池塘養(yǎng)殖水體光譜觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馬茵馳， 丁 文

(北京市水產(chǎn)科學(xué)研究所，北京，100068)

池塘養(yǎng)殖水體光譜觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馬茵馳， 丁 文

(北京市水產(chǎn)科學(xué)研究所，北京，100068)

水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)狀況復(fù)雜，容易突發(fā)水質(zhì)變化，水體光譜數(shù)據(jù)可直接反映這些變化。設(shè)計(jì)了一套養(yǎng)殖水體光譜觀測(cè)系統(tǒng)，為開(kāi)展養(yǎng)殖水體光譜分析并評(píng)估水質(zhì)狀況提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。基于高精度光學(xué)傳感器、Flash存儲(chǔ)技術(shù)、GPRS及RS485無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)構(gòu)建一套實(shí)時(shí)、自動(dòng)化的光譜觀測(cè)系統(tǒng)，用以觀測(cè)養(yǎng)殖池塘水體特定波段光譜數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)5個(gè)池塘水體樣本進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，以美國(guó)ASD公司的地物光譜儀在680 nm、700 nm和769 nm三個(gè)波段位置的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行回歸分析，并對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)進(jìn)行量化分析，得到觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度達(dá)98%以上，且系統(tǒng)性能達(dá)標(biāo)。結(jié)果表明：在針對(duì)養(yǎng)殖水體特定波段光譜觀測(cè)方面，該系統(tǒng)可以代替人工光譜儀觀測(cè)工作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)觀測(cè)，減少繁瑣的觀測(cè)程序，節(jié)省人力物力，同時(shí)能夠避免人工觀測(cè)造成的誤差。

養(yǎng)殖水體；光譜；觀測(cè)；光學(xué)；傳感器

近年來(lái)，養(yǎng)殖水體狀況研究越來(lái)越引起廣泛重視。如何快速、準(zhǔn)確地獲取水體信息也成為水環(huán)境遙感的基礎(chǔ)研究?jī)?nèi)容之一[1-2]。通常使用便攜式地物光譜儀在水面進(jìn)行水體光譜數(shù)據(jù)觀測(cè)，與衛(wèi)星遙感或者航空遙感方式對(duì)比，數(shù)據(jù)后期處理難度降低、機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)，但數(shù)據(jù)空間尺度較低，觀測(cè)程序比較繁瑣，實(shí)時(shí)性也差[3-4]。但水面光譜觀測(cè)是大尺度水體遙感研究的基礎(chǔ)，也是中小型水體光譜研究的高效手段[5-6]。

水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘水面多為中小型水面，規(guī)范的日常維護(hù)工作，養(yǎng)殖水體受自然條件影響較少。同時(shí)，可見(jiàn)光-近紅外波段范圍內(nèi)若干個(gè)波段位置的光譜數(shù)據(jù)能夠間接、客觀地反映池塘水質(zhì)狀況，而不需要獲取連續(xù)波段的光譜觀測(cè)數(shù)據(jù)[7-8]。針對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘環(huán)境特點(diǎn)，在前期研究基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套基于高精度光學(xué)傳感器、Flash存儲(chǔ)技術(shù)、GPRS及RS485無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)的養(yǎng)殖池塘水體光譜觀測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠自動(dòng)、實(shí)時(shí)觀測(cè)水體特定波段的光譜數(shù)據(jù)，無(wú)人值守，易于維護(hù)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度較高，方便后期處理和分析，能有效替代人工光譜觀測(cè)工作，可為養(yǎng)殖池塘水質(zhì)狀況的日常監(jiān)測(cè)提供技術(shù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 水體光譜觀測(cè)基本原理

在水體光譜特性研究中，要求對(duì)水體測(cè)量的物理量能夠得到離水輻亮度Lw,歸一化離水輻亮度Lwn和遙感反射率Rrs[9-11]等。水體光譜測(cè)量的常用方法有剖面法和水面以上測(cè)量法[12-14]。剖面法是通過(guò)測(cè)量不同水深處的光學(xué)特性，推算出水體表面的光學(xué)信號(hào)，從而得到所需的物理量。該方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，要求測(cè)量水體在水深10 m以上，且設(shè)備要求高，在I類(lèi)水體中有較多應(yīng)用[15-16]。水面以上測(cè)量法是在水面上采用適當(dāng)?shù)挠^測(cè)幾何，通過(guò)測(cè)量水面反射信號(hào)、天空光信號(hào)以及水面以上的入射信號(hào)等，從而得到所需的物理量。水面以上觀測(cè)法由于其方便的測(cè)量方式、較高的準(zhǔn)確性，在II類(lèi)水體的光譜測(cè)量中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用[17-18]。在地物的反射光譜測(cè)量中，直接測(cè)量目標(biāo)物可得到目標(biāo)物的輻亮度，而該目標(biāo)物表面的入射輻亮度需要通過(guò)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)參考板的輻亮度來(lái)得到[19-20]。

在室外測(cè)量水體光譜時(shí)，光譜儀接收到的輻亮度信號(hào)Lsw為：

Lsw=Lw+r×Lsky+Lg

(1)

式中：Lw—離水輻亮度；Lsky—由天空漫散射輻亮度；Lg—太陽(yáng)直射反射輻亮度；r—水氣界面反射率，影響因素包括太陽(yáng)位置、觀測(cè)角、方位角、風(fēng)速和風(fēng)向，經(jīng)驗(yàn)取值為0.021～0.03。

以圖1水體光譜測(cè)量分析中的測(cè)量幾何為例。觀測(cè)方向與光線入射方向呈90°～135°(背向光源方向)，光纖探頭與液面法線呈30°～40°，這樣可以避免光的直射反射，即Lg近似為0。因此，當(dāng)采用合適的觀測(cè)幾何后，此時(shí)光譜儀接收到的輻亮度信號(hào)Lsw可近似為：

Lsw=Lw+r×Lsky

(2)

由于很難保證在觀測(cè)時(shí)天氣情況均晴朗無(wú)云，光譜儀測(cè)量時(shí)通常需要同步觀測(cè)天空漫散射輻亮度Lsky，進(jìn)而計(jì)算出水體本身的光譜信號(hào)，即離水輻亮度Lw。

圖1 水面以上信號(hào)構(gòu)成

1.2 系統(tǒng)組成

1.2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)架構(gòu)

在水環(huán)境遙感研究中，通過(guò)對(duì)水體的光譜觀測(cè)數(shù)據(jù)可以計(jì)算水體反射率，而水體反射率可以進(jìn)一步計(jì)算水體葉綠素a、總氮(TN)等水質(zhì)參數(shù)。方便、可靠的光譜觀測(cè)方法十分重要。本文設(shè)計(jì)的水體光譜觀測(cè)系統(tǒng)由光譜采集終端、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置和數(shù)據(jù)接收終端組成(圖2)。

圖2 系統(tǒng)示意圖

1.2.2 光譜采集終端

光譜采集終端(圖3)包含三組可配置的高精度光學(xué)傳感器模塊和一個(gè)Flash存儲(chǔ)器。在采集光譜數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)備份在存儲(chǔ)器中，以保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性。存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量可根據(jù)需要配置，通常根據(jù)系統(tǒng)時(shí)鐘保存30 d的觀測(cè)數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置連接。為降低功耗、提高數(shù)據(jù)采集效率，設(shè)計(jì)一項(xiàng)休眠功能，可由數(shù)據(jù)接收終端發(fā)送遠(yuǎn)程指令，休眠或喚醒光譜采集終端，控制光譜觀測(cè)工作。根據(jù)水體光譜觀測(cè)的特點(diǎn)，系統(tǒng)默認(rèn)每天18：00至次日6：00為休眠狀態(tài)。光譜采集終端與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置共用一套供電模塊，提供兩種供電方式，既可使用220 V市電，也可使用太陽(yáng)能蓄電池，以保障系統(tǒng)連續(xù)工作的可靠性。

圖3 光譜采集終端組成

不同水質(zhì)參數(shù)與不同波段的光譜數(shù)據(jù)相關(guān)。為靈活調(diào)整所觀測(cè)的光譜波段，設(shè)計(jì)了可拆裝的光學(xué)傳感器模塊，根據(jù)不同的應(yīng)用需要可配置不同的觀測(cè)波段，但每次重新配置都需要對(duì)光學(xué)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。光譜采集終端與光傳感器采用4針串口連接，具備3個(gè)光傳感器擴(kuò)展接口(JP7、JP8、JP9)，每個(gè)接口連接一組高精度光學(xué)傳感器模塊。

根據(jù)水體反射率觀測(cè)原理，針對(duì)多通道反射觀測(cè)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)兩種傳感器節(jié)點(diǎn)，分別是下行光譜輻照度觀測(cè)節(jié)點(diǎn)(簡(jiǎn)稱(chēng)A節(jié)點(diǎn))和水體反射輻射觀測(cè)節(jié)點(diǎn)(簡(jiǎn)稱(chēng)B節(jié)點(diǎn))。A和B節(jié)點(diǎn)的波段設(shè)置與電子元器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全一樣，唯一的區(qū)別是B節(jié)點(diǎn)具有角度限制裝置，只允許特定角度的反射輻射進(jìn)入視場(chǎng)角。這樣可以最大限度地減少水體反射環(huán)境光的干擾。A/B節(jié)點(diǎn)的主要功能是負(fù)載基于I2C總線的光傳感器，進(jìn)行光亮度數(shù)據(jù)采集，同時(shí)，光譜采集終端可以觀測(cè)時(shí)間、記錄太陽(yáng)能蓄電池剩余電量，并將這些數(shù)據(jù)一起發(fā)送給數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)單元。節(jié)點(diǎn)主要包括傳感器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、串口通信、供電、儀器工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)及通信/微處理器等部分。

系統(tǒng)測(cè)試中，A、B節(jié)點(diǎn)均采用680 nm、700 nm和769 nm三個(gè)波段光學(xué)傳感器。B節(jié)點(diǎn)觀測(cè)水面反射輻射，設(shè)定視場(chǎng)角為25°。

1.2.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置(圖4)通過(guò)數(shù)據(jù)通信串口與光譜采集終端鏈接，將采集終端flash存儲(chǔ)器中的實(shí)時(shí)光譜數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)及RS485無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端。系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方式，便于現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程兩種數(shù)據(jù)處理工作的需要。

圖4 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置組成

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置中的通信單元集成一塊裝配遠(yuǎn)距離傳輸天線的RS485數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，技術(shù)人員通過(guò)一臺(tái)裝有RS485數(shù)據(jù)接收模塊和遠(yuǎn)距離接收天線的便攜式計(jì)算機(jī)，可在現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集終端100 m范圍內(nèi)隨時(shí)查看養(yǎng)殖池塘水體的光譜數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，現(xiàn)場(chǎng)制定水質(zhì)調(diào)控方案。在偏遠(yuǎn)養(yǎng)殖池塘區(qū)域，GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋不完善的情況下，采用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞礁涌煽?，光譜觀測(cè)的實(shí)時(shí)性也更強(qiáng)。

GPRS單元通過(guò)SIM卡進(jìn)入移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)，將光譜數(shù)據(jù)發(fā)送至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器，技術(shù)人員可在遠(yuǎn)程任意計(jì)算機(jī)終端通過(guò)客戶端程序訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。這種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方式主要面對(duì)生產(chǎn)一線以外的管理人員及監(jiān)管部門(mén)。轉(zhuǎn)發(fā)裝置同時(shí)配備一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，以防止在GPRS模塊通訊異常時(shí)，可緩存采集終端flash存儲(chǔ)器中的部分?jǐn)?shù)據(jù)，在光譜數(shù)據(jù)無(wú)法及時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器的情況下，保證數(shù)據(jù)的完整性。

1.2.4 數(shù)據(jù)接收終端

數(shù)據(jù)接收終端包含遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器和客戶端數(shù)據(jù)處理分析軟件。系統(tǒng)采用微軟Windows Server服務(wù)器管理平臺(tái)和SQL Sever數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，光譜數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)為：ID-池塘編號(hào)-觀測(cè)時(shí)間-波段1-波段2-波段3?？蛻舳藬?shù)據(jù)處理分析軟件可通過(guò)兩種方式接收光譜數(shù)據(jù)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)接收數(shù)據(jù)時(shí)，RS485數(shù)據(jù)接收模塊通過(guò)轉(zhuǎn)換模轉(zhuǎn)換為RS232串口通信，軟件設(shè)置為串口通信模式，直接通過(guò)串口讀入實(shí)時(shí)觀測(cè)的光譜數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程接收數(shù)據(jù)時(shí)，軟件設(shè)置為服務(wù)器訪問(wèn)模式，直接訪問(wèn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器，從數(shù)據(jù)庫(kù)讀取光譜數(shù)據(jù)。通過(guò)客戶端軟件可以查看實(shí)時(shí)光譜數(shù)據(jù)及查詢(xún)歷史光譜數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析模塊可以估算水體的葉綠素a、總磷(TP)、TN等水質(zhì)參數(shù)。目前，該模塊僅預(yù)留程序接口，可根據(jù)業(yè)務(wù)需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)、集成。軟件采用VC2010平臺(tái)開(kāi)發(fā)，界面簡(jiǎn)潔，操作方便?？蛻舳藬?shù)據(jù)分析處理軟件架構(gòu)如圖5所示。

圖5 軟件架構(gòu)

2 結(jié)果與分析

2.1 系統(tǒng)工作性能

為測(cè)試系統(tǒng)工作性能并定量評(píng)價(jià)該系統(tǒng)觀測(cè)水體光譜數(shù)據(jù)的可靠性，在晴朗、少云天氣狀況下，在北京市房山區(qū)十渡鱘魚(yú)國(guó)家良種繁育基地選擇5個(gè)連片養(yǎng)殖池塘作為水體觀測(cè)樣本，并使用美國(guó)ASD公司的FieldSpec HH光譜儀進(jìn)行同步光譜測(cè)量。

通過(guò)對(duì)3組傳感器光學(xué)通道進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，檢驗(yàn)不同通道數(shù)據(jù)之間的一致性。同時(shí)，驗(yàn)證1 d之內(nèi)太陽(yáng)光照變化條件下高精度光學(xué)傳感器的響應(yīng)能力。通過(guò)數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖(圖6、圖7)分析，可以看到，不同通道之間的一致性非常好，數(shù)據(jù)的決定系數(shù)為0.9995，不同數(shù)據(jù)回歸直線的斜率非常接近1，說(shuō)明在相同的光照條件下，不同的傳感器測(cè)量值之間幾乎沒(méi)有偏差。

圖6 通道1與通道2一致性分析

圖7 通道1與通道3一致性分析

為了檢驗(yàn)傳感器的數(shù)據(jù)傳輸是否穩(wěn)定，做出了各通道傳感器的觀測(cè)值在1 d之內(nèi)的變化曲線(圖8)。通過(guò)觀察觀測(cè)值的變化是否與太陽(yáng)光照變化曲線一致來(lái)判斷是否有數(shù)據(jù)的動(dòng)蕩以及不穩(wěn)定因素。

圖8 光照強(qiáng)度測(cè)量的時(shí)間變化分析

通常，在晴空條件下，太陽(yáng)到地面的輻射值變化與太陽(yáng)天頂角成余弦函數(shù)關(guān)系，也就是說(shuō)，在早晚時(shí)段最低，中午時(shí)段最高。從圖8可以看到一個(gè)類(lèi)似的余弦曲線，除了早上時(shí)段略微有些變化之外，其余時(shí)段非常穩(wěn)定。圖8中的曲線比較光滑，中間沒(méi)有數(shù)據(jù)缺失，數(shù)據(jù)接收率達(dá)到100%，表明該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸比較穩(wěn)定，能夠用來(lái)進(jìn)行時(shí)間序列連續(xù)觀測(cè)。

2.2 水體光譜觀測(cè)

3組高精度光學(xué)傳感器濾光片中心波長(zhǎng)分別設(shè)計(jì)為680 nm、700 nm和769 nm，濾光帶寬均為3 nm。FieldSpec HH為350 ～1050 nm連續(xù)光譜觀測(cè)，光譜分辨率為3 nm。系統(tǒng)濾光帶寬與光譜儀一致，水體反射輻射觀測(cè)節(jié)點(diǎn)視場(chǎng)角設(shè)置為25°，也與光譜儀保持一致，這樣可以保證數(shù)據(jù)比對(duì)的可靠性。

第一組對(duì)1號(hào)養(yǎng)殖池塘的觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)序觀測(cè)。系統(tǒng)分別在10：00、11：00、12：00、13：00和14：00各觀測(cè)10組光譜數(shù)據(jù)，同時(shí)使用光譜儀進(jìn)行人工觀測(cè)，共采集50組對(duì)比數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)不同光照條件下，對(duì)同一目標(biāo)水體觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性(圖9)?？梢钥闯觯S著時(shí)間變化，太陽(yáng)輻射角度和強(qiáng)度均發(fā)生變化，系統(tǒng)觀測(cè)的光譜數(shù)據(jù)也隨之發(fā)生變化，光譜儀的測(cè)量結(jié)果也符合同樣的規(guī)律。兩組數(shù)據(jù)呈線性變化規(guī)律，且擬合度很好，平均擬合系數(shù)達(dá)到0.988 2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了系統(tǒng)在時(shí)間序列光譜觀測(cè)工作中的可靠性。

圖9 時(shí)序觀測(cè)數(shù)據(jù)可靠性分析

第二組對(duì)5個(gè)養(yǎng)殖池塘進(jìn)行同步觀測(cè)，分別選擇過(guò)濾池、投飼料臺(tái)、排水口、進(jìn)水口、增氧泵等不同觀測(cè)位置，水質(zhì)環(huán)境狀況存在一定差異。系統(tǒng)5個(gè)光譜采集終端在10：30啟動(dòng)，分別采集10組光譜數(shù)據(jù)，同時(shí)在每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)使用光譜儀進(jìn)行準(zhǔn)同步光譜測(cè)量，共采集50組對(duì)比數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)相同光照條件下對(duì)不同目標(biāo)水體觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性(圖10)。

圖10 差異觀測(cè)目標(biāo)數(shù)據(jù)可靠性分析

可以看出，對(duì)于不同養(yǎng)殖池塘，由于觀測(cè)點(diǎn)不同，這些區(qū)域的水質(zhì)狀況通常會(huì)有一定差異，從光譜表現(xiàn)來(lái)看也存在一定數(shù)據(jù)差異，但系統(tǒng)觀測(cè)數(shù)據(jù)與光譜儀測(cè)量數(shù)據(jù)在差異性變化上呈高度線性關(guān)系，且擬合度很好，平均擬合系數(shù)達(dá)到0.987 6。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了系統(tǒng)在不同養(yǎng)殖水體目標(biāo)光譜觀測(cè)工作中的可靠性。

3 結(jié)論

設(shè)計(jì)了一套可實(shí)時(shí)觀測(cè)養(yǎng)殖池塘水體特定波段光譜數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)達(dá)到了光譜儀觀測(cè)的效果，同時(shí)擺脫了繁瑣的人工觀測(cè)程序和光譜儀無(wú)法連續(xù)實(shí)時(shí)觀測(cè)的缺點(diǎn)。系統(tǒng)使用成本較低，可實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖區(qū)域多點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)式同步觀測(cè)。連續(xù)、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的水體光譜觀測(cè)數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)分析及養(yǎng)殖池水質(zhì)參數(shù)估算提供了基礎(chǔ)。基于地面光學(xué)遙感觀測(cè)數(shù)據(jù)分析和建模，為系統(tǒng)定制針對(duì)各主要水質(zhì)參數(shù)的光譜波段，實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)參數(shù)的及時(shí)、準(zhǔn)確的定量評(píng)估，將對(duì)養(yǎng)殖生產(chǎn)中進(jìn)行水質(zhì)變化預(yù)警和調(diào)控具有重要意義。

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Design and implementation of spectrum observation system for aquaculture water in pond

MA Yinchi, DING Wen

(Beijing Fisheries Research Institute, Beijing, 100068, China)

The water quality of the aquaculture is complex and easily mutated. The spectrum data of water can reflect the mutation directly. A spectrum observation system for aquaculture water is designed to provide data basis and scientific ground for spectrum analysis of aquaculture water and evaluation of water quality. A real-time and automatic spectrum observation system is constructed based on the high-precision optical sensor, Flash storage technology, GPRS and RS485 wireless data transmission technology to observe the spectrum data of specific bands in aquaculture pond. Through continuous observation of samples in 5 ponds, after regression analysis with simultaneous observation data of ASD spectrometer in the bands of 680 nm, 700 nm and 769 nm as standard value, and quantitative analysis of system performance index, it is obtained that the accuracy of the observed data is above 98%, and the system performance is up to standard. The result shows that, for spectrum observation of aquaculture water in specific band, this system could take the place of artificial spectrometer for observation, realize remote and real-time data observation, reduce tedious observation procedure, economize on manpower and material resources, and avoid error caused by artificial observation.

aquaculture water; spectrum; observation; optics; sensor

10.3969/j.issn.1007-9580.2017.04.010

2017-06-21

北京市農(nóng)林科學(xué)院“冷水性魚(yú)類(lèi)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”(JNKST201611)；北京市農(nóng)林科學(xué)院創(chuàng)新能力建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)(KJCX20150411，KJCX20170701)

馬茵馳(1982—)，男，副研究員，研究方向：漁業(yè)信息技術(shù)及智能裝備，E-mail：mayinchi@bjfishery.com

S951.4

A

1007-9580(2017)04-062-06