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基于网箱控制法和模型法的长江种淡水鱼目标强(6)
作者:网站采编关键词:
摘要：实验前, 挑选不同大小规格且体表无明显伤痕的实验鱼暂养于备用网箱中2周以上, 然后转入实验网箱中适应至少12 h。实验过程中, 每次测定1尾。由于换能器
实验前, 挑选不同大小规格且体表无明显伤痕的实验鱼暂养于备用网箱中2周以上, 然后转入实验网箱中适应至少12 h。实验过程中, 每次测定1尾。由于换能器声波束覆盖水体体积小, 实验鱼自由游入声波束内的概率低, 故每尾实验鱼测定耗时24~72 h, 尽可能采集多的鱼类回波信号。测定后, 使用MS-222 (Sigma)对实验鱼进行麻醉处理, 测量其全长(mm)、体长(mm)和体重(g), 部分实验鱼进行X光拍照, 用于模型法计算。
实验期间, 水银温度计读取水温范围为14.2~26.8 ℃, 盐度计(台湾衡欣, 型号AZ8371)读取盐度为(0.) mg/L。
图1 实验装置(A)及长江鲟的回波测定(B, C, D)Fig. 1 Experimental set-up (A) and echogram ofAcipenser dabryanus(B, C, D)
表1 换能器及单体检测参数设置Tab. 1 The system parameters of the transducer and the value setting of Sonar-5 Pro parameters for single target detection参数 parameter值设置 value setting BioSonics DT-X科学回声仪测量参数BioSonics DT-X scientific echosounder 声源级 source dB μpa 接收灵敏度 receive sensitivity?53.1 dB μpa 工作频率 acoustic frequency199 kHz 脉冲宽度 pulse ms 采样率 ping rate5 ping/s 声速 sound ?1501.90 m/s 吸收系数 absorption ?10.56 dB/km 换能器参数 双向波束角 two-way beam angle?21.1° 采样阈值 data collection threshold level?130 dB 波束宽度 beam width6.7°×6.7° 单体检测参数 SED回波阈值 TS threshold?70 dB 时变增益 TVG40logR (R为目标信号水深) 最小回波长度 minimum echo rel. pw 最大回波长度 maximum echo rel. pw 最大增益补偿 maximum gain dB 最大时相偏差 maximum phase dev.0.3 deg
图2 校准铜球回波映像Fig. 2 Target strength echogram of copper ball for calibration
1.1.4 数据处理与分析 使用Sonar-5 Pro软件(University of Oslo, Norway; 版本6.0.4)对采集的声学数据进行处理。流程为: (1) 将原始数据(.dt4格式)转化为软件能处理的格式(.uuu格式); (2) 设置表层和底层2条线来屏蔽掉近场(near field)回波以及网箱底部盲区(dead zone), 近场设定为2 m,底部盲区为0.5 m; (3) 进行单体检测(single target detection), 相关参数设定见表1; (4) 导出单个体实验鱼的数据结果如波束补偿目标强度(mean TSc)、未补偿的目标强度(mean TSu)、目标所在水深(depth)等数据; (5) 将Sonar-5 Pro软件输出的单体鱼TS值换算为反向散射截面(average of the backscattering cross-sections,σ), 然后计算平均目标强度(mean target strength,)[1]。
计算公式如下:
(2)
式中,为目标物体对声波的反向散射截面强度, 即为TS的线性值, 与目标物线性长度的平方相关,N为目标信号的数量。
数据统计分析和制图使用软件IBM SPSS Statistics 22 (IBM, USA)和OriginPro 2016 (Ori-ginLab, USA)。
1.2 模型法
1.2.1 基尔霍夫近似模型 基尔霍夫近似模型假设鱼体在任意界面的每个点的声波反射(例如在任意闭合曲面上的密度不连续)与来自于无限的切向界面的无限平面波相同。对有鳔鱼类而言, 鱼的声散射包括鱼鳔散射和鱼体散射, 而相较于与水介质声阻抗相近的鱼体而言, 充气的鱼鳔相对于水介质的声阻抗较大, 即鱼鳔对声散射的贡献率最大, 超过90%[40]。基尔霍夫近似模型是沿着鱼体和鱼鳔的轮廓等距离垂直切片, 将鱼体的每一部分切片当成是一系列充满液体的不规则柱体的组合体, 而把鱼鳔的每部分切片当成是一系列充满气体的不规则圆柱的组合体, 分别计算出两者目标强度进行叠加, 得出鱼类整体目标强度。计算公式主要参考文献[35-36]。
1.2.2 数据获取 实验鱼生物学参数获取于鱼类X光影像。本次实验使用X光机(Dongfang 500 mA, 上海)对实验鱼体侧向和背腹向分别拍摄X光影像。根据基尔霍夫近似模型需要, 在Photoshop CS5软件(Adobe, USA)中对所拍摄的实验鱼X光影像进行等距离切片, 并测定每切片与鱼体(鱼鳔)相关点坐标(图3), 代入Matlab R2016a软件(MathWorks, USA)编程进行TS值计算, 程序代码来源于文献[41]。入射声波倾角选择清晰度较高的?50°~50°, 来研究该范围内TS值随不同声波入射角度的变化(入射声波与鱼体垂直方向为0°, 鱼头朝上的姿态为正)。鱼体姿态倾角ξ分布函数参考Furusawa[38], 淡水与淡水鱼体(鱼鳔)典型声学参数参考Clay等[35]。水体声速计算所需的水温、盐度等参数与网箱控制法现场测定数据一致。
图3 实验鱼(鱼体和鱼鳔)X光影像及切片划分坐标(鱼体侧面为x-z轴; 背面为x-y轴)示意图
2 结果与分析
2.1 4种鱼生物学特征
根据4种实验鱼(鳊、鲢、鲇和长江鲟)的生物学资料, 经点图分析, 其体重(W)与体长(L)呈幂函数关系, 符合W=a×Lb的规律, 且拟合度较好(图4)。由于实验组鲇取自养殖网箱, 可能在解剖学上与长江野生个体有差异, 选取186尾野生鲇(未发表数据)作为对照组进行生物学特性比较, 比较指标为体长?体重关系曲线及肥满度。
文章来源：《长江丛刊》 网址: http://www.cjckzzs.cn/qikandaodu/2021/0722/1402.html