合使用 IPv 2G/3G、 WiFi等通信技术，实现有线与无线的结合、宽带与窄带的结合、感知网与通信网的结合。 同时，网络层中的感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术。 感知数据管理与处理技术包括物联网数据的存储、查询、分析、挖掘、理解以及基于感知数据 决策和行为的技术。 水产养殖管理系统的网络层，用来传递从感知层中获取来。