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1、第一章 绪 论优普西螺旋藻智能养殖管理系统软件架构和功能随着物联网技术迅速发展，基于物联网的设施渔业信息化已经成为设施渔业生产向集约、高产、高效、优质方向发展的重要推动力。物联网利用ZigBee无线网络技术组成无线传感器网络，感知养殖场的水质情况，例如温度、溶解氧浓度、PH值等，将这些数据实时发送至物联网网关。网关将养殖场的环境数据利用3G模块（或GPRS模块）发送至控制中心的服务器，服务器利用专家管理系统依据水产品的生长模型结合人工智能技术向网关发送控制指令，网关依控制指令利用控制箱驱动电机采取动作调节养殖场的水产品的生长环境，从而利于水产品生长。物联网网关留有摄像头接口，能够根据用户需求将
2、生产现场的图片或者视频发至控制中心服务器，服务器上部署软件并接入Internet网络，用户可以利用个人电脑或者手机登录到服务器，查询养殖水域内外环境数据、浏览生产现场图片、观看现场视频，还可以远程控制各种生产设备。当养殖场环境异常时，除了服务器中的专家系统发出指令驱动电机调节环境（如增氧机增加溶解氧），控制中心的告警箱也能够发出声光告警，服务器向相关人员发出告警短信。控制中心内的显示器（或者大屏幕）上能够显示各个传感器的工作状态、读数、现场图片等信息。因此，物联网技术能够实现设施渔业养殖的动态实时监管、数据统计分析、科学决策、预警及风险控制、专家咨询等生产过程的科学化、数字化。1.1 物联网技
3、术发展状况 “物联网”(IOT，Internet 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。
4、在物联网中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。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、
5、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。1.2
6、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。2010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
7、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。2010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3.8公里的电线杆，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
8、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
9、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58.1%。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。1.3 项目项目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
10、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、远程与自动控
11、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。1.4 项目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C#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。项目结构大体如下：第一章是绪论，给出了项目的背景，物联网水产养殖的技术现状、发展状况，选题的意义以及项目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
12、层中运用到的相关技术进行简要的的介绍。第三章对优普西螺旋藻智能养殖管理系统软件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VS2015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。 第二章 物联网的相关技术介绍2.1 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Auto-ID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。2009年美国在IBM的
13、提议下，正式的把物联网投入国家战略。在2010年的期间,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一，2010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。2.1.1 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
14、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2-1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
15、通信网络的桥梁，物联网网关应具有如下功能：a.多种接入能力：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。b.协议转换能力：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。c.可管理能力：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
16、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2-1 物联网体系架构示意图2.1.2 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
