[发明专利]基于水声多波束的深水网箱鱼群状态远程实时监测仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种监测装置，尤其是涉及一种基于水声多波束技术的深水网箱鱼群安全状态远程实时监测仪。

背景技术

通常，现有的渔排无法抵御台风大浪袭击，网箱养殖生产存在许多问题。例如2001年“飞燕”台风催残我国的海水网箱达21万箱，直接经济损失11.8亿元。深水网箱具有抗风浪能力强和养殖高产高效等特点，目前在海洋渔业养殖中得到广泛应用并具有良好的发展势头。然而，较传统网箱养殖，深水网箱由于网箱所处水域深、鱼群活动范围较大，通常肉眼不容易观察到网衣及网箱内鱼群的活动状态。因此，如何对网箱内鱼群的活动状态、鱼群量的大小变化等进行实时监测，当发现鱼群逃逸时能进行有效及时的报警，是一项十分迫切需要解决的问题，是推广深水网箱养殖中的一项关键技术。

在我国除了海南海水较为清澈外，东南部及北方大部分的沿海地区，海水较为浑浊，使用光学方法进行水下目标有效观测的距离不过1～2m，为了得到良好的图像，要采用大视角且精度又高的透镜，成本高，采用光学探测还需要提供较大的供电系统。

国外，主要有美国麻省理工大学和Woods Hole海洋研究所于2002年研制出了结合光学和声学两种方式的远程网箱监测系统。声学方法中心部件是Imagenex公司生产的881-000-420型数字成像/剖面声纳，该声纳工作于1MHz，675kHz和310kHz的频率，对应的波束宽度是1.4°，2.4°和4.8°；成像范围10～50m；直流工作电压22～48V，最大电流1A；最大工作深度1000m；在水平和竖直两个方向轴上通过步进电机转动从而扫描整个网箱。与之配套的是东芝Satellite型笔记本电脑运行的WIN881A软件，通过双线RS-485串口进行控制、显示和数据记录。其优点是适合于较多的水域，大体能估计网箱内的鱼群总量。其缺点是需要进电机旋转探测扫描，回波信号无法区分单体鱼；声学成像时间长，该系统标准成像时间为3min，最小扫描周期对应的成像时间也大于1min，所以对于网箱内游动鱼群会产生大量的重复估计，导致较大的误差，特别由于采用声学成像技术，价格昂贵。系统中控制和远程数据传输部分由Persistor公司的CF1微处理器和Data-Linc公司的SRM6000扩频无线电调制解调器组成，与3个12V的蓄电池被封装在防水PVC盒中。

国内，中国科学院东海研究站、中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所、厦门大学海洋系等多家单位都开展了网箱监测系统的研究。

中科院东海站于2002年承担了浙江省重大科技项目“浙江混水域深水网箱监测设备”中的网衣安全监测，采用了一种水下机器人巡视的监测方式。该方法的原理是：在水下机器人上搭载声纳传感器，并为其设置好行动路线，使它按预设的路线反复巡视，从而形成一个警戒带，在这个警戒带中，如果出现鱼类活动的异常现象，机器人就会向管理人员报告，达到警戒目的。这种方法机动性强，具有一定的借鉴价值，但是在机器人运行的稳定性、故障修复、能源补充、非专业人士的操作、水下数据的远程传输和实现成本上都存在较大的问题。

除此之外，相关的专家、研究人员还提出了各种各样不同的设想方案，例如：1)布设定点声学警戒带：将数量众多的大型网箱安放在一个海域构成一个“养殖场”，而后在“养殖场”周围的海底布设若干数量的单波束声纳，对网箱区域周围实施声学警戒。该方法的优点是可以对网箱群进行监测，减少投入成本，而且只要布设一次即可长期使用。但是，也存在着各种问题，例如海上供电、数据传送和电缆布设等。由于是定点安装，还必须考虑到抗大风浪的冲击，监测还存在着滞后性，尤其对于处于监测带中心的网箱，一旦发生网衣破裂，系统无法马上探测到信息并发出警报。2)竖直探测方式：将换能器置于网箱内部海表面处，竖直的向网箱内部(及海底)探测鱼群情况。该法换能器采用了竖直探测方式，实现方便。但是无法对网箱四周的网衣情况进行监测，网箱底部鱼群回波信号容易受到海底混响的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在海上操作灵巧，易于安置，抗风浪能力强的基于水声多波束的深水网箱鱼群状态远程实时监测仪。

本发明的技术方案是由若干个单波束换能器构成多波束环形换能器阵，用于进行深水网箱中鱼群安全状态的远程、实时及全方位监测。多波束环形换能器阵固定于网箱中心，使之在水平方向(及一定范围的垂直方向，可由连接杆灵活调整)上探测整个网箱。采用多波束声学方法进行水下鱼群的探测，可实现远程、实时及全方位监测深水网箱养殖中的鱼群鱼量分布和活动状态，当发现异常情况时，监测系统能自动发出报警信号。

本发明设有探测信号发射及回波采集装置、数据分析与图像显示装置和数据无线传送装置。