一种基于南美白对虾音频特性投喂饵料的方法

本发明涉及南美白对虾生物行为研究技术领域，具体地，涉及一种基于南美白对虾音频特性投喂饵料的方法。

背景技术：

南美白对虾也叫凡尔纳白对虾，因为其成活率高，生长速度快，适应范围广，经济效益好等特点，已经成为中国现在主要的养殖虾种。同时南美白对虾养殖业的发展过程也是经济效益逐步提高的过程，而提高南美白对虾养殖效益最直接有效方法就是在单位水体内投放更多的虾苗，因此高密度化养殖在南美白对虾养殖中的比例迅速提升，但是高密度养殖会导致残饵及生物排泄物增多，极容易打破养殖水体的平衡，对虾的生长造成严重的损伤。

因此，减少残饵和排泄物是高密度养殖过程中需要重点解决问题，目前确定南美白对虾投饵次数和投饵量都是依据试验数据，即进行多次投饵试验，将多次的试验结果进行比对得到最优的投饵次数和投饵密度，如果能做到根据虾的实际进食量进行饵料的投放，实现精准投饵，从而降低养殖水体中残饵和排泄物含量，缓解高密度养殖给养殖水体造成的环境压力，然而，该方法需要进行多次投饵试验，比较繁琐。

并且对于获取水下生物行为信息，与其他的观测方法相比，采用声学信号更具有优势，因此南美白对虾需要进食和进食结束的生物行为及对应特征信号就是研究的重点，实际上，也有很多的研究学者采用被动声学检测对南美白对虾的声学特征进行研究，学者们发现，虾在进食阶段，因为下颌骨的钙化作用，在进食时会切碎食物，表明下颌咬合与“咔嗒”声之间的存在直接的关系，有的学者对“咔嗒”声进行了更深入研究，结果表明此声音的确代表了南美白对虾的进食行为。目前现有技术的研究重点关注“咔嗒”的持续时间与代表行为，但是对于“咔嗒”声的波形及区别没有很具体地阐述，南美白对虾的进食行为的开始和结束过程的声学特征研究开展也不够充分。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种可实现对南美白对虾精准投饵的基于南美白对虾音频特性投喂饵料的方法。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种基于南美白对虾音频特性投喂饵料的方法，所述方法包括以下步骤：

关闭虾池中无关的声源信号，尽量减少声学噪音；

测量南美白对虾的声音信号，并对声音信号进行处理得到南美白对虾的音频特征信号；

统计投饵前后单位时间内音频特征信号出现的频次；

根据投饵前后单位时间内音频特征信号出现的频次，判断南美白对虾的进食行为；以及

当南美白对虾单位时间内音频特征信号出现的频次恢复到投饵前，停止投饵，完成一次对南美白对虾的投喂饵料。

可选地，所述测量南美白对虾的声音信号，并对声音信号进行处理得到南美白对虾的音频特征信号的步骤具体包括：将虾池中的南美白对虾取出十只左右放入一室内采集池中，通过设置在室内采集池中的水听器测量得到南美白对虾的声音信号，所述水听器的性能要求为可以有效采集到频率为2khz-14khz的信号。

可选地，所述测量南美白对虾的声音信号，并对声音信号进行处理得到南美白对虾的音频特征信号的步骤具体包括：

采用有限长单位冲激响应带通滤波器将噪音信号做初步的滤除；

选择交叠分帧的方式，将声音信号的帧长设置为0.0048秒，帧移的大小取为帧长的1/4，即帧移设置为0.0012秒；

采用汉宁窗实现对声音信号的加权处理；

将信号帧进行归一化处理，从信号帧中取相关系数为0.6，采用神经网络的方法得到南美白对虾的三种音频特征信号。

可选地，所述采用有限长单位冲激响应带通滤波器将噪音信号做初步的滤除的步骤包括：设置有限长单位冲激响应带通滤波器通过的频率为2khz-14khz。

可选地，所述选择交叠分帧的方式，将声音信号的帧长设置为0.0048秒，帧移的大小取为帧长的1/4，即帧移设置为0.0012秒的步骤中，第一帧的第n个采样点y1(m)和滤波信号y(n)通过公式：y1(n)＝y[(l-1)m+n]获得，其中：n＝0，1，2…n-1；l＝0，1，2…l-1；n为采样帧长值n＝480，m为采样帧移长度m＝120，l表示信号分帧的总数。

可选地，所述采用汉宁窗实现对声音信号的加权处理的步骤中，采用的函数为：

其中汉宁窗参数α＝0.5。

可选地，所述南美白对虾的进食行为主要包括觅食行为、正在进食行为和进食结束行为。

可选地，所述音频特征信号包括游走音、骨料音和骨骨音三种特征信号帧，所述游走音代表南美白对虾游走时发出的声音，所述骨料音代表南美白对虾下颌骨与饵料作用时发出的声音，所述骨骨音代表南美白对虾下颌骨之间作用而发出的声音。

可选地，当所述南美白对虾的骨料音和骨骨音发生频次基本恢复到投饵之前，表示南美白对虾的进食活动基本结束，停止投饵。

可选地，所述基于南美白对虾音频特性投喂饵料的方法还包括步骤：时间间隔至少4个小时后，重复投喂饵料步骤，完成下一次投喂饵料。

与现有技术相比，本发明的基于南美白对虾音频特性的投喂饵料的方法，通过选取三种南美白对虾进食中典型的声音信号：游走音、骨料音和骨骨音作为特征信号，采集三种声音特征信号在一段时间内发生频率次数，可以有效地判断南美白对虾的觅食行为、进食行为和进食结束行为，为实现南美白对虾的精确投饵提供依据。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例提供的基于南美白对虾音频特性投喂饵料的方法流程框图；

图2为本发明实施例提供的基于南美白对虾音频特性投喂饵料的方法又一流程框图

图3为本发明实施例提供的南美白对虾的三种音频特征信号的波形示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明基于南美白对虾音频特性投喂饵料的方法通过选取南美白对虾的特征音频，采集单位时间内特征音频出现的频次，根据单位时间内出现的频次判断南美白对虾的进食状态，实现对南美白对虾的精准投饵。

图1为本发明实施例提供的基于南美白对虾音频特性投喂饵料的方法流程框图，如图1所示，所述方法包括以下步骤：

s1：关闭虾池中无关的声源信号，尽量减少声学噪音；

s2：测量南美白对虾的声音信号，并对声音信号进行处理得到南美白对虾的音频特征信号；

具体地，所述获取南美白对虾的声音信号采用的方式为，可将虾池中的南美白对虾取出十只左右放入一室内采集池中，通过设置在室内采集池中的水听器测量得到南美白对虾的声音信号，所述水听器的性能要求为可以有效采集到频率为2khz-14khz的信号，在获得南美白对虾的声音信号后，将采集后的声音信号通过人工智能分析的方法，得到三种音频特征信号，具体地，如图2所示，包括以下步骤：

s21：采用有限长单位冲激响应带通滤波器(finiteimpulseresponse，fir)将噪音信号做初步的滤除；

具体地，可设置fir滤波器通过的频率为2khz-14khz。

s22：选择交叠分帧的方式，将声音信号的帧长设置为0.0048秒，帧移的大小取为帧长的1/4，即帧移选择为0.0012秒；

其中，第一帧的第n个采样点y1(n)和滤波信号y(n)通过以下公式获得：

y1(n)＝y[(l-1)m+n]

该公式中：n＝0，1，2…n-1；l＝0，1，2…l-1；n为采样帧长值n＝480，m为采样帧移长度m＝120，l表示信号分帧的总数。

s23：采用汉宁窗实现对信号的加权处理；

具体地，汉宁窗函数如以下公式所示：

其中，公式中汉宁窗参数α＝0.5。

s24：将信号帧进行归一化处理，从信号帧中取相关系数为0.6，采用神经网络的方法得到南美白对虾的三种音频特征信号；

具体得到如图3所示的三种音频特征信号的波形示意图，所述三种音频特征信号包括游走音、骨料音和骨骨音三种特征信号帧，所述游走音代表南美白对虾游走时发出的声音，所述骨料音代表南美白对虾下颌骨与饵料作用时发出的声音，所述骨骨音代表南美白对虾下颌骨之间作用而发出的声音。

s3：统计投饵前后单位时间内三种音频特征信号出现的频次；

具体地，对三种音频特征信号出现的频次进行统计，如下表1所示。

表1

s4：根据投饵前后单位时间内音频特征信号出现的频次，判断南美白对虾的进食行为；

从中可以看出，特征信号1在投食之前和投食之后都有出现，统计投饵前3分钟和投饵后的第一段时间(投饵后1-3分钟)特征信号1发生的频次，可以发现：特征信号1出现频次急剧上升，即从58次上升到248次。此特征信号单位时间内出现的频次代表的是南美白对虾在水中游走行为，因此将特征信号1称为“游走音”。

同时，投饵前3分钟和投饵后的第一段时间(投饵后1-3分钟)，特征信号2发生的次数出现比较明显的减少，即从18次减少到2次，发生此现象的主要原因是将饵料投入室内采集池中，大多数南美白对虾在投饵后第一段时间内(投饵后1-3分钟)处在进食过程中，由于饵料的隔断，使下颌骨之间的接触减少，导致特征信号2出现下降，因此特征信号2为虾的下颌骨与下颌骨摩擦产生的声音，在本实施例中称为“骨骨音”。

将第一段时间(投食后1-3分钟)和第二段时间(投食后3-6分钟)进行对比，三种特征音频信号发生的次数可以很明显发现有以下变化：特征信号1出现频次急剧下降，即从248次下降到8次，特征信号2出现的频率没有变化，同时特征信号3有明显的增强，即从5次上升到32次。此时多数南美白对虾找到附近的食物，开始进行进食活动，而觅食行为弱化了很多，此时南美白对虾主要的生物行为是将饵料送入口器中，而腹肢基本上处在静止的状态，所以减少了觅食的游动行为，特征信号3的出现的频次明显增强，推测特征信号3为南美白对虾下颌骨与饲料摩擦产生的声音，在本实施例中称特征信号3为“骨料音”。

s5：当南美白对虾单位时间内音频特征信号出现的频次恢复到投饵前，停止投饵，完成一次对南美白对虾的投喂饵料。

统计投饵前(投饵前3分钟)和第七段时间(投饵后18分钟到21分钟)两段时间内游走音、骨料音和骨骨音的发生频次，可以发现南美白对虾在进食之后，游走音发生的频次减少，即从58次减到16次，可以说明此时南美白对虾的活动开始变缓。而骨料音和骨骨音发生频次基本恢复到投饵之前，说明南美白对虾的进食活动基本结束。结合实际的视频，此时南美白对虾游动活动减缓了很多，而大多数的南美白对虾也不再进食饵料。

另外，可选地，时间间隔几个小时后，在本实施例中，间隔时间为4个小时后，重复上述投喂饵料步骤，完成下一次投喂饵料。

与现有技术相比，本发明的基于南美白对虾音频特性的投喂饵料的方法，通过选取三种南美白对虾进食中典型的声音信号：游走音、骨料音和骨骨音作为特征信号，采集三种声音特征信号在一段时间内发生频率次数，可以有效地判断南美白对虾的觅食行为、进食行为和进食结束行为，为实现南美白对虾的精确投饵提供依据。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。