现代渔业园区建设项目 实施方案

发布:2016-12-29 10:05      点击:

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一、项目简介

    XX市水资源丰富,境内河道纵横,总流域面积为1116.8平方公里。超过30平方公里的沟渠21条遍及境内,年流经总量5528.1万平方米,全市淡水渔业面积达到了1.3万亩。近几年来,XX市将水产业做为农村经济发展、农民增收的重要途径,全面推广以渔改碱技术,大力组织实施“科技兴渔”和“一村两塘”渔业工程,转方式,调结构,扩基地,培特色,做精高效养鱼传统渔业,做强鱼鸭混养、鱼藕混养等特色渔业,做准珍稀渔业,做活休闲渔业,加快水产业发展步伐,取得了较好的经济、社会、生态效益。
XX市自然条件优越,作为现代渔业园区建设项目实施县,发展高效现代渔业,技术比较成熟,生态、经济和社会效益明显,具有巨大的潜力和明显的优势。

二、项目实施的必要性

全国水产养殖业进一步发展的科技支撑能力比较薄弱,发展后劲不足,现有的养殖方式和模式基本停留在传统方式上,很大程度制约了水产业的发展;二是水产养殖行业普遍存在人力、物力和资金投入较高的情况,急需探寻一条节约型水产养殖发展道路;三是水产养殖业普遍存在人员劳动强度大、水资源得不到充分合理利用、养殖管理难度大等情况,急需找到一条科技含量高、操作简单的养殖管理途径;四是水产品质量安全体系不健全,监测和监管手段脆弱,市场对水产品质量安全的要求越来越高,确保水产品质量安全的责任和难度越来越大,相应的水产品质量安全控制和药残快速检测越来越重要。

三、系统解决方案

(一)方案设计所采用的标准与规范

1、方案设计所引用的国家标准

符合ISO(国际标准化组织)、IEC (国际电工委员会)、ITU-T(国际电信联盟)、IEEE(电气和电子工程师协会)、GB(国家标准委员会)等标准;
EIA/TIA568EIA/TIA569EIA/TIA-TSB36/40、IEEE802.3 10BASE-T、IEEE802.5 Token Ring;
工业标准及国际商务建筑布线标准;
ISO/IEC JTCI/SC25/VVG3;
XT005-95《通信局(站)电源系统总技术要求》中有关集中监控的内容;
电网综[1997]472号文《通信电源、机房空调集中监控管理系统(暂行规定)》;
GBJ 232-82《电气装置安装工程施工及验收规范:电气设备交接试验标准篇》 [1983.5.];
BG6510-85《30MHZ~1GHZ声音和电视信号的电缆分配系统》;
GB 84《通信网技术标准汇编》 [1989.10.];
GB 50252-94《工业安装工程质量检验评定统一标准》 [1994.12.];
JGJ/T 16-92《民用建筑电气设计规范》;
GB50045-95《高层民用建筑设计防火规范》;
GBJ42-81《工业企业通讯设计规范》;
GBJ115-87《工业企业通信接地设计规范》;
GB50174-93《电子计算机机房设计规范》;
GB/T5465-1996《电气设备用图形符号》;
GB/T50169《电气装置安装工程接地装置、施工及验收规范》;
GBF232-92《电气装置安装工程施工及验收规范》;
GB2887-89《计算机场地技术条件》;
GJB 1649-1993《电子产品防静电放电控制大纲》;
GJB 3007-1997《防静电工作区技术要求》等国家标准。

2、设计与安装规范

GA/T75-1994 《安全防范工程程序与要求》;
GA/T74-1994 《安全防范系统通用图形符号》;
GA/T70-94 《安全防范工程费用概预算编制办法》;
JGJ/T16-1992 《民用建筑电气设计规范》;
GB50198-1994 《民用闭路监控电视系统工程技术规范》;
GY/T106-1999 《有线电视广播系统技术规范》;
GB50200-1994 《有线电视系统工程技术规范》;
GB242 《电工电子产品基本环境试验规程总则》;
GB2422 《电工电子产品基本环境试验规程名词术语》;
GB2423.l 《电工电子产品基本产品试验规程,低温试验方法》;
GB2421.2 《电工电子产品基本环境试验规程,高温试验方法》;
GB4943 《数据处理设备的安全》;
《Lucent SYSTEM结构化布线系统设计总则》;
《建筑与建筑群综合布线工程设计规范》;
《建筑与建筑群综合布线工程施工安装规范》。

(二)设计依据

对渔业智能物联网方案的设计,原材料供应方面始终坚持高起点、高标准、严要求,结合我司多年来积累的系统设计和工程实施经验,遵循科学合理的设计原则、设计标准和设计规范,突出先进性、适用性和经济性,且具有一定的超前性,确保系统建成后达到国际一流水平。采用先进成熟的技术、布局设计优良、设备应用合理、界面友好简便、功能有序实用、升级扩展性好的物联网系统,以达到既能满足大屏幕图像和数据显示的需求,又充分表现卓越的性能和极高的性价比优势。

(三)系统组成

现代渔业园区建设四个系统、一个平台、一宗手机APP。主要包括水质在线监测与远程控制系统12组、视频监控与鱼病诊断系统24组、水产品药残检测系统1宗,监测控制中心系统1套共4个系统及现代渔业云服务平台及手机APP一宗。具体设备功能、参数及明细见附表

(四)设计标准

1、生态池塘养殖在线监测系统的整体设计指标

1、网络带宽:>10M
2、集成仪器要求
最大可以集成的仪器数量:10个,目前集成3台仪器(PH值、溶解氧、盐度),并具备3个备用仪器接口,可以直接接入国际通用氨氮等水质环境测量仪器;可以接入自动投食机,完成饵料投放的自动控制,可以自动控制增氧机械。

2、主要的监测要素、精度以及观测的频次要求

   PH值观测精度0.1PH,10分钟;盐度观测精度0.1PPT,10分钟;溶解氧观测精度0.1mg/L,10分钟;可配备水下摄像头704x576分辨率,连续观测。仪器上配备进口(YSI结构)自动清洗装置,防止水生物的污染及附着。
3、无线数据监测
作为能源供应和信息中转站,采用现场分布式模块化管理,负责为水质传感器探头提供电力供给,并负责回收观测数据,可以实现水下仪器独立的数据采集和电源管理控制,并且方便扩展其他参数或更新替代同一监测参数不同型号仪器设备。在完成数据的质量控制后上报控制中心。相应的,前端数据采集系统同时负责转发监测中心控制指令至传感器探头。前端数据采集系统设计指标:
① 前端系统供电电压:交流220V,电压波动+7%,-10%
② 备份存储空间:具有128G以上数据存储空间
③ 设计寿命:1年,连续稳定运行工作1年
④ 集成传感器:具备灵活扩展其他参数或更新替代同一监测参数不同型号仪器设备,具备即插即用的通用国际标准水密接口

4、现场控制

池塘水质监测现场控制箱,采用开放式结构,安装各水质探头相对应的传感器模块板、主从嵌入式控制板及系统主底板等,扩展插槽、即插即用的硬件模块化设计可以使得后期配置与升级更具有灵活性,其主要技术指标要求如下:
① 岸基控制箱:防霉、防潮、防烟雾、防雷击处理,安装固定具备12级台风抗风性
② 扩展接口:具备5个扩展插槽,且即插即用
③ 设计寿命:1年

5、监测控制中心

主要负责提供实时数据监测平台与资源数据共享网站,其中实时数据监测平台负责水质在线前端采集系统远程控制、实时数据监测、实况视频播放等;资源共享网站则负责数据发布、信息整合等一些列功能;移动监管终端机手机APP能够实时在手机上查看各类监测参数及视频播放等。
其主要技术指标要求如下:
    ①服务器技术指标:E5-2600处理器以上,内存16GB以上,硬盘2T以上
 ②服务器运行指标:并发连接数100以上
    ③数据备份策略:RAID5磁盘阵列
    ④设计寿命:2年,连续稳定运行1年
⑤高清显示屏技术指标:70英寸、X-GEN超晶面板、分辨率1080P
⑥移动监管终端及手机APP:4核、内存16G、屏幕5寸以上、1.5GHz

6、水产质检设备

    ①氯霉素残留检测试剂40盒
    ②孔雀石绿残留检测试剂40盒
    ③呋喃四合一残留检测试剂40盒
    ④现场快速检测前处理一体箱2套,包含配置样品浓缩仪、单孔水浴锅、离心机、200µL移液枪、1000µL移液枪、5mL移液枪、200µL吸头盒、1000µL吸头盒、5mL吸头、移液枪架、匀浆器、称量勺、离心管、掌上电子天平、试管架、专用检测箱等仪器设备。

7、视频监控与远程鱼病诊断系统

    ①显微镜一套:1600倍,可连接电脑、配500万高清摄像头。
    ②球机24套:1/2.8 CMOS、超低照度,3D降噪,低码率,ROI,透雾,强光抑制,Smart IR,音频,报警,IP66,红外150米。
    ③一体化红外摄像机48套:200万高清摄像机。
④交换机24套:8路、10/100M,支持自动翻转功能。
⑤光端机12套:16路/支持多种视频格式(720p/50、720p/60)/FC接口,单模单纤/1路485数据/20公里。
    ⑥硬盘录像机3套:HDMI输出:1路,分辨率:1024x768/60Hz,1280x720/60Hz,1280x1024/60Hz,1600×1200/60Hz,1920x1080p/60Hz。支持16路4CIF实时同步回放和多路同步倒放、
VGA输出:1路,分辨率:1024x768/60Hz,1280x720/60Hz,1280x1024/60Hz,1600×1200/60Hz,1920x1080p/60Hz
    ⑦矩阵一套:单机16路HDMI/VGA输出,每路1/4/9画面显示,同时输出32路1080P/48路720P/144路D1网络数字视频,分辨率可达1920×1080。
    ⑧配备24块1T硬盘,图像存储30天,能够实时回放、查看。

(五)系统设计特点

1、实用性

该项目在设计过程中听取了养殖户、养殖专家的建议,从养殖实际需求出发,根据养殖品种及现场情况针对性进行设计研发,最大程度满足用户的需求,
同时提供给用户手机查询管理功能,电脑查询管理功能,方便用户实时查询,管理,控制设备。

2、可靠性

经过实际应用,水质测控在可靠性保障方面具有一定的技术难点。我们在设计研发的过程中投入大量人力物力去解决问题,保障系统可靠性。
长期监测的稳定性:传感器的自动化清洗,定期上门校准及维护。
中控设备的稳定性:工业级ARM处理器,军工级贴片工艺。
一线品牌电控元件:通信稳定性,冗余网络设计。
服务的稳定保障:分布式云服务

3、先进性

ZIGBEE、WIFI、GPRS物联网主流通信技术的应用。
先进的原电池原理溶解氧传感器。
YSI方式的自动清洗结构。
工业级ARM可编程主机。
本地可视化操作界面。

4、标准化

在选用控制技术和设备时,符合国际及行业标准,充分利用各种产品的优势,将它们有机地结合起来。也就是说,要求系统的通信环境、硬件环境、软件环境相互间的依赖减至最小,充分发挥自身优势;同时,系统的互联为信息互通和网上控制创造有利条件。
传感器和主机采用通用MODBUS接口实现通信,保障设备的耦合性和可移植性。

5、可扩充性

本系统无论是前端设备还是平台系统都具有极高的可扩展性。
前端传感器与主机全部采用MODBUS数字变送器,最多可扩展16路传感器。
控制端可定制扩充至32路
软件平台采用模块化设计,方便扩展。

6、可维护性、可管理性原则

    前端设备全部采用标准接线端子连接,配有连接图示,方便用户进行维护。用户可通过现场组态平台或者电脑对设备进行现场或远程管理,方便快捷。

(六)系统解决方案原理

1、基本原理

系统通过百兆光纤实现本地网络与INTERNET网络的高速接入,接入点放置于养殖办公室监控中心。基地内共用水质测控点、水下摄像机(可选)。水下监控以有线连接到池塘边再通过wifi传至中心监控室,水质监测、控制点通过WIFI、ZIGBEE、GPRS通信方式汇聚至监控中心,管理员可在监控中心显示屏进行集中监测控制,实现远程各类设备授权操作,经过授权的用户电脑、手机可随时查询监测数据、控制增氧机、查看监控视频。同时通过自定义的动作功能,可实时推送警报,实现预警控制、自动化控制功能。
下图为以某单位养参二场池塘设备仪器平面安装示例图

 
通过仪器使用不同的方法进行测量获得一个非常准确的测量数据来完成对监测因子含量的监测与汇总、转换、传输等工作,监测因子包括PH、溶氧、盐度等参数及水下视频图像,采集到的数据通过数据处理转换后经由网络传输至前端数据采集系统中,前端数据采集系统建立在池塘岸边。通过各种通信方式将采集到的数据及视频传输至数据监控中心系统,通过现代渔业云服务平台记录、保存、显示实时数据,通过历史数据形成各种图表,完成各种监测数据的比测,形成分析报告,并及时上传至上级信息中心,同时可对部分数据设定阀值,当溶氧超过设定值的时候,自动开启或者关闭增氧机。

2、系统简易拓扑图


3、系统框架图

http://www.kitozer.com/UploadFiles/201311/20131104171407537.jpg

4、视频监控

4.1拓扑图
4.2数据传输说明
    球机与枪机通过线缆连接至交换机,通过网络传输至光端机,再传输至硬盘录像机,通过矩阵整合处理在显示器上进行显示。

5、鱼病诊断视频监控简易图


 

6、本项目总体架构

池塘生态环境在线监测系统是充分利用现代传感器技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机应用技术及相关专用分析软件和计算机通信网络所组成的一个综合性的在线自动监测系统平台,实现实时在线池塘生态环境监测,数据处理与实况视频发布,并通过辅助决策对池塘水质进行预警预报。
根据池塘养殖区结构设计,整体拓扑图如下所示,在各池塘养殖区安装无线数据监测终端,池塘内布放水质监测探头,通过水密缆集中接入相应池塘边控制箱。监控中心通过GPRS通道负责与各池塘边监测前端控制系统通信,进行系统状态监控与生态环境数据发布等,并将监测数据实时转发至省厅和市局相关渔业部门。特别的,精选养殖区几个池塘布放实时水下摄像头,通过地面有线网络进行实况视频监控。
系统架构拓扑图
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整体信号传输与采集拓扑图

(七)系统主要功能

系统目前已完成和实现的主要功能包括传感器、现场PLC控制系统和终端电脑应用程序的一部分,能监测多种水质参数:溶解氧、盐度、PH值、硫化氢等。
 终端电脑和下位机的通讯采用的是"主-从"式通讯方式,上位机通过RS232或其他接口主动发出命令或数据,下位机被动响应。
 系统对养殖池分类,分别设定不同的标准参数,在采集到的鱼池参数超出标准时可进行报警,从而实现水质的实时监控。
  ◆ 可在线实时24小时连续的采集和记录监测点位的温度、盐度、PH值等各项参数情况,以数字、图形和图像等多种方式进行实时显示和记录存储监测信息。
◆可设定各监控点位的温度、盐度、PH值等报警限值,当出现被监控点位数据异常时可自动发出报警信号,报警方式包括:现场多媒体声光报警、网络客户端报警、电话语音报警、手机短信息报警等。上传报警信息并进行本地及远程监测,系统可在不同的时刻通知不同的值班人员。
◆ 数据中心软件采用标准全中文图形界面,实时显示、记录各监测点温度、盐度、PH值等曲线变化,统计温度、盐度、PH值等数据的历史数据、最大值、最小值及平均值,累积数据,报警画面。
◆监控主机端利用监控软件可随时打印每时刻的温度、盐度、PH值等数据及运行报告。
◆强大的数据处理与通讯能力,采用计算机网络通讯技术,局域网内的任何一台电脑都可以访问监控电脑,在线查看监控点位的温湿度变化情况,实现远程监测。系统不但能够在值班室监测,领导在自己办公室和智能手机都可以非常方便地观看和监控。
◆系统可扩充多种记录数据分析处理软件,能进行绘制棒图、饼图,进行曲线拟合等处理,可按格式输出,也能进入EXCEL电子表格等office的软件进行数据处理。
◆系统设计时预留有接口,可随时增加减硬软件设备,系统只要做少量的改动即可,可以在很短的时间内完成。可根据政策和法规的改变随时增加新的内容。

四、现代渔业云服务平台系统介绍

(一)系统介绍

无线水质测控系统基于物联网技术及云技术,监测节点实时采集溶解氧、PH值、盐度、硫化氢等数据,通过GPRS、WIFI、ZIGBEE构成的冗余网络和云端实现数据实时交互,监测节点同时具备数据在本地和云端同时保存、监测节点在本地和云端可实现现场诊断、远程诊断、智能校准等功能。控制节点除在现场可以实现手动开关,定时开关,触发设置外,还可以通过云端实现触发配置、定时设置、远程开关的功能。

1、现场测控功能

测控终端具备现场测控功能,通过现场设备配置的触控面板,可方便的实现设备的现场测量控制。下图为现场测控触摸屏。

2、手机远程测控功能

设备同时可以通过手机显示远程测控。通过安装APP实现远程控制,详细功能可参见手机APP功能。下图为手机APP界面

3、电脑远程测控功能

电脑登录后根据用户权限可以管理、查询、控制测控终端。同时云平台还提供多种功能供用户使用,详见云平台功能设计。

 

(二)数据通信

由于养殖区面积较大,传统的布线方式无法满足多点监控要求。而单一的无线网络方式无法确保通信稳定性,故在网络基础设计方面采用多种网络模式冗余通信方式确保数据正常。
在每个无线水质监测终端增加一路GPRS远程模块和ZIGBEE自组网模块,通过GPRS模式或通过ZIGBEE自组网模式实现数据远传入云平台。
我公司设计的通信电路中,包含了WIFI\GPRS\ZIGBEE PRO三种网络制式,可根据实际现场条件实现远程/自动切换。保证99.9%的网络连通率。
同时云端服务器采用世界著名的飞天集群下的云平台,确保云端连通率达到99.9%。
设备同时具有离线功能,在离线状态下,设备可正常工作,用户可通过手动按钮进行设备开关,可通过配置定时开关、触发联动开关设置实现离线的自动化控制功能。通过现场显示屏实时查看数据。
渔业云服务平台基于B/S架构设计,用户可通过电脑、手机、IPAD随时随地访问平台查询数据、管理设备、控制设备,平台提供多种扩展功能, 满足用户的定制化需求。

(三)应用服务系统介绍

应用服务系统基于现代渔业云平台进行数据信息的统计、分析、整合处理形成相关图表等功能。用户登录平台后能够直观的显示该用户的所有水质监测点、视频监控点的当前的最新数据、设备状态、数据趋势。可切换到GIS(地理信息地图)实际查看每个点的具体位置,园区范围,塘口养殖面积等信息,可在地图上点击某个点进行数据查询,视频监控。
进入某个监控后可通过集中组合画面显示当前点的视频信息、数据列表、数据曲线。
用户自定义触发控制:用户可根据自身需求实现远程推送、开启的动作设置,如当该监测点溶解氧低于多少时开启增氧机并同时推送报警短信(短信免费)。

(四)用户中心

1、用户中心首页

如下图显示该用户的所有设备的最新数据及当前状态。左侧栏目可进入个人相关功能。

 

2、设备详细页

如下图点击设备详细信息按钮,进入当前选择设备的详细页面,该页面集中了该设备的区域基本信息,如面积、责任人、养殖品种。可通过右侧的查询功能查询该节点最新的数据,数据可按分钟、时、日、月、年进行查询。
下方的曲线直观的显示当前监测节点的日、月、年多要素曲线。方便用户查看数值的变化。

3、地理信息显示
用户中心右上角地图按钮进入地图显示模式,可切换成为卫星、地图模式,可直观的显示所有设备的地理信息,点击该设备可进行查询控制。
 

(五)预警与推送

自定义的预警与推送功能,用户可以方便的通过该功能添加对预警的阈值、条件进行配置,对发送端进行配置。用户可以很方便的通过步骤导航来设置预警和推送对象。

 

(六)数据统计

提供数据统计和数据导出功能。
 

 

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