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魚菜共生循環農業物聯網監測系統

以水循環實現魚菜共養,結合水產養殖和無土栽培兩大技術,是新型複合耕作體系。其具有水資源再利用及養分回收循環的兩大優點。魚透過排泄物為植物提供營養,植物吸收養分實現水質過濾,而微生物對魚排泄物進行分解,為植物提供養分。這項技術實現節水及省肥的效用,只需供給餵養魚飼料及補充蒸發散水分即可達到魚菜的協同共生,未來可持續循環型零排放的低碳生產模式!魚菜共生系統(如圖一)小到居家系統,大到萬坪的商業化生產系統都適用。

 

圖1、魚菜共生系統

 

在智慧農業4.0計畫中,我們開發了一系列的雲端物聯網監測分析技術,在尋找應用場域時即想嘗試一個新穎且具有未來性的農業生產體系。剛好臺南場內有在執行魚菜共生試驗計畫,因此我們認為這是與智慧農業結合的良好契機。在這套監測系統裡,我們利用貼在玻璃上的紅外線測距感測器(如圖二)來偵測魚群的活動率,其原理為當魚體游過感測器時進行累計計次,並以三分鐘為累計週期。

 

三組安裝在不同高度位置的魚活動率感測器亦可用來作為水位預警偵測的功能,當水位降低至測量點以下時即無法接受到魚游過訊號。

 

我們自行開發整套量測控制電路版模組(如圖三),其可接上一般市售常規的溫度、PH及溶氧感測探頭進行量測,並可傳送資料至1公里遠的閘道器(如圖四),其再透過WiFi將數據傳送至ThingSpeak雲端平台。

 

圖2、紅外線測距感測器 圖3、控制器:量測水溫、溶氧(DO)及PH,及三組魚活動率

圖4、閘道器:接收控制器資料,將數據透過本場WiFi傳送到雲端資料庫)

 

資料在雲端平台上可自動化定期大數據分析診斷,我們從魚活動率資料(如圖五)中可發現活動率與自動餵食機的餵養時間呈現明顯相關,亦即魚群會記憶預測何時可取得食物,並開始在餵食前興奮起來,在餵食以後魚群活動會明顯快速趨於平靜。

圖5、三組魚活動率感測器五天監測值 圖6、 溶氧DO與PH的五天監測變化

 

在水質監測(如圖六)的部分,我們發現PH、溶氧DO及魚群活動會有明顯相關性存在。在餵食時間點活動率增高時,溶氧會急速下降,且PH也會跟著下降,極有可能是水中二氧化碳增加造成碳酸濃度增高而導致PH下降。

 

最後我們將每天的溶氧DO與PH進行時間關聯性迴歸分析,得到不同天數下水體長時間尺度的統計特徵參數(如圖七)。水體的水質特性分析可以用來診斷是否水質有出現異象,其利用了多組感測資料的相互關聯性係數來呈現,當關聯繫數出現特別異常值時,可能代表水質受到汙染或魚群健康出了問題。

我們希望這套監測系統未來能夠納入氣象及水位的監測功能,並結合水分蒸發散量來評估植物生理代謝狀態,使整個系統能更加完善。

 

圖7、分析水體長時間尺度下的統計特徵參數

 

►計畫團隊:臺南區農業改良場

聯絡人:李健

電話:06-5912901#352

E-mail:clee@mail.tndais.gov.tw

 

 

關鍵字: 水質 , PH , 溶氧 , 魚活動率
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