水产养殖系统外文翻译.docx

《Application ofan expert system to monitoring and control in aquaculture》外文翻译专家系统在水产养殖监测和控制方面中的应用David D. Harris,Feng Zhang,Peter H. Sydenham摘 要 当任何测量任务接近于所需要的学科观点时,我们发现,这个学科通常包含一系列的数 据，而且这个学科被解释为一整套的控制语言现在的应用程序中,测量和控制水质是鱼健康育 种的基础这也是之前所说控制的基础 ,实时提供测量数据,对于确保鱼的健康来说是很重要的 在计算机把简化专家系统的应用作为基础控制，以此来进行实时监控和控制这篇文章论述了 计算机的基础发展、分布式监测和建立专家控制系统该系统集成了启发式和实时变化的知识， 增强了自动决策的基础该系统一个重要的特佂是 ,仅仅使用简单的计算机技能，直接通过访问专家系统的创建者 , 就能改变系统的应用程序和操作规程并允许陌生的用户，通过构建“传感器知识”来简化传感 器的设计和操作，或指定所需的传感器，并通过系统提供的要求来建立它们测量和仪表系统中心(MISC)是一个澳大利亚南部大学的研究中心，它的目标是发展更好的测 量方法和设备。

所有项目的基础方法就是运用最近，这个研究中心正与澳大利亚南部的渔业部 门开展一个项目，这个项目将把这方面的专业知识与特定应用程序应用到水产养殖的监测和控制 当中关键词 专家系统、监测和控制、知识库、用户交互1 背景为了体现该地区一套以知识为基础的方法论，有必要开发一个基本的应用程序2 当前的水产养殖实践 从海洋网箱到陆地上的池塘，世界各地普遍存在水产养殖无论淡水或海洋鱼类 都是养殖的对象,包括鳍鱼、甲壳类和软体动物等然而一些常见的问题出现在这一 课题中：•通常水产养殖设施的成本很高 •水产养殖的可行性操作依赖于劳动力和运营成本•因为典型工业过程的差异和水产养殖情况，传统工业过程的方法和控制工程并不能 简单的应用,•对鱼的生理和行为的了解,尤其是在集约农业的情况下,通常是有限的、局部的 •在鱼类生长的实验和建模过程中，对鱼类生长缓慢的原因进行监测和控制具有一定 的难度•根据大量有关养鱼类生长的不同数据可以得出，鱼是非常敏感的，如不能保证水质， 可以在很短的时间内造成鱼类的大量死亡或绝产•渔民对计算机控制设备有强烈的依赖，因为它们具有处理鱼类养殖相关的大量数据 的能力3 水质饲养鱼的目的是培养健康的鱼。

毫无疑问，影响鱼健康的最重要的因素之一是他 们所生活水题环境水质取决于物理、化学和生物因素的影响这些因素影响着水的 使用;这些因素影响到鱼的生存、繁殖、增长、生产或管理许多系统参数相互影响， 比养殖人员所了解的复杂的多可测量发挥重要作用的物理参数包括：•溶解氧•温度•溶解氨（NH 3和NH4）• pH 值•盐度•浊度 根据养殖的鱼类种类及环境不同，水的质量包括这些因素的不同组合4 基于专家系统的监控和控制系统4.1 理想系统一个理想的养殖监控系统应该有能力监测整个鱼类活动范围一个理想的计算机 “助手” ,应该可以推断鱼的生长和市场趋势目前,一个精通电脑的用户，可以结 合现有软件获得这样的数据，尽管这样一个友好的用户“助手”不可以利用，但我们 不应该忽略了一个事实,那就是，任何监测技术和控制系统都有自己所能够完成的任 务例如,控制水质并不是目标本身鉴于上述问题，理想的监测控制系统应提供: •具有连续测量和记录的功能,所有的可测量的参数对鱼的健康是很重要的 •用户可以容易的去修改系统设置，并根据测量数据做出系统决策 •设置用户控制操作系统警报或报告•记录鱼类的生长和健康的数据 •记录其他相关数据,特别是饲养和气象方面。

水质也受到池塘布局、当地盛行风、鱼的种类和密度、藻类,底层土壤和各种其 他因素的影响理想的系统应该考虑到这些因素之间的差异,进行人性化的监测和控 制5 当前的技术水产养殖行业在水质监测方面存在许多相关设备供应商研究表明，在一些高端 的商业市场会有使用计算机进行水产养殖监测和控制的系统，，汉森 5 就是这样的一 个系统仪器供应商通常会结合该项目所能得到的利益提供建议和咨询服务，并使用 他们的设备完成完整的系统任务研究人员已经用计算机采集6种测量数据并分析MacKinlay 7的额外商业软件 包（如电子表格）是完成这项工作的强有力工具技术媒体描述了安装使用计算机监测 和控制的方法,但是这种类型的安装通常需要帮助，因为计算机专家系统通常是定制 的因此,在高端市场,大量资本成本是可以接受的,因为它可以使你的水产养殖厂得 到全面有效的监测和控制在低端市场,资本是有限的，同时也没有相关系统可以解 决这个问题除了上面描述的情况与计算机技术,同时还有一个问题是实现系统测量和过程监测 的核心首先,虽然有大量销售的技术工具文献，但在选择与规范仪器的使用上，没 有专业知识的帮助与指导第二缺乏标准化的通信系统，使其形成一个完整的监测网络,这个问题的出现使水 产养殖业有待观察。

第三,仪器的成本往往很高,仪器和备件的可用性也是一个问题6 以知识为基础的概念6.1 关键概念鱼民需要从鱼的生活环境中获得知识，这些知识要么被农民利用，要么被系统系 统利用来控制环境为解决上述问题,我们将大量的概念运用到水产养殖操作的知识 系统当中这些关键概念包括基于规则的传感、规则、用户可访问性和传感器设计的 知识,为此我们将在下面进行一一讨论6.2 基于规则的传感知识永远是上下文相关的通常的意义上，特定的传感器读数依赖于其他因素, 以及与其他传感器读数相互关系 在一定的背景下,为其提供一个测量系统的模型为操作这样一个基于规则的模型，专家系统提供了一个监测和控制的方便方法 然而,作为运营商却不是一个完整的控制系统，通常应用此程序的很少比如麦克纳 马拉所描述的就是一个典型的例子水温传感器测量的仅仅是一个简单的数字难道 这个数字就代表鱼类的健康程度么？其他因素比如鱼的种类、溶解氧含量等都是相关 的值得注意的是，读数精度的影响往往较小巴伯表示,知识可以被认为是一个转换运算符,映射信息（证据）信息（结论）有关 鱼的动态转化代表模型如图 1 所示传歸信息知识匸口 11 一4 4^.传递力流程1图1_k图1一个人在做一个模型的过程或规则时，他通常会建立一个这样的仪器系统，只是 没有意识到事实。

虽然它比较容易获得而且非常详细,但测量仪器很难获得一个简洁 的语句进行渔场操作因为他们更好的定义为数字，所以往往认为前者比后者被更重 要Houvenaghe112模型就描述了这样的发展，并突出了一些实际困难专家系统为其提供了一个良好发展系统决策显然是根据人类与启发式知识相结 合的测量数据所做的该系统模拟了一个信息收集和处理的这么一个过程7 规则它必须有三种类型的基本规则应用到监控系统当中：•具体来说，技术规则的本质不能改变，专家系统的本质就是将硬件编码，从而通过 接口功能实现•通常鱼类的养殖规则反映了当前（高度变化）的知识状态体现这个规则的一个例 子是，在温度范围为16.5〜18.5°C,鲍鱼（软体动物）生长最好值得注意的是， 这个规则是直到最近的研究结果才成为已知•渔场具体规则它可能是一个通风装置，用于增加溶解氧含量，使渔场配置更有效 这是一个专家系统中最基本的规则然而，鱼类繁殖规则必须随着知识的进步而 不断更新，而特定的规则要求更好的被渔民利用到渔场之中8用户可访问性无论监控系统是否会被渔民广泛应用到实际当中，最根本的则是取决于使用的容易程度混 淆或歧义引起灾害，系统必须是完全自然的和友好的使用才能起到最大的保护。

这一领域的人机 接口是一个重要的研究领域，实现一个真正的友好和明确的工作环境是一个简单但是费时的任务 汉森5描述了在一个大的系统中，解决这一问题的途径对于较小的系统，我们认为开发一个特 殊界面是一个不合理的方法耗费的时间的同时可能还造成资源浪费此外如果一个“现成的” 界面，可以完成手头的任务，将极大地加快完成任务的时间,从而也不需要建立一个新的界面在我们的例子中，专家系统方案的选择很大程度上考虑到这一点英国使用它是因为它简便实 用，同时也可以在个人电脑上运行通过了解接口的布局和简化界面设计的规则操作我们发现它没有难以使用的电子表格软件9传感器设计专家系统结合鱼类生长环境数据，指定传感器网络以及单个传感器MISC集团 开发了大量标准化格式的软件包给定一个完全集成的具有强大规则库的系统，拥有 相对简单的知识水平就可以获得■计算机□ 节点（开閨■圍嫦鱼缸信KS溶解氧传感器计算机节点；令水机三且一1瑁氧机传愿器图2鱼缸水质控制系统安装示意图指定传感器的性能和规则库的数据是有必要的，这是向系统提供产品说明和购买 适当传感器简单的一步农民自己制作产品尚处发展阶段在这里自己的产品没有得 到进一步的发展，除非农民具有很高的才能、低成本的仪器、以及维修农场的能力和 完整的系统服务。

10测试系统10.1系统描述系统由一台个人电脑，一组水质传感器，传感器信号发送器，通信总线和水质报警 设备等组成布局规律如图所示210.2软件个人电脑的核心系统和执行所有计算和数据管理等控制操作之外所需的软件可 以分为两个基本类别:实时性和实用性实时软件包括专家系统和各种用c语言编写 的接口开发程序专家系统通过通信总线上的设备提供接口程序专家系统进行整个 系统模型的数据响应和时间维护在任何时候这些程序都正常运行实时软件监测控 制的部分，包括接口，数据库管理器（数据库）专家系统支持整个系统模型，按照协议 获得并响应相关数据设施还提供初始系统设置、传感器替换，校准传感器工作范围和修改操作时间表 等然而，令人期待的是，用户将通过直接操作专家系统的规则实现这些步骤,而不是 通过一个特殊的接口这里使用的软件工程战略是开发通用软件，它可以快速和轻松地定制监测和控制 任务，以及较为复杂的各种应用程序11操作规程小规模专家系统正在使用一个温度传感器和溶解氧传感器来控制鲍鱼池中的增 氧机和冷水机组设备鲍鱼水族馆是一个空调实验室，所以，水温22° C,这对鲍鱼太 热显然没有昼夜变化的效果系统并不局限于这种小规模的操作，它可以扩展到数 以万计的传感器和执行器节点,并且每一个都具有携带大量设备的能力。

监测溶解氧读数为例：•统根据预先设定的时间表查询一个需要的时间，•通信系统发送信号指令，打开传感器数字传输功能•系统在预定时间等待传感器读数稳定然后再接收数据•在阅读温度的同时，系统还会使用一个内部规则推导出数据表格•当系统接收到的读数低于设定的值时•系统启动充氧装置•同时不断监测数据•当溶氧量读数超过90%饱和度时，增氧机关掉，如此反复进行注意，用户可以改变这些规则不需要任何编程，只需对芯片进行编辑12数据库操作与数据库接口一起建立了数据日志记录功能所有从传感器读取的参数和系统响 应和采样时间和日期都存储在数据库中如果一个参数的限制程序在注解字段写着“* *”字样，那是为了吸引用户的注意力日期索引允许从一个用户输入的日期和时间 开始扫描，可以按照日期/时间顺序（向前或向后）排序但进一步提供索引记录是不 可取的当然，用户也可以构建其他指数数据库13芯片实现如上所述,我们使用芯片，是因为我们感觉使用简单，懂电脑的。