本发明涉及水质监测、视频监控、通信和云计算领域，是一种基于水下视频监控与云计算平台的蟹塘养殖健康管理装置与实现方法，主要应用于水环境监测、蟹塘养殖、大体积视频存储等领域。
背景技术：
蟹塘养殖是河蟹养殖的重要组成部分，蟹塘水质好坏能左右蟹塘养殖的成败，科学有效的蟹塘养殖离不开必要的水质监测系统。专利cn201510439885.x提出了一种基于web的水产养殖远程监测系统，该系统使用固定采集点采集水质数据，集合web网络，水质数据的传递及时有效，对养殖水域水质起到了较好的监测作用。专利cn201610648899.7提出一种以移动监测点取代固定监测点，用于蟹塘养殖的多功能移动式监测系统，克服监测数据不完备、检测点安装/维护困难等弊端，该系统基于移动监测点对蟹塘的覆盖能力，对蟹塘水质数据的采集全面而有序，并且装置本身维护便易，成本也大大降低。
然而，由于螃蟹在生长过程中对水质的高要求和人工操作的局限性，现有的蟹塘养殖远程监测方案依然存在以下几个问题：
1.螃蟹养殖过程中，不能有效观测到饲料的投放是否适量。饲料的过量投放会导致蟹塘底部残留饲料、底质腐臭，严重影响蟹塘水质，浪费掉的饲料本身也是不小的经济损失，而饲料投放不足更是会直接影响到螃蟹的正常生长速度。
2.螃蟹是穴居动物，多喜欢在水草茂盛的底池生活，所以蟹塘池底的水质生态尤其需要实时监测，而现有的远程监测方案并不能做到这一点。
3.螃蟹出蟹率普遍不高，究其原因，现有的蟹塘养殖远程监测系统不能及时发现螃蟹生长过程中的突发事件或异常征兆，病蟹、死蟹得不到及时有效的处理，进而影响了河蟹群体。
技术实现要素：
为了解决以上问题，本发明将水下视频监控引入蟹塘养殖远程监测系统，结合云计算平台强大的大体积视频资源存储与管理能力，提出了一种基于水下视频监控与云计算平台的蟹塘养殖健康管理系统。该系统以自动作业船装置作为移动监测点，自动作业船上装有传感器组、摄像头组，自动作业船在蟹塘以既定路线巡航，摄像头组包含一台能用于两米及以下(蟹塘普遍深约2.5米)水位视频监控的水下摄像头，该摄像头能够实现：①全天候无损害地观察和记录河蟹的活动状况，及时发现并通知养殖人员处理水下突发事件或异常征兆；②观察饵料残余及养殖对象摄食过程，更精确地测算饵料系数，节约饵料成本，减少多余饵料产生污染；③观察蟹塘底池的环境状况，使养殖人员在养殖后期对池底大量泥皮、板结、青苔的清理更具有实效性。传感器组包含温度传感器、溶解氧传感器、电导率传感器、ph值传感器等，采集重要的蟹塘水质参数。自动作业船装置与云计算平台基于4g模块通信，云计算平台整理并存储视频资源与水质数据资源，云计算平台与手机app采用soap协议通信，便于手机app查阅蟹塘水质信息。手机app还具有控制自动作业船装置启停、定时定点投料的功能。
本发明所用的电气设备有：4g模块，arduinomega控制模块，晶体硅太阳能电池模块，摄像头组，传感器组，振动型自动投饵装置，船行电机组，工控机，安卓手机以及开关电源若干。
本发明采用的技术方案是：系统由自动作业船模块、云计算平台、android移动客户端三大部分组成，所述自动作业船模块包括：太阳能供电控制模块(晶体硅太阳能电池)、船行动力模块(船行电机组)、投料装置(振动型自动投饵装置)、控制柜模块和摄像头模块；控制柜模块中设有传感器组、继电器组、4g模块，以及arduinomega控制模块；所述云计算平台按功能分为四层，即物理层、网络层、管理中间层及应用层，本发明中云计算平台应用层预留与4g模块专用通信接口，预留与手机app专用通信接口；管理中间层对视频资源、水质数据信息管理分类、编录明细；网络层按管理中间层编录的明细将视频资源、水质数据资源分类存储；所述android移动客户端编有配套app，可以控制自动作业船启停以及查阅水质数据与视频信息。
工作原理：所述控制柜模块下传感器组与摄像头模块采集水质数据信息以及水上、水下蟹塘实时画面，由所述控制柜模块中arduinomega控制模块对采集水质数据信息作简单除冗处理，由所述控制柜模块中4g模块基于所述云计算平台预留专用接口与云计算平台通信，将水质数据信息与视频信息发送至云计算平台；云计算平台管理中间层把预留与4g模块专用通信接口接收的水质数据信息与视频信息进行分类、编录明细；网络层按管理中间层所编录明细，将水质资源信息有效存储；所述android移动客户端app与云计算平台专用通信接口通信，发送操作指令，云计算平台管理中间层读取专用接口收到的控制指令，根据控制指令对网络层中存储的水质资源进行调度，把被调度的水质资源发送回预留与app专用通信接口，从而使手机app成功获取到想要查询的水质资源信息。
本发明的有益效果：
1、按需弹性提供。现有水质远程监测系统大多采用物理服务器集群存储调度资源信息，存储空间固定，存储方式死板，价值不菲。而云计算平台架构下，用户可以根据水质数据信息与视频资源所需的存储空间，不断地按需申请存储资源，云计算平台接到申请，会快速的提供及释放存储资源，真正做到按需弹性提供，成功避免存储资源的过载或浪费。
2、多点便易接入。现有的水质远程监测系统大多可以实现多点接入功能，但这需要具有一定软件安装配置的操作系统。而本发明基于云计算平台架构下，比现有技术大大简化，用户只需要一台工作pc、上网本或者智能手机等就可以简易的接入云计算平台。
3、快速提供对应服务。现有水质远程监测系统大多由相关人员编写所需的服务器、webservice、数据库服务器等，软件编程工作量大而繁琐，硬件采购搭配也很是耗费心血，而且系统搭建耗时长久，不能及时满足客户需求。而云计算平台架构下，管理中间层具有各种网络资源，应用层拥有对应的预留服务接口可以快速提供给用户处理各自的需求，并且当用户的需求有发展变化时，云计算平台可以通过弹性提供机制自动快速的提供资源服务，以适应业务的变化。
4、成本优势。现有的水质远程监测系统需要相关人员完成购买硬件、安装、维护及机房管理等工作，人工成本与设备成本极高。而云计算平台架构下，用户可以忽略硬部件对自身的影响，不需要雇佣硬件管理人员，没有任何种类的基本建设投资，经营成本很低。
5、自动作业船与水下视频监控技术相结合，能够及时了解蟹塘的水质情况及螃蟹的生长情况，据此实现蟹塘清理、定点投料等功能。
附图说明
图1是本发明系统总体架构图；
图2是本发明自动作业船模块设计原理框图；
图3是本发明自动作业船机械结构图；
图4是本发明云计算平台模式图；
图5是本发明蟹塘主控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如附图1、附图2及附图3所示，本发明所提供的一种蟹塘养殖健康管理系统的装置包括自动作业船若干(本发明取自动作业船数量为1)，自动作业船作为系统的移动监测点，在养殖水域按既定路线巡航，自动作业船上装有船行电机及配套螺旋桨以及振动型自动投饵装置，船行电机及配套螺旋桨作为自动作业船的动力源，振动型自动投饵装置在自动作业船巡航过程中适时投放饵料。晶体硅太阳能电池板作为移动监测点的能源装置，为控制柜模块、传感器模块、摄像头模块、振动型自动投饵装置、船行电机及配套螺旋桨提供电能。
参见附图4所示，云计算平台应用层是将云计算技术压缩并封装成具体的网页应用实例，进而统一由soap管理应用，本发明主要使用接口应用，实现云计算平台与4g模块以及android移动客户端的通信与数据收发。云计算平台管理中间层主要对网络层的资源进行梳理和调度，实时的为各项任务提供支持，本发明基于管理中间层，对视频信息进行精确到某蟹塘某年某月某日某时的状况明细编录，便于存储任务的顺利进行。云计算平台网络层主要将计算资源、数据资源、软件资源、存储资源、采集资源等进行有效的集成和管理，本发明网络层根据管理中间层编录的明细，将视频信息分门别类，有序存储。云计算平台物理层包含了计算机、存储设备、网络设备等硬件设备，为云计算平台诸多功能提供硬件支持，本发明物理层为网络层提供存储空间以及控制指令解析与处理。本发明整个大体积视频存储过程，只需要简单的接口连接编程与数据库编程，不需要大量的服务器及通信编程，更没有任何硬件相关的工作量，存储速度非常快，存储结果优良。
参见附图5所示，本发明蟹塘水质健康管理系统主控制流程图，即自动作业船在养殖水域自动巡航，作为移动监测点灵活采集水质数据，并将采集到的数据最终保存到云计算平台，方便工作人员或客户及时调取，或者支持各类水质数据实验研究。具体采用下列步骤：
步骤200：自动作业船作为移动监测点在养殖水域自动巡航，传感器模块正常工作采集水质参数数据，摄像头模块实时录像，采集水域画面数据。
步骤202：传感器模块、摄像头模块分别与arduino模块硬件通讯，传递采集数据给arduino模块，如果数据传递正常，执行步骤204，否则，传感器模块或摄像头模块发出硬件通讯故障警告。
步骤204：arduino模块接收到水质参数数据与水域画面数据，对水质参数数据进行整理除错除冗操作。
步骤206：4g模块与云计算平台建立通讯，如果成功建立通信，arduino模块将水质参数数据与水域画面数据发送至云计算平台，执行步骤208，否则，arduino模块发出通讯故障警告。
步骤208：云计算平台应用层接收水质参数数据和水域画面数据。
步骤210：云计算平台管理中间层对水质参数数据和水域画面数据编录明细；明细包含蟹塘编号，日期，数据类型。
步骤212：云计算平台网络层根据水质信息明细将水质信息分配给对应的存储接口。
步骤214：云计算平台物理层从存储接口接收水质信息，有序地进行分类存储。
进一步，上述步骤执行的同时还包括android移动客户端app的执行步骤，具体如下：
步骤201：android移动客户端app发送电机控制指令给云计算平台，云计算平台解析接口处收到的控制指令，将其转发给arduino控制模块，控制指令控制船行电机组对应继电器的开闭，继而控制船行电机组的起停。
步骤203：android移动客户端app发送振动型投料装置的控制指令给云计算平台，云计算平台解析接口处收到的控制指令，将其转发给arduino控制模块，控制指令控制振动型投料装置对应继电器的开闭，继而控制振动型投料装置的起停。
步骤205：android移动客户端app发送水质数据调阅指令给云计算平台，云计算平台解析接口处收到的调阅指令，根据调阅指令中的蟹塘编号、日期、调阅对象明细在云计算平台网络层寻找对应资源编号，继而基于编号将所调阅的水质数据信息或者视频资源从云计算平台物理层取出，发送回android移动客户端app。上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。