一种用于监测野外鸟类鸣声强度及分布的系统及其方法与流程

文档序号:19422451发布日期:2019-12-14 01:42阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种用于监测野外鸟类鸣声强度及分布的系统,其特征在于,包括依次顺序连接的驻波拾音传声器阵列、控制处理单元、无线数据传输单元和显控单元;其中,驻波拾音传声器阵列与控制处理单元通过电缆连接,控制处理单元安装在防水壳体内;驻波拾音传声器阵列和控制处理单元安装在野外的监测节点处,采集和处理野外的若干鸟鸣声信号,获得最佳的总鸟鸣声信号,通过无线数据传输单元,将最佳的总鸟鸣声信号发送到显控单元显示。

2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述驻波拾音传声器阵列为直线传声器阵列、圆形传声器阵、平面传声器阵列或球形传声器阵列。

3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述驻波拾音传声器阵列为直线传声器阵列,其包括:若干驻波传声器基元;所述驻波传声器基元包括:驻波传声器(1)和保护罩(2);所述驻波传声器(1)拾取和接收鸟类鸣声信号、环境噪音信号;所述保护罩(2)安装在驻波传声器上,驻波传声器(1)底部设有凸台(4),将凸台(4)插入传声器阵列支架(3)上,并固定在传声器阵列支架(3)上。

4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,根据鸟类鸣声的优势频率和半波长确定驻波传声器基元之间的间距;其中,所述优势频率为1~2khz。

5.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述控制处理单元包括:

前置放大模块,用于通过建立对应的通信通道,对每个驻波传声器拾取的微弱的鸟鸣声信号进行前置放大;其后端与采集电路模块相连接;

采集电路模块,用于对经过前置放大电路初步放大后的每个通道中的鸟鸣声信号进行二次放大、滤波、增益动态调节,再通过数字转换,获得每个通道的鸟鸣声数字信号;

信号处理模块,用于将每个通道的鸟鸣声数字信号进行带通滤波处理,滤除带外噪声,再对经过上述处理的每个通道的鸟鸣信号进行波束合成处理,获得鸟鸣声总信号,并对鸟鸣声总信号去除相干噪声处理,获得总鸟鸣声信号;

控制模块,用于通过控制接口,将获得的总鸟鸣声信号发送给无线数据传输单元,再通过无线数据传输单元发送到终端显控单元;

电源模块,采用新能源的供电方式进行供电。

6.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述采集电路模块进一步包括:

二级放大子模块,用于获得经过二次放大的二次放大信号;所述二次放大信号的频率范围为5hz~100khz;

动态调节子模块,用于对经过二次放大的鸟鸣声信号进行增益动态调节,获得接收信号;

滤波器,用于对接收信号滤出直流和带外噪声;和

采样子模块,用于将接收信号转换为数字信号,获得每个通道的鸟鸣声数字信号。

7.根据权利要求1所述的系统的,所述显控单元,采用无线通信方式,通过无线数据传输单元与控制处理单元的控制接口通信,完成数据的传输。

8.基于权利要求1-7中任一所述用于监测野外鸟类鸣声强度及分布的系统的方法,其特征在于,该方法具体包括:

步骤1)将拾音传声器阵列单元和控制处理单元置于监测节点处,拾取监测节点处的若干鸟鸣声信号;

步骤2)将步骤1)中获得的鸟鸣声信号经过前置放大模块的初步放大、二次放大、滤波、增益动态调节,再经过数字转换,获得每个通道的鸟鸣声数字信号;

步骤3)将每个通道的鸟鸣声数字信号进行带通滤波处理,滤除带外噪声,采用常规的时延--求和波束合成方法,进行波束合成处理,获得鸟鸣声总信号;

步骤4)对鸟鸣声总信号去除相干噪声处理,获得总鸟鸣声信号;

步骤5)通过控制接口,将总鸟鸣声信号发送给无线数据传输单元,再通过无线数据传输单元,将总鸟鸣声信号发送至终端显控制单元。

9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述步骤4)中,对鸟鸣声总信号去除相干噪声处理的具体包括:

步骤4-1)采用能量差分法,检测步骤3)获得的鸟鸣声总信号是否为噪声信号;如果鸟鸣声总信号为噪声信号,则对所述噪声信号进行傅里叶变换,得到噪声信号的频谱b(k);其中,k为信号序列号;

步骤4-2)根据公式(2),计算步骤4-1)中噪声频谱的平均幅度b,公式(2)如下;

其中,n为噪声信号的长度;

步骤4-3)通过公式(3),计算步骤4-1)中噪声频谱的平整度p,公式如下:

将p作为噪声类型的选择依据;当p小于0.5b时,则鸟鸣声总信号中的噪声信号是白色噪声信号;当p大于或等于0.5b时,则鸟鸣声总信号中的噪声信号是有色噪声信号;

步骤4-4)如果鸟鸣声总信号不是噪声信号,则对鸟鸣声总信号进行小波变换,并计算小波系数;

步骤4-5)根据步骤4-3)获得的噪声类型和噪声谱,合理设定门限阈值,去除低于该门限阈值的小波系数,获得小波系数新估值;

步骤4-6)利用步骤4-5)获得的小波系数新估值,进行小波反变换,得到干净的、最佳信噪比的总鸟鸣声信号。


技术总结
本发明提供了一种用于监测野外鸟类鸣声强度及分布的系统,包括依次顺序连接的驻波拾音传声器阵列、控制处理单元、无线数据传输单元和显控单元;其中,驻波拾音传声器阵列与控制处理单元通过电缆连接,控制处理单元安装在防水壳体内;驻波拾音传声器阵列和控制处理单元安装在野外的监测节点处,采集和处理野外的若干鸟鸣声信号,获得最佳的总鸟鸣声信号,通过无线数据传输单元,将最佳的总鸟鸣声信号发送到显控单元显示,实现鸟类鸣声的无人值守式的自动远程监测,解决了鸟类行为活动的监测的快速反应,突破了鸟类远程自动化生态监测的技术瓶颈,可以应用于海岛、湿地等特殊环境下的鸟类及生态环境监测。

技术研发人员:张纯;许枫;张巧花
受保护的技术使用者:中国科学院声学研究所
技术研发日:2018.06.05
技术公布日:2019.12.13
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