CN109392890A - 一种施工水域长江江豚声驱赶保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及野生动物保护技术，具体涉及一种施工水域长江江豚声驱赶保护装置及方法，该方法包括以下步骤：步骤1、将声学驱赶仪器按照一定的间隔固定在施工现场附近水域，布放深度为水深的一半；步骤2、声学驱赶仪器自动且连续发出在一定范围内可随机变化的声音信号，以驱使长江江豚远离施工水域。该保护方法通过对长江江豚的回声定位信号的测量、野外小群体长江江豚听觉能力测量、长江江豚自然栖息地水下背景噪声测量、施工工程的水下噪声测量，研究出施工水域长江江豚声驱赶保护方法。可用于有效驱赶和保护工程建设水域的长江江豚，避免长江江豚被涉水工程建设活动误伤、误杀。

Description

一种施工水域长江江豚声驱赶保护装置及方法

技术领域

本发明属于野生动物保护技术领域，尤其涉及一种施工水域长江江豚声驱赶保护装置及方法。

背景技术

长江江豚(Neophocaena asiaeorientalis asiaeorientalis)为国家二级重点保护野生动物，有“长江微笑天使”之称。长江江豚仅分布于我国长江中下游干流、洞庭湖和鄱阳湖及部分支流，对这些水域的自然水文环境及其变化、小型鱼类资源分布及其变动、水域的空间特征及水下声环境等具有独特的适应性。随着人们对资源的开发和利用强度增加，涉及长江江豚分布及活动水域的工程建设导致长江江豚被误伤的事件时有发生，并已成为长江江豚种群生存的重要威胁之一，备受国内外关注。长江江豚是完全依赖声呐信号定位的小型齿鲸，发声、受声是其生命活动的重要内容，也是其生存和繁衍的基础。随着河流、湖泊开发和人类活动增多，水下噪声对长江江豚构成了严重威胁。

涉水工程施工过程中，机械设备的种类多样化，设备及其作业过程中产生的水下噪声具有持续时间长、强度高、频率多样化、突发性强等特征，对施工水域周边的长江江豚，以及进入施工水域的长江江豚有直接影响和伤害作用，轻则导致长江江豚听觉能力暂时丧失，重则导致长江江豚受伤，甚至死亡。施工区域船舶航行产生的水下噪声对长江江豚声呐探测过程中的目标回声识别亦有较大的影响，强噪声通常会产生声掩蔽现象，对长江江豚正常的发声和听力有影响，导致长江江豚无法准确定位目标，容易被船舶高速螺旋桨击伤或击毙。虽然近年来长江江豚的保护工作越来越受到人们的重视，但是由于人们对长江江豚这一水生哺乳动物的生物声学特性了解得相对有限，在实际保护过程中，水域环境的特殊性也使得人们不能像保护陆生动物那样直接设置隔离区域进行保护，所以长江江豚误入施工水域造成伤亡的事件时有发生。

长江江豚有着敏锐的听力系统，对声音信号极其敏感。通过产生水下声音恐吓或驱赶长江江豚，将会迫使它们迅速远离施工水域。目前，有关声学驱赶保护技术的研究已成为长江江豚保护生物学研究的重要内容之一。

发明内容

本发明的目的是基于长江江豚回声定位信号的发声、受声的机理，根据涉水施工水域实际情况，提出一种施工水域长江江豚声学驱赶保护装置和方法。用于安全驱赶工程施工水域的长江江豚，避免长江江豚被工程建设活动误伤或误杀。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种施工水域长江江豚声驱赶保护装置，该装置包括声学驱赶仪器，所述声学驱赶仪器包括发声设备，与发声设备依次连接的信号放大设备、信号调理设备、信号发生设备、信号控制设备、时钟和随机数发生器，以及电源。

在上述的施工水域长江江豚声驱赶保护装置中，所述信号发生设备和信号控制设备采用笔记本电脑及其内置软件和外置硬件，或采用外置集成处理器；所述信号放大设备单独外置，所述水下发声设备采用水听器；所述声学驱赶仪器可集成化，亦可采用不同模块组合。

一种施工水域长江江豚声学驱赶保护方法，该声学驱赶保护方法通过所述声学驱赶仪器来实现；声学驱赶保护方法包括以下步骤：

步骤1、将声学驱赶仪器按照一定的间隔固定在施工现场附近水域，布放深度为水深的一半；

步骤2、声学驱赶仪器自动且连续发出在一定范围内可随机变化的声音信号，以驱使长江江豚远离施工水域。

在上述的施工水域长江江豚声学驱赶保护方法中，声学驱赶仪器按照一定的间隔固定在施工现场附近水域是指如果水道宽度不足600m，则在施工点的上下游两端各布置1台声学驱赶仪器，且声学驱赶仪器布置在水道中间，声学驱赶仪器距离施工点的最短距离为600m；如果水道宽度大于等于600m，则在施工点的上下游两侧各布置一道直线型声学驱赶仪器阵列，每个阵列由2台或多台声学驱赶仪器构成，每个阵列内相邻声学驱赶仪器之间的距离小于600m，阵列离施工点的最短距离为600m；若靠近岸边施工，并且施工点离岸不足300m，则以岸为弦，以施工点为中心，向水道中间呈扇形或弧形布置声学驱赶仪器阵列，阵列内相邻声学驱赶仪器之间的距离小于600m，声学驱赶仪器离施工点的最短距离为600m；若在水道中间施工，施工点四周离岸均超过300m，则以施工点为圆心，向四周呈圆形或椭圆形布置声学驱赶仪器阵列，阵列内相邻声学驱赶仪器之间的距离小于600m，声学驱赶仪器距离施工点的最短距离约为600 m。

在上述的施工水域长江江豚声学驱赶保护方法中，所述声学驱赶仪器发出声音信号的频率为40～140kHz；声音信号强度为90～170dB；声音信号持续时间为30～120μm；声音信号间隔时间为5～200ms。

本发明的有益效果：

1.基于长江江豚回声定位信号和听觉能力的特征，采用电子技术和信号处理技术产生的声信号具有物种针对性、响应高效性和使用安全等特征。

2.声信号发生的参数可在一定范围内随机变化，使得声驱赶仪器发出的声音具有多样性，避免长期使用导致长江江豚对某种单一声信号的适应和出现行为惰性。

3.本发明的声驱赶技术既可作为短期驱赶手段，又可作为长期驱赶手段，使用的水域范围可小可大，大的水域范围可采用直线、扇形、圆形等布置。

4.本发明的声驱赶方法可以适应多种天气条件，不受白天和黑夜的影响，特别适合长江江豚这种活动性不受昼夜影响的水生动物。

附图说明

图1(a)为本发明一个实施例的长江江豚的回声定位信号时域图；图1(b) 为本发明一个实施例的长江江豚的回声定位信号频域图；

图2为本发明一个实施例的长江江豚听力阈值图；

图3为本发明一个实施例的施工水域噪声功率谱密度图；

其中，a-透水框架施工噪声功率谱密度图、b-沙袋施工噪声功率谱密度图、 c-护岸施工噪声功率谱密度图、d-铺排施工噪声功率谱密度图、e-精确定位抛石施工噪声功率谱密度图、f-斗式抛石施工噪声功率谱密度图、g-挖掘机抛石施工噪声功率谱密度图、h-网兜沉石施工噪声功率谱密度图、i-网兜抛石施工噪声功率谱密度图、j-环境背景噪声功率谱密度图；

图4为本发明一个实施例的声学仪器结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

为了对施工水域的长江江豚进行保护，本实施例基于长江江豚的声纳信号和听觉特性，提出了针对施工水域的长江江豚实施声学驱赶的保护装置与方法。该方法填补了我国在施工水域有效实施长江江豚声学驱赶保护的空白，能有效迫使长江江豚远离施工水域，从而避免施工过程对其造成影响和伤害。

本实施例的保护方法通过对长江江豚的回声定位信号的测量、野外小群体长江江豚听觉能力测量、长江江豚自然栖息地水下背景噪声测量、施工工程的水下噪声测量，提出出施工水域长江江豚声驱赶保护方法。

具体实施时，首先对长江江豚的生物声学特性进行测量，具体为对长江江豚的回声定位信号分析和听觉能力的测量。回声定位信号的分析是以野外记录的长江江豚的回声定位信号为主，听觉能力分析是以人工环境中个体的现场测量结果为主。

回声定位信号：长江江豚发出一定间隔的脉冲信号，这些信号用于探测、定位和巡航。这些脉冲信号持续时间非常短，但是大部分峰值频率却超过120 kHz。如图1所示。

听觉阈值测量：长江江豚的听觉系统对不同频率、不同强度的声音信号做出不同程度的反应，根据这些反应和变化可以测量长江江豚的听觉阈值，并以此判定长江江豚的听觉能力。本研究测定，长江江豚对54kHz的声音信号最为敏感。如图2所示。

如图3所示，施工水域水下噪声功率谱密度图，对施工水域的背景噪声和多种施工形式的水下噪声的测量有助于评估施工工程对水下噪声的贡献及其对长江江豚可能造成的不利影响，为声学驱赶技术提供更多的理论参考。

本实施方式以施工水域的长江江豚为例，结合本实施例提出的声学驱赶的装置和方法进行说明。

实施例1：

长江江豚的听觉系统高度灵敏，通过水下声学仪器发出动物听觉敏感频率的声信号，警告或威胁长江江豚，并驱赶它们远离危险的环境从而达到保护的目的。

施工水域长江江豚声学驱赶保护方法，将声学驱赶仪器按照一定的间隔固定在施工现场附近水中，布放深度为水深的一半；声学驱赶仪器自动且连续发出在一定范围内可随机变化的声音信号，达到驱使长江江豚迅速远离施工水域的目的。

声学驱赶仪器的布放应根据施工现场的规模和水域空间大小而定。在狭窄的水道施工，如果水道宽度不足600m，可以在施工点的上下游两端各布置1台声学驱赶仪器，且仪器布置在水道中间，距离施工点的最短距离约600m；如果水道更宽(如大于等于600m)，可以在施工点的上下游两侧各布置一道直线型阵列，每个阵列由2台或多台声学驱赶仪器构成，每个阵列内相邻仪器之间的距离小于600m，阵列离施工点的最短距离约600m。若靠近岸边施工，并且施工点离岸不足300m，可以以岸为弦，以施工点为中心，向水道中间呈扇形或弧形布置声学驱赶仪器阵列，阵列内相邻仪器之间的距离小于600m，仪器离施工点的最短距离约600m。若在水道中间施工，施工点四周离岸均超过300m，可以以施工点为圆心，向四周呈圆形或椭圆形布置声学驱赶仪器阵列，阵列内相邻仪器之间的距离小于600m，仪器离施工点的最短距离约600m。

长江江豚回声定位信号频率范围为87～145kHz，峰值频率均值约125kHz；回声定位信号脉冲持续时间为50～80μm，脉冲间隔时间为14～68ms；表象声源级(峰—峰)为167～180dB(re 1μPa)；敏感的听觉频率范围为45～139kHz，最敏感的频率为54kHz，最低(最敏感)的听觉阈值为47.2～48.5dB，绝大部分阈值小于90dB。涉水工程施工的噪声主要能量通常集中在10kHz以下。因此，用于驱赶长江江豚的声学仪器的声音信号的频率应高于10kHz，且略宽于长江江豚敏感听力的频率范围；声音信号强度应高于施工水域水下噪声强度20dB以上，并超过长江江豚对绝大部分频率声信号的听觉阈值，即90dB，但低于长江江豚表象声源级均值，即170dB；单次声音信号持续时间应接近长江江豚回声定位信号脉冲的长度，即70μm，声音信号发出的间隔时间接近于长江江豚回声定位信号脉冲间隔，即30ms。

此外，为了避免长江江豚对单一声信号的习惯和熟悉，从而对该声信号表现出行为反应迟缓，甚至拒绝做出躲避等行为响应，在声学驱赶过程中，声学驱赶仪器发出的声音信号应在频率、强度、持续时间、发声间隔这些参数上表现出随机性，使得声学驱赶仪器发出的声音对长江江豚而言始终是陌生和具有威慑力的信号，以提升声学驱赶仪器的驱赶保护效果。

基于以上技术细节，本实施例的声学驱赶仪器发出的声音信号频率为40～140kHz可变；声音信号强度低于170dB，高于施工水域背景噪声强度20dB以上，为90～170dB可变；声音信号持续时间为30～120μm可变；声音信号间隔时间为5～200ms可变。

如图4所示，声学驱赶仪器主要包括水下发声设备、信号放大设备、信号调理设备、信号发生设备、信号控制设备、时钟和随机数发生器及电源供给。信号发生设备和信号控制设备可以采用笔记本电脑及其内置软件和外置硬件实现，也可以采用外置集成处理器实现，信号放大设备需要单独外置。水下发声设备可以采用水听器。长江江豚的声学驱赶仪器可以进行集成化，也可以采用不同的模块进行组合，可以结合实际情况运用。信号参数主要根据长江江豚对不同频率的声音信号的敏感程度和其发出回声定位信号的特点而定，同时考虑环境噪声和施工噪声以及该水域的声音传播特征。总之，声学驱赶仪器发出的声信号对长江江豚而言，应被其明显听到并且能及时产生躲避等行为响应，同时又不能对它们产生伤害和为它们所熟悉、习惯。

长江江豚声学驱赶方法的优点是声音频率、声音强度、声音持续时间、发声间隔具有针对性和随机可变性，完全适用于施工水域长江江豚的声驱赶，且不为其所熟悉和习惯，能产生持续、高效、安全的驱赶和保护作用。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种施工水域长江江豚声驱赶保护装置，其特征是，该装置包括声学驱赶仪器，所述声学驱赶仪器包括发声设备，与发声设备依次连接的信号放大设备、信号调理设备、信号发生设备、信号控制设备、时钟和随机数发生器，以及电源。

2.如权利要求1所述的施工水域长江江豚声驱赶保护装置，其特征是，所述信号发生设备和信号控制设备采用笔记本电脑及其内置软件和外置硬件，或采用外置集成处理器；所述信号放大设备单独外置，所述水下发声设备采用水听器；所述声学驱赶仪器可集成化，亦可采用不同模块组合。

3.一种施工水域长江江豚声学驱赶保护方法，该声学驱赶保护方法通过所述声学驱赶仪器来实现；其特征是，声学驱赶保护方法包括以下步骤：

步骤1、将声学驱赶仪器按照一定的间隔固定在施工现场附近水域，布放深度为水深的一半；

步骤2、声学驱赶仪器自动且连续发出在一定范围内可随机变化的声音信号，以驱使长江江豚远离施工水域。

4.如权利要求3所述的施工水域长江江豚声学驱赶保护方法，其特征是，声学驱赶仪器按照一定的间隔固定在施工现场附近水域是指如果水道宽度不足600m，则在施工点的上下游两端各布置1台声学驱赶仪器，且声学驱赶仪器布置在水道中间，声学驱赶仪器距离施工点的最短距离为600m；如果水道宽度大于等于600m，则在施工点的上下游两侧各布置一道直线型声学驱赶仪器阵列，每个阵列由2台或多台声学驱赶仪器构成，每个阵列内相邻声学驱赶仪器之间的距离小于600m，阵列离施工点的最短距离为600m；若靠近岸边施工，并且施工点离岸不足300m，则以岸为弦，以施工点为中心，向水道中间呈扇形或弧形布置声学驱赶仪器阵列，阵列内相邻声学驱赶仪器之间的距离小于600m，声学驱赶仪器离施工点的最短距离为600m；若在水道中间施工，施工点四周离岸均超过300m，则以施工点为圆心，向四周呈圆形或椭圆形布置声学驱赶仪器阵列，阵列内相邻声学驱赶仪器之间的距离小于600m，声学驱赶仪器距离施工点的最短距离约为600m。

5.如权利要求3所述的施工水域长江江豚声学驱赶保护方法，其特征是，所述声学驱赶仪器发出声音信号的频率为40～140kHz；声音信号强度为90～170dB；声音信号持续时间为30～120μm；声音信号间隔时间为5～200ms。