基于GWQPSO-SVM的水产养殖水总磷软测量系统设计与试验

周俊博, 蒋冬, 肖茂华, 朱虹, 汪小旵, 陈爽

南京农业大学学报 ›› 2023, Vol. 46 ›› Issue (03) : 615-625.

基于GWQPSO-SVM的水产养殖水总磷软测量系统设计与试验

  • 周俊博, 蒋冬, 肖茂华, 朱虹, 汪小旵, 陈爽
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摘要

[目的]总磷是影响水产养殖水质质量的重要参数之一,而目前市场上总磷测量装置价格昂贵,实时监测成本高。为实现低成本水产养殖水质监测,设计了基于灰狼量子粒子群-支持向量机(grey wolf quantum particle swarm optimization-support vector machine, GWQPSO-SVM)的水产养殖水质监测系统。[方法]首先,选用传感器组、STM32F103单片机、ESP8266WIFI无线通信模块搭建水质监测系统数据处理模块;分析与水质总磷含量相关性强的水质参数,据此确定系统传感器的选型,设计水质监测系统服务器交互端,开发水质监测小程序对水质等级进行实时监测。其次,提出GWQPSO算法,对SVM进行优化,据此提出GWQPSO-SVM总磷软测量模型。最后,采用南京通威水产科技有限公司的养殖水塘的80组历史水质数据作为训练数据,实时采集55组水质数据作为测试数据对GWQPSO-SVM总磷软预测模型进行试验验证。[结果]试验结果表明,GWQPSO-SVM的5种误差分别为2.297 0、0.041 8、0.274 7、0.003 6、0.059 9,相较于SVM模型,分别下降了65.70%、65.68%、61.85%、88.16%、65.63%;GWQPSO收敛时的迭代次数、最终收敛适应度分别为74、0.081 2,相较于PSO算法,分别下降了87.84%、10.47%。[结论]本文研究可为水产养殖业提供一种高精度、低成本的水质参数测量技术方案。

关键词

水质监测 / 总磷 / 软测量 / 支持向量机 / 种群优化算法

中图分类号

TP18 / X832

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周俊博, 蒋冬, 肖茂华, 朱虹, 汪小旵, 陈爽. 基于GWQPSO-SVM的水产养殖水总磷软测量系统设计与试验. 南京农业大学学报. 2023, 46(03): 615-625

基金

江苏省重点研发计划项目(BE2021362,BE2022385); 丹阳市重点研发计划项目(SNY202105); 镇江市重点研发计划项目(NY2021018)

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