水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)外文翻譯

1、Application of an expert system to monitoring and control in aquaculture外 文 翻 譯專家系統(tǒng)在水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)測和控制方面中的應(yīng)用David D. Harris,Feng Zhang,Peter H. Sydenham摘 要 當(dāng)任何測量任務(wù)接近于所需要的學(xué)科觀點時,我們發(fā)現(xiàn),這個學(xué)科通常包含一系列的數(shù)據(jù)，而且這個學(xué)科被解釋為一整套的控制語言。現(xiàn)在的應(yīng)用程序中,測量和控制水質(zhì)是魚健康育種的基礎(chǔ)。這也是之前所說控制的基礎(chǔ),實時提供測量數(shù)據(jù),對于確保魚的健康來說是很重要的在。計算機(jī)把簡化專家系統(tǒng)的應(yīng)用作為基礎(chǔ)控制，以此來進(jìn)行實時監(jiān)控

2、和控制。這篇文章論述了計算機(jī)的基礎(chǔ)發(fā)展、分布式監(jiān)測和建立專家控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了啟發(fā)式和實時變化的知識，增強(qiáng)了自動決策的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)一個重要的特佂是,僅僅使用簡單的計算機(jī)技能，直接通過訪問專家系統(tǒng)的創(chuàng)建者, 就能改變系統(tǒng)的應(yīng)用程序和操作規(guī)程。并允許陌生的用戶，通過構(gòu)建“傳感器知識”來簡化傳感器的設(shè)計和操作，或指定所需的傳感器，并通過系統(tǒng)提供的要求來建立它們。測量和儀表系統(tǒng)中心(MISC)是一個澳大利亞南部大學(xué)的研究中心，它的目標(biāo)是發(fā)展更好的測量方法和設(shè)備。所有項目的基礎(chǔ)方法就是運用。最近，這個研究中心正與澳大利亞南部的漁業(yè)部門開展一個項目，這個項目將把這方面的專業(yè)知識與特定應(yīng)用程序應(yīng)用到水產(chǎn)

3、養(yǎng)殖的監(jiān)測和控制當(dāng)中。 關(guān)鍵詞 專家系統(tǒng)、監(jiān)測和控制、知識庫、用戶交互1 背景為了體現(xiàn)該地區(qū)一套以知識為基礎(chǔ)的方法論，有必要開發(fā)一個基本的應(yīng)用程序。2 當(dāng)前的水產(chǎn)養(yǎng)殖實踐從海洋網(wǎng)箱到陸地上的池塘，世界各地普遍存在水產(chǎn)養(yǎng)殖。無論淡水或海洋魚類都是養(yǎng)殖的對象,包括鰭魚、甲殼類和軟體動物等。然而一些常見的問題出現(xiàn)在這一課題中：通常水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)施的成本很高。水產(chǎn)養(yǎng)殖的可行性操作依賴于勞動力和運營成本。因為典型工業(yè)過程的差異和水產(chǎn)養(yǎng)殖情況，傳統(tǒng)工業(yè)過程的方法和控制工程并不能簡單的應(yīng)用, 對魚的生理和行為的了解,尤其是在集約農(nóng)業(yè)的情況下,通常是有限的、局部的。在魚類生長的實驗和建模過程中，對魚類生長緩慢的原

4、因進(jìn)行監(jiān)測和控制具有一定的難度。根據(jù)大量有關(guān)養(yǎng)魚類生長的不同數(shù)據(jù)可以得出，魚是非常敏感的，如不能保證水質(zhì)，可以在很短的時間內(nèi)造成魚類的大量死亡或絕產(chǎn)。漁民對計算機(jī)控制設(shè)備有強(qiáng)烈的依賴，因為它們具有處理魚類養(yǎng)殖相關(guān)的大量數(shù)據(jù)的能力。3 水質(zhì)飼養(yǎng)魚的目的是培養(yǎng)健康的魚。毫無疑問，影響魚健康的最重要的因素之一是他們所生活水題環(huán)境。水質(zhì)取決于物理、化學(xué)和生物因素的影響。這些因素影響著水的使用;這些因素影響到魚的生存、繁殖、增長、生產(chǎn)或管理。許多系統(tǒng)參數(shù)相互影響，比養(yǎng)殖人員所了解的復(fù)雜的多?？蓽y量發(fā)揮重要作用的物理參數(shù)包括：溶解氧溫度溶解氨(NH 3和NH4)pH值鹽度濁度根據(jù)養(yǎng)殖的魚類種類及環(huán)境不同，

5、水的質(zhì)量包括這些因素的不同組合。4 基于專家系統(tǒng)的監(jiān)控和控制系統(tǒng)4.1 理想系統(tǒng)一個理想的養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該有能力監(jiān)測整個魚類活動范圍。一個理想的計算機(jī)“助手” ,應(yīng)該可以推斷魚的生長和市場趨勢。目前,一個精通電腦的用戶，可以結(jié)合現(xiàn)有軟件獲得這樣的數(shù)據(jù)，盡管這樣一個友好的用戶“助手”不可以利用，但我們不應(yīng)該忽略了一個事實,那就是，任何監(jiān)測技術(shù)和控制系統(tǒng)都有自己所能夠完成的任務(wù)。例如,控制水質(zhì)并不是目標(biāo)本身。鑒于上述問題，理想的監(jiān)測控制系統(tǒng)應(yīng)提供:具有連續(xù)測量和記錄的功能,所有的可測量的參數(shù)對魚的健康是很重要的。用戶可以容易的去修改系統(tǒng)設(shè)置，并根據(jù)測量數(shù)據(jù)做出系統(tǒng)決策。,設(shè)置用戶控制操作系統(tǒng)警報或

6、報告記錄魚類的生長和健康的數(shù)據(jù)。記錄其他相關(guān)數(shù)據(jù),特別是飼養(yǎng)和氣象方面。水質(zhì)也受到池塘布局、當(dāng)?shù)厥⑿酗L(fēng)、魚的種類和密度、藻類,底層土壤和各種其他因素的影響。理想的系統(tǒng)應(yīng)該考慮到這些因素之間的差異,進(jìn)行人性化的監(jiān)測和控制。5 當(dāng)前的技術(shù)水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)在水質(zhì)監(jiān)測方面存在許多相關(guān)設(shè)備供應(yīng)商。研究表明，在一些高端的商業(yè)市場會有使用計算機(jī)進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)測和控制的系統(tǒng)，漢森5就是這樣的一個系統(tǒng)。儀器供應(yīng)商通常會結(jié)合該項目所能得到的利益提供建議和咨詢服務(wù)，并使用他們的設(shè)備完成完整的系統(tǒng)任務(wù)。研究人員已經(jīng)用計算機(jī)采集6種測量數(shù)據(jù)并分析。MacKinlay 7的額外商業(yè)軟件包(如電子表格)是完成這項工作的強(qiáng)有力工

7、具。技術(shù)媒體描述了安裝使用計算機(jī)監(jiān)測和控制的方法,但是這種類型的安裝通常需要幫助，因為計算機(jī)專家系統(tǒng)通常是定制的。因此,在高端市場,大量資本成本是可以接受的,因為它可以使你的水產(chǎn)養(yǎng)殖廠得到全面有效的監(jiān)測和控制。在低端市場,資本是有限的，同時也沒有相關(guān)系統(tǒng)可以解決這個問題。 除了上面描述的情況與計算機(jī)技術(shù),同時還有一個問題是實現(xiàn)系統(tǒng)測量和過程監(jiān)測的核心。首先,雖然有大量銷售的技術(shù)工具文獻(xiàn)，但在選擇與規(guī)范儀器的使用上，沒有專業(yè)知識的幫助與指導(dǎo)。 第二缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的通信系統(tǒng)，使其形成一個完整的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),這個問題的出現(xiàn)使水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)有待觀察。 第三,儀器的成本往往很高,儀器和備件的可用性也是一個問題。6

8、以知識為基礎(chǔ)的概念6.1 關(guān)鍵概念魚民需要從魚的生活環(huán)境中獲得知識，這些知識要么被農(nóng)民利用，要么被系統(tǒng)系統(tǒng)利用來控制環(huán)境。為解決上述問題,我們將大量的概念運用到水產(chǎn)養(yǎng)殖操作的知識系統(tǒng)當(dāng)中。這些關(guān)鍵概念包括基于規(guī)則的傳感、規(guī)則、用戶可訪問性和傳感器設(shè)計的知識,為此我們將在下面進(jìn)行一一討論。6.2 基于規(guī)則的傳感知識永遠(yuǎn)是上下文相關(guān)的。通常的意義上，特定的傳感器讀數(shù)依賴于其他因素,以及與其他傳感器讀數(shù)相互關(guān)系。 在一定的背景下,為其提供一個測量系統(tǒng)的模型。為操作這樣一個基于規(guī)則的模型，專家系統(tǒng)提供了一個監(jiān)測和控制的方便方法。然而,作為運營商卻不是一個完整的控制系統(tǒng)，通常應(yīng)用此程序的很少。比如麥克納

9、馬拉所描述的就是一個典型的例子。水溫傳感器測量的僅僅是一個簡單的數(shù)字。難道這個數(shù)字就代表魚類的健康程度么？其他因素比如魚的種類、溶解氧含量等都是相關(guān)的。值得注意的是，讀數(shù)精度的影響往往較小。巴伯表示,知識可以被認(rèn)為是一個轉(zhuǎn)換運算符,映射信息(證據(jù))信息(結(jié)論)。有關(guān)魚的動態(tài)轉(zhuǎn)化代表模型如圖1所示 圖1 監(jiān)測和控制系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳遞流程圖 一個人在做一個模型的過程或規(guī)則時，他通常會建立一個這樣的儀器系統(tǒng)，只是沒有意識到事實。雖然它比較容易獲得而且非常詳細(xì),但測量儀器很難獲得一個簡潔的語句進(jìn)行漁場操作。因為他們更好的定義為數(shù)字，所以往往認(rèn)為前者比后者被更重要。Houvenaghe112模型就描述

10、了這樣的發(fā)展,并突出了一些實際困難。 專家系統(tǒng)為其提供了一個良好發(fā)展。系統(tǒng)決策顯然是根據(jù)人類與啟發(fā)式知識相結(jié)合的測量數(shù)據(jù)所做的。該系統(tǒng)模擬了一個信息收集和處理的這么一個過程。7 規(guī)則它必須有三種類型的基本規(guī)則應(yīng)用到監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中: 具體來說，技術(shù)規(guī)則的本質(zhì)不能改變，專家系統(tǒng)的本質(zhì)就是將硬件編碼，從而通過接口功能實現(xiàn)。 通常魚類的養(yǎng)殖規(guī)則反映了當(dāng)前（高度變化）的知識狀態(tài)。體現(xiàn)這個規(guī)則的一個例子是，在溫度范圍為16.518.5°C，鮑魚（軟體動物）生長最好。值得注意的是，這個規(guī)則是直到最近的研究結(jié)果才成為已知。 漁場具體規(guī)則。它可能是一個通風(fēng)裝置，用于增加溶解氧含量，使?jié)O場配置更有效。這是

11、一個專家系統(tǒng)中最基本的規(guī)則。然而，魚類繁殖規(guī)則必須隨著知識的進(jìn)步而不斷更新，而特定的規(guī)則要求更好的被漁民利用到漁場之中。8 用戶可訪問性無論監(jiān)控系統(tǒng)是否會被漁民廣泛應(yīng)用到實際當(dāng)中，最根本的則是取決于使用的容易程度?；煜蚱缌x引起災(zāi)害，系統(tǒng)必須是完全自然的和友好的使用才能起到最大的保護(hù)。這一領(lǐng)域的人機(jī)接口是一個重要的研究領(lǐng)域,實現(xiàn)一個真正的友好和明確的工作環(huán)境是一個簡單但是費時的任務(wù)。漢森5描述了在一個大的系統(tǒng)中，解決這一問題的途徑。對于較小的系統(tǒng)，我們認(rèn)為開發(fā)一個特殊界面是一個不合理的方法。耗費的時間的同時可能還造成資源浪費。此外,如果一個“現(xiàn)成的”界面，可以完成手頭的任務(wù)，將極大地加快完成任

12、務(wù)的時間,從而也不需要建立一個新的界面。在我們的例子中,專家系統(tǒng)方案的選擇很大程度上考慮到這一點。英國使用它是因為它簡便實用,同時也可以在個人電腦上運行。通過了解接口的布局和簡化界面設(shè)計的規(guī)則操作。我們發(fā)現(xiàn)它沒有難以使用的電子表格軟件。9 傳感器設(shè)計 專家系統(tǒng)結(jié)合魚類生長環(huán)境數(shù)據(jù)，指定傳感器網(wǎng)絡(luò)以及單個傳感器。MISC集團(tuán)開發(fā)了大量標(biāo)準(zhǔn)化格式的軟件包。給定一個完全集成的具有強(qiáng)大規(guī)則庫的系統(tǒng)，擁有相對簡單的知識水平就可以獲得。 圖2。魚缸水質(zhì)控制系統(tǒng)安裝示意圖指定傳感器的性能和規(guī)則庫的數(shù)據(jù)是有必要的，這是向系統(tǒng)提供產(chǎn)品說明和購買適當(dāng)傳感器簡單的一步。農(nóng)民自己制作產(chǎn)品尚處發(fā)展階段。在這里自己的產(chǎn)品

13、沒有得到進(jìn)一步的發(fā)展，除非農(nóng)民具有很高的才能、低成本的儀器、以及維修農(nóng)場的能力和完整的系統(tǒng)服務(wù)。10 測試系統(tǒng)10.1 系統(tǒng)描述系統(tǒng)由一臺個人電腦,一組水質(zhì)傳感器,傳感器信號發(fā)送器,通信總線和水質(zhì)報警設(shè)備等組成。布局規(guī)律如圖所示2。10.2 軟件個人電腦的核心系統(tǒng)和執(zhí)行所有計算和數(shù)據(jù)管理等控制操作之外。所需的軟件可以分為兩個基本類別:實時性和實用性。實時軟件包括專家系統(tǒng)和各種用c語言編寫的接口開發(fā)程序。專家系統(tǒng)通過通信總線上的設(shè)備提供接口程序。專家系統(tǒng)進(jìn)行整個系統(tǒng)模型的數(shù)據(jù)響應(yīng)和時間維護(hù)。在任何時候這些程序都正常運行。實時軟件監(jiān)測控制的部分,包括接口,數(shù)據(jù)庫管理器(數(shù)據(jù)庫)。專家系統(tǒng)支持整個系

14、統(tǒng)模型，按照協(xié)議獲得并響應(yīng)相關(guān)數(shù)據(jù)。設(shè)施還提供初始系統(tǒng)設(shè)置、傳感器替換, 校準(zhǔn)傳感器工作范圍和修改操作時間表等。然而,令人期待的是，用戶將通過直接操作專家系統(tǒng)的規(guī)則實現(xiàn)這些步驟,而不是通過一個特殊的接口。這里使用的軟件工程戰(zhàn)略是開發(fā)通用軟件,它可以快速和輕松地定制監(jiān)測和控制任務(wù),以及較為復(fù)雜的各種應(yīng)用程序。11 操作規(guī)程小規(guī)模專家系統(tǒng)正在使用一個溫度傳感器和溶解氧傳感器來控制鮑魚池中的增氧機(jī)和冷水機(jī)組設(shè)備。鮑魚水族館是一個空調(diào)實驗室,所以,水溫22°C,這對鮑魚太熱。顯然沒有晝夜變化的效果。系統(tǒng)并不局限于這種小規(guī)模的操作,它可以擴(kuò)展到數(shù)以萬計的傳感器和執(zhí)行器節(jié)點,并且每一個都具有攜帶

15、大量設(shè)備的能力。監(jiān)測溶解氧讀數(shù)為例:統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時間表查詢一個需要的時間，通信系統(tǒng)發(fā)送信號指令，打開傳感器數(shù)字傳輸功能系統(tǒng)在預(yù)定時間等待傳感器讀數(shù)穩(wěn)定然后再接收數(shù)據(jù)。在閱讀溫度的同時,系統(tǒng)還會使用一個內(nèi)部規(guī)則推導(dǎo)出數(shù)據(jù)表格。當(dāng)系統(tǒng)接收到的讀數(shù)低于設(shè)定的值時。系統(tǒng)啟動充氧裝置。同時不斷監(jiān)測數(shù)據(jù)。當(dāng)溶氧量讀數(shù)超過90%飽和度時，增氧機(jī)關(guān)掉,如此反復(fù)進(jìn)行。注意,用戶可以改變這些規(guī)則不需要任何編程,只需對芯片進(jìn)行編輯。12 數(shù)據(jù)庫操作與數(shù)據(jù)庫接口一起建立了數(shù)據(jù)日志記錄功能。所有從傳感器讀取的參數(shù)和系統(tǒng)響應(yīng)和采樣時間和日期都存儲在數(shù)據(jù)庫中。如果一個參數(shù)的限制程序在注解字段寫著“* *”字樣，那是為了

16、吸引用戶的注意力。日期索引允許從一個用戶輸入的日期和時間開始掃描，可以按照日期/時間順序(向前或向后)排序。但進(jìn)一步提供索引記錄是不可取的。當(dāng)然,用戶也可以構(gòu)建其他指數(shù)數(shù)據(jù)庫。13 芯片實現(xiàn)如上所述,我們使用芯片,是因為我們感覺使用簡單，懂電腦的人只要經(jīng)過小小的訓(xùn)練就能夠使用。為了其內(nèi)部規(guī)則開發(fā)和最后的演示,它也有一個良好的用戶界面,它可以給用戶開發(fā)專家系統(tǒng)。通過數(shù)字總線傳感器，實現(xiàn)芯片溝通。使用I2C系統(tǒng),是因為飛利浦所有必要的功能是提供智能芯片。傳感器上攜帶傳感器信號調(diào)節(jié)電路。是為了向用戶提供一系列的新功能。14 測試和結(jié)果系統(tǒng)模擬用戶數(shù)據(jù)輸入傳感器輸出過程已經(jīng)大約三個月了。該系統(tǒng)能夠?qū)⒂?/p>

17、算機(jī)與傳感器相結(jié)合，并且能夠完整的按照預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行操作。表明該系統(tǒng)能夠監(jiān)測和控制鮑魚的整個生長環(huán)境15 傳感器接口雖然原理簡單,但專家系統(tǒng)的接口和總線接口之間出現(xiàn)了許多問題I這主要與使用c語言編寫的接口程序有關(guān)。這是由于C語言編譯器選擇的局限性越來越復(fù)雜。一旦解決，這些問題將不再發(fā)生。操作界面有兩個方面的用戶界面,操作界面和接口界面。操作使用界面是用戶簡單地使用該系統(tǒng),而不修改它。晶芯片為系統(tǒng)建設(shè)者提供了一個用戶界面,這個用戶界面很好的使用了圖形和顏色。用戶界面包括信息、數(shù)據(jù)輸入、菜單、幫助和簡單的圖形。16 用戶操作規(guī)則用于設(shè)置規(guī)則庫和修改它的接口規(guī)則，雖然很容易被使用,但也有一些未經(jīng)

18、訓(xùn)練的“陷阱”。接口允許用戶生成一個規(guī)則結(jié)構(gòu),但并不控制該結(jié)構(gòu)的形成。系統(tǒng)操作尤其是更新,極大地促進(jìn)了用戶創(chuàng)建一個混亂的規(guī)則網(wǎng)絡(luò)。不幸的是,清理這樣的規(guī)則是一個相當(dāng)復(fù)雜的任務(wù),因此了解更多的專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比創(chuàng)造一個良好的結(jié)構(gòu)更重要。這樣用戶訪問規(guī)則結(jié)構(gòu)當(dāng)然是可能的,甚至是簡單的, 用戶經(jīng)訓(xùn)練創(chuàng)建解決非常復(fù)雜的問題的規(guī)則它也同樣容易。17 計算系統(tǒng)內(nèi)存需求在這個應(yīng)用程序中,芯片有兩個接口程序,運行數(shù)據(jù)庫接口和總線接口,這兩個接口同時常駐內(nèi)存。這使得個人計算機(jī)內(nèi)存容量要有巨大需求。提供相應(yīng)的預(yù)警信號可以使其擴(kuò)展。當(dāng)然,克服640 kb的限制很容易被實現(xiàn)。18 摘要和結(jié)論這項研究表明,使用一個很可行的

19、專家系統(tǒng)作為一個監(jiān)測和控制系統(tǒng)的基礎(chǔ),有許多重要的潛在的好處。這些好處在一定程度上為實現(xiàn)良好的用戶界面上提供了直接的參考信息。原則上,系統(tǒng)可編程邏輯控制器和微處理器的功能可用好幾年，這些功能只有在專業(yè)人員那里可以實現(xiàn)。漁場很少有這種能力。我們相信使用一個易于使用的專家系統(tǒng)克服這一障礙,提供這種技術(shù)的域用戶技術(shù)技能是在較低的水平。19 致謝戴維哈里斯是由澳大利亞研究委員會的國家研究獎學(xué)金贊助,馮張在南澳大利亞大學(xué)工作期間由中華人民共和國山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所贊助。南澳大利亞漁業(yè)在水族館的供應(yīng),動物,海水和飼料,以及整個項目的建議和幫助。20 參考文獻(xiàn)1 Tyss0, Arne 'Compu

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