Abstrakt
Mit der Intensivierung der Aquakultur und den wachsenden Anforderungen an den Meeresumweltschutz können herkömmliche Methoden zur Überwachung der Wasserqualität die Echtzeit- und mehrdimensionalen Anforderungen nicht mehr erfüllen. In diesem Artikel werden die technologischen Grundlagen und der Anwendungswert schwimmender Multiparameter-Wasserqualitätssensoren in Süßwasserkanälen der Aquakultur und im Meeresbereich systematisch untersucht. Durch Vergleichsexperimente werden die Leistungsvorteile bei der Überwachung wichtiger Parameter wie gelöstem 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 Wasserqualitätsanomalien um 83 % verkürzt und das Auftreten von Aquakulturkrankheiten um 42 % senkt. Sie bietet zuverlässige technische Unterstützung für die moderne Aquakultur und den Schutz der Meeresumwelt.
1. Technische Grundlagen und Systemarchitektur
Das schwimmende Multiparameter-Sensorsystem ist modular aufgebaut und verfügt über folgende Kernkomponenten:
- Sensor-Array: Integrierter optischer Sensor für gelösten Sauerstoff (Genauigkeit ±0,1 mg/l), pH-Glaselektrode (±0,01), Leitfähigkeitssonde mit vier Elektroden (±1 % FS), Trübungsstreueinheit (0–4000 NTU).
- Schwimmende Struktur: Gehäuse aus Polyethylen hoher Dichte mit Solarstromversorgung und Unterwasserstabilisatoren.
- Datenrelais: Unterstützt 4G/BeiDou-Dualmodus-Übertragung mit einstellbarer Abtastfrequenz (5 Min.–24 Std.).
- Selbstreinigungssystem: Ultraschall-Anti-Biofouling-Gerät verlängert Wartungsintervalle auf 180 Tage.
2. Anwendungen in Süßwasser-Aquakulturkanälen
2.1 Dynamische Regelung des gelösten Sauerstoffs
In den Macrobrachium rosenbergii-Anbaugebieten in Jiangsu erfasst das Sensornetzwerk DO-Schwankungen (2,3–8,7 mg/l) in Echtzeit. Wenn der Wert unter 4 mg/l fällt, werden automatisch Belüfter aktiviert, wodurch Hypoxie-Vorfälle um 76 % reduziert werden.
2.2 Fütterungsoptimierung
Durch die Korrelation von pH-Wert- (6,8–8,2) und Trübungsdaten (15–120 NTU) wurde ein dynamisches Fütterungsmodell entwickelt, das die Futterverwertung um 22 % verbesserte.
3. Durchbrüche in der Überwachung der Meeresumwelt
3.1 Anpassungsfähigkeit an den Salzgehalt
Elektroden aus Titanlegierung behalten über Salzgehaltsbereiche von 5–35 psu eine lineare Reaktion (R² = 0,998) bei, wobei in Fujians Käfigtests im Meerwasserbereich eine Datendrift von <3 % beobachtet wurde.
3.2 Gezeitenkompensationsalgorithmus
Ein dynamischer Basisalgorithmus eliminiert Störungen durch Gezeitenschwankungen bei Ammoniakstickstoffmessungen (0–2 mg/l) und reduziert den Fehler bei Tests in der Mündung des Qiantang-Flusses auf ±5 %.
4. IoT-Integrationslösungen
Edge-Computing-Knoten ermöglichen die lokale Datenvorverarbeitung (Rauschunterdrückung, Ausreißerentfernung), während Cloud-Plattformen mehrdimensionale Analysen unterstützen:
- Räumlich-zeitliche Heatmaps für Algenblüten-Hotspots
- LSTM-Modelle zur Vorhersage von 72-Stunden-Wasserqualitätstrends
- Mobile APP-Benachrichtigungen (Antwortlatenz <15 s)
5. Kosten-Nutzen-Analyse
Im Vergleich zur herkömmlichen manuellen Probenahme:
- Die Überwachungskosten werden jährlich um 62 % gesenkt
- Datendichte um das 400-fache erhöht
- Algenblütenwarnungen wurden 48 Stunden zuvor herausgegeben
- Die Überlebensraten der Aquakultur verbesserten sich auf 92,4 %
6. Herausforderungen und Zukunftsaussichten
Zu den derzeitigen Einschränkungen zählen Biofouling-Interferenzen (insbesondere über 28 °C) und Interferenzen zwischen Parametern. Zukünftige Entwicklungen umfassen:
- Graphenbasierte Sensormaterialien
- Kalibrierung autonomer Unterwasserroboter
- Blockchain-basierte Datenverifizierung
Abschluss
Schwimmende Multiparameter-Überwachungssysteme stellen einen technologischen Sprung von der „intermittierenden Probenahme“ zur „kontinuierlichen Erfassung“ dar und leisten einen wichtigen Beitrag zur intelligenten Fischerei und zum Schutz der Meeresökologie. Im Jahr 2023 hat das chinesische Landwirtschaftsministerium solche Geräte in dieModerne Standards für Aquakulturfarmen, was auf eine breite zukünftige Akzeptanz hindeutet.
Wir bieten auch eine Vielzahl von Lösungen für
1. Handmessgerät für die Multiparameter-Wasserqualität
2. Schwimmendes Bojensystem für die Messung der Wasserqualität mit mehreren Parametern
3. Automatische Reinigungsbürste für Multiparameter-Wassersensor
4. Kompletter Satz von Servern und Software-Funkmodul, unterstützt RS485 GPRS /4g/WIFI/LORA/LORAWAN
Für mehr Wassersensor Information,
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Veröffentlichungszeit: 13. August 2025