Solution intelligente en ligne de surveillance de la qualité de l’eau pour l’aquaculture

Solution intelligente de gestion de la qualité de l’eau en aquaculture: IoT numérique permet une pêche écologique efficace

Points de douleur dans le secteur et nécessité de la surveillance en ligne

L’aquaculture est une industrie à haut investissement et à haut risque. Les modèles d’élevage traditionnels ont longtemps reposé sur « selon la météo » et « l’élevage de poissons par expérience ». Les changements dramatiques dans l’environnement aquatique portent souvent des coups dévastateurs aux agriculteurs.

Problèmes industriels

• Morts nocturnes de poissons « tête flottante » et hypoxie: L’oxygène dissous est la bouée de sauvetage de l’aquaculture. En été et en automne, affectés par la pression atmosphérique, de fortes pluies ou des températures élevées, les étangs à poissons sont sujets à une hypoxie soudaine tôt le matin. Les agriculteurs ne peuvent pas patrouiller les étangs toute la nuit, ce qui peut facilement entraîner la mort de poissons à grande échelle et le renversement de l’étang.

• Toxicité cachée de la qualité de l’eau dépassant les normes: Avec l’accumulation d’aliments résiduels et d’excréments, des substances toxiques telles que l’ammoniac, l’azote et le nitrite au fond des étangs à poissons dépassent souvent les normes sans le savoir, ce qui entraîne une diminution de l’immunité des animaux aquatiques et provoque des maladies à grande échelle.

• Grosses erreurs et mesures manuelles inopportunes: L’utilisation de kits de réactifs traditionnels ou d’instruments portables est non seulement chronophage et exigeante en main-d’œuvre, mais en raison du décalage de mesure, il est souvent trop tard lorsqu’une détérioration de la qualité de l’eau est découverte.

Q1. Pourquoi la surveillance en ligne est-elle nécessaire?

L’aquaculture moderne à haute densité est entrée dans l’ère du « contrôle raffiné de l’eau ». La surveillance en ligne peut fournir des courbes dynamiques ininterrompues des facteurs physiologiques, aidant les agriculteurs à saisir avec précision la tendance évolutive des indicateurs physicochimiques de l’eau. Plus important encore, les données en ligne peuvent être physiquement reliées à l’ajout automatique d’eau et à des équipements d’aération intelligents, faisant évoluer les méthodes de gestion du « post-sauvetage » à la « pré-protection ».

Quels problèmes notre système peut-il résoudre

La solution intelligente de gestion de la qualité de l’eau pour l’aquaculture créée par YEXsensor construit un réseau de surveillance IoT des pêches 24h/24 et 7j/7 en déployant des capteurs industriels de qualité sans étalonnage dans les étangs. Le système peut non seulement capter la chute d’oxygène dissous au milieu de la nuit en quelques secondes et activer automatiquement les aérateurs, mais aussi calculer en temps réel le rapport toxicité de l’azote à l’ammoniac, envoyer des alertes précoces aux téléphones portables avant un déséquilibre de qualité de l’eau, aider les agriculteurs à éliminer complètement le risque de décès des poissons, et obtenir des rendements stables et élevés.

Scénarios d’application de la solution intelligente en ligne de surveillance de la qualité de l’eau en aquaculture

Cette solution est conçue pour répondre à différents besoins écologiques aquatiques et est largement applicable aux modèles d’élevage suivants:

• Aquaculture intensive en recirculation industrielle (RAS): Dans les ateliers d’élevage intérieurs à haute densité, surveillez avec précision la microcirculation de la qualité de l’eau de chaque unité de filtration biologique et de chaque bac de reproduction.

• Élevage à haute densité raffinée en étang extérieur: Adapté aux étangs à ciel ouvert d’espèces de grande valeur telles que quatre carpes chinoises majeures, Litopenaeus vannamei, crabe mitaine chinois et poissons mandarins.

• Aquaculture en cage et en enclos: Déployé dans des réservoirs, des lacs ou des zones de cage au large pour contrôler l’hypoxie de fond et les changements soudains de l’environnement aquatique dans les eaux naturelles en temps réel.

• Bases de la pépinière et de l’éclosion: Fournir une surveillance de la qualité de l’eau à haute fréquence sans dérive pour la sensibilité extrême des juvéniles à la qualité de l’eau.

Composition du système de la solution intelligente de surveillance de la qualité de l’eau en ligne en aquaculture

Le système prend pleinement en compte l’environnement physique complexe et dispersé des fermes piscicoles extérieures, adopte une conception à faible consommation et anti-interférence, et se compose étroitement des cinq parties suivantes:

1. Couche de détection sur site (capteurs de qualité de l’eau)

Des capteurs haute performance sont directement déployés dans le plan d’eau de reproduction, mesurant en ligne pendant longtemps et envoyant des signaux numériques standards:

• YEX-S1-RDO capteur d’oxygène dissous: Adopte le principe de fluorescence optique, pas de membrane, pas d’électrolyte, non affecté par les interférences sulfureuses, pas de dérive après un placement à long terme.

• YEX-S1-PH pH Capteur: Électrode électrolytique solide polymère de qualité industrielle, fournissant des données pH stables.

• YEX-S1-NHN capteur d’azote ammoniac: Méthode de l’électrode sélective ionique, verrouillage en temps réel de la toxicité à l’ammoniac non ionique.

• YEX-S1-EC capteur de salinité/conductivité (complémentaire): Fournit une salinité précise et TDS données de base pour l’eau de mer et l’aquaculture en eau douce.

2. Couche d’acquisition de bords (collecteur de données)

Terminal intelligent d’acquisition de IoT déployé à l’embouchure de l’étang, intégré à RS485 fieldbus pour recevoir les données des capteurs, et équipé d’une interface de sortie à relais multi-canal, pouvant être directement interconnectée avec des aérateurs et des alimentateurs.

3. Couche de transmission réseau (transmission sans fil)

• Transmission 4G: Dans les embouchures des bassins avec de bons signaux de station de base, le collecteur envoie directement les données au cloud via un réseau 4G.

• Réseautage LoRa: Pour les bases de reproduction modernes à grande échelle avec des dizaines voire des centaines d’étangs à poissons, chaque terminal d’étang agrège les données à la passerelle du centre de base via un réseau local LoRa à très faible puissance, puis les transmet uniformément via une seule carte 4G, réduisant considérablement les coûts quotidiens de trafic.

4. Couche d’alimentation énergétique de soutien (système d’alimentation solaire)

Pour les zones sans couverture d’alimentation électrique ou câblage difficile dans les bassins extérieurs, des panneaux solaires en silicium monocristallin de 40W/60W et des batteries à haute capacité sont disponibles en option pour assurer une alimentation autonome toute la journée des bornes.

5. Couche de gestion des applications (plateforme cloud)

La plateforme intelligente de IoT halieutique YEXsensor intègre un terminal web grand écran et une application mobile / mini-programme WeChat. En plus de l’affichage des données, son cœur est le moteur de liaison intelligent, capable de définir des stratégies de démarrage/arrêt de l’aérateur basées sur l’oxygène dissous.

Paramètres de surveillance et principes de fonctionnement

Paramètres de configuration et indicateurs techniques

Principe de fonctionnement du fonctionnement du système et de liaison

Les capteurs sont automatiquement réveillés par le collecteur selon le cycle prédéfini (par exemple toutes les 5 minutes). Le capteur de DO de fluorescence optique excite les substances fluorescentes en modulant la lumière bleue et détecte la différence de temps de libération de lumière rouge pour calculer la concentration d’oxygène dissous. Les données sont transmises au collecteur via le protocole de communication standard Modbus-RTU.

Le collecteur de données effectue localement un « jugement de stratégie de contournement »: lorsque l’oxygène dissous dans le plan d’eau descend sous la ligne de sécurité définie (par exemple 4,0 mg/L) à 3 heures du matin en raison d’une respiration biologique, le collecteur ferme immédiatement le relais matériel interne sans attendre les instructions du nuage, démarrant automatiquement l’aérateur puissant. Il s’arrête automatiquement après que l’oxygène dissous remonte à un niveau élevé (par exemple 6,5 mg/L). Toutes les données de procédé et les journaux de liaison sont synchronisés de manière asynchrone sur la plateforme cloud via 4G/LoRa pour que les agriculteurs puissent les consulter sur leurs téléphones mobiles.

Fonctionnalités du système de la solution intelligente de surveillance de la qualité de l’eau en ligne en aquaculture

• Contrôle intelligent de l’énergie de la liaison de l’aérateur: Dites adieu aux minuteurs traditionnels ou aux interrupteurs manuels. Le système ajuste avec précision le démarrage-arrêt de l’aérateur en fonction des données réelles d’oxygène dissous, évitant ainsi un fonctionnement inefficace. Selon des mesures réelles, cela peut réduire les coûts d’électricité pour la reproduction de 30 à 40 %.

• Méthode fluorescente longue durée de vie avec un entretien minimal: YEX-S1-RDO capteur brise le sort des électrodes à membrane traditionnelles nécessitant un remplacement fréquent de membrane et l’ajout d’électrolytes. La coquille fluorescente est extrêmement robuste, ne nécessitant qu’un essuyage régulier dans les plans d’eau complexes en reproduction, sans étalonnage fréquent.

• Avertissement de liaison toxice multiparamètre de la qualité de l’eau: La toxicité de l’azote ammoniac pour les poissons est déterminée par l’ammoniac non ionique (ammoniac moléculaire). Le nuage système peut effectuer des calculs croisés thermodynamiques en temps réel combinant pH, température et azote ammoniac total pour fournir des « alertes de toxicité réelle » précises plutôt que de simples alarmes à indicateur unique.

• Alarme multicanal 24h/24 et 7j/7: Lorsque les indicateurs sont anormaux, le système non seulement pousse sur l’application, mais utilise aussi des appels vocaux prioritaires et des SMS pour bombarder les agriculteurs successivement, garantissant un réveil rapide même pendant un sommeil profond.

Schéma d’architecture système de la solution intelligente en ligne de surveillance de la qualité de l’eau en aquaculture

La topologie logique globale de cette solution est présentée ci-dessous, démontrant la chaîne d’affaires complète de « détection des plans d’eau - contrôle local intelligent - gestion du cloud affinée »:

Valeur et avantages pour le client

• Atteindre zéro renversement de l’étang et aucune perte: le mécanisme de « gardienne » de l’oxygène dissous en 24 heures élimine complètement les accidents malins de poissons et crevettes de l’étang entier causés par l’hypoxie nocturne.

• Augmenter significativement le plafond de densité de reproduction: Sous une surveillance complète en boucle fermée et une régulation active de la qualité de l’eau, les agriculteurs peuvent augmenter en toute sécurité le volume d’alimentation et la densité de reproduction par mu de plus de 30 %, provoquant directement une hausse de la valeur de production par mu.

• Rapport scientifique entre médicaments et alimentation: Combiné aux variations de température de l’eau, de salinité et d’azote ammoniac, ils guident précisément l’alimentation scientifique, empêchent l’excès d’appâts résiduels de polluer le fond, réduisent les coûts des médicaments et raccourcissent le cycle de sortie de l’étang.

Liste de produits recommandés et configuration

Pour les bassins de reproduction extérieurs à haute densité standards, nous proposons la combinaison d’équipements très économique suivante:

1. Boîte de contrôle intelligente de l’embouchure d’étang de pêche: Boîte étanche industrielle, module de communication 4G intégré, avec 2 canaux de contacteurs AC de contrôle de l’aérateur haute puissance.

2. Duo de capteurs de haute qualité: YEX-S1-RDO (oxygène dissous fluorescent optique, température intégrée), YEX-S1-PH (capteur de pH longue durée). Pour une sélection intensive à haute densité ou un mélange eau de mer et eau douce, il est recommandé d’ajouter YEX-S1-NHN (azote ammoniac) et YEX-S1-EC (conductivité).

3. Kit d’alimentation électrique indépendante (optionnelle): panneaux solaires 60W-100W et supports assortis, adaptés aux grandes bases extérieures des étangs.

Cas de projet

Cas 1: Amélioration intelligente de l’aération pour les bassins à haute densité de Californie en Chine de l’Est

Contexte du projet: Le bar de Californie est une espèce très gourmande en oxygène avec une densité de reproduction extrêmement élevée, sujette à des têtes flottantes tôt le matin durant l’été et l’automne.

Solution de déploiement: Déployé des collecteurs intelligents de IoT YEXsensor et YEX-S1-RDO capteurs fluorescents à oxygène dissous pour 15 bassins standardisés afin d’assurer un contrôle automatique des groupes des aérateurs.

Effet opérationnel: Tout au long du cycle de reproduction, les aérateurs étaient tous alimentés par de réelles données d’oxygène dissous. Non seulement les décès de poissons ont été complètement éliminés, mais en évitant l’aération inefficace en journée, le coût moyen de l’électricité par mu a été réduit de 320 yuans, augmentant significativement le revenu global des agriculteurs.

Cas 2: Surveillance de la qualité de l’eau pour une base de reproduction de Litopenaeus vannamei dans le sud de la Chine

Contexte du projet: L’élevage de crevettes est extrêmement sensible à la pH, à l’azote ammoniac et à la salinité. Une légère détérioration de la qualité de l’eau peut facilement provoquer la maladie de la mort furtive.

Solution de déploiement: Adoption du mode réseau hybride LoRa, déployant des groupes de capteurs multiparamètres (DO/pH/azote/salinité ammoniacique).

Effet opérationnel: La plateforme a surveillé pH fluctuation d’amplitude jour-nuit et les tendances d’accumulation d’azote ammoniac, incitant les agriculteurs à plusieurs reprises à réguler la qualité du fond et à pulvériser des probiotiques avant que l’ammoniac toxique n’augmente, augmentant ainsi le taux de survie global des crevettes de 18 %.

FAQ

Q1: L’eau des bassins à poissons est généralement très sale, avec beaucoup d’algues et de plancton. Le capteur va-t-il lâcher rapidement une fois placé à l’intérieur?

R: C’est en effet le problème le plus problématique en aquaculture. Les capteurs électrochimiques traditionnels sont en effet très sensibles à l’attachement de biofilms. En réponse à cette caractéristique, nos capteurs de la série YEX-S2 peuvent être équipés en option de brosses mécaniques automatiques de nettoyage sans entretien. Les pinceaux peuvent automatiquement essuyer le bouchon fluorescent et les surfaces des électrodes en verre à des intervalles de temps fixes, résolvant ainsi efficacement le problème d’attache des algues et des limons et garantissant l’authenticité et la validité à long terme des données de mesure.

Q2: Pourquoi le capteur optique à fluorescence à oxygène dissous (YEX-S1-RDO) est-il meilleur que les capteurs à membrane traditionnels?

R: Les capteurs à oxygène dissous par membrane traditionnels consomment de l’oxygène dans l’eau lors des mesures, ils ont donc des exigences strictes concernant la vitesse de l’écoulement de l’eau. Leur électrolyte interne et leur membrane perméable sont des consommables à haute fréquence qui doivent généralement être remplacés et recalibrés tous les quelques mois, ce qui entraîne une charge de maintenance énorme. Le capteur optique de fluorescence YEXsensor ne consomme pas d’oxygène lors de la mesure et n’est pas limité par la vitesse de l’écoulement. Elle mesure la concentration d’oxygène en détectant l’effet de trempe des substances luminescentes. Il n’y a pas d’électrolyte à l’intérieur, et la durée de vie du bouchon fluorescent peut dépasser 1 à 2 ans, assurant ainsi un fonctionnement pratiquement sans maintenance.

Q3: Le capteur d’azote ammoniac (YEX-S1-NHN) mesure-t-il l’azote ammoniac total ou l’ammoniac moléculaire toxique pour les poissons et les crevettes?

R: Notre matériel de capteur mesure directement la concentration totale d’ions azote ammoniac dans l’eau. Cependant, ce qui est vraiment fatal pour les produits aquatiques, c’est l’ammoniaque moléculaire non ionisée (NH₃) présente dans l’eau. La proportion d’ammoniac moléculaire augmente de façon exponentielle avec la montée de l’eau pH et la température. Après avoir collecté les données totales d’azote ammoniac, notre système de IoT intelligent appellera automatiquement la formule d’équilibre thermodynamique intégrée de la plateforme, combinera simultanément la valeur de pH mesurée et la température, et calculera automatiquement la concentration précise d’ammoniac non ionique toxique pour les poissons, obtenant ainsi des avertissements de toxicité plus scientifiques.

Q4: Les étangs à poissons sont généralement très grands. Où un capteur devrait-il être placé pour représenter la qualité de l’eau de l’ensemble de l’étang?

R: C’est un problème de construction d’ingénierie très pratique. En raison du fonctionnement des aérateurs et de la direction du vent, l’eau des bassins de poissons présente une certaine fluidité. Nous recommandons généralement de placer le capteur à 3 à 5 mètres du rivage, à une profondeur d’eau dans la couche intermédiaire-inférieure du plan d’eau (généralement 0,5 à 1 mètre sous l’eau), et d’essayer d’éviter les coins d’eau morte ou les sorties d’air dirigées vers l’aérateur. Les données mesurées à cette position représentent le mieux l’environnement réel de vie de la principale zone d’activité des poissons et des crevettes.

Résumé

La solution intelligente de gestion de la qualité de l’eau pour l’aquaculture est le lien technologique central pour promouvoir la transformation de l’agriculture traditionnelle vers une agriculture intelligente numérique. Cette solution surmonte complètement les inconvénients de l’aquaculture traditionnelle tels que l’impossibilité de surveiller la nuit, les changements aveugles des indicateurs et la dépendance excessive à l’expérience manuelle, en introduisant du matériel de détection physique de qualité industrielle à haute stabilité et des algorithmes de contrôle IoT de bord à haute dynamique. Grâce à l’allocation scientifique de la consommation d’énergie d’aération et à l’amélioration précise de l’environnement aquatique, cela élimine non seulement fondamentalement le risque de morts de poissons pesant sur la tête des agriculteurs, mais fournit également un solide soutien technologique numérique pour promouvoir une pêche écologique moderne verte, efficace et intensive.

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