談物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下水產(chǎn)養(yǎng)殖網(wǎng)箱水質(zhì)監(jiān)控范文

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摘要：文中分析了當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀以及存在的問題，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水產(chǎn)養(yǎng)殖學(xué)專業(yè)中網(wǎng)箱水質(zhì)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)，該平臺(tái)具備學(xué)生遠(yuǎn)程操作、實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理、實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控、實(shí)驗(yàn)過程評(píng)分等功能，改變了以往傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的操作方式，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的目的，使學(xué)生可以利用空閑時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；設(shè)備管理；網(wǎng)箱水質(zhì)監(jiān)控；遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)；水產(chǎn)養(yǎng)殖；創(chuàng)新

0引言

水產(chǎn)養(yǎng)殖學(xué)專業(yè)需培養(yǎng)學(xué)生具備水產(chǎn)動(dòng)、植物養(yǎng)殖科學(xué)等方面的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，能在水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)、教育、科研和管理等部門從事科學(xué)研究、教學(xué)、水產(chǎn)養(yǎng)殖開發(fā)、管理等工作的高級(jí)科學(xué)技術(shù)人才[1]。市場(chǎng)對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖學(xué)專業(yè)技術(shù)人才有大量需求，其中生產(chǎn)技術(shù)、管理、市場(chǎng)技術(shù)服務(wù)對(duì)人才的需求尤為突出，并且水產(chǎn)苗種繁育等技術(shù)人才需求也在增多[2]。由于部分學(xué)生對(duì)水產(chǎn)專業(yè)認(rèn)知程度不夠深入，存在技術(shù)理論知識(shí)不扎實(shí)、專業(yè)實(shí)踐能力不足等問題[3]，因此應(yīng)增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，把專業(yè)實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)理論教學(xué)緊密結(jié)合[4]，增加學(xué)生有效的實(shí)驗(yàn)操作次數(shù)。本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)箱水質(zhì)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)，利用物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)資源，學(xué)生可通過網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行專業(yè)實(shí)驗(yàn)，充分了解水庫水體的溶氧、溫度、pH值、硫化物、亞硝酸鹽氮、氨氮等因素對(duì)水質(zhì)的影響，合理有效地提高實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的利用率。學(xué)生利用業(yè)余時(shí)間進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)操作，將課堂理論與課后實(shí)踐相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐和思考能力。

1傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀及存在的問題

1.1傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的短板

傳統(tǒng)的水質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)多數(shù)按照教師準(zhǔn)備好的實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行。教師先將實(shí)驗(yàn)所使用的藥品和水樣調(diào)整完畢，隨后對(duì)實(shí)驗(yàn)原理以及操作步驟進(jìn)行講解和演示。學(xué)生則依照教師操作演示或者說明書上的操作步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[5]。這種驗(yàn)證式的教學(xué)模式雖然能夠讓實(shí)驗(yàn)順利完成，但是學(xué)生只是單純的模仿實(shí)驗(yàn)操作，不清楚實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑢?duì)于實(shí)驗(yàn)課程草草了事，沒有對(duì)于實(shí)驗(yàn)的思考，缺少對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的探究，在實(shí)驗(yàn)中缺乏獨(dú)立的見解，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)學(xué)生實(shí)際獲得的知識(shí)甚少。久而久之，學(xué)生逐漸缺乏主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，不愿意多加思考，喪失了獨(dú)立思考的能力，形成了思維惰性。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新熱情。

1.2學(xué)生實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)匱乏

由于多數(shù)院校重理論輕實(shí)踐，開設(shè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程學(xué)時(shí)較短，學(xué)生無法對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有效的創(chuàng)新和實(shí)踐[6]，無法達(dá)到培養(yǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖專業(yè)核心能力的目的。并且學(xué)校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備較少，難以滿足單獨(dú)實(shí)驗(yàn)的需求，往往采取學(xué)生兩兩分組的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在有限時(shí)間的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，無法讓全部學(xué)生進(jìn)行完整的實(shí)驗(yàn)操作。而在其他時(shí)間內(nèi)，除進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生可以有更多的機(jī)會(huì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作外，其他同學(xué)則很少有機(jī)會(huì)上手操作，實(shí)驗(yàn)設(shè)備利用率低，造成了實(shí)驗(yàn)資源的浪費(fèi)[7]。

2基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水產(chǎn)養(yǎng)殖學(xué)專業(yè)中網(wǎng)箱水質(zhì)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是構(gòu)建網(wǎng)箱水質(zhì)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的關(guān)鍵，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上將各種信息傳感設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的產(chǎn)物。通過約定的通信協(xié)議，將各種物品接入互聯(lián)網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、監(jiān)控和管理。物聯(lián)網(wǎng)作為一種傳輸和感知信息的技術(shù)，在網(wǎng)箱水質(zhì)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)中發(fā)揮了極大的作用，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與學(xué)生操作端的遠(yuǎn)程連接，學(xué)生通過屏幕對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行控制，獲得實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的反饋數(shù)據(jù)，從而達(dá)到學(xué)生遠(yuǎn)程監(jiān)控并控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的目標(biāo)。網(wǎng)箱水質(zhì)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)架構(gòu)模型如圖1所示。網(wǎng)箱水質(zhì)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)架可以分成5大系統(tǒng)，即學(xué)生操作系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)過程監(jiān)控系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)評(píng)分系統(tǒng)、后臺(tái)管理端。

2.1學(xué)生操作系統(tǒng)

學(xué)生登錄操作系統(tǒng)后，通過鼠標(biāo)和鍵盤對(duì)界面進(jìn)行控制，觀看錄制好的操作講解視頻，便于學(xué)生詳細(xì)了解實(shí)驗(yàn)操作步驟以及實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)知識(shí)，對(duì)網(wǎng)箱中的pH值、溶氧含量、水溫、氨氮濃度、亞硝酸鹽氮濃度以及硫化物濃度等傳感器進(jìn)行認(rèn)知學(xué)習(xí)，了解網(wǎng)箱中水質(zhì)指標(biāo)對(duì)于水體和魚類的影響。學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)知識(shí)后，學(xué)生可以以第一人稱的視角對(duì)網(wǎng)箱水質(zhì)進(jìn)行觀察，同時(shí)查看網(wǎng)箱中各種傳感器傳回的水質(zhì)數(shù)據(jù)，通過上位機(jī)對(duì)網(wǎng)箱實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，從而對(duì)水質(zhì)指標(biāo)指數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。將網(wǎng)箱水質(zhì)環(huán)境調(diào)節(jié)到合適的范圍，對(duì)影響網(wǎng)箱水質(zhì)的因素進(jìn)行分析，通過創(chuàng)新型的自主實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。

2.2實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理系統(tǒng)

水產(chǎn)養(yǎng)殖學(xué)專業(yè)課程包括魚類增養(yǎng)殖學(xué)、甲殼動(dòng)物增養(yǎng)殖學(xué)、水產(chǎn)動(dòng)物育種學(xué)、水產(chǎn)動(dòng)物營養(yǎng)與飼料和水環(huán)境化學(xué)等，每門課程都要求有一定學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)課程較多，難以高效利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備。因此對(duì)實(shí)驗(yàn)水箱的設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，利用無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行跟蹤，了解設(shè)備使用情況，更加合理地分配給實(shí)驗(yàn)學(xué)生。對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題，如傳感器損壞、檢測(cè)失靈、設(shè)備增減、設(shè)備調(diào)用等及時(shí)處理，使設(shè)備始終處于正常狀態(tài)[8-10]。

2.3實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)室通過物聯(lián)網(wǎng)方式供學(xué)生使用，將大幅提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用率，而開放式實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用時(shí)間不固定，設(shè)備使用時(shí)長增多導(dǎo)致設(shè)備老化，設(shè)備數(shù)據(jù)采集精度不高等問題都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生一定影響，處理不及時(shí)將影響學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。通過視頻監(jiān)控?cái)z像頭全程監(jiān)控學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程，實(shí)時(shí)觀察實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境狀況并及時(shí)查看實(shí)驗(yàn)設(shè)備是否存在異常等，確保實(shí)驗(yàn)設(shè)備安全使用，避免出現(xiàn)事故。

2.4實(shí)驗(yàn)過程評(píng)分系統(tǒng)系統(tǒng)

將學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作以及完成程度進(jìn)行評(píng)分，同時(shí)保存操作錄像。在部分內(nèi)容無法客觀評(píng)價(jià)時(shí)，由教師根據(jù)錄像查看其操作效果，給予分值調(diào)整，并在實(shí)驗(yàn)后給出意見和建議。

2.5后臺(tái)管理端

后臺(tái)管理端主要負(fù)責(zé)水箱設(shè)備增減和數(shù)據(jù)更新、網(wǎng)上預(yù)約，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的修改和發(fā)布，以及使用人員的增減與刪除。為保證實(shí)驗(yàn)平臺(tái)有效利用，管理端設(shè)置有實(shí)驗(yàn)開放時(shí)間通知、預(yù)約管理等功能，同時(shí)還設(shè)置有“成績統(tǒng)計(jì)”功能，可有效輔助教師進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)，提升教學(xué)效果。

3結(jié)語

文章基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了網(wǎng)箱水質(zhì)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)架模型，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的操作模式，提高了實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的利用效率，加強(qiáng)了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的自主創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力，為培養(yǎng)更多創(chuàng)新型人才夯實(shí)基礎(chǔ)。

作者：付秀偉 付莉 趙廣磊 范浩宇 劉杰文 單位：吉林化工學(xué)院信息與控制工程學(xué)院 燕山大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 東北電力大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院