Abstrakt
Mit der Intensivierung der Aquakultur und den steigenden Anforderungen an den Schutz der Meeresumwelt genügen herkömmliche Methoden der Wasserqualitätsüberwachung nicht mehr den Echtzeit- und multidimensionalen Anforderungen. Diese Arbeit untersucht systematisch die technologischen Grundlagen und den Anwendungsnutzen schwimmender Multiparameter-Wasserqualitätssensoren in Süßwasser-Aquakulturkanälen und marinen Umgebungen. Durch vergleichende Experimente werden die Leistungsvorteile bei der Überwachung wichtiger Parameter wie gelöster Sauerstoff, pH-Wert, Trübung und Leitfähigkeit bestätigt. Darüber hinaus wird die Integration von IoT-Technologie für intelligente Überwachungssysteme erörtert. Fallstudien zeigen, dass diese Technologie die Reaktionszeit bei Anomalien der Wasserqualität um 83 % verkürzt und die Krankheitshäufigkeit in der Aquakultur um 42 % senkt. Sie bietet somit eine zuverlässige technische Unterstützung für die moderne Aquakultur und den Schutz der Meeresumwelt.
1. Technische Grundlagen und Systemarchitektur
Das schwimmende Mehrparameter-Sensorsystem ist modular aufgebaut und besteht aus folgenden Kernkomponenten:
- Sensoranordnung: Integrierter optischer Sensor für gelösten Sauerstoff (Genauigkeit ±0,1 mg/L), pH-Glaselektrode (±0,01), Vier-Elektroden-Leitfähigkeitssonde (±1% FS), Trübungsstreueinheit (0–4000 NTU).
- Schwimmende Struktur: Gehäuse aus hochdichtem Polyethylen mit Solarstromversorgung und Unterwasserstabilisatoren.
- Datenweiterleitung: Unterstützt 4G/BeiDou-Dualmodus-Übertragung mit einstellbarer Abtastfrequenz (5 min–24 h).
- Selbstreinigungssystem: Ultraschall-Antifouling-Vorrichtung verlängert die Wartungsintervalle auf 180 Tage.
2. Anwendungen in Süßwasser-Aquakulturkanälen
2.1 Dynamische Regelung des gelösten Sauerstoffs
In den Anbaugebieten von Macrobrachium rosenbergii in Jiangsu erfasst ein Sensornetzwerk die Sauerstoffschwankungen (2,3–8,7 mg/L) in Echtzeit. Sinkt der Wert unter 4 mg/L, werden automatisch Belüfter aktiviert, wodurch Sauerstoffmangel um 76 % reduziert wird.
2.2 Optimierung der Fütterung
Durch die Korrelation von pH-Wert (6,8–8,2) und Trübung (15–120 NTU) wurde ein dynamisches Fütterungsmodell entwickelt, das die Futterverwertung um 22 % verbesserte.
3. Durchbrüche in der Überwachung der Meeresumwelt
3.1 Salztoleranz
Titanlegierungselektroden weisen ein lineares Ansprechverhalten (R² = 0,998) über einen Salzgehaltsbereich von 5–35 psu auf, wobei in den Meereskäfigversuchen in Fujian eine Datenabweichung von <3 % beobachtet wurde.
3.2 Gezeitenkompensationsalgorithmus
Ein dynamischer Basislinienalgorithmus eliminiert Störungen durch Gezeitenschwankungen bei Ammoniakstickstoffmessungen (0–2 mg/L) und reduziert den Fehler bei Tests im Mündungsgebiet des Qiantang-Flusses auf ±5%.
4. IoT-Integrationslösungen
Edge-Computing-Knoten ermöglichen die lokale Datenvorverarbeitung (Rauschreduzierung, Ausreißerentfernung), während Cloud-Plattformen mehrdimensionale Analysen unterstützen:
- Räumlich-zeitliche Heatmaps für Hotspots der Algenblüte
- LSTM-Modelle zur Vorhersage von 72-Stunden-Wasserqualitätstrends
- Benachrichtigungen der mobilen App (Reaktionszeit <15 s)
5. Kosten-Nutzen-Analyse
Im Vergleich zur herkömmlichen manuellen Probenahme:
- Die Überwachungskosten wurden jährlich um 62 % gesenkt.
- Die Datendichte erhöhte sich um das 400-fache
- Algenblütenwarnungen wurden 48 Stunden zuvor ausgegeben
- Die Überlebensraten in der Aquakultur verbesserten sich auf 92,4 %.
6. Herausforderungen und Zukunftsperspektiven
Zu den aktuellen Einschränkungen zählen Störungen durch Biofouling (insbesondere oberhalb von 28 °C) und Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Parametern. Zukünftige Entwicklungsrichtungen umfassen:
- Graphenbasierte Sensormaterialien
- Kalibrierung eines autonomen Unterwasserroboters
- Blockchain-basierte Datenverifizierung
Abschluss
Schwimmende Multiparameter-Überwachungssysteme stellen einen Technologiesprung von der „intermittierenden Probenahme“ zur „kontinuierlichen Messung“ dar und leisten einen entscheidenden Beitrag zu einer intelligenten Fischerei und zum Schutz der Meeresökosysteme. Im Jahr 2023 nahm das chinesische Landwirtschaftsministerium solche Geräte in sein Programm auf.Moderne Standards für Aquakulturbetriebe, was auf eine breite zukünftige Akzeptanz hindeutet.
Wir können Ihnen auch eine Vielzahl von Lösungen anbieten für
1. Handmessgerät zur Messung der Wasserqualität mehrerer Parameter
2. Schwimmbojensystem zur multiparametrischen Wasserqualitätsmessung
3. Automatische Reinigungsbürste für Multiparameter-Wassersensor
4. Komplettes Server- und Software-Funkmodul, unterstützt RS485, GPRS, 4G, WLAN, LoRa und LoRaWAN.
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Veröffentlichungsdatum: 13. August 2025