本發(fā)明涉及自動(dòng)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種蝦蟹立體養(yǎng)殖設(shè)施遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，養(yǎng)殖技術(shù)的不斷創(chuàng)新和智能化程度的提高，越來(lái)越多的養(yǎng)殖場(chǎng)開(kāi)始探索環(huán)保、可持續(xù)的養(yǎng)殖方式，蝦蟹作為水產(chǎn)養(yǎng)殖的兩大重要經(jīng)濟(jì)品種，養(yǎng)殖過(guò)程中面臨的環(huán)境控制、養(yǎng)殖管理問(wèn)題也逐漸顯現(xiàn)，尤其是在現(xiàn)代化設(shè)施條件下，如何提高養(yǎng)殖效益和減少環(huán)境壓力成為了養(yǎng)殖行業(yè)亟待解決的課題。

2、近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)（iot）、人工智能（ai）、大數(shù)據(jù)以及自動(dòng)化技術(shù)的不斷進(jìn)步，蝦蟹養(yǎng)殖的管理方式開(kāi)始逐漸向智能化、自動(dòng)化、遠(yuǎn)程化發(fā)展，為了提高養(yǎng)殖效率和減少環(huán)境影響，蝦蟹立體養(yǎng)殖設(shè)施的控制系統(tǒng)與控制方法應(yīng)運(yùn)而生，利用遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蝦蟹立體養(yǎng)殖設(shè)施的全天候、實(shí)時(shí)監(jiān)控和精準(zhǔn)控制，從而降低人工成本，并且能夠減少因人為操作不當(dāng)而造成的損失，提升水產(chǎn)養(yǎng)殖的可持續(xù)性。

3、但現(xiàn)有的蝦蟹立體養(yǎng)殖設(shè)施的控制方法存在如下技術(shù)問(wèn)題：在動(dòng)態(tài)環(huán)境下，需要實(shí)時(shí)根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)與未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)值做出控制決策，如果不能及時(shí)響應(yīng)變化，會(huì)導(dǎo)致控制滯后，從而影響設(shè)備運(yùn)行的效率與精度；傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)僅能依賴(lài)于實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋，缺乏對(duì)未來(lái)環(huán)境狀態(tài)的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)能力；現(xiàn)有控制方法未能考慮環(huán)境中多個(gè)參數(shù)之間的相互影響；傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)未考慮設(shè)備的物理限制，容易導(dǎo)致設(shè)備因過(guò)載或操作錯(cuò)誤造成損壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種蝦蟹立體養(yǎng)殖設(shè)施遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)及方法，以解決在動(dòng)態(tài)環(huán)境下，需要實(shí)時(shí)根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)與未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)值做出控制決策，如果不能及時(shí)響應(yīng)變化，會(huì)導(dǎo)致控制滯后，從而影響設(shè)備運(yùn)行的效率與精度；傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)僅能依賴(lài)于實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋，缺乏對(duì)未來(lái)環(huán)境狀態(tài)的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)能力；現(xiàn)有控制方法未能考慮環(huán)境中多個(gè)參數(shù)之間的相互影響；傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)未考慮設(shè)備的物理限制，容易導(dǎo)致設(shè)備因過(guò)載或操作錯(cuò)誤造成損壞的技術(shù)問(wèn)題。

2、本發(fā)明的一種蝦蟹立體養(yǎng)殖設(shè)施遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)及方法，具體包括以下技術(shù)方案：

3、一種蝦蟹立體養(yǎng)殖設(shè)施遠(yuǎn)程控制方法，包括以下步驟：

4、s1：采集環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，使用基于時(shí)序數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的環(huán)境參數(shù)估算算法對(duì)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，得到未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)值；

5、s2：基于未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)值，使用環(huán)境狀態(tài)預(yù)測(cè)評(píng)估算法預(yù)測(cè)評(píng)估得到未來(lái)環(huán)境狀態(tài)指標(biāo)預(yù)測(cè)值；

6、s3：基于未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)值及未來(lái)環(huán)境狀態(tài)指標(biāo)預(yù)測(cè)值，使用自適應(yīng)反饋控制算法計(jì)算得到初步控制指令，并對(duì)初步控制指令進(jìn)行飽和處理，得到最終控制指令；將最終控制指令發(fā)送至設(shè)備，并執(zhí)行最終控制指令。

7、優(yōu)選的，所述s1，具體包括：

8、在基于時(shí)序數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的環(huán)境參數(shù)估算算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，計(jì)算每個(gè)環(huán)境參數(shù)的變化速率，將計(jì)算得到的環(huán)境參數(shù)的變化速率與預(yù)測(cè)時(shí)間間隔相乘，計(jì)算出基于當(dāng)前環(huán)境參數(shù)變化趨勢(shì)對(duì)未來(lái)環(huán)境狀態(tài)的初步調(diào)整。

9、優(yōu)選的，所述s1，具體包括：

10、在基于時(shí)序數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的環(huán)境參數(shù)估算算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，利用預(yù)測(cè)時(shí)間間隔內(nèi)的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整預(yù)測(cè)，并對(duì)環(huán)境參數(shù)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)處理，得到未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)值，環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)生成公式為：

11、，

12、其中，是在時(shí)刻預(yù)測(cè)得到的第個(gè)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，表示未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)值；表示在時(shí)刻采集的第個(gè)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)；為預(yù)測(cè)時(shí)間間隔，是預(yù)測(cè)時(shí)刻與當(dāng)前時(shí)刻之間的時(shí)間差；表示第個(gè)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)在歷史個(gè)時(shí)刻的變化速率；表示在時(shí)刻采集的第個(gè)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)；表示第個(gè)環(huán)境參數(shù)歷史數(shù)據(jù)的加權(quán)系數(shù)；表示環(huán)境參數(shù)歷史數(shù)據(jù)的加權(quán)和；為在時(shí)刻采集的第個(gè)環(huán)境參數(shù)，表示環(huán)境參數(shù)歷史數(shù)據(jù)；表示指數(shù)衰減函數(shù)；表示衰減系數(shù)。

13、優(yōu)選的，所述s2，具體包括：

14、在環(huán)境狀態(tài)預(yù)測(cè)評(píng)估算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，對(duì)未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)值進(jìn)行加權(quán)，得到未來(lái)環(huán)境狀態(tài)指標(biāo)預(yù)測(cè)值，環(huán)境狀態(tài)指標(biāo)預(yù)測(cè)評(píng)估的計(jì)算公式為：

15、，

16、其中，為在時(shí)刻預(yù)測(cè)得到的環(huán)境狀態(tài)指標(biāo)值，表示未來(lái)環(huán)境狀態(tài)指標(biāo)預(yù)測(cè)值；表示環(huán)境參數(shù)的個(gè)數(shù)；表示第個(gè)未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)值的權(quán)重系數(shù)；表示第個(gè)未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)值和第個(gè)未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)值之間的交互權(quán)重系數(shù)；表示在時(shí)刻的第個(gè)未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)值。

17、優(yōu)選的，所述s3，具體包括：

18、所述自適應(yīng)反饋控制算法包括前饋控制和反饋修正兩部分。

19、優(yōu)選的，所述s3，具體包括：

20、所述前饋控制通過(guò)設(shè)備初步控制指令生成中的第一加權(quán)系數(shù)和第二加權(quán)系數(shù)分別調(diào)節(jié)未來(lái)環(huán)境狀態(tài)指標(biāo)預(yù)測(cè)值及未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)值對(duì)設(shè)備初步控制指令的影響程度；所述反饋修正通過(guò)計(jì)算控制指令與設(shè)備實(shí)際響應(yīng)之間的誤差來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)誤差極大時(shí)，修正值也極大；當(dāng)誤差極小時(shí)，修正值也極小。

21、優(yōu)選的，所述s3，具體包括：

22、初步控制指令的計(jì)算公式為：

23、，

24、其中，表示設(shè)備在時(shí)刻需要執(zhí)行的初步控制指令；表示設(shè)備初步控制指令生成中的第一加權(quán)系數(shù)；表示設(shè)備初步控制指令生成中的第二加權(quán)系數(shù)；表示第個(gè)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備初步控制指令的影響系數(shù)；表示誤差項(xiàng)，計(jì)算公式為：，是設(shè)備在時(shí)刻的實(shí)際響應(yīng)和設(shè)備在時(shí)刻需要執(zhí)行的初步控制指令之間的誤差。

25、優(yōu)選的，所述s3，具體包括：

26、引入飽和函數(shù)，對(duì)初步控制指令進(jìn)行飽和處理，得到最終控制指令，具體公式為：

27、，

28、其中，表示設(shè)備在時(shí)刻需要執(zhí)行的最終控制指令；表示飽和函數(shù)；表示設(shè)備的最大控制指令；表示設(shè)備的最小控制指令。

29、一種蝦蟹立體養(yǎng)殖設(shè)施遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，包括以下部分：

30、環(huán)境參數(shù)采集模塊、未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)模塊、環(huán)境狀態(tài)預(yù)測(cè)評(píng)估模塊、設(shè)備控制指令生成模塊、設(shè)備控制執(zhí)行模塊；

31、環(huán)境參數(shù)采集模塊：實(shí)時(shí)采集環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，將采集到的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)輸出至未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)模塊；

32、未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)模塊：根據(jù)環(huán)境參數(shù)采集模塊的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，使用基于時(shí)序數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的環(huán)境參數(shù)估算算法預(yù)測(cè)得到未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)值，將未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)值輸出至環(huán)境狀態(tài)預(yù)測(cè)評(píng)估模塊和設(shè)備控制指令生成模塊；

33、環(huán)境狀態(tài)預(yù)測(cè)評(píng)估模塊：基于未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)模塊的未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)值，使用環(huán)境狀態(tài)預(yù)測(cè)評(píng)估算法預(yù)測(cè)評(píng)估得到未來(lái)環(huán)境狀態(tài)指標(biāo)預(yù)測(cè)值，將未來(lái)環(huán)境狀態(tài)指標(biāo)預(yù)測(cè)值輸出至設(shè)備控制指令生成模塊；

34、設(shè)備控制指令生成模塊：基于未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)模塊的未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)值及環(huán)境狀態(tài)預(yù)測(cè)評(píng)估模塊的未來(lái)環(huán)境狀態(tài)指標(biāo)預(yù)測(cè)值，使用自適應(yīng)反饋控制算法計(jì)算得到初步控制指令，使用飽和函數(shù)對(duì)初步控制指令進(jìn)行飽和處理，得到最終控制指令，將最終控制指令輸出至設(shè)備控制執(zhí)行模塊；

35、設(shè)備控制執(zhí)行模塊：根據(jù)設(shè)備控制指令生成模塊生成的最終控制指令，進(jìn)行對(duì)蝦蟹立體養(yǎng)殖設(shè)施的遠(yuǎn)程控制。

36、本發(fā)明的技術(shù)方案的有益效果是：

37、1、通過(guò)布置傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)采集環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)并利用基于時(shí)序數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的環(huán)境參數(shù)估算算法，預(yù)測(cè)未來(lái)某一時(shí)刻的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)未來(lái)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)的精確預(yù)測(cè)，通過(guò)引入時(shí)間衰減機(jī)制與環(huán)境參數(shù)歷史數(shù)據(jù)加權(quán)，能夠捕捉環(huán)境參數(shù)變化的趨勢(shì)，提高對(duì)未來(lái)環(huán)境參數(shù)變化的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，采用環(huán)境參數(shù)的變化速率與時(shí)間間隔相結(jié)合的機(jī)制，使得蝦蟹立體養(yǎng)殖設(shè)施遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可以靈活應(yīng)對(duì)環(huán)境條件變化，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)未來(lái)的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，減少環(huán)境波動(dòng)對(duì)蝦蟹立體養(yǎng)殖設(shè)施的影響。

38、2、基于未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)值，通過(guò)環(huán)境狀態(tài)預(yù)測(cè)評(píng)估算法來(lái)計(jì)算未來(lái)環(huán)境狀態(tài)指標(biāo)預(yù)測(cè)值，考慮了預(yù)測(cè)得到的不同環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)值之間的相互影響和加權(quán)因素，采用雙重加權(quán)機(jī)制進(jìn)行精細(xì)化建模，提高環(huán)境狀態(tài)評(píng)估的精確度，通過(guò)加權(quán)預(yù)測(cè)得到的不同環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)值間的交互作用，能夠反映復(fù)雜環(huán)境中的多重影響因素，環(huán)境狀態(tài)評(píng)估考慮到預(yù)測(cè)得到的不同環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)值的權(quán)重和交互作用，使得蝦蟹立體養(yǎng)殖設(shè)施遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)能夠根據(jù)精細(xì)的環(huán)境狀態(tài)調(diào)整操作，增強(qiáng)蝦蟹立體養(yǎng)殖設(shè)施遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力。

39、3、基于未來(lái)環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)值及未來(lái)環(huán)境狀態(tài)指標(biāo)預(yù)測(cè)值，使用自適應(yīng)反饋控制算法來(lái)生成初步控制指令，并通過(guò)飽和函數(shù)對(duì)其進(jìn)行限制，確保初步控制指令在設(shè)備的操作極限內(nèi)，利用前饋控制與反饋修正，能夠?qū)υO(shè)備的行為做出快速反應(yīng)，并根據(jù)實(shí)時(shí)誤差進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，使得設(shè)備始終保持在最佳工作狀態(tài)，通過(guò)對(duì)初步控制指令進(jìn)行飽和處理，確保設(shè)備運(yùn)行在安全的操作范圍內(nèi)，防止了設(shè)備因控制指令過(guò)載或誤差過(guò)大而發(fā)生故障，提升了蝦蟹立體養(yǎng)殖設(shè)施遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

40、4、蝦蟹立體養(yǎng)殖設(shè)施遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可以在遠(yuǎn)程控制中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)和調(diào)整設(shè)備行為，極大提高了遠(yuǎn)程操作的精度與可靠性，減少了設(shè)備維護(hù)與人為干預(yù)的需求。