一种罗非鱼养殖水实时监测预警集成方法及集成系统

技术领域

本发明属于监测预警技术领域，尤其涉及一种罗非鱼养殖水实时监测预警集成方法及集成系统。

背景技术

罗非鱼栖息在中下层,是以植物性饵料为主的杂食性鱼类。罗非鱼不耐低温,在水温10℃左右就会冻死。有些种类的罗非鱼会有口孵的行为，即雌鱼将受精卵含在口中，直到孵化为幼鱼，这种护幼行为对其繁殖十分有利。部分种类的罗非鱼在繁殖前，雄鱼会挖掘底土筑成盆状的巢，具有强烈的领域性，雌鱼将卵产于巢中，待孵化后再由雌鱼将幼鱼含在口中保护。目前我国饲养的罗非鱼有罗非鱼属的齐氏罗非鱼；帚齿罗非鱼属的尼罗罗非鱼、莫桑比克罗非鱼、黄边黑罗非鱼、奥利亚罗非鱼等；还有杂交品种如奥尼罗非鱼、红罗非鱼和福寿罗非鱼)。罗非鱼有生长快、食性广、繁殖力强、病害少、肉质好、产量高等优点。然而，现有罗非鱼养殖水实时监测预警集成装置采集罗非鱼养殖视频不清晰影像对罗非鱼养殖水的监测；同时，目前针对罗非鱼苗的存活率没有准确的计算方法，养殖人员只能根据日常的工作经验对罗非鱼苗的存活率进行估计，不能系统的计算出池塘养殖的罗非鱼苗存活率。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有罗非鱼养殖水实时监测预警集成装置采集罗非鱼养殖视频不清晰影像对罗非鱼养殖水的监测；同时，目前针对罗非鱼苗的存活率没有准确的计算方法，养殖人员只能根据日常的工作经验对罗非鱼苗的存活率进行估计，不能系统的计算出池塘养殖的罗非鱼苗存活率。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种罗非鱼养殖水实时监测预警集成装置。

本发明是这样实现的，一种罗非鱼养殖水实时监测预警集成方法，所述罗非鱼养殖水实时监测预警集成方法包括以下步骤：

步骤一，通过摄像器采集罗非鱼养殖水视频数据；通过视频增强程序对采集的罗非鱼养殖水视频进行增强处理；

所述通过视频增强程序对采集的罗非鱼养殖水视频进行增强处理具体包括：

确定待处理罗非鱼养殖水视频的目标视频帧图像的图像内容类别；对所述目标视频帧图像进行画质评估，生成画质评估结果；

根据所述图像内容类别和所述画质评估结果，对所述待处理罗非鱼养殖水视频进行画质增强处理；从罗非鱼养殖水视频当前位置获取第一预设帧数的连续图像；

检测所述第一预设帧数的连续图像中是否包括满足预设质量条件的基准图像；若存在所述基准图像，则将所述第一预设帧数的连续图像中除基准图像外的图像作为待重构图像，基于所述基准图像对所述待重构图像执行图像重构处理；

若所述第一预设帧数的连续图像中未包括满足预设质量条件的基准图像，继续往后获取第二预设帧数的连续图像，直至找到满足所述预设质量条件的基准图像，并将从当前位置起所获取的所有连续图像中除基准图像外的图像作为待重构图像，基于所述基准图像对所述待重构图像执行图像重构处理；

所述继续往后获取第二预设帧数的连续图像，包括：

以已获取的连续图像的下一帧图像为临时获取位置，从所述临时获取位置起，获取第二预设帧数的连续图像；所述第二预设帧数小于或等于所述第一预设帧数；

以及在对所述待重构图像执行图像重构处理之后，还包括：将所述临时获取位置作为所述罗非鱼养殖水视频的新的当前位置；

将当前位置移动第三预设帧数之后的位置，作为所述罗非鱼养殖水视频的新的当前位置；所述第三预设帧数小于或等于所述第一预设帧数；

步骤二，通过水质检测器检测罗非鱼养殖水质数据；通过温度传感器检测罗非鱼养殖水温度数据；通过水位传感器检测罗非鱼养殖水位数据；

步骤三，通过换水泵更换罗非鱼养殖水；

步骤四，通过计算程序计算罗非鱼存活率；通过评价程序对罗非鱼生长状态进行评价；

步骤五，通过预警程序对检测罗非鱼养殖水异常数据进行预警；

步骤六，通过显示器显示采集视频、检测的罗非鱼养殖水质、温度、水位数据及存活率计算结果、评价结果、预警信息。

进一步，所述对待重构图像执行图像重构处理具体为：

(1)将所述基准图像以及所述待重构图像输入至卷积神经网络，为所述基准图像提取第一特征映射，并为所述待重构图像提取第二特征映射；

(2)对所述第一特征映射和所述第二特征映射进行加权叠加处理，得到重构特征映射；

(3)基于所述重构特征映射得到重构图像，使用所述重构图像替换所述待重构图像。

进一步，所述对第一特征映射和所述第二特征映射进行加权叠加处理，具体包括：

按照预设的比重系数，对所述第一特征映射以及所述第二特征映射进行加权处理，且所述第一特征映射的比重系数大于所述第二特征映射的比重系数；

将进行了加权处理后的第一特征映射以及进行了加权处理后的第二特征映射进行叠加。

进一步，步骤三中，所述通过换水泵更换罗非鱼养殖水具体为：

关闭罗非鱼培育池的充气口3-5分钟，待培育池内的罗非鱼上浮到培育池内水体的中上层后，打开培育池底部排放口控制阀，设定排放速度为10-20分钟，排出培育池内水体的30-40％；

然后关闭排放口控制阀，打开充气口进行充气，向培育池内添加新鲜养殖水至原水位，完成养殖水更换。

进一步，步骤四中，所述通过计算程序计算罗非鱼存活率包括：

1)通过视频监测设备监测罗非鱼苗状态，分格取样，先将罗非鱼苗密集在池塘的一端，然后利用渔网将罗非鱼苗聚集的一端均匀分割成若干等分，然后使用罗非鱼碟舀出其中一等分中的罗非鱼苗，然后将罗非鱼苗样本放置在罗非鱼箱内部；

2)分格放置，利用格栅板将罗非鱼箱均匀分割成若等分，首先观察每个等分中罗非鱼苗的数量，如果每个等分中的罗非鱼苗数量不能进行逐尾计算，将其中一个等分中的罗非鱼苗使用罗非鱼碟舀出，再次放置到另一个罗非鱼箱内部，然后利用格栅板将罗非鱼箱均匀进行分割，直至每个等分中的罗非鱼苗数量较少，可逐尾计算为止；

3)计算罗非鱼苗数，当一个等分中的罗非鱼苗数量较少，可直接进行逐尾计算，数清楚一个等分中罗非鱼苗的数量后，乘以罗非鱼箱等分数，就可以大略计算出罗非鱼箱中的罗非鱼苗的数量，罗非鱼箱中罗非鱼苗的数量乘以池塘的等分数，进而得出池塘中罗非鱼苗的数量；

4)计算存活率，计算出池塘中罗非鱼苗数量后，池塘罗非鱼苗现有的数量除以撒入池塘罗非鱼苗的总数量就可以得出罗非鱼苗的存活率。

进一步，所述步骤1)中将罗非鱼苗密集在池塘的一端具体为：利用投食的方法使得罗非鱼苗聚集，然后利用渔网将聚集的罗非鱼苗框住，或者将渔网放置在水中，使得渔网底端与池塘底端贴合，然后推动渔网移动，进而将罗非鱼苗聚集在池塘一端。

进一步，所述通过评价程序对罗非鱼生长状态进行评价包括以下步骤：

(1)水质监控：先水质采样，然后通过实验分析检测得到氮、磷营养盐含量，以及叶绿素a含量；

(2)沉积物监控：根据沉积物的性状、特点、水生植物的分布情况及水体底质面积的大小对底质进行分区采样，将样品在阴凉通风处风干，并磨细过筛，用实验分析得到氮、磷、有机碳的含量；

(3)高等水生植物监控：通过现场勘测，记录其中各种水生植物的生物量及长势，并计算出其所占比例，统计得到覆盖率，以及得出水生植物覆盖度分布图；

(4)罗非鱼监控：通过人工捕捞采用样方统计的方式，分析得到罗非鱼种群结构与生长状况。

进一步，所述沉积物的监控中，保证将每个差别性湖泊的基础情况了解清楚，在生态改造前期加大监控频次，为每个季度一次；当补水带入大量的沉积物或水体受悬浮质较多的水源污染时，对污染前后采样检测。

进一步，所述高等水生植物监控的指标包括品种及结构，覆盖率，生物量和生理特性；

本发明的另一目的在于提供一种罗非鱼养殖水实时监测预警集成装置，所述罗非鱼养殖水实时监测预警集成装置包括：

视频采集模块、水质检测模块、温度检测模块、水位检测模块、主控模块、视频增强模块、换水模块、存活率计算模块、评价模块、预警模块、显示模块；

视频采集模块，与主控模块连接，用于通过摄像器采集罗非鱼养殖水视频数据；

水质检测模块，与主控模块连接，用于通过水质检测器检测罗非鱼养殖水质数据；

温度检测模块，与主控模块连接，用于通过温度传感器检测罗非鱼养殖水温度数据；

水位检测模块，与主控模块连接，用于通过水位传感器检测罗非鱼养殖水位数据；

主控模块，与视频采集模块、水质检测模块、温度检测模块、水位检测模块、视频增强模块、换水模块、存活率计算模块、评价模块、预警模块、显示模块连接，用于通过主机控制各个模块正常工作；

视频增强模块，与主控模块连接，用于通过视频增强程序对采集的罗非鱼养殖水视频进行增强处理；

换水模块，与主控模块连接，用于通过换水泵更换罗非鱼养殖水；

存活率计算模块，与主控模块连接，用于通过计算程序计算罗非鱼存活率；

评价模块，与主控模块连接，用于通过评价程序对罗非鱼生长状态进行评价；

预警模块，与主控模块连接，用于通过预警程序对检测罗非鱼养殖水异常数据进行预警；

显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示采集视频、检测的罗非鱼养殖水质、温度、水位数据及存活率计算结果、评价结果、预警信息。

本发明的优点及积极效果为：本发明通过视频增强模块从当前位置获取第一预设帧数的连续图像，然后从获得的连续图像中，检测是否包括满足预设质量条件的基准图像。若存在基准图像，则基于该基准图像，对所获取的连续图像中的其他图像进行图像重构处理，也即能够基于质量较高的图像对质量较低的图像进行重构，因而对于本身质量较差的图像而言，重构后的图像会在很大程度上受到质量较高的图像的影响，能够大幅提升图像质量；同时，通过存活率计算模块采用均匀分割的方法对罗非鱼苗进行划分，首先逐尾计算出罗非鱼箱中一个等分中罗非鱼苗的数量，然后计算出罗非鱼箱内部罗非鱼苗的数量，进而计算出整个池塘内部罗非鱼苗的数量，然后根据池塘罗非鱼苗的投放量计算出池塘鱼苗的存活率，改变了原来养殖人员只能根据日常的工作经验对罗非鱼苗的存活率进行估计，提高了计算罗非鱼苗存活率的准确性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的罗非鱼养殖水实时监测预警集成方法的流程图。

图2是本发明实施例提供的对待重构图像执行图像重构处理的流程图。

图3是本发明实施例提供的通过计算程序计算罗非鱼存活率的流程图。

图4是本发明实施例提供的通过评价程序对罗非鱼生长状态进行评价的流程图。

图5是本发明实施例提供的罗非鱼养殖水实时监测预警集成装置的结构框图。

图5中：1、视频采集模块；2、水质检测模块；3、温度检测模块；4、水位检测模块；5、主控模块；6、视频增强模块；7、换水模块；8、存活率计算模块；9、评价模块；10、预警模块；11、显示模块。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的罗非鱼养殖水实时监测预警集成方法包括以下步骤：

S101，通过摄像器采集罗非鱼养殖水视频数据；通过视频增强程序对采集的罗非鱼养殖水视频进行增强处理；

所述通过视频增强程序对采集的罗非鱼养殖水视频进行增强处理具体包括：

确定待处理罗非鱼养殖水视频的目标视频帧图像的图像内容类别；对所述目标视频帧图像进行画质评估，生成画质评估结果；

根据所述图像内容类别和所述画质评估结果，对所述待处理罗非鱼养殖水视频进行画质增强处理；从罗非鱼养殖水视频当前位置获取第一预设帧数的连续图像；

检测所述第一预设帧数的连续图像中是否包括满足预设质量条件的基准图像；若存在所述基准图像，则将所述第一预设帧数的连续图像中除基准图像外的图像作为待重构图像，基于所述基准图像对所述待重构图像执行图像重构处理；

若所述第一预设帧数的连续图像中未包括满足预设质量条件的基准图像，继续往后获取第二预设帧数的连续图像，直至找到满足所述预设质量条件的基准图像，并将从当前位置起所获取的所有连续图像中除基准图像外的图像作为待重构图像，基于所述基准图像对所述待重构图像执行图像重构处理；

所述继续往后获取第二预设帧数的连续图像，包括：

以已获取的连续图像的下一帧图像为临时获取位置，从所述临时获取位置起，获取第二预设帧数的连续图像；所述第二预设帧数小于或等于所述第一预设帧数；

以及在对所述待重构图像执行图像重构处理之后，还包括：将所述临时获取位置作为所述罗非鱼养殖水视频的新的当前位置；

将当前位置移动第三预设帧数之后的位置，作为所述罗非鱼养殖水视频的新的当前位置；所述第三预设帧数小于或等于所述第一预设帧数；

S102，通过水质检测器检测罗非鱼养殖水质数据；通过温度传感器检测罗非鱼养殖水温度数据；通过水位传感器检测罗非鱼养殖水位数据；

S103，通过换水泵更换罗非鱼养殖水；

S104，通过计算程序计算罗非鱼存活率；通过评价程序对罗非鱼生长状态进行评价；

S105，通过预警程序对检测罗非鱼养殖水异常数据进行预警；

S106，通过显示器显示采集视频、检测的罗非鱼养殖水质、温度、水位数据及存活率计算结果、评价结果、预警信息。

如图2所示，本发明实施例提供的对待重构图像执行图像重构处理具体为：

S201，将所述基准图像以及所述待重构图像输入至卷积神经网络，为所述基准图像提取第一特征映射，并为所述待重构图像提取第二特征映射；

S202，对所述第一特征映射和所述第二特征映射进行加权叠加处理，得到重构特征映射；

S203，基于所述重构特征映射得到重构图像，使用所述重构图像替换所述待重构图像。

本发明实施例提供的对第一特征映射和所述第二特征映射进行加权叠加处理，具体包括：

按照预设的比重系数，对所述第一特征映射以及所述第二特征映射进行加权处理，且所述第一特征映射的比重系数大于所述第二特征映射的比重系数；

将进行了加权处理后的第一特征映射以及进行了加权处理后的第二特征映射进行叠加。

步骤S103中，本发明实施例提供的通过换水泵更换罗非鱼养殖水具体为：

关闭罗非鱼培育池的充气口3-5分钟，待培育池内的罗非鱼上浮到培育池内水体的中上层后，打开培育池底部排放口控制阀，设定排放速度为10-20分钟，排出培育池内水体的30-40％；

然后关闭排放口控制阀，打开充气口进行充气，向培育池内添加新鲜养殖水至原水位，完成养殖水更换。

如图3所示，步骤S104中，本发明实施例提供的通过计算程序计算罗非鱼存活率包括：

S301，通过视频监测设备监测罗非鱼苗状态，分格取样，先将罗非鱼苗密集在池塘的一端，然后利用渔网将罗非鱼苗聚集的一端均匀分割成若干等分，然后使用罗非鱼碟舀出其中一等分中的罗非鱼苗，然后将罗非鱼苗样本放置在罗非鱼箱内部；

S302，分格放置，利用格栅板将罗非鱼箱均匀分割成若等分，首先观察每个等分中罗非鱼苗的数量，如果每个等分中的罗非鱼苗数量不能进行逐尾计算，将其中一个等分中的罗非鱼苗使用罗非鱼碟舀出，再次放置到另一个罗非鱼箱内部，然后利用格栅板将罗非鱼箱均匀进行分割，直至每个等分中的罗非鱼苗数量较少，可逐尾计算为止；

S303，计算罗非鱼苗数，当一个等分中的罗非鱼苗数量较少，可直接进行逐尾计算，数清楚一个等分中罗非鱼苗的数量后，乘以罗非鱼箱等分数，就可以大略计算出罗非鱼箱中的罗非鱼苗的数量，罗非鱼箱中罗非鱼苗的数量乘以池塘的等分数，进而得出池塘中罗非鱼苗的数量；

S304，计算存活率，计算出池塘中罗非鱼苗数量后，池塘罗非鱼苗现有的数量除以撒入池塘罗非鱼苗的总数量就可以得出罗非鱼苗的存活率。

步骤S301中，本发明实施例提供的将罗非鱼苗密集在池塘的一端具体为：利用投食的方法使得罗非鱼苗聚集，然后利用渔网将聚集的罗非鱼苗框住，或者将渔网放置在水中，使得渔网底端与池塘底端贴合，然后推动渔网移动，进而将罗非鱼苗聚集在池塘一端。

如图4所示，本发明实施例提供的通过评价程序对罗非鱼生长状态进行评价包括以下步骤：

S401，水质监控：先水质采样，然后通过实验分析检测得到氮、磷营养盐含量，以及叶绿素a含量；

S402，沉积物监控：根据沉积物的性状、特点、水生植物的分布情况及水体底质面积的大小对底质进行分区采样，将样品在阴凉通风处风干，并磨细过筛，用实验分析得到氮、磷、有机碳的含量；

S403，高等水生植物监控：通过现场勘测，记录其中各种水生植物的生物量及长势，并计算出其所占比例，统计得到覆盖率，以及得出水生植物覆盖度分布图；

S404，罗非鱼监控：通过人工捕捞采用样方统计的方式，分析得到罗非鱼种群结构与生长状况。

本发明实施例提供的沉积物的监控中，保证将每个差别性湖泊的基础情况了解清楚，在生态改造前期加大监控频次，为每个季度一次；当补水带入大量的沉积物或水体受悬浮质较多的水源污染时，对污染前后采样检测。

本发明实施例提供的高等水生植物监控的指标包括品种及结构，覆盖率，生物量和生理特性；

如图5所示，本发明实施例提供的罗非鱼养殖水实时监测预警集成装置包括：

视频采集模块1、水质检测模块2、温度检测模块3、水位检测模块4、主控模块5、视频增强模块6、换水模块7、存活率计算模块8、评价模块9、预警模块10、显示模块11；

视频采集模块1，与主控模块5连接，用于通过摄像器采集罗非鱼养殖水视频数据；

水质检测模块2，与主控模块5连接，用于通过水质检测器检测罗非鱼养殖水质数据；

温度检测模块3，与主控模块5连接，用于通过温度传感器检测罗非鱼养殖水温度数据；

水位检测模块4，与主控模块5连接，用于通过水位传感器检测罗非鱼养殖水位数据；

主控模块5，与视频采集模块1、水质检测模块2、温度检测模块3、水位检测模块4、视频增强模块6、换水模块7、存活率计算模块8、评价模块9、预警模块10、显示模块11连接，用于通过主机控制各个模块正常工作；

视频增强模块6，与主控模块5连接，用于通过视频增强程序对采集的罗非鱼养殖水视频进行增强处理；

换水模块7，与主控模块5连接，用于通过换水泵更换罗非鱼养殖水；

存活率计算模块8，与主控模块5连接，用于通过计算程序计算罗非鱼存活率；

评价模块9，与主控模块5连接，用于通过评价程序对罗非鱼生长状态进行评价；

预警模块10，与主控模块5连接，用于通过预警程序对检测罗非鱼养殖水异常数据进行预警；

显示模块11，与主控模块5连接，用于通过显示器显示采集视频、检测的罗非鱼养殖水质、温度、水位数据及存活率计算结果、评价结果、预警信息。

本发明工作时，首先，通过视频采集模块1利用摄像器采集罗非鱼养殖水视频数据；通过水质检测模块2利用水质检测器检测罗非鱼养殖水质数据；通过温度检测模块3利用温度传感器检测罗非鱼养殖水温度数据；通过水位检测模块4利用水位传感器检测罗非鱼养殖水位数据；其次，主控模块5通过视频增强模块6利用视频增强程序对采集的罗非鱼养殖水视频进行增强处理；通过换水模块7利用换水泵更换罗非鱼养殖水；通过存活率计算模块8利用计算程序计算罗非鱼存活率；通过评价模块9利用评价程序对罗非鱼生长状态进行评价；然后，通过预警模块10利用预警程序对检测罗非鱼养殖水异常数据进行预警；最后，通过显示模块11利用显示器显示采集视频、检测的罗非鱼养殖水质、温度、水位数据及存活率计算结果、评价结果、预警信息。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。