专利名称：大黄鱼逃出深水网箱的声纳检测方法及其专用装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水产离岸养殖监测系统的检测方法和应用该方法的设备，尤其涉及大黄鱼逃出深水网箱的声纳检测方法及其专用装置。该方法可以不受水质清浊的影响，可以直接有效地监视和探测目标物体，将声纳扫描所得的图像通过电缆传递给控制台，由计算机程序将数字信号转换为图像。
背景技术：
网箱养鱼是危险的产业，养殖的鱼与天然水域只一网之隔，受风浪及灾害性天气、为事故影响大。特别是台风侵袭时，会造成箱破鱼逃、前功尽弃的惨剧。深水网箱是利用有一定强度的ABS或HDPE塑料或钢材料制成一种柱形、方形或碟形框架结构，再挂上尼龙网片就构成了一个封闭的空间。其中的网片通常称为网衣。养殖的鱼虾等就被限制在网内活动。很显然，网衣的安全就显得十分重要。因为一旦由于某种因素造成网衣破损，将使渔民蒙受巨大损失。因此，网衣安全问题在该项技术推广中是必须首先考虑的问题。针对上述弊端，在生产中有针对性地克服，使缺陷减少到最小，必须有一种系统能对网箱进行监测。而且，在我国北方及东部沿海诸省、市的沿海海域，往往以混水为主，使用水下摄像头的有效观测距离不过几米，无法对深水网箱进行有效监视。
发明内容
本发明的目的是提供一种不受水质清浊的影响，探测距离远、结果准确，可以直观有效地监视和探测目标物体，将声纳扫描所得的图像由计算机程序处理判断是否有大黄鱼逃出的深水网箱的声纳检测方法及其专用装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为大黄鱼逃出深水网箱的声纳检测专用装置，包括计算机、设置在网箱附近的探头和与计算机连接的数模适配装置，其中探头设置在网箱的外侧；探头包括声纳换能器和流速计探头；数模适配装置连接探头，并且能将探头的模拟信号转换为数字信号向计算机发送；计算机接收数模适配装置的数字信号，并对该数字信号处理，根据流速和声纳扫描的回波信号的耦合结果判断是否逃鱼。采用声纳应用于网箱监管，比现有的摄像头监控具有明显
优势，其不受水质的影响，在浑水区也能探测；不受光线影响，在水深光线微弱时
甚至在黑夜也能进行作业。计算机内存储有预先测量得到的大黄鱼在水体中声纳反射数据；数模适配装置 内安装有放大电路；探头与网箱之间的间距为3米至20米。在使用前预先将经过 大量实验得出的大黄鱼的声纳反射数据作为标准进行预存，来评判试剂测量的声纳 回波数据，其结果稳定、准确，适于实际操作。
数模适配装置具有无线通讯模块；计算机设有能与无线通讯模块进行通讯的装 置。以此可以克服离岸式网箱的监控问题，不必搬动电脑，保证了数据的安全，同 时有方便操作、省时省力。
计算机经数据线连接数模适配装置。使用数据线连接可以满足告诉稳定的数据 传输需要。
数模适配装置连接有扬声器；声纳换能器的工作频率为30kHz至200kHz。扬 声器用于网箱破损时的报警。由于大黄鱼为石首鱼科，其耳石对音频震动敏感，采 用较高频率的声波可以减少对大黄鱼的不利影响。
本发明还提供一种利用上述装置的检测方法，其技术方案为大黄鱼逃出深水 网箱的声纳检测方法，其中采用如权利要求1大黄鱼逃出深水网箱的声纳检测专 用装置进行检测；包括如下步骤
① 计算机向数模适配装置发出监测控制信号，数模适配装置接收到信号并产生 声纳发射信号，声纳发射信号经数模适配装置内的放大电路放大后由声纳换能器的 发射部发射到深水网箱及其周围水体；
② 声纳换能器的接收部接收回波信号、数模适配装置读取流速计的流速数据， 经过数模适配装置对回波信号的预处理后，向计算机发送检测结果数据；
③ 计算机对收到的检测结果数据进行计算、显示声纳监测结果，并根据计算的
结果决策是否发出报警信号。
步骤②预处理包括回波信号放大或窄带滤波或检波。对回波信号进行处理优 化，既可以使计算机的声纳图现实更加直观清晰，又有利于计算机搜索网衣破损位 置，可以有效提高整个系统的效率。
步骤②检测结果数据至少包括流速和声纳回波信号数据。流速会使大黄鱼鱼群 的形态和网箱网衣的外形发生改变，只有在考虑到水流对上述二者的影响，才能更 加准确的监测网衣和鱼群，使得监测的结果准确，减少误报警的次数。
步骤③对收到的检测结果数据进行计算，包括对网箱的网衣局部回波明显减弱 数据的搜索，将局部回波减弱作为直接判断网衣破损的判断参数，更加迅速。
本发明可以解决以下问题
1、采用声纳解决逃鱼问题。在网箱附近布设声纳，对网箱区域周围实施声学警戒的方法来感知网箱的破损或鱼类的逃逸
2、 网箱中鱼体大小、数量的监测。采用高分辨率的图像声纳，将其成像，然 后进行图像处理，即可知道鱼的体长、肥瘦等体态特征以及鱼的数量。
3、 在使用前预先将实验得出的大黄鱼的声纳反射数据作为标准进行预存，来
评判试剂测量的声纳回波数据，其结果稳定、准确，适于实际操作。考虑到了水流 对上述二者的影响，更加准确的监测网衣和鱼群，使得监测的结果准确，减少误报 警的次数。
图1是本发明实施例的装置连接结构示意图； 图2是声纳对蝶形网箱的检测声纳示意图； 图3是声纳对矩形网箱的检测声纳示意图。
具体实施例方式
以下结合附实施例对本发明作进一步详细描述。
附图标号说明计算机l、探头2、数模适配装置3、无线通讯模块31、扬声 器32、数据连接线4、网箱5。
实施例参照图1至图3，大黄鱼逃出深水网箱的声纳检测专用装置，包括计 算机1、设置在网箱5附近的探头2和与计算机1连接的数模适配装置3，其中 探头2设置在网箱5的外侧；探头包括声纳换能器和流速计探头；数模适配装置3 连接探头2，并且能将探头2的模拟信号转换为数字信号向计算机1发送；计算机 l接收数模适配装置3的数字信号，并对该数字信号处理，根据流速和声纳扫描的
回波信号的耦合结果判断是否逃鱼。发射信号由窄脉冲填充正弦波而产生，调制脉
冲则是矩形。探头2与目标之间的距离，通过发射的信号往返于系统与目标之间的
时间长度判断。目标的偏移角通过发射回波返回的方向决定。目标与探测系统之间 的相对运动，则是通过探测系统接收的信号是否有多普勒频移来进行判断。这些信
息都由数模适配装置3做预处理，得到的原始结果后传给计算机l。计算机根据这 些原始结果进行更复杂的计算。由于网衣和鱼体反射波的性状的不同，可以对他们 分别进行计算。
采用优化构网方法将离散数据点进行优化构网，该算法是基于插入点法和多边 形剖分法相结合的算法，将克里格网格预测结果进行不规则三角剖分，生成三角网 格，最后通过可视化软件将三角网形状数据显示出来。参照自主开发的三维可视化 软件，利用该软件把克里格法插值得的水深数据进行三角构网，输出保存到数据文件中，供计算机检测网箱5网衣是否存在破损之用。
采用比较简化的点散射体集合模型来描述鱼群的行为，将鱼群视为点散射体的 集合。所谓的点散射体集合模型是一种较简化的模型，它将目标表面视为密集排列 的点散射体的集合，每个点散射体的回波是入射信号经过在水中的传播，和点散射 体作用的结果，其幅度和点散射体的反射系数成正比。目标的回波就是所有点散射 体相干叠加的效果。点散射体参数的设置是在教练员站完成的，它提供了点散射体 的基本信息三维尺度、密度、速度、位置。计算机内存储有预先测量得到的大黄 鱼在水体中声纳反射数据，教练员站设置好点散射体参数后，把这些信息作为一个 标准进行保存，再次基础上对实际探测的鱼群进行比对计算来完成鱼群回波解算。
数模适配装置3内安装有放大电路；探头2与网箱5之间的间距为8米。数模 适配装置3具有无线通讯模块31;计算机1设有能与无线通讯模块31进行通讯的 装置。计算机1经数据线4连接数模适配装置3。
数模适配装置3连接有扬声器32;声纳换能器的工作频率为200kHz。
本实施例还提供一种大黄鱼逃出深水网箱的声纳检测方法，其采用如权利要求 1大黄鱼逃出深水网箱的声纳检测专用装置进行检测；包括如下步骤
① 计算机1向数模适配装置3发出监测控制信号，数模适配装置3接收到信号 并产生声纳发射信号，声纳发射信号经数模适配装置3内的放大电路放大后由声纳 换能器的发射部发射到深水网箱及其周围水体；
② 声纳换能器的接收部接收回波信号、数模适配装置3读取流速计的流速数据， 经过数模适配装置3对回波信号的预处理后，向计算机1发送检测结果数据；
③ 计算机1对收到的检测结果数据进行计算、显示声纳监测结果，并根据计算 的结果决策是否发出报警信号。
步骤②预处理包括回波信号放大或窄带滤波或检波。 步骤②检测结果数据包括流速和声纳回波信号数据。
步骤③对收到的检测结果数据进行计算，包括对网箱5的网衣局部回波明显减 弱数据的搜索。
尽管已结合优选的实施例描述了本发明，然其并非用以限定本发明，任何本领 域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，能够对在这里列出的主题实 施各种改变、同等物的置换和修改，因此本发明的保护范围当视所提出的权利要求 限定的范围为准。
权利要求
1、大黄鱼逃出深水网箱的声纳检测专用装置，包括计算机(1)、设置在网箱(5)附近的探头(2)和与所述的计算机(1)连接的数模适配装置(3)，其特征是所述的探头(2)设置在所述的网箱(5)的外侧；所述的探头包括声纳换能器和流速计探头；所述的数模适配装置(3)连接所述的探头(2)，并且能将所述的探头(2)的模拟信号转换为数字信号向所述的计算机(1)发送；所述的计算机(1)接收所述的数模适配装置(3)的数字信号，并对该数字信号处理，根据流速和声纳扫描的回波信号的耦合结果判断是否逃鱼。
2、 根据权利要求1所述的大黄鱼逃出深水网箱的声纳检测专用装置，其特征是-所述的计算机内存储有预先测量得到的大黄鱼在水体中声纳反射数据；所述的数模适配装置(3)内安装有放大电路；所述的探头(2)与所述的网箱(5)之间的间距为3米至20米。
3、 根据权利要求2所述的大黄鱼逃出深水网箱的声纳检测专用装置，其特征是所述的数模适配装置(3)具有无线通讯模块(31);所述的计算机(1)设有能与所述的无线通讯模块(31)进行通讯的装置。
4、 根据权利要求2所述的大黄鱼逃出深水网箱的声纳检测专用装置，其特征是所述的计算机(1)经数据线(4)连接所述的数模适配装置(3)。
5、 根据权利要求3或4所述的大黄鱼逃出深水网箱的声纳检测专用装置，其特征是所述的数模适配装置(3)连接有扬声器(32);所述的声纳换能器的工作频率为30kHz至200kHz 。
6、 大黄鱼逃出深水网箱的声纳检测方法，其特征是采用如权利要求1所述的大黄鱼逃出深水网箱的声纳检测专用装置进行检测；包括如下步骤① 所述的计算机(1)向所述的数模适配装置(3)发出监测控制信号，数模适配装置(3)接收到信号并产生声纳发射信号，所述的声纳发射信号经所述的数模适配装置(3)内的放大电路放大后由声纳换能器的发射部发射到深水网箱及其周围水体；② 所述的声纳换能器的接收部接收回波信号、所述的数模适配装置(3)读取流速计的流速数据，经过所述的数模适配装置(3)对回波信号的预处理后，向所述的计算机(l)发送检测结果数据；③所述的计算机(1)对收到的检测结果数据进行计算、显示声纳监测结果，并根据计算的结果决策是否发出报警信号。
7、 根据权利要求6所述的大黄鱼逃出深水网箱的声纳检测方法，其特征是步骤②所述的预处理包括回波信号放大或窄带滤波或检波。
8、 根据权利要求7所述的大黄鱼逃出深水网箱的声纳检测方法，其特征是步骤② 所述的检测结果数据至少包括流速和声纳回波信号数据。
9、 根据权利要求7所述的大黄鱼逃出深水网箱的声纳检测方法，其特征是步骤③ 对收到的检测结果数据进行计算，包括对所述的网箱(5)的网衣局部回波明显减弱数据的搜索。
全文摘要
本发明公开了大黄鱼逃出深水网箱的声纳检测专用装置，包括计算机、设置在网箱附近的探头和与计算机连接的数模适配装置，其中探头设置在网箱的外侧；探头包括声纳换能器和流速计探头；数模适配装置连接探头，并且能将探头的模拟信号转换为数字信号向计算机发送；计算机接收数模适配装置的数字信号，并对该数字信号处理，根据流速和声纳扫描的回波信号的耦合结果判断是否逃鱼。本发明同时还公开了利用上述装置的检测大黄鱼逃出深水网箱的声纳检测方法。其具有不受水质清浊的影响，探测距离远、结果准确，可以直观有效地监视和探测目标物体等优点。
文档编号G01S15/96GK101493524SQ20091009630
公开日2009年7月29日 申请日期2009年2月19日 优先权日2009年2月19日
发明者吴常文, 徐佳晶, 静 韩 申请人:浙江海洋学院