一种基于分布式架构的养殖管控系统的制作方法

本发明属于养殖管控领域，具体地说是一种基于分布式架构的养殖管控系统。

背景技术：

1、陆基循环水养殖（ras）是一种将养殖废水经物理过滤、生物净化、消毒增氧后循环利用的集约化养殖模式。在该模式中，养殖池内的溶氧、ph、温度等水质参数时刻处于动态变化之中，任何一项指标偏离适宜范围都可能导致鱼类应激甚至死亡。因此，ras系统需要一套管控系统来完成水质监测、设备启停控制和环境调节等任务。

2、现有ras管控系统多采用集中式架构，即养殖现场部署工控机或plc作为控制核心，所有传感器和执行设备均接入该核心设备。系统通过有线或无线网络与云端服务器保持连接，管理人员可通过云端平台远程查看数据和下发指令。在这种架构下，控制核心依赖稳定的网络通信才能与云端协同工作，一旦网络中断，现场设备将无法接收到来自云端的新指令，只能重复执行断网前的最后一个指令，养殖环境可能因此失控。即便部分系统在工控机本地预置了基础控制逻辑，由于缺少与云端的数据交互和指令协同能力，断网期间也只能维持最低限度的运行，无法完整执行全部管控功能。

3、这种“断网即功能降级”的缺陷，根源在于系统的控制能力高度依赖于与云端的实时连接，缺乏不依赖网络即可独立、完整运行的能力。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于分布式架构的养殖管控系统，以解决现有技术中系统控制能力高度依赖云端实时连接、断网时无法独立完整运行的问题。

2、本发明提供一种基于分布式架构的养殖管控系统，包括一个作为主节点的工控机和若干个作为从节点的终端设备，主节点与从节点之间通过分布式软总线通信连接；

3、所述主节点部署于养殖现场，唯一对接南向硬件设备并运行本地控制引擎，所述南向硬件设备包括传感器组、水下摄像头、毫米波雷达以及养殖执行设备；所述主节点执行数据采集、控制指令下发和设备状态监控，并作为数据基准节点向所有从节点同步数据；断网状态下，所述主节点独立运行本地控制逻辑并缓存全部数据，联网后自动恢复与从节点及云端的数据同步；

4、所述从节点包括鸿蒙手机、鸿蒙平板和鸿蒙智慧屏，从节点不直接对接南向硬件设备，所有控制指令均发送至主节点并经主节点校验后执行；从节点从主节点拉取或订阅数据，仅缓存展示数据，断网状态下仅可查看本地缓存数据且无法下发控制指令。

5、优选的，所述主节点对接收到的控制指令执行三级校验：

6、一级校验为校验指令签名，防止指令篡改；

7、二级校验为校验操作人权限，确认操作人是否具备对应设备的控制权限；

8、三级校验为校验目标设备状态，确认设备是否在线且可执行该指令；

9、三级校验全部通过后，主节点方将控制指令下发至对应的南向硬件设备，并记录包含操作人、终端、时间和执行结果的操作日志。

10、优选的，所述主节点通过以下方式获取鱼群数量信息：

11、通过数鱼机对待投放的鱼苗进行计数，获取初始放苗数量，并将该数量录入系统作为基准值；

12、毫米波雷达以360度旋转方式扫描养殖池中的鱼群获取雷达回波数据，水下摄像头同步采集鱼群图像并通过图像识别获取视觉计数结果；

13、主节点采用加权平均方式将雷达回波数据与视觉计数结果进行融合生成多模态融合计数结果，其中加权系数由两路信号的信噪比动态确定；

14、主节点将融合计数结果与基准值进行比对，当两者偏差超过5%时，主节点根据偏差方向自动调整雷达回波信号处理算法中的目标检测阈值和图像识别模型中的面积滤波参数，使后续融合计数结果逐步逼近基准值。

15、优选的，所述主节点还执行死鱼监控流程：

16、在养殖池旁设置摄像头和称重仪，当摄像头检测到死鱼被从池中取出时，称重仪获取死鱼重量，同时主节点通过交互终端要求操作人员输入死亡数量；

17、若操作人员未按规定输入死亡数量而直接取走死鱼，主节点触发报警并将该事件记录至操作日志；

18、所述死鱼监控流程与鱼群数量校准流程并行执行，互不干扰。

19、优选的，所述主节点还执行病害预警流程：

20、水下摄像头采集鱼群图像，主节点从中提取鱼的体表特征和游泳姿态特征，所述体表特征包括体表斑点或体表气泡，所述游泳姿态特征包括游速和游姿；

21、主节点将提取的特征与病害数据库中的病害特征进行比对，生成初步判定结果及对应的置信度评分，并将置信度低于80%的初步判定结果推送至专家终端进行复核确认；

22、复核确认后生成病害预警信息推送至养殖管理人员终端。

23、优选的，所述主节点执行健康基线监测：

24、根据前30日内鱼群游速和游姿的历史记录建立健康基线模型，设定游速正常值范围和游姿标准模式；

25、当实时游速低于基线正常值下限的75%时，或游姿出现偏航角度超过15度或侧翻持续时间超过2秒时，主节点触发健康预警；

26、所述健康预警与体表特征识别形成双重判定机制，两个机制各自独立触发，任一机制触发即生成预警信息，两个机制同时触发时提升预警等级。

27、优选的，所述主节点还执行全生命周期溯源管理：

28、为每一批次鱼苗建立电子档案，记录苗种来源、投放时间和初始放苗数量，所述苗种来源通过人工录入或与供应商系统对接方式获取；

29、为每一养殖池建立独立配料档案，记录饲料配方、配料时间和投喂量，并通过轨道式自动投喂车按预设投喂计划对指定养殖池执行自动投喂并生成投喂日志；

30、记录养殖全过程的操作日志，包括水质数据、设备运行数据、病害记录和死亡记录；

31、出鱼时汇总生成溯源报告，该报告包含苗种来源、养殖全过程数据、饲料使用记录和病害处理记录。

32、优选的，所述主节点还执行单池财务管理：

33、为每一个养殖池建立独立财务核算单元；

34、通过设置于各养殖池进水口的独立水量计量表、供电线路的独立电表和供气管道的独立气体流量计分别采集每个池的水、电、气消耗数据，各计量表通过modbus协议接入主节点；

35、通过摄像头和称重仪记录死鱼损耗并核算损耗成本；通过水下摄像头和毫米波雷达监测鱼群生长情况，结合历史生长曲线估算当前存鱼价值；

36、生成每个养殖池的独立财务报表，展示该池的投入、损耗、当前估值和预期收益，并将该报表通过分布式软总线同步至已获得该池查看权限的从节点。

37、优选的，断网状态下，主节点停止与云端和从节点的数据交互，独立运行本地控制引擎，将断网期间的高频时序数据、设备状态变更记录、控制指令日志和告警日志全部缓存至本地数据库；

38、联网恢复后，主节点按优先级依次执行同步：首先同步断网期间的告警信息和设备状态变化，其次同步控制指令日志，最后同步高频时序数据；

39、同步完成后校验本地数据与云端数据的一致性，若存在差异则以时间戳最新者为准，若时间戳相同则以主节点本地数据为准。

40、本发明还提供一种基于分布式架构的养殖管控方法，包括以下步骤：

41、部署于养殖现场的主节点通过传感器组采集水质参数，通过水下摄像头和毫米波雷达采集鱼群行为数据及数量信息；

42、主节点根据预设控制逻辑和采集数据自动向养殖执行设备下发控制指令，调节养殖环境；

43、主节点将采集数据和控制结果通过分布式软总线同步至所有已绑定的从节点，并通过mqtt协议同步至云端服务器；

44、从节点向主节点发起控制指令时，主节点依次执行指令签名校验、操作人权限校验和目标设备状态校验，校验全部通过后方可下发至南向硬件设备；

45、主节点持续检测网络状态，断网时停止与云端及从节点的数据交互，将数据缓存至本地数据库，联网后按优先级依次同步告警信息、设备状态变化、控制指令日志和高频时序数据，并以时间戳最新者为标准解决数据冲突。

46、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

47、通过采用主节点与从节点分离的分布式架构，使工控机在断网状态下独立执行全部数据采集、设备控制和数据缓存任务，解决了传统养殖管理系统依赖云端服务、断网即停摆的核心痛点，实现了系统在网络不稳定环境中持续稳定运行的可靠保障能力。

48、本发明通过在鱼群计数环节引入数鱼机基准值校准与多模态感知融合的闭环机制，并采用加权系数由信噪比动态确定的融合策略，同时在病害预警环节构建体表特征识别与健康基线监测并行运行的双重判定结构，解决了单一传感手段精度不足和单一预警机制误报率偏高的问题，实现了从鱼群存塘数量到鱼类健康状况的全方位精确感知。

49、本发明通过在断网恢复后建立按优先级分级同步和时间戳仲裁的数据一致性保障机制，并在养殖全过程中将苗种投放、饲料投喂、水质设备运行、病害死亡记录、出鱼溯源与单池水电气独立计量和财务核算全部纳入统一管控体系，解决了分布式系统中数据冲突无法协调、操作记录追溯困难以及规模化养殖中单池成本收益难以精细化核算的复杂管理问题，实现了生产数据、设备数据、财务数据的完整融合与全过程闭环管理，为工厂化循环水养殖提供了可靠的基础技术支撑。