基于数字孪生的智能渔场系统及其工作方法

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基于数字孪生的智能渔场系统及其工作方法
申请号	CN201911167052.7	申请日	2019-11-25	公开(公告)号	CN110908326B	公开(公告)日	2021-09-14
申请人	广东省海洋工程装备技术研究所;			发明人	张强; 李萌; 李伟; 兰海鹏; 阮一扬; 盘翠林; 周蕤;
摘要	本发明提供一种基于数字孪生的智能渔场系统及其工作方法，该系统包括数字孪生服务器、渔场监控系统和客户显示终端，数字孪生服务器与渔场监控系统信息交互，客户显示终端与数字孪生服务器信息交互；渔场监控系统获取渔场监测数据并发送至数字孪生服务器，数字孪生服务器根据渔场监测数据生成渔场三维模型并显示在客户显示终端；数字孪生服务器获取对渔场三维模型中改变鱼类的生长影响因子进行控制的控制指令，数字孪生服务器将控制指令同步至渔场监控系统，渔场监控系统根据控制指令对鱼类的生长影响因子进行控制。该方法应用于该系统，应用本发明的可提供远程的情景再现、远程操控、虚拟养鱼。
权利要求	1.一种基于数字孪生的智能渔场系统，其特征在于：包括数字孪生服务器、渔场监控系统和客户显示终端，所述数字孪生服务器与所述渔场监控系统信息交互，所述客户显示终端与所述数字孪生服务器信息交互；所述渔场监控系统获取渔场监测数据并发送至所述数字孪生服务器，所述数字孪生服务器根据所述渔场监测数据生成渔场三维模型并显示在所述客户显示终端；所述数字孪生服务器获取对所述渔场三维模型中改变鱼类的生长影响因子进行控制的控制指令，对鱼类生长进行预测并展示在所述渔场三维模型中，所述数字孪生服务器将所述控制指令同步至所述渔场监控系统，所述渔场监控系统根据所述控制指令对鱼类的生长影响因子进行控制。 2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的智能渔场系统，其特征在于：所述渔场监控系统包括PLC控制模块、温控模块、氧气控制模块、照明模块、摄像模块和饲喂模块，所述温控模块、所述氧气控制模块、所述照明模块、所述摄像模块和所述饲喂模块均与所述PLC控制模块电连接，所述PLC控制模块与所述数字孪生服务器信息交互。 3.根据权利要求2所述的基于数字孪生的智能渔场系统，其特征在于：所述温控模块包括温度传感器电路和温度调节装置，所述温度传感器电路和所述温度调节装置均与所述PLC控制模块电连接；所述温度传感器电路获取渔场温度数据，所述PLC控制模块根据所述渔场温度数据向所述温度调节装置发送温度调节指令。 4.根据权利要求2所述的基于数字孪生的智能渔场系统，其特征在于：所述氧气控制模块包括氧气传感器电路和氧气调节电路，所述氧气传感器电路和所述氧气调节电路均与所述PLC控制模块电连接；所述氧气传感器电路获取渔场含氧数据，所述PLC控制模块根据所述渔场含氧数据向所述氧气调节电路发送氧气调节指令。 5.根据权利要求2所述的基于数字孪生的智能渔场系统，其特征在于：所述照明模块包括光照传感器电路以及光照调节电路，所述光照传感器电路和所述光照调节电路均与所述PLC控制模块电连接；所述光照传感器电路获取光照强度数据，所述PLC控制模块根据所述光照强度数据向所述光照调节电路发送光照调节指令。 6.一种智能渔场系统的工作方法，所述智能渔场系统包括数字孪生服务器、渔场监控系统和客户显示终端，所述数字孪生服务器与所述渔场监控系统信息交互，所述客户显示终端与所述数字孪生服务器信息交互，所述方法应用于所述数字孪生服务器，其特征在于：所述方法包括：获取所述渔场监控系统发送的渔场监测数据；根据所述渔场监测数据生成渔场三维模型并显示在所述客户显示终端；获取到对所述渔场三维模型中改变鱼类的生长影响因子进行控制的控制指令时，以预设鱼类生长模型对鱼类生长进行预测并展示在所述渔场三维模型中；将所述控制指令同步至所述渔场监控系统。 7.根据权利要求6所述的智能渔场系统的工作方法，其特征在于：在将所述控制指令同步至所述渔场监控系统的步骤之前，所述方法还包括：判断是否获取到同步控制指令确认指令，若是，将所述控制指令同步至所述渔场监控系统。 8.根据权利要求6或7所述的智能渔场系统的工作方法，其特征在于：所述渔场监控系统包括温控模块；将所述控制指令同步至所述渔场监控系统的步骤包括：将温度控制指令同步至所述渔场监控系统。 9.根据权利要求6或7所述的智能渔场系统的工作方法，其特征在于：所述渔场监控系统包括氧气控制模块；将所述控制指令同步至所述渔场监控系统的步骤包括：将氧气控制指令同步至所述渔场监控系统。 10.根据权利要求6或7所述的智能渔场系统的工作方法，其特征在于：所述渔场监控系统包括照明模块；将所述控制指令同步至所述渔场监控系统的步骤包括：将照明控制指令同步至所述渔场监控系统。
说明书全文	基于数字孪生的智能渔场系统及其工作方法技术领域 [0001] 本发明涉及智能渔场技术领域，尤其涉及一种基于数字孪生的智能渔场系统，还涉及该系统的工作方法。背景技术 [0002] 在数字孪生概念不断完善和发展过程中，学术界主要针对数字孪生的建模、信息物理融合、交互与协作及服务应用等方面开展了相关研究。很多大型制造业企业也在开始研发自己的数字孪生系统，推动了智能制造领域的一股热潮，引领制造方式变革，从工业设备到生产线，再到工厂车间都有建立数字孪生系统的案例。 [0003] 但目前的数字孪生技术还主要应用在制造业领域，具有一定局限性，同时，现有的全自动渔场更偏向于物理机械上的自动化，还没有引进工业制造领域的先进的数字孪生技术，养鱼场的信息化水平和智能化程度有待进一步提高。现有的渔场系统虽然可以实现全自动，但是仍然需要管理人员驻守在渔场内时刻观察PLC控制模块，无法在远程对渔场内的信息有实时的了解。发明内容 [0004] 本发明的第一目的是提供一种可提供远程的情景再现、远程操控、虚拟养鱼的基于数字孪生的智能渔场系统。 [0005] 本发明的第二目的是提供一种可提供远程的情景再现、远程操控、虚拟养鱼的智能渔场系统的工作方法。 [0006] 为了实现上述第一目的，本发明提供的基于数字孪生的智能渔场系统包括数字孪生服务器和渔场监控系统，数字孪生服务器与渔场监控系统信息交互，客户显示终端与数字孪生服务器信息交互；渔场监控系统获取渔场监测数据并发送至数字孪生服务器，数字孪生服务器根据渔场监测数据生成渔场三维模型并显示在客户显示终端；数字孪生服务器获取对渔场三维模型中改变鱼类的生长影响因子进行控制的控制指令，数字孪生服务器将控制指令同步至渔场监控系统，渔场监控系统根据控制指令对鱼类的生长影响因子进行控制。 [0007] 由上述方案可见，本发明的基于数字孪生的智能渔场系统通过设置数字孪生服务器和渔场监控系统，渔场监控系统可获取渔场监测数据发送至数字孪生服务器，数字孪生服务器根据渔场监测数据展示渔场三维模型，使得用户可远程可视化查看渔场的实时信息，同时，数字孪生服务器获取对渔场三维模型中改变鱼类的生长影响因子进行控制的控制指令，数字孪生服务器将控制指令同步至渔场监控系统，使得渔场监控系统根据控制指令对鱼类的生长影响因子进行控制，方便用户对渔场进行远程管理。 [0008] 进一步的方案中，渔场监控系统包括PLC控制模块、温控模块、氧气控制模块、照明模块、摄像模块和饲喂模块，温控模块、氧气控制模块、照明模块、摄像模块和饲喂模块均与 PLC控制模块电连接，PLC控制模块与数字孪生服务器信息交互。 [0009] 由此可见，设置温控模块、氧气控制模块、照明模块、摄像模块和饲喂模块，可对鱼类的生长影响因子进行控制。 [0010] 进一步的方案中，温控模块包括温度传感器电路和温度调节装置，温度传感器电路和温度调节装置均与PLC控制模块电连接；温度传感器电路获取渔场温度数据，PLC控制模块根据渔场温度数据向温度调节装置发送温度调节指令。 [0011] 由此可见，温控模块设置温度传感器电路和温度调节装置，可通温度传感器电路获取渔场温度数据，PLC控制模块根据渔场温度数据向温度调节装置发送温度调节指令，进而调节渔场的水温。 [0012] 进一步的方案中，氧气控制模块包括氧气传感器电路和氧气调节电路，氧气传感器电路和氧气调节电路均与PLC控制模块电连接；氧气传感器电路获取渔场含氧数据，PLC 控制模块根据渔场含氧数据向氧气调节电路发送氧气调节指令。 [0013] 由此可见，氧气控制模块通过设置氧气传感器电路获取渔场含氧数据，并通过PLC控制模块根据渔场含氧数据向氧气调节电路发送氧气调节指令，可调节渔场水中的含氧量。 [0014] 进一步的方案中，照明模块包括光照传感器电路以及光照调节电路，光照传感器电路和光照调节电路均与PLC控制模块电连接；光照传感器电路获取光照强度数据，PLC控制模块根据光照强度数据向光照调节电路发送光照调节指令。 [0015] 由此可见，照明模块设置光照传感器电路以及光照调节电路，通过光照传感器电路获取光照强度数据，PLC控制模块根据光照强度数据向光照调节电路发送光照调节指令，进而调节渔场光照强度。 [0016] 为了实现上述第二目的，本发明提供的智能渔场系统的工作方法包括：获取渔场监控系统发送的渔场监测数据；根据渔场监测数据展示渔场三维模型；获取到对渔场三维模型中改变鱼类的生长影响因子进行控制的控制指令时，以预设鱼类生长模型对鱼类生长进行预测并展示在渔场三维模型中；将控制指令同步至渔场监控系统。 [0017] 由上述方案可见，本发明智能渔场系统的工作方法通过可获取渔场监测数据，根据渔场监测数据展示渔场三维模型，使得用户可远程可视化查看渔场的实时信息，同时，在获取对渔场三维模型中改变鱼类的生长影响因子进行控制的控制指令时，以预设鱼类生长模型对鱼类生长进行预测并展示在渔场三维模型中，可便于用户控制鱼类生长，而且，将控制指令同步至渔场监控系统，使得渔场监控系统根据控制指令对鱼类的生长影响因子进行控制，方便用户对渔场进行远程管理。 [0018] 进一步的方案中，在将控制指令同步至渔场监控系统的步骤之前，方法还包括：判断是否获取到同步控制指令确认指令，若是，将控制指令同步至渔场监控系统。 [0019] 由此可见，在获取对渔场三维模型中改变鱼类的生长影响因子进行控制的控制指令时，可让用户查看鱼类生长的预测结果，进而决定是否需要对渔场监控系统进行控制，因此，在获取到同步控制指令确认指令时，才将控制指令同步至渔场监控系统，确保渔场监控系统控制的准确性。 [0020] 进一步的方案中，将控制指令同步至渔场监控系统的步骤包括：将温度控制指令同步至渔场监控系统。 [0021] 进一步的方案中，将控制指令同步至渔场监控系统的步骤包括：将氧气控制指令同步至渔场监控系统。 [0022] 进一步的方案中，将控制指令同步至渔场监控系统的步骤包括：将照明控制指令同步至渔场监控系统。 [0023] 由此可见，在将控制指令同步至渔场监控系统时，可同步多种对渔场三维模型中改变鱼类的生长影响因子进行控制的控制指令，提高渔场管理的便利性。附图说明 [0024] 图1是本发明基于数字孪生的智能渔场系统实施例的电路结构框图。 [0025] 图2是本发明基于数字孪生的智能渔场系统实施例中温控模块的电路结构框图。 [0026] 图3是本发明基于数字孪生的智能渔场系统实施例中氧气控制模块的电路结构框图。 [0027] 图4是本发明基于数字孪生的智能渔场系统实施例中照明模块的电路结构框图。 [0028] 图5是本发明智能渔场系统的工作方法实施例的流程图。 [0029] 以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。具体实施方式 [0030] 基于数字孪生的智能渔场系统实施例： [0031] 如图1所示，本发明的基于数字孪生的智能渔场系统包括数字孪生服务器1、渔场监控系统2和客户显示终端3，数字孪生服务器1与渔场监控系统2信息交互，客户显示终端3 与数字孪生服务器1信息交互。本实施例中，数字孪生服务器1与渔场监控系统2可通过有线通信电路或无线通信电路进行信息交互，客户显示终端3与数字孪生服务器1可通过有线通信电路或无线通信电路进行信息交互，客户显示终端3包括台式电脑、平板电脑或手机。渔场监控系统2获取渔场监测数据并发送至数字孪生服务器1，数字孪生服务器1根据渔场监测数据生成渔场三维模型并显示在客户显示终端3。数字孪生服务器1获取对渔场三维模型中改变鱼类的生长影响因子进行控制的控制指令，数字孪生服务器1将控制指令同步至渔场监控系统2，渔场监控系统2根据控制指令对鱼类的生长影响因子进行控制。其中，鱼类的生长影响因子包括：温度、氧气、光照、盐度、流速、洋流等。 [0032] 本实施例中，渔场监控系统2包括PLC控制模块21、温控模块22、氧气控制模块23、照明模块24、摄像模块25和饲喂模块26，温控模块22、氧气控制模块23、照明模块24、摄像模块25和饲喂模块26均与PLC控制模块21电连接，PLC控制模块21与数字孪生服务器1信息交互。温控模块22用于控制渔场水温，氧气控制模块23用于控制渔场水中含氧量，照明模块24 用于控制渔场水下照明，摄像模块25用于监控渔场水下影像，饲喂模块26用于进行饲料投喂控制。温控模块22、氧气控制模块23、照明模块24、摄像模块25和饲喂模块26在渔场中的设置为本领域技术人员所公知的技术，在此不再赘述。 [0033] 参见图2，温控模块22包括温度传感器电路221和温度调节装置222，温度传感器电路221和温度调节装置222均与PLC控制模块21电连接。温度传感器电路221获取渔场温度数据，PLC控制模块21根据渔场温度数据向温度调节装置222发送温度调节指令。温度传感器电路221采用公知的温度传感器，温度调节装置222可采用公知的水下制热设备。 [0034] 参见图3，氧气控制模块23包括氧气传感器电路231和氧气调节电路232，氧气传感器电路231和氧气调节电路232均与PLC控制模块21电连接。氧气传感器电路231获取渔场含氧数据，PLC控制模块21根据渔场含氧数据向氧气调节电路232发送氧气调节指令。氧气传感器电路231采用公知的氧气传感器，氧气调节电路232采用公知的增氧设备。 [0035] 参见图4，照明模块24包括光照传感器电路241以及光照调节电路242，光照传感器电路241和光照调节电路242均与PLC控制模块21电连接。光照传感器电路241获取光照强度数据，PLC控制模块21根据光照强度数据向光照调节电路241发送光照调节指令。光照传感器电路采用公知的光照传感器，光照调节电路242包括继电器开关(未示出)与水下灯组(未示出)，水下灯组与继电器开关电连接，继电器开关与PLC控制模块21电连接，PLC控制模块 21通过向继电器开关发送光照调节控制指令，可控制水下灯组的照明。 [0036] 本实施例中，数字孪生服务器1根据渔场监测数据生成渔场三维模型并显示在客户显示终端3，渔场三维模型用于模拟渔场监控系统2，根据实际物理信息建立其数据孪生体三维模型为本领域技术人员所公知的技术，本发明中，利用渔场的实际物理信息建立渔场三维模型，渔场三维模型可以利用通用的三维建模软件3D Max、Skech Up等对渔场内的物理对象进行建模。为了对鱼类的生长影响因子进行控制，对渔场进行更好的管理，渔场三维模型设置有与渔场监控系统2中各电路模块相应的模块，本实施例中，渔场三维模型包括虚拟温控模块31、虚拟氧气控制模块32、虚拟照明模块33、虚拟摄像模块34和虚拟饲喂模块 35。通过虚拟温控模块31、虚拟氧气控制模块32、虚拟照明模块33、虚拟摄像模块34和虚拟饲喂模块35，可在数字孪生系统客户端中，改变鱼的生长影响因子，以可视化的形式预测鱼的生长情况，提前了解鱼的产量，从而实现模拟养鱼功能。同时，还可通过虚拟温控模块31、虚拟氧气控制模块32、虚拟照明模块33、虚拟摄像模块34和虚拟饲喂模块35对渔场监控系统2中相应的电路模块进行控制，从而实现远程控制。 [0037] 需要说明的是，渔场监控系统2可根据鱼类的生长影响因子设置相应的电路控制模块，本实施例中，仅针对温度、氧气、光照三个鱼类的生长影响因子对应的电路模块进行了说明，本领域技术人员应当知晓，其他鱼类的生长影响因子也可以设置相应的电路模块进行渔场的控制调节，例如控制盐度、流速、洋流的电路模块等。 [0038] 智能渔场系统的工作方法实施例： [0039] 智能渔场系统的工作方法应用于上述智能渔场系统实施例中的数字孪生服务器1中应用程序，用于实现对渔场系统的控制。 [0040] 参见图5，本发明智能渔场系统的工作方法在工作时，首先执行步骤S1，获取渔场监控系统2发送的渔场监测数据。数字孪生服务器1可渔场监控系统2获取渔场中的温度、氧气、照明、盐度、流速、洋流等渔场监测数据。 [0041] 获取到渔场监测数据后，执行步骤S2，根据渔场监测数据生成渔场三维模型并显示在客户显示终端3。在获得渔场监测数据后，为了使用户可实时获知渔场的信息，根据渔场监测数据展示渔场三维模型，可使用户远程可视化查看渔场的实时信息，便于用户监控。 [0042] 展示渔场三维模型后，执行步骤S3，获取到对渔场三维模型中改变鱼类的生长影响因子进行控制的控制指令时，以预设鱼类生长模型对鱼类生长进行预测并展示在渔场三维模型中。在展示渔场三维模型后，为了便于用户进行养鱼管理，可在渔场三维模型中进行模拟养鱼，用户可通过对渔场三维模型中改变鱼类的生长影响因子发送控制指令，从而可预测出生长影响因子改变后鱼类的生长状况。预设鱼类生长模型可由渔场专业的管理人员和建模人员根据鱼类研究数据进行建模。获取到对渔场三维模型中改变鱼类的生长影响因子进行控制的控制指令后，对鱼类生长进行预测并展示在渔场三维模型中，可让用户进行决策。 [0043] 对鱼类生长进行预测并展示在渔场三维模型中后，执行步骤S4，判断是否获取到同步控制指令确认指令。在获取对渔场三维模型中改变鱼类的生长影响因子进行控制的控制指令时，可让用户查看鱼类生长的预测结果，进而决定是否需要对渔场监控系统进行控制，因此，需要判断是否获取到同步控制指令确认指令。 [0044] 在未获取到同步控制指令确认指令，则继续执行步骤S4，在判断获取到同步控制指令确认指令时执行步骤S5，将控制指令同步至渔场监控系统。获取到同步控制指令确认指令后，则说明用户需要以当前的控制指令对渔场监控系统进行控制，因此，将控制指令同步至渔场监控系统。 [0045] 本实施例中，将控制指令同步至渔场监控系统的步骤包括：将温度控制指令同步至渔场监控系统；将氧气控制指令同步至渔场监控系统；将照明控制指令同步至渔场监控系统。在将控制指令同步至渔场监控系统时，可同步多种对渔场三维模型中改变鱼类的生长影响因子进行控制的控制指令，提高渔场管理的便利性。 [0046] 由上述可知，本发明的基于数字孪生的智能渔场系统通过设置数字孪生服务器和渔场监控系统，渔场监控系统可获取渔场监测数据发送至数字孪生服务器，数字孪生服务器根据渔场监测数据展示渔场三维模型，使得用户可远程可视化查看渔场的实时信息，同时，数字孪生服务器获取对渔场三维模型中改变鱼类的生长影响因子进行控制的控制指令，数字孪生服务器将控制指令同步至渔场监控系统，使得渔场监控系统根据控制指令对鱼类的生长影响因子进行控制，方便用户对渔场进行远程管理。 [0047] 需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。