Intelligente Online-Lösung zur Überwachung der Wasserqualität für die Aquakultur

Aquakultur Intelligente Lösung für das Wasserqualitätsmanagement: Digital IoT Ermöglicht eine effiziente ökologische Fischerei

Problempunkte der Branche und die Notwendigkeit der Online-Überwachung

Aquakultur ist eine Branche mit hohen Investitionen und hohem Risiko. Traditionelle Zuchtmodelle basieren seit langem auf „Abhängigkeit vom Wetter“ und „Fischaufzucht durch Erfahrung“. Dramatische Veränderungen in der Wasserumgebung bringen den Landwirten oft verheerende Folgen.

Industrieprobleme

• Nächtlicher „Schwimmkopf“ und durch Hypoxie verursachtes Fischsterben: Gelöster Sauerstoff ist die Lebensader der Aquakultur. Im Sommer und Herbst sind Fischteiche aufgrund von Luftdruck, starkem Regen oder hohen Temperaturen anfällig für plötzliche Hypoxie am frühen Morgen. Landwirte können Teiche nicht die ganze Nacht über überwachen, was leicht zu großflächigem Fischsterben und zum Umkippen von Teichen führen kann.

• Versteckte Wasserqualitätstoxizität, die die Standards überschreitet: Durch die Ansammlung von Restfutter und Exkrementen überschreiten giftige Substanzen wie Ammoniak, Stickstoff und Nitrit am Boden von Fischteichen oft unwissentlich die Standards, was zu einer verminderten Immunität von Wassertieren und zu großflächigen Krankheiten führt.

• Große Fehler und unzeitgemäße Anleitung Messungen: Die Verwendung herkömmlicher Reagenzienkits oder tragbarer Instrumente ist nicht nur zeitaufwändig und arbeitsintensiv, sondern aufgrund der Messverzögerung ist es auch oft zu spät, wenn eine Verschlechterung der Wasserqualität entdeckt wird.

Q1. Warum ist eine Online-Überwachung erforderlich?

Die moderne Aquakultur mit hoher Dichte ist in die Ära der „verfeinerten Wasserkontrolle“ eingetreten. Die Online-Überwachung kann ununterbrochene dynamische Kurven physiologischer Faktoren liefern und Landwirten dabei helfen, den Entwicklungstrend der physikalisch-chemischen Wasserindikatoren genau zu erfassen. Noch wichtiger ist, dass Online-Daten physisch mit der automatischen Wasserzugabe und intelligenten Belüftungsgeräten verknüpft werden können, wodurch die Managementmethoden von „Nachrettung“ auf „Vorschutz“ verbessert werden.

Welche Probleme kann unser System lösen

Die intelligente Wasserqualitätsmanagementlösung für Aquakulturen von YEXsensorbaut ein 24/7-Fischereiüberwachungsnetzwerk auf, indem es kalibrierungsfreie Sensoren in Industriequalität in Teichen einsetzt. Das System kann nicht nur den Abfall des gelösten Sauerstoffs mitten in der Nacht in Sekundenschnelle erfassen und Belüfter automatisch einschalten, sondern auch das Ammoniak-Stickstoff-Toxizitätsverhältnis in Echtzeit berechnen, Frühwarnungen an Mobiltelefone senden, bevor die Wasserqualität aus dem Gleichgewicht gerät, und Landwirten dabei helfen, das Risiko des Fischsterbens vollständig zu beseitigen und stabile und hohe Erträge zu erzielen.

Anwendungsszenarien der intelligenten Online-Wasserqualitätsüberwachungslösung für Aquakultur

Diese Lösung wurde für verschiedene aquatische ökologische Anforderungen entwickelt und ist breit anwendbar zu den folgenden Zuchtmodellen:

• Intensive Kreislaufaquakultur in der Fabrik (RAS): Überwachen Sie in Zuchtwerkstätten mit hoher Dichte in Innenräumen genau die Mikrozirkulation der Wasserqualität jeder biologischen Filtereinheit und jedes Zuchtbeckens.

• Verfeinerte Zucht mit hoher Dichte im Außenteich: Geeignet für Freiluftteiche mit hochwertigen Arten wie vier großen chinesischen Karpfen, Litopenaeus vannamei und chinesischem Fäustling Krabben- und Mandarinenfische.

• Käfig- und Gehege-Aquakultur: Wird in Stauseen, Seen oder Offshore-Käfigbereichen eingesetzt, um Bodenhypoxie und plötzliche Veränderungen der Wasserumgebung in natürlichen Gewässern in Echtzeit zu kontrollieren.

• Aufzucht- und Brutbasen: Bieten eine driftfreie Hochfrequenz-Wasserqualitätsüberwachung für die extreme Empfindlichkeit von Jungfischen gegenüber der Wasserqualität.

Systemzusammensetzung der Aquakultur Intelligente Online-Lösung zur Überwachung der Wasserqualität

Das System berücksichtigt vollständig die komplexe und verstreute physische Umgebung von Fischfarmen im Freien, verfügt über ein stromsparendes und störungsfreies Design und besteht eng aus den folgenden fünf Teilen:

1. Vor-Ort-Sensorschicht (Wasserqualitätssensoren)

Hochleistungssensoren werden direkt im Zuchtwasserkörper eingesetzt, messen über einen langen Zeitraum online und geben digitale Standardsignale aus:

• YEX-S1-RDO-Sensor für gelösten Sauerstoff: Verwendet das optische Fluoreszenzprinzip, keine Membran, kein Elektrolyt, wird nicht durch Sulfidinterferenzen beeinträchtigt, keine Drift nach Langzeitplatzierung.

• YEX-S1-PH pH Sensor: Polymer-Festelektrolytelektrode in Industriequalität, die stabile pH-Daten liefert.

• YEX-S1-NHN Ammoniak-Stickstoff-Sensor: Ionenselektive Elektrodenmethode, Echtzeit-Sperre der nichtionischen Ammoniaktoxizität.

• YEX-S1-EC Salzgehalt-/Leitfähigkeitssensor (ergänzend): Bietet genaue Salzgehalt- und TDS Grunddaten für Meerwasser- und Süßwasseraquakultur.

2. Edge Acquisition Layer (Datensammler)

Intelligentes IoT-Erfassungsterminal, das an der Teichmündung eingesetzt wird, in den Feldbus RS485 integriert ist, um Sensordaten zu empfangen, und mit einer Mehrkanal-Relais-Ausgangsschnittstelle ausgestattet ist, die direkt mit Belüftern und Feedern verbunden werden kann.

3. Netzwerkübertragungsschicht (drahtlose Übertragung)

• 4G-Übertragung: In Teichmündungen mit guten Basisstationssignalen sendet der Kollektor Daten direkt über ein 4G-Netzwerk an die Cloud.

• LoRa-Netzwerk: Bei großen modernen Zuchtbasen mit Dutzenden oder Hunderten von Fischteichen aggregiert jedes Teichterminal Daten über ein lokales LoRa-Netzwerk mit extrem geringem Stromverbrauch an das Basiszentrums-Gateway und überträgt sie dann einheitlich über eine einzelne 4G-Karte. Erhebliche Einsparung der täglichen Verkehrskosten.

4. Unterstützende Energieschicht (Solarstromversorgungssystem)

Für Gebiete ohne Netzstromversorgung oder schwierige Verkabelung in Teichen im Freien werden optionale monokristalline 40-W-/60-W-Silizium-Solarmodule und Hochleistungsbatteriesätze bereitgestellt, um eine ganztägige Eigenstromversorgung der Terminals zu gewährleisten.

5. Anwendungsverwaltungsschicht (Cloud-Plattform)

Die YEXsensor-Plattform für intelligente Fischerei IoT integriert ein Web-Großbildterminal und ein mobiles App/WeChat-Miniprogramm. Neben der Datenanzeige ist das Herzstück die intelligente Verknüpfungsmaschine, die Belüfter-Start-Stopp-Strategien basierend auf gelöstem Sauerstoff festlegen kann.

Überwachungsparameter und Arbeitsprinzipien

Parameterkonfiguration und technische Indikatoren

Systembetrieb und Verbindungsprinzip

Sensoren werden automatisch wird vom Kollektor entsprechend dem voreingestellten Zyklus (z. B. alle 5 Minuten) geweckt. Der optische Fluoreszenzsensor DO regt fluoreszierende Substanzen durch Modulation von blauem Licht an und erkennt den Zeitunterschied der Freisetzung von rotem Licht, um die Konzentration an gelöstem Sauerstoff zu berechnen. Die Daten werden über das Standardkommunikationsprotokoll Modbus-RTU an den Datensammler übertragen.

Der Datensammler führt lokal eine „Edge-Strategie-Beurteilung“ durch: Wenn der gelöste Sauerstoff im Wasserkörper um 3 Uhr morgens aufgrund der biologischen Atmung unter die eingestellte Sicherheitslinie (z. B. 4,0 mg/L) fällt, schließt der Sammler sofort das interne Hardware-Relais, ohne auf Cloud-Anweisungen zu warten, und startet automatisch den leistungsstarken Belüfter. Es schaltet sich automatisch ab, sobald der gelöste Sauerstoff einen hohen Wert (z. B. 6,5 mg/L) erreicht hat. Alle Prozessdaten und Verbindungsprotokolle werden über 4G/LoRa asynchron mit der Cloud-Plattform synchronisiert, sodass Landwirte sie auf ihren Mobiltelefonen anzeigen können.

Systemmerkmale der intelligenten Online-Wasserqualitätsüberwachungslösung für Aquakultur

• Intelligente Energiesteuerung der Belüfterverknüpfung: Verabschieden Sie sich von herkömmlichen Zeitschaltuhren oder manuellen Schaltern. Das System passt den Start-Stopp des Belüfters genau auf Grundlage der tatsächlichen Daten zu gelöstem Sauerstoff an und vermeidet so einen ineffektiven Betrieb. Tatsächlichen Messungen zufolge können dadurch die Stromkosten für die Zucht um 30–40 % gesenkt werden.

• Fluoreszenzmethode, lange Lebensdauer bei minimalem Wartungsaufwand: YEX-S1-RDO Der Sensor durchbricht das Schicksal herkömmlicher Membran-Sauerstoffelektroden, die einen häufigen Membranaustausch und die Zugabe von Elektrolyt erfordern. Die fluoreszierende Kappenschale ist äußerst robust und erfordert in komplexen Zuchtgewässern nur ein regelmäßiges Abwischen, ohne dass eine häufige Kalibrierung erforderlich ist.

• Warnung zur Multiparameter-Wasserqualitätstoxizitätsverknüpfung: Die Toxizität von Ammoniakstickstoff für Fische wird durch nichtionisches Ammoniak (molekulares Ammoniak) bestimmt. Die System-Cloud kann eine thermodynamische Matrix-Kreuzberechnung in Echtzeit durchführen, indem sie pH, Temperatur und gesamten Ammoniakstickstoff kombiniert, um genaue „echte Toxizitätswarnungen“ anstelle einfacher Einzelindikatoralarme zu geben.

• Mehrkanal-Alarm rund um die Uhr: Wenn die Indikatoren abnormal sind, ruft das System nicht nur die App auf, sondern bombardiert die Landwirte auch mit Sprachanrufen und SMS mit hoher Priorität nacheinander und sorgt so für ein rechtzeitiges Aufwachen auch während Tiefschlaf.

Systemarchitekturdiagramm der intelligenten Online-Wasserqualitätsüberwachungslösung für Aquakultur

Die allgemeine logische Topologie dieser Lösung ist unten dargestellt und zeigt die vollständige Geschäftskette von „Wasserkörpererfassung – intelligente lokale Steuerung – Cloud-verfeinertes Management“:

Kundennutzen und -vorteile

• Erzielen Sie kein Umkippen des Teichs und keinen Verlust: Der 24-Stunden-„Gatekeeper“-Mechanismus mit gelöstem Sauerstoff eliminiert bösartige Unfälle ganzer Teichfische vollständig und Garnelensterben aufgrund nächtlicher Hypoxie.

• Erhebliche Erhöhung der Brutdichteobergrenze: Unter vollständiger Überwachung im geschlossenen Regelkreis und aktiver Regulierung der Wasserqualität können Landwirte das Futtervolumen und die Brutdichte pro Mu sicher um mehr als 30 % erhöhen, was direkt zu einem Anstieg des Produktionswerts pro Mu führt.

• Wissenschaftliches Medikamenten- und Futterverhältnis: In Kombination mit Änderungen der Wassertemperatur, des Salzgehalts und des Ammoniakstickstoffs eine präzise Steuerung der wissenschaftlichen Fütterung ermöglichen und verhindern Überschüssiger Restköder verunreinigt den Boden, reduziert Medikamentenkosten und verkürzt den Teichaustrittszyklus.

Empfohlene Produktliste und Konfiguration

Für standardmäßige Zuchtteiche im Freien mit hoher Dichte bieten wir die folgende äußerst kostengünstige Gerätekombination an:

1. Intelligente Steuerungsbox für die Fischteichmündung: Wasserdichte Box in Industriequalität, integriertes 4G-Kommunikationsmodul, mit 2 Kanälen für leistungsstarke AC-Schütze zur Belüftersteuerung.

2. Hochwertiges Sensor-Duo: YEX-S1-RDO (optisch fluoreszierender gelöster Sauerstoff, integrierte Temperatur), YEX-S1-PH (langlebiger pH-Sensor). Für spezielle Intensivzucht mit hoher Dichte oder Meerwasser-Süßwasser-Mischzucht wird empfohlen, YEX-S1-NHN (Ammoniakstickstoff) und YEX-S1-EC (Leitfähigkeit) hinzuzufügen.

3. Unabhängiges Stromversorgungsset (optional): 60W-100W-Solarmodule und passende Halterungen, geeignet für großflächige Grundteiche im Freien.

Projektfälle

Fall 1: Intelligentes Belüftungs-Upgrade für Kalifornische Barschteiche mit hoher Dichte in Ostchina

Projekthintergrund: Kalifornischer Barsch ist eine Art mit hohem Sauerstoffverbrauch und extrem hoher Brutdichte, die im Sommer und Herbst am frühen Morgen zu schwebenden Köpfen neigt.

Bereitstellungslösung: Eingesetzte intelligente IoT-Kollektoren von YEXsensor und YEX-S1-RDO fluoreszierende Sensoren für gelösten Sauerstoff für 15 standardisierte Barschteiche, um eine automatische Gruppensteuerung zu erreichen Belüfter.

Betriebseffekt: Während des gesamten Zuchtzyklus wurden alle Belüfter durch reale Daten zu gelöstem Sauerstoff angetrieben. Es wurden nicht nur Fischsterben vollständig eliminiert, sondern durch die Vermeidung einer ineffektiven Belüftung am Tag wurden auch die durchschnittlichen Stromkosten pro Mu um 320 Yuan gesenkt, was das Gesamteinkommen der Landwirte erheblich erhöhte.

Fall 2: Überwachung der Wasserqualität für eine Litopenaeus vannamei-Zuchtbasis in Südchina

Projekthintergrund: Garnelenzucht reagiert äußerst empfindlich auf pH, Ammoniak, Stickstoff und Salzgehalt. Eine leichte Verschlechterung der Wasserqualität kann leicht zu einer heimlichen Todeskrankheit führen.

Bereitstellungslösung: Übernahme des LoRa-Hybrid-Netzwerkmodus mit Einsatz von Multiparameter-Sensorgruppen (DO/pH/Ammoniak-Stickstoff/Salzgehalt).

Betriebseffekt: Die Plattform überwachte pH Tag-Nacht-Schwankungsamplitude und Ammoniak-Stickstoff-Akkumulationstrends, Dies veranlasst die Landwirte mehrmals, die Bodenqualität zu regulieren und Probiotika zu sprühen, bevor giftiges Ammoniak ansteigt, was die Gesamtüberlebensrate der Garnelen um 18 % erhöht.

FAQ

Q1: Fischteichwasser ist normalerweise sehr schmutzig mit vielen Algen und Plankton. Wird der Sensor schnell ausfallen, wenn er im Inneren platziert wird?

A:Dies ist in der Tat das größte Problem in der Aquakultur. Herkömmliche elektrochemische Sensoren sind in der Tat sehr anfällig für die Anlagerung von Biofilmen. Aufgrund dieser Eigenschaft können unsere Sensoren der Serie YEX-S2 optional mit wartungsfreien automatischen mechanischen Reinigungsbürsten ausgestattet werden. Die Bürsten können die fluoreszierende Kappe und die Glaselektrodenoberflächen in festgelegten Zeitintervallen automatisch abwischen, wodurch das Problem der Algen- und Schlammanhaftung effektiv gelöst wird und die langfristige Authentizität und Gültigkeit der Messdaten sichergestellt wird.

Q2: Warum ist der optische Fluoreszenzsensor für gelösten Sauerstoff (YEX-S1-RDO) besser als herkömmliche Membransensoren?

A: Herkömmliche Membransensoren für gelösten Sauerstoff verbrauchen während der Messung Sauerstoff im Wasser und stellen daher strenge Anforderungen an den Wasserdurchfluss Geschwindigkeit. Ihr interner Elektrolyt und ihre durchlässige Membran sind Hochfrequenz-Verbrauchsmaterialien, die normalerweise alle paar Monate ausgetauscht und neu kalibriert werden müssen, was zu einem enormen Wartungsaufwand führt. Der optische Fluoreszenzsensor YEXsensor verbraucht während der Messung keinen Sauerstoff und ist nicht durch die Strömungsgeschwindigkeit begrenzt. Es misst die Sauerstoffkonzentration, indem es die Löschwirkung lumineszierender Substanzen erkennt. Im Inneren befindet sich kein Elektrolyt, und die Lebensdauer der Leuchtstoffkappe kann mehr als 1–2 Jahre betragen, sodass grundsätzlich ein wartungsfreier Betrieb gewährleistet ist.

Q3: Misst der Ammoniak-Stickstoff-Sensor (YEX-S1-NHN) den gesamten Ammoniak-Stickstoff oder das für Fische und Garnelen giftige molekulare Ammoniak?

A: Unsere Sensorhardware misst direkt die gesamte Ammoniak-Stickstoff-Ionenkonzentration im Wasser. Was jedoch für Wasserprodukte wirklich tödlich ist, ist das nichtionisierte molekulare Ammoniak (NH₃) im Wasser. Der Anteil an molekularem Ammoniak steigt exponentiell mit steigendem Wassergehalt (pH) und Temperatur. Nach der Erfassung der gesamten Ammoniak-Stickstoff-Daten ruft unser intelligentes IoT-System automatisch die integrierte thermodynamische Gleichgewichtsformel der Plattform auf, kombiniert gleichzeitig den aktuell gemessenen pH-Wert und die Temperatur und berechnet automatisch die genaue Konzentration des für Fische giftigen nichtionischen Ammoniaks, wodurch wissenschaftlichere Toxizitätswarnungen erzielt werden.

Q4: Fischteiche sind normalerweise sehr groß. Wo sollte ein Sensor platziert werden, um die Wasserqualität des gesamten Teiches darzustellen?

A:Dies ist eine sehr praktische technische Konstruktionsfrage. Aufgrund der Funktion der Belüfter und der Windrichtung weist das Wasser im Fischteich eine gewisse Fließfähigkeit auf. Wir empfehlen normalerweise, den Sensor 3–5 Meter vom Ufer entfernt in einer Wassertiefe in der mittleren bis unteren Schicht des Gewässers zu platzieren (normalerweise 0,5 bis 1 Meter unter Wasser) und zu versuchen, tote Wasserecken oder direkte Luftauslässe gegenüber dem Belüfter zu vermeiden. Die an dieser Position gemessenen Daten repräsentieren am besten die reale Lebensumgebung des Hauptaktivitätsbereichs von Fischen und Garnelen.

Zusammenfassung

Die intelligente Lösung für das Wasserqualitätsmanagement für die Aquakultur ist das zentrale technologische Bindeglied, um die Transformation der traditionellen Landwirtschaft in eine digitale, intelligente Landwirtschaft voranzutreiben. Diese Lösung überwindet die Nachteile der traditionellen Aquakultur vollständig, wie z. B. die Unfähigkeit, nachts zu überwachen, blinde Indikatoränderungen und eine übermäßige Abhängigkeit von manueller Erfahrung, indem sie hochstabile physische Sensorhardware in Industriequalität und hochdynamische IoT-Kantensteuerungsalgorithmen einführt. Durch die wissenschaftliche Zuordnung des Belüftungsenergieverbrauchs und die präzise Verbesserung der Wasserumgebung wird nicht nur das Risiko des Fischsterbens, das über den Köpfen der Landwirte schwebt, grundsätzlich beseitigt, sondern auch eine starke digitale Technologieunterstützung zur Förderung einer umweltfreundlichen, effizienten und intensiven modernen ökologischen Fischerei geboten.

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