[发明专利]一种海洋牧场声学监测系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海洋牧场声学监测系统和方法，特别涉及一种海洋牧场中鱼类 (或者其他海洋生物资源)的密度、鱼群活动状态及资源总量测量的长期监测系统 及方法。

背景技术

生物资源监测是海洋牧场建设解决的关键问题之一，海洋牧场中鱼类或其他类 海洋生物的资源量、密度及鱼群活动状态变化是建立海洋牧场资源监测评估理论及 方法的重要基础。对海洋牧场中的各种生物资源进行定量监测评估，能够及时调整 各生物资源量的比例，以达到资源的均衡增长，保证海洋牧场的最优经济效益和海 洋生物的可持续发展。

采用声学技术进行鱼类资源监测和评估是常用的监测方法之一，由于大多数情 况下，海水能见度较低，由于受到光在海水中衰减较大的影响，光学设备的作用距 离有限，很难在大面积的海洋牧场的监测中发挥作用。从海洋生物资源监测技术发 展的趋势看，声学监测技术是海洋牧场生物资源监测和研究的主流，与光学监测方 法相比，虽然声学技术不如光学方法成像直观，由于其在海水中传播距离较远，能 够满足海洋牧场中海洋生物资源的大面积监测的要求。

另外，对于海洋牧场的评估还可以将科学鱼探仪安装在调查船上，采用走航方 式对海洋牧场的鱼类和其他海洋生物进行调查和评估，其优点是覆盖范围大，缺点 是调查数据的时效性差，无法进行长期监测。

发明内容

本发明目的是提供一种海洋牧场中鱼类和其他生物资源网络化监测的装置和方 法，实现对海洋牧场鱼类和其他海洋生物的密度、活动情况及生物资源量实时、长 期监测和评估。为了实现上述目的，本发明提供一种海洋牧场声学监测系统，所述 系统包含：若干监测节点和数据处理模块；

所述监测节点包含：换能器、收发控制单元及传感器；

所述换能器，用于接收海洋牧场中海洋生物的回波信号，并将回波信号传输至 数据处理模块；

传感器，用于获取海洋牧场环境信息，并将海洋牧场环境信息传输至数据处理 模块；其中所述海洋牧场环境信息包含：温度、盐度及海水营养成分；

收发控制单元，用于根据声学参数产生声波脉冲信号，并采用声波脉冲信号激 励所述换能器将声波脉冲信号辐射至牧场水体中，同时接收海洋牧场中海洋生物的 回波信号，并剔除回波信号中的噪声；

所述数据处理模块：用于将各个监测节点上传的数据进行处理和信息融合，并 通过统计和分析处理，以实时得到海洋牧场中海洋生物的活动情况、密度和生物资 源量信息；

其中，将所述监测节点放置在海洋浮标上，且监测节点包含的换能器波束向下 照射；或将所述监测节点放置在水底，且监测节点包含的换能器波束向上照射；

当换能器安装在浮标上时，所述换能器与浮标之间采用柔性连接，同时换能器 安装在重物上；

换能器至少发射一种声脉冲信号到海洋牧场水体中，且换能器有一定的圆锥开 角，开角范围为5～10°。

可选的，上述收发控制单元进一步包括：信号发射子单元、信号接收子单元、 控制子单元、预处理子单元和第一无线通信子单元；

所述信号发射子单元能够产生至少一种声波脉冲信号，并激发换能器将声波信 号发射到水中；所述信号接收子单元能够接收海洋牧场水体中海洋生物产生的回波 信号；上述预处理子单元，用于对回波信号进行采集、混频、滤波和降噪的预处理； 所述第一无线通信子单元，用于将预处理后的信号传输至数据处理模块；所述控制 子单元，用于接收数据处理模块的控制信号或控制参数，并基于控制信号和控制参 数控制信号发射子单元和信号接收子单元的参数，且信号发射子单元的参数包含： 信号频率、信号脉宽、信号发射周期。

可选的，上述监测节点还包含：第二无线通信模块，用于使监测节点与远程计 算机端进行数据交换，支持透明数据通道和协议解析模式，进而实现远程、无线和 网络化的通信方式。

可选的，上述数据处理模块进一步包含：

接收子模块，用于接收每个监测节点获取的回波信号及海洋环境信息，并对回 波信号进行检测和海洋环境信息数据融合预处理，再将预处理后的信息传输到数据 处理子模块；

数据处理子模块，用于基于鱼群生物量的估计算法和信号衰减校准算法，并通 过测量鱼体或者其他海洋生物体的目标强度进而估计单体鱼的大小。