大菱鲆全人工繁育模擬系統(tǒng)研究

常志東

摘 要： 大菱鲆人工繁育在國(guó)內(nèi)已經(jīng)擁有了較好的技術(shù)基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，大菱鲆養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)也成為中國(guó)北方海水養(yǎng)殖的支柱產(chǎn)業(yè)。高等職業(yè)院校在進(jìn)行大菱鲆人工繁育技術(shù)傳授時(shí)，受場(chǎng)地、時(shí)間、人數(shù)等條件限制，難以開展有效的實(shí)踐教學(xué)。大菱鲆全人工繁育模擬系統(tǒng)，是借助計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將復(fù)雜的過(guò)程進(jìn)行分解，并將分解后的任務(wù)通過(guò)軟件進(jìn)行模擬，通過(guò)完成任務(wù)，重現(xiàn)整個(gè)繁育過(guò)程，讓學(xué)生系統(tǒng)地掌握技術(shù)要點(diǎn)。系統(tǒng)開發(fā)采用了ASP.NET+SQL Server技術(shù)，這兩項(xiàng)技術(shù)成熟、穩(wěn)定，在許多應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)中使用。

關(guān)鍵詞： 大菱鲆； 人工繁育； 實(shí)踐教學(xué)； 計(jì)算機(jī)軟件模擬； 過(guò)程模擬； 影響因素模擬

中圖分類號(hào)：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2018）03-04-04

Study on total artificial breeding simulation system of turbot

Chang Zhidong

（Dept of information engineering WeiHai Ocean Vocational College，RongCheng City， Weihai， Shandong 265300， China）

Abstract： The artificial breeding of turbot has a good technological base and industrial advantage in China and the turbot farming industry has become a pillar industry of sea aquaculture in the north China. When imparting the artificial breeding technology of turbot in Higher Vocational Colleges， it is difficult to carry out effective practical teaching because of the limits of site， time and number of people. The total artificial breeding simulation system of turbot is the use of computer technology， software technology and computer network technology， decomposing the complicated process， and simulating the decomposed task with software， by completing the tasks， to reproduces the entire breeding process， let the students master the main technical points systematically. ASP.NET and SQL Server are used in the system development. These two technologies are mature and stable， and are used in the development of many application systems.

Key words： turbot； artificial breeding； practical teaching； computer software simulation； process simulation； influence factor simulation

0 引言

中國(guó)自從引進(jìn)大菱鲆良種后，經(jīng)過(guò)20多年的科技攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)推廣，在國(guó)內(nèi)已經(jīng)擁有了較好的技術(shù)基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，中國(guó)現(xiàn)已成為世界大菱鲆人工養(yǎng)殖大國(guó)，大菱鲆養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)也成為中國(guó)北方海水養(yǎng)殖的支柱產(chǎn)業(yè)[1]。大菱鲆養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的壯大刺激了前端產(chǎn)業(yè)-大菱鲆人工繁育產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而大菱鲆人工繁育相比于人工養(yǎng)殖有更高的技術(shù)要求。為了應(yīng)對(duì)大菱鲆人工繁育產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，并保持產(chǎn)業(yè)的良性持續(xù)發(fā)展，各高等職業(yè)院校水產(chǎn)養(yǎng)殖專業(yè)紛紛開設(shè)相應(yīng)課程傳授相關(guān)知識(shí)和技能。作為一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，單純的理論教學(xué)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)的需要。但大菱鲆人工繁育受周期、場(chǎng)地、人力、物力等影響，很難在學(xué)校的實(shí)踐教學(xué)中去開展。

學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)是高等職業(yè)院校人才培養(yǎng)的目標(biāo)，需要進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的課程無(wú)法正常開展，會(huì)讓人才培養(yǎng)效果大打折扣。突破實(shí)踐教學(xué)瓶頸，解決大菱鲆人工繁育過(guò)程校園實(shí)踐問(wèn)題，可以考慮使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模擬的方式進(jìn)行。借助于強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)軟件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，依據(jù)大菱鲆人工繁育成熟的理論基礎(chǔ)，使用計(jì)算機(jī)軟件模擬整個(gè)過(guò)程，就可以很好的解決因受周期、場(chǎng)地、人力、物力等影響而無(wú)法開展的實(shí)踐教學(xué)問(wèn)題。

要開發(fā)大菱鲆全人工繁育模擬系統(tǒng)，首先需要分析大菱鲆全人工繁育的整個(gè)過(guò)程，詳細(xì)了解過(guò)程中的每個(gè)階段；其次在實(shí)際生產(chǎn)中，繁育過(guò)程受環(huán)境、水質(zhì)、水溫、光照等因素的影響較大，在模擬過(guò)程中的不同階段隨機(jī)加入一些偏離正常條件的影響因素，從而讓模擬過(guò)程更接近于實(shí)際生產(chǎn)；最后為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，可以參照游戲方式使用積分消耗和獎(jiǎng)勵(lì)的方式激發(fā)學(xué)生的參與興趣。

大菱鲆全人工繁育模擬可以分過(guò)程模擬和影響因素模擬兩部分[3]。過(guò)程模擬是以熟悉大菱鲆全人工繁育的全過(guò)程為目標(biāo)，按照繁育過(guò)程各個(gè)階段的先后順序依次推演，從而按順序完成過(guò)程模擬部分。影響因素模擬是以應(yīng)對(duì)繁育過(guò)程中出現(xiàn)的偏離正常條件的環(huán)境、水質(zhì)、水溫、光照等影響為目標(biāo)，通過(guò)設(shè)定若干偏離正常條件的元素，按照概率隨機(jī)拋出不同元素以模擬實(shí)際生產(chǎn)條件[4]。

1 大菱鲆全人工繁育過(guò)程分析

大菱鲆人工繁育過(guò)程一般分為親魚選購(gòu)、親魚培育、成熟與產(chǎn)卵、受精卵孵化、苗種培育等5個(gè)階段[2]。整個(gè)系統(tǒng)按照每個(gè)階段的操作流程進(jìn)行模擬，實(shí)際生產(chǎn)中的每一項(xiàng)都需要在模擬系統(tǒng)中體現(xiàn)出來(lái)。另外在每個(gè)階段中，使用設(shè)備和材料需要消耗一定積分（金幣），完成工作會(huì)獲取相應(yīng)積分（金幣）。通過(guò)積分（金幣）的獲取與消耗，增強(qiáng)系統(tǒng)的趣味性。

大菱鲆全人工繁育模擬系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

圖1 大菱鲆全人工繁殖模擬系統(tǒng)流程圖

⑴ 親魚選購(gòu)階段

選購(gòu)親魚過(guò)程又可以分解為搭配雌雄親魚比例、包裝、運(yùn)輸?shù)热齻€(gè)步驟。在這三個(gè)步驟中：雌雄親魚比例、包裝方式、運(yùn)輸工具等是該階段工作的影響因素。

⑵ 親魚培育階段

親魚培育要在培育車間中完成，培育車間的布置工作包括選擇培育池的材料、容積，進(jìn)出水口設(shè)計(jì)，光照設(shè)備安裝等；布置完培育車間后，需要進(jìn)行培育準(zhǔn)備工作，包括計(jì)算選用合適的親魚培育密度，選擇飼料類型、水質(zhì)檢測(cè)等。正式開始親魚培育工作后，需要持續(xù)監(jiān)控和調(diào)整光照時(shí)間、水質(zhì)、水溫、日投飼量，防治病害等。

親魚培育階段系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)流程圖如圖2所示。

⑶ 成熟與產(chǎn)卵階段

雌雄親魚達(dá)到性成熟后，即可進(jìn)行人工受精。在人工培育情況下，雌雄親魚的精卵很難實(shí)現(xiàn)自然受精，因此就需要進(jìn)行人工干預(yù)。要完成人工受精首先要按照標(biāo)準(zhǔn)判斷親魚是否達(dá)到性成熟；對(duì)于已經(jīng)性成熟的親魚，就可以進(jìn)行人工受精，步驟如下：將雌雄親魚的卵子和精液擠壓至干凈的器皿中，加入適量水進(jìn)行混合，控制三者的比例，精、卵、水三者有嚴(yán)格的比例標(biāo)準(zhǔn)。

⑷ 受精卵孵化階段

受精卵要在器皿中進(jìn)行孵化，在孵化過(guò)程中要持續(xù)分離上浮卵和沉淀卵。上浮卵為受精成功的卵子，可用于孵化，這時(shí)需要記錄上浮卵的數(shù)量。這個(gè)階段，除了要進(jìn)行記錄和觀察受精卵發(fā)育情況外，還要監(jiān)控和調(diào)整進(jìn)水質(zhì)、水溫、光照等，并注意防治病害。

⑸ 苗種培育階段

受精卵成功孵化后，需要進(jìn)行布池操作，布池時(shí)有兩種方法：一種是將發(fā)眼卵收集、沖洗、計(jì)數(shù)后直接布池；另一種是將破膜后的初孵仔魚用光滑器皿小心移入飼育槽中，調(diào)整水量和氣量，以保證溶氧充足，同時(shí)清除死苗，保持清潔衛(wèi)生。

在進(jìn)行苗種培育時(shí)，需要完成選擇合適位置的育苗場(chǎng)、計(jì)算放養(yǎng)密度、進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)、仔稚魚后期培養(yǎng)等工作。水質(zhì)、水溫、光照等仍然是該階段需要持續(xù)監(jiān)控和調(diào)整的因素。

2 模擬繁育過(guò)程影響因素及影響因子設(shè)置分析

影響因素模擬是大菱鲆全人工繁育模擬系統(tǒng)的重要組成部分。影響因素主要包括以下。

⑴ 親魚培育階段：光照時(shí)間，水溫，水質(zhì)，培育密度，飼料類型及日投飼量，病害。

⑵ 成熟與產(chǎn)卵階段：親魚成熟度，雌魚擠卵時(shí)機(jī)，人工受精時(shí)精液、卵子、水的體積比，病害。

⑶ 受精卵孵化階段：水質(zhì)，受精卵密度，孵化時(shí)的溫度，病害。

⑷ 苗種培育階段：a.育苗場(chǎng)選址時(shí)水質(zhì)（其中水質(zhì)中的重金屬含量、鹽度等是重要關(guān)注點(diǎn)）；b.仔魚育苗時(shí)換水量和放養(yǎng)密度、水溫、飼料類型及投飼量；c.仔稚魚培育時(shí)水溫、溶氧量、飼料類型、投飼量、投飼時(shí)間。

影響因素決定了人工繁育過(guò)程能否順利進(jìn)行以及成功率大小。將這些影響因素合理的運(yùn)用到模擬系統(tǒng)中，有利于增強(qiáng)模擬過(guò)程的真實(shí)感，有助于學(xué)生在生產(chǎn)環(huán)境中預(yù)防問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。

準(zhǔn)確設(shè)置影響因子是影響因素模擬的重要環(huán)節(jié)。每一個(gè)影響因子的設(shè)置不是一個(gè)獨(dú)立事件，而是要綜合各方面的關(guān)聯(lián)因素。比如：水溫這個(gè)影響因素，在設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)因子時(shí)，不同的階段的標(biāo)準(zhǔn)溫度是有區(qū)別的：親魚培育和成熟與產(chǎn)卵階段水溫在從8℃逐漸升至14℃，最后穩(wěn)定在14℃左右；苗種培育階段初孵仔魚時(shí)，溫度要從16℃逐漸升至20℃，最后穩(wěn)定在20℃左右。所以水溫標(biāo)準(zhǔn)因子要有兩個(gè)。另外，在設(shè)置水溫偏差因子時(shí)，要考慮環(huán)境、季節(jié)等制約條件，不能在夏季在無(wú)人工干預(yù)情況下，將偏差溫度設(shè)置為6℃，這有悖自然規(guī)律，不利于學(xué)生的實(shí)際生產(chǎn)中的判斷。

在對(duì)繁育過(guò)程及各階段之間的關(guān)系全面分析的基礎(chǔ)上，設(shè)置影響因素的影響因子，形成影響因素?cái)?shù)據(jù)，然后在模擬過(guò)程中適時(shí)適地的拋出，是保證影響因素模擬成功實(shí)施的關(guān)鍵。

3 大菱鲆全人工繁育模擬系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

⑴ 用戶數(shù)據(jù)

用戶數(shù)據(jù)包括用戶基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和用戶操作記錄數(shù)據(jù)。用戶基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是用戶基本信息數(shù)據(jù)；用戶操作記錄數(shù)據(jù)是用戶在模擬實(shí)踐時(shí)操作步驟及操作結(jié)果記錄數(shù)據(jù)。

⑵ 專業(yè)知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)

專業(yè)知識(shí)庫(kù)是一個(gè)題庫(kù)，題庫(kù)中保存一些選擇題目和判斷題目，這些題目按照繁育階段進(jìn)行分類，用于在模擬繁育過(guò)程中的每個(gè)階段進(jìn)行專業(yè)知識(shí)測(cè)試，也可以用于《大菱鲆全人工繁育》課程的客觀題目測(cè)試。

⑶ 積分（金幣）數(shù)據(jù)

積分?jǐn)?shù)據(jù)包括用戶積分?jǐn)?shù)據(jù)和基礎(chǔ)積分?jǐn)?shù)據(jù)。用戶積分?jǐn)?shù)據(jù)是用戶在模擬過(guò)程中消耗和獲取的積分情況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；基礎(chǔ)積分?jǐn)?shù)據(jù)是每一項(xiàng)操作消耗或獲取積分的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

⑷ 繁育過(guò)程操作數(shù)據(jù)

繁育過(guò)程需要進(jìn)行的每一步操作需要以基礎(chǔ)庫(kù)數(shù)據(jù)方式保存。經(jīng)嚴(yán)格分析與整理，將過(guò)程中的每一操作按階段分類以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)方式保存下來(lái)，在使用時(shí)，按照先后順序進(jìn)行讀取。這部分?jǐn)?shù)據(jù)是整個(gè)模擬系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)部分。

⑸ 影響因素?cái)?shù)據(jù)

水質(zhì)、水溫、比例搭配、光照、鹽度、成熟度、病害等是影響繁育過(guò)程順利進(jìn)行的因素，需要在模擬過(guò)程中加入其中，以貼近真實(shí)生產(chǎn)場(chǎng)景。這些影響因素的影響因子按照標(biāo)準(zhǔn)因子和偏差因子以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)形式保存，在模擬過(guò)程中分階段進(jìn)行隨機(jī)拋出，供學(xué)生進(jìn)行解決，從而增強(qiáng)模擬真實(shí)感。

⑹ 互動(dòng)交流數(shù)據(jù)

在模擬系統(tǒng)中，學(xué)生之間、師生之間可以進(jìn)行在線互動(dòng)，互相交流問(wèn)題、交流感想，交流內(nèi)容以數(shù)據(jù)保存下來(lái)。在交流問(wèn)題時(shí)，學(xué)生還可以通過(guò)回答問(wèn)題來(lái)賺取積分（金幣）以用于下一階段的工作開展。

以上數(shù)據(jù)使用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)是一種大中型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，在該類型的數(shù)據(jù)庫(kù)中以表的形式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。對(duì)數(shù)據(jù)的增、刪、改、查等管理操作在數(shù)據(jù)表之間進(jìn)行，安全、便利、快捷。

4 系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)分析

本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，使用ASP.NET+SQL Server技術(shù)開發(fā)。

B/S架構(gòu)（Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器模式），是Web興起后的一種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用結(jié)構(gòu)模式。這種模式淡化了客戶端系統(tǒng)環(huán)境要求，將系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心部分集中到服務(wù)器上，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的開發(fā)、維護(hù)和使用?？蛻魴C(jī)上只需要安裝一個(gè)瀏覽器（Browser），瀏覽器也無(wú)需特別要求，Netscape Navigator、Internet Explorer、360瀏覽器等通用瀏覽器都能夠滿足要求。服務(wù)器安裝SQL Server、Oracle、MYSQL等數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，瀏覽器通過(guò)Web Server同數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互[5]。

ASP.NET是微軟公司提供的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)開發(fā)技術(shù)，具備了開發(fā)網(wǎng)站應(yīng)用程序的一切解決方案，包括驗(yàn)證、緩存、狀態(tài)管理、調(diào)試和部署等全部功能。在代碼編寫方面，將頁(yè)面邏輯和業(yè)務(wù)邏輯分開，即分離程序代碼與顯示內(nèi)容，讓豐富多彩的網(wǎng)頁(yè)更容易設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，同時(shí)使程序代碼看起來(lái)更簡(jiǎn)潔[5]。

ASP.NET的優(yōu)點(diǎn)如下。

⑴ 可管理性：ASP.NET使用基于文本的分級(jí)的配置系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了將設(shè)置應(yīng)用于服務(wù)器環(huán)境和Web應(yīng)用程序的工作。因?yàn)榕渲眯畔⑹谴鎯?chǔ)為純文本的，因此可以在沒(méi)有本地管理工具的幫助下應(yīng)用新的設(shè)置。配置文件的任何變化都可以自動(dòng)檢測(cè)到并應(yīng)用于應(yīng)用程序。

⑵ 安全性：ASP.NET為Web應(yīng)用程序提供了默認(rèn)的授權(quán)和身份驗(yàn)證方案。開發(fā)人員可以根據(jù)應(yīng)用程序的需要很容易地添加、刪除或替換這些方案。

⑶ 易于部署：通過(guò)簡(jiǎn)單地將必要的文件復(fù)制到服務(wù)器上，ASP.NET應(yīng)用程序即可以部署到該服務(wù)器上。不需要重新啟動(dòng)服務(wù)器，甚至在部署或替換運(yùn)行的已編譯代碼時(shí)也不需要重新啟動(dòng)。

⑷ 增強(qiáng)的性能：ASP.NET是運(yùn)行在服務(wù)器上的已編譯代碼。與傳統(tǒng)的Active Server Pages（ASP）不同，ASP.NET能利用早期綁定、實(shí)時(shí)（JIT）編譯、本機(jī)優(yōu)化和全新的緩存服務(wù)來(lái)提高性能。

⑸ 靈活的輸出緩存：根據(jù)應(yīng)用程序的需要，ASP.NET 可以緩存頁(yè)數(shù)據(jù)、頁(yè)的一部分或整個(gè)頁(yè)。緩存的項(xiàng)目可以依賴于緩存中的文件或其他項(xiàng)目，或者可以根據(jù)過(guò)期策略進(jìn)行刷新。

MS SQL Server是一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。它最初是由Microsoft、Sybase和Ashton-Tate三家公司共同開發(fā)的，于1988年推出了第一個(gè)OS/2版本[6]。

MS SQL Server主要面向中小企業(yè)。其最大的優(yōu)勢(shì)在于，集成了Microsoft公司的各類產(chǎn)品及資源，提供了強(qiáng)大的可視化界面、高度集成的管理開發(fā)工具，在快速構(gòu)建商業(yè)智能（BI）方面頗有建樹。MS SQL Server是Microsoft公司在軟件集成方案中的重要一環(huán)，也為WIN系統(tǒng)在企業(yè)級(jí)應(yīng)用中的普及做出了很大貢獻(xiàn)[6]。

SQL Server的優(yōu)點(diǎn)如下。

⑴ 真正的客戶機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)。

⑵ 圖形化的用戶界面，使系統(tǒng)管理和數(shù)據(jù)庫(kù)管理更加直觀、簡(jiǎn)單。

⑶ 豐富的編程接口工具，為用戶進(jìn)行程序設(shè)計(jì)提供了更大的選擇余地。

⑷ 與WinNT完全集成，利用了NT的許多功能，如發(fā)送和接受消息，管理登錄安全性等，SQL Server也可以很好地與Microsoft BackOffice產(chǎn)品集成。

⑸ 有很好的伸縮性，可以跨平臺(tái)使用。

⑹ 提供數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)功能，這個(gè)功能只在Oracle和其他昂貴的DBMS中才有。

5 總結(jié)

將大菱鲆的人工繁育過(guò)程進(jìn)行任務(wù)分解后，任務(wù)結(jié)構(gòu)清晰，流程清楚，適合使用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行模擬。另外計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，使學(xué)生可以隨時(shí)隨地地完成任務(wù)，讓模擬系統(tǒng)的使用不受限制。模擬系統(tǒng)的引入可以讓學(xué)生在學(xué)校內(nèi)無(wú)法進(jìn)行實(shí)際操作的情況下，對(duì)大菱鲆的人工繁育過(guò)程有一個(gè)系統(tǒng)的了解，儲(chǔ)備知識(shí)，掌握技術(shù)，為今后在工作崗位中的實(shí)踐工作打下基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)（References）：

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[3] 劉曉娟，黨建武，陳志廣.通用列車運(yùn)行模擬軟件研究[J].城市

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[4] 俞歡軍，許寧，杜占玲. 基于ASP.Net技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室信息管理

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[6] 鄭誠(chéng).SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)管理、開發(fā)與實(shí)踐[M].人民郵電出

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