CN111301611A - 一种基于浮体结构的鲸类声呐监测仪固定平台的搭建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于浮体结构的鲸类声呐监测仪固定平台的搭建方法，步骤如下：选定目标，在水面上的合适位置，选定好目标，即趸船或浮标结构；测量，测量获得趸船或浮标结构上表面距离水面的高度(X),相应的吃水部分的高度，设计固定架结构和仪器架结构的尺寸；固定架结构制作，所述固定架结构由焊接杆、插销套、加固杆和防撞杆组成，插销套和焊接杆间通过加固铁板连接，焊接杆的长度为X‑5厘米，上下插销套的长度都是15厘米，插销套由无缝钢管制作而成，插销套的厚度(R3)≥0.35厘米；仪器架结构制作，所述仪器架结构由上插销、下插销、加固杆、仪器固定杆和GPS模块组成；安装整合电子模块，于仪器架结构上安装GPS模块以及鲸类被动声学监测仪器。

Description

一种基于浮体结构的鲸类声呐监测仪固定平台的搭建方法

技术领域

本发明涉及野生动物保护技术领域，具体是一种基于浮体结构的鲸类声呐监测仪固定平台的搭建方法。

背景技术

在野外对小型鲸类进行目视考察本身是一个很大的挑战，以长江江豚为例，这些动物体型较小且缺乏背鳍，几乎没有什么明显的可供识别的标志，同时其出水呼吸行为迅速且持续时间短暂。此外其浅灰色的皮肤与所处的长江浑浊的江水较难分辨，这使得目测动物的任务更加困难。

鲸豚类在长期的物种演化过程中逐步发展并完善出了一套精密的声呐系统用以帮助其自身进行包括个体间通讯、导航、捕食等重要的生命活动。此外，绝大多数齿鲸都会频繁地发出较高能量的脉冲信号，例如长江江豚会平均每隔6秒发声一次，这使得我们可以很方便地利用声学监测技术对它们的声呐活动规律进行监测。

被动声学监测是一门快速发展并逐步完善的学科，声学监测主要涉及到在不同的时间以及空间尺度范围获取有关动物的出现、分布、相对多样化程度以及声学行为等数据。我们甚至可以在恶劣的环境中以及较低的能见度下，例如在夜间，使用该技术对动物进行监测。而这些是传统的考察方法所望尘莫及的。此外，通过被动声学监测技术所获取的数据具有良好的独立性，并能降低人为观察时由于观察人员自身的差异，例如观察动物的熟练程度和对动物的了解情况的差异所导致的观测误差。

被动声学考察主要可以分为移动声学考察和定点声学考察。相比于移动声学考察，定点声学考察可在较长的时间跨度内实现对动物无间断的监控，同时考察的造价远远低于移动声学考察。

到目前为止，鲸类物种的定点声学考察主要是在人类活动干扰较小的远海清澈水域(例如珊瑚礁区)开展，主要布设方式是借助浮球和铁锚将声呐记录仪漂浮在目标监测水域的水体中层，同时借助声学释放装置对声音记录仪进行回收。或者是将设备布设到水体底层，并通过定期聘请潜水员进行设备的打捞更换服务。然而对于人类活动干扰比较严重的水域，例如航运和渔业捕捞活动比较繁忙的淡水河流以及近岸河口区域，将声学记录仪布设通过浮标的方式布设在水体后，设备被拖网渔船拖走或被行船撞坏造成设备丢失和损坏的风险就非常的高，同时淡水河流系统的流速通常比较快，录音设备很难比较理想的布设在水体中进行监测，同时其底部泥沙的运动具有不可预期性，如果将设备布设在河床底部，设备被泥沙掩埋的风险极高。此外，这些河口浅水水域通常受到潮汐的影响，底泥搅动非常厉害，水体的浑浊度非常的高，进一步限制了潜水服务的可操作性。同时野外潜水技术服务的费用非常高，购买声学释放装置的费用也非常昂贵。淡水河流以及近岸河口区域的鲸类定点声学监测受到了极大的制约。

而淡水河流以及近岸河口区域通常分布着大量趸船和浮标结构，这些水上三维建筑物结构为我们提供了安装声学设备的可能性平台。同时绝大多数趸船上都有值班人员驻扎，在这些有人值守的区域开展鲸类的声学监测的设备丢失风险极大的降低了。但是大多数趸船又存在泊船的压力，如何在不干扰泊船，同时避免仪器被撞的基础上在这些趸船和浮标结构上有效地安装声学监测设备开展鲸类声学监测便成了急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于浮体结构的鲸类声呐监测仪固定平台的搭建方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于浮体结构的鲸类声呐监测仪固定平台的搭建方法，

其搭建方法步骤如下：

步骤一：选定目标，在水面上的合适位置，选定好目标，即趸船或浮标结构；

步骤二：测量，测量获得趸船或浮标结构上表面距离水面的高度(X),以及相应的吃水部分的高度，并根据此尺寸来设计固定架结构和仪器架结构的尺寸；

步骤三：固定架结构制作，根据步骤二测量数据对固定架结构进行制作，所述固定架结构由焊接杆、插销套、加固杆和防撞杆组成，插销套和焊接杆间通过加固铁板连接，焊接杆的长度为X-5厘米，上下插销套的长度都是15厘米，插销套由无缝钢管制作而成，插销套的厚度(R3)≥0.35厘米；

步骤四：仪器架结构制作，根据步骤二测量数据对固定架结构和仪器架结构进行制作，所述仪器架结构由上插销、下插销、加固杆、仪器固定杆和GPS模块组成，所述固定架结构与仪器架结构之间通过插销套与下插销之间的套接相互可拆卸的连接；

步骤五：安装整合电子模块，于仪器架结构上通过仪器固定槽安装GPS模块以及鲸类被动声学监测仪器。

作为进一步说明的，所述固定架结构和仪器架结构的主体结构由厚度(R1)≥0.35厘米的镀锌方钢制作而成，镀锌方钢的边长(R2)的推荐范围为4-5厘米。

作为进一步说明的，所述仪器架结构的下插销处的自由端比上插销处的自由端要长，下插销接触下插销套后，形成一个着力点，并借此克服监测位点的水流对仪器架结构的后推作用，从而能够方便地通过调整仪器架结构的角度，使得仪器架结构的上下插销能够顺利地安装进固定架结构的上下插销套。

作为进一步说明的，所述固定架结构和趸船结构的焊接位点选择在趸船的下游、近江心侧，避开了泊船停靠的区域，同时在浮标结构的焊接位点避开了锚链端，最大限度地降低了设备被船撞和锚链绞断的风险。

作为进一步说明的，所述固定架结构和仪器架结构组装完毕后，其上表面和趸船或浮标结构的上表面持平，降低安装平台因高度超出趸船或浮标结构而引发的与泊船缆绳发声缠绕的风险。

作为进一步说明的，所述鲸类声呐监测仪器在安装过程中会通过增加仪器安全防护罩和安全绳，提高设备的安全防护性和回收率，降低了设备因突发事件而造成损坏和丢失的风险。

作为进一步说明的，所述固定架结构整合了GPS模块，科研人员在实验室或通过手机APP就能实时查询定点安装平台的状态。

作为进一步说明的，所述鲸类被动声学监测仪器包括组合式鲸类声呐监测仪器以及自容式鲸类声呐监测仪器，提高了鲸类声学监测方案的可选择和拓展空间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

所述鲸类被动声学监测的位点选择在趸船的下游、近江心侧，避开了泊船停靠的区域，同时在浮标结构的焊接位点避开了锚链端，最大限度地降低了设备被船撞和锚链绞断的风险。

所述固定架结构和仪器架结构组装完毕后，其上表面和趸船或浮标结构的上表面持平，降低了焊接支架因高度超出趸船或浮标平台而引发的与泊船缆绳发声缠绕的风险。

在鲸类被动声学监测仪器的定点考察安装过程中通过在记录仪表面安装防护套和增加安全绳等方式，提高了设备的安全性和回收率，降低了设备因突发事件而造成损坏和丢失的风险。

通过这种基于趸船或浮标结构的鲸类定点声呐监测仪器安装平台的搭建方法实现了在人类活动干扰较严重的淡水河流生态系统或近岸河口等水域对鲸类活动规律进行长时间(24/7)定点声学监测，节省了声学考察的成本(相比移动声学考察)，提高了用于定点声学监测的设备的安全性，扩大了定点声学监测的适用范围。

附图说明

图1为本基于浮体结构的鲸类监测仪器平台的组成结构示意图；

图2为本基于浮体结构的鲸类监测仪器平台的一种基于焊接点型浮体结构的实施方式结构示意图；

图3为本基于浮体结构的鲸类监测仪器平台的一种基于焊接面型浮体结构的实施方式结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1、图2以及图3，本发明实施例中，一种基于浮体结构的鲸类声呐监测仪固定平台的搭建方法，该鲸类定点声学监测仪器安装平台的组成部件包括浮体(例如趸船或浮标)结构，还包括固定架结构和仪器架结构。

所述鲸类定点声呐监测仪器包括组合式鲸类声呐监测仪器以及自容式鲸类声呐监测仪器。组合式监测仪器由水听器、滤波器、放大器、信号采集卡和存储器等部件组成；

所述趸船或浮标结构可分为两类：焊接点型1和焊接面型2，其中绝大多数趸船都属于焊接点型1，即趸船的四周有两道突出的防撞铁条，这两道防撞铁条也就成了趸船结构上焊接固定架结构的位点，部分类型的趸船和大部分浮标都属于焊接面型2，即焊接面很平滑，没有突出的结构。趸船上的焊接位点通常会选择趸船的下游端、靠江心端。这是因为趸船的水下三维结构能够对水流起到一定的缓解作用，降低水流对仪器支架的冲击负荷，同时也避免了从上游漂流下来的大型枯木或垃圾缠绕在仪器杆上，将仪器杆拉弯或绷断，同时大多数趸船通常都会有驳船停靠，因此固定支架焊接位点选择上应该避开正江心侧，而选择趸船侧面靠江心端。同时在保证设备安全的情况下，尽量降低趸船水下三维结构对鲸类脉冲信号的阻挡作用。另外，无论是趸船还是浮标结构，焊接位点的选择上应该尽量避开锚链，最大限度降低锚链搅到仪器。

在选定好目标趸船或浮标结构后，需要先测量获得趸船或浮标结构上表面距离水面的高度(X),以及相应的吃水部分的高度。并根据这个尺寸来设计固定架结构和仪器架结构的尺寸。

所述固定架结构和仪器架结构的主体结构由厚度(R1)≥0.35厘米的镀锌方钢制作而成，镀锌方钢的边长(R2)的推荐范围为4-5厘米。

所述固定架结构由焊接杆4、插销套5、加固杆3和防撞杆6组成。插销套5和焊接杆4间通过加固铁板加固。焊接杆4的长度为X-5厘米。上下插销套5的长度都是15厘米，插销套5由无缝钢管制作而成，插销套的厚度(R3)≥0.35厘米。在选材上，为了保证插销套5和镀锌方钢能够较好地焊接，插销套5的外径(D2)要和镀锌方钢的边长(R2)尽量接近。

上插销套5的上表面距离固定架结构顶端15厘米，下插销套5的下表面距离固定架结构的底端5厘米。固定架结构的两根加固杆3上打有矩形孔用于固定仪器架结构。矩形孔的长度为3厘米，矩形孔中心距离焊接杆4的最短距离为插销套的厚度(R3)+插销的外径(D3)+镀锌方钢的边长(R2)/2+5厘米。矩形孔的最小孔径为1.2厘米。固定架结构的两加固杆之间的最大垂直距离为52厘米，保证设备安装和拆卸螺杆的时候，操作人员上身趴在趸船或浮标平面上，伸手就能方便地完成相关操作。防撞杆可以起到保护仪器架结构的作用，对于某些突发事件中，例如某些船突然撞向仪器安装平台，防撞杆可以起到一定的外力对抗功能。

所述仪器架结构由上插销7、下插销8、加固杆3、仪器固定杆9和GPS模块组成。插销由无缝钢管或者实心圆钢制作而成，插销的厚度(R4)≥0.35厘米。在选材上，插销的外径(D3)应该满足的D3<D2-R3x2。

仪器架结构的上插销7通过两根固定杆与仪器固定杆连接。两根固定杆之间的距离为D4,下插销通过另外两根固定杆与仪器固定杆固定。两根固定杆之间的距离为D5。D4和D5最常用的取值分别为5和10厘米。上插销处的两根固定杆也构成了仪器架结构的把手，同时也构成了仪器架结构绑缚安全绳的位点。

所述下插销8处的自由端(18厘米)比上插销7处的自由端(15厘米)要长，这是为了克服仪器架结构下水后，在其插入插销套5之前，监测位点的水流对仪器架结构的水下部分的后推作用，导致上插销和下插销不能顺利地垂直插入固定架结构上的插销套5中。由于下插销8自由端长于上插销7的自由端，因此下插削8接触下插削套5的时间要早于上插销7进入上插销套5的时间，一旦下插销接触下插销套5后，我们就可以把插入接触点作为支点，很方便地通过摆动仪器架结构将上插销7顺利地插入插销套5中。

仪器架结构的仪器固定杆9的上端开有两个直径为1.2厘米的圆孔，用于仪器架结构架设到固定架结构后，与固定架结构的加固杆上的矩形孔进行对准，并通过不锈钢螺杆进行固定。

仪器架结构的仪器固定杆上装有2个仪器固定槽10，用于固定鲸类定点声呐监测设备。仪器固定槽距离仪器杆近末端的距离分别是5和25厘米。

要满足固定架结构和仪器架结构能够顺利匹配，还需满足以下条件：

插销套间最小间隔(D1＝X-55)>下插销长度(D5+R2x2+18)

即：X>D5+R2x2+73；

插销间最小间隔(D6＝X-25-D4-R2x4-D5-15)>插销套长度(15)

即：X>D5+R2x4+D4+55；

所述鲸类声呐检测仪安装在固定平台后，监测仪器所在的位置距离水表面的距离应该大于浮体平台的吃水深度，避免浮体结构对鲸类声呐信号的阻隔作用。

所述固定架结构整合了GPS模块，科研人员在实验室或通过手机APP就能实时查询定点安装平台的状态，若平台被非法盗走，还能实现追逃功能。

所述所有的部件的连接处都经过电焊满焊固定。

所述固定架结构和仪器架结构组装完毕后，其上表面和趸船或浮标结构的上表面持平，降低了安装平台因高度超出趸船或浮标结构而引发的与泊船缆绳发声缠绕的风险。

所述固定架结构和仪器架结构在完成安装后，可在平台表明粘贴反光贴条，提高定点安装平台的辨识度，尤其是在夜间的辨识度。

所述鲸类被动声学监测仪器，可以选择组合式鲸类声呐监测仪或自容式鲸类声呐声学记录仪。组合式鲸类声呐记录仪由水听器、滤波器、放大器、信号采集卡和存储器等部件组成；自容式声学记录仪，主要包括声学脉冲事件记录仪以及原始波形文件记录仪两种类型的仪器。其中声学脉冲事件记录仪包括日本MMT公司生产的A-tag和英国CheloniaLimited公司生产的C-POD等，由于设备只对超过一定阈值的信号进行记录，其特点在于数据量较小，续航能力强。原始波形文件记录仪包括新西兰Oceaninstruments New Zealand公司生产的SoundTrap，美国Jasco Applied Sciences公司生产的AMARG3以及美国Loggerhead Instruments公司生产的DSG-ST等，由于要对原始声音文件进行高速采样，其数据量较大，同时续航能力相对较弱些。

所述鲸类被动声学监测仪器在安装前，会在设备的脆弱部位，如水听器部位，加套仪器安全防护罩，降低这些部位的在安装和运行过程中遭到损伤的风险。

所述鲸类被动声学监测仪器在安装前，会在自容式设备上或者组合式的鲸类声呐记录仪的水听器上通过增加安全绳，提高设备的回收率，降低了设备因突发事件而造成丢失的风险。采用不锈钢抱箍穿过仪器固定槽中间位置开口的设备加固孔将鲸类定点声呐信号监测仪器加固在仪器固定槽10中。

在每次更换鲸类被动声学监测仪的时候，先用一根安全绳一头绑在仪器架结构上插销7端两加固杆之间的空隙，另一端绑缚于趸船上的牢固位置，防止在设备回收和安装过程中，失手掉入江底。

该发明同样适用于其它水生生物，例如发声鱼类以及水下噪声的记录。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于浮体结构的鲸类声呐监测仪固定平台的搭建方法，其特征在于，

其搭建方法步骤如下：

步骤一：选定目标，在水面上的合适位置，选定好目标，即趸船或浮标结构；

步骤二：测量，测量获得趸船或浮标结构上表面距离水面的高度(X),以及相应的吃水部分的高度，并根据此尺寸来设计固定架结构和仪器架结构的尺寸；

步骤三：固定架结构制作，根据步骤二测量数据对固定架结构进行制作，所述固定架结构由焊接杆(4)、插销套(5)、加固杆(3)和防撞杆(6)组成，插销套(5)和焊接杆(4)间通过加固铁板连接，焊接杆(4)的长度为X-5厘米，上下插销套(5)的长度都是15厘米，插销套(5)由无缝钢管制作而成，插销套(5)的厚度(R3)≥0.35厘米；

步骤四：仪器架结构制作，根据步骤二测量数据对仪器架结构进行制作，所述仪器架结构由上插销(7)、下插销(8)、加固杆(3)、仪器固定杆(9)和GPS模块组成，所述固定架结构与仪器架结构之间通过插销套(5)与上插销(7)以及下插销(8)之间的套接相互可拆卸的连接；

步骤五：安装整合电子模块，于仪器架结构上安装GPS模块,并通过仪器固定槽(10)固定鲸类被动声学监测仪器。

2.根据权利要求1所述的基于浮体结构的鲸类声呐监测仪固定平台的搭建方法，其特征在于，所述固定架结构和仪器架结构的主体结构由厚度(R1)≥0.35厘米的镀锌方钢制作而成，镀锌方钢的边长(R2)的推荐范围为4-5厘米。

3.根据权利要求1所述的基于浮体结构的鲸类声呐监测仪固定平台的搭建方法，其特征在于，所述仪器架结构的下插销(8)处的自由端比上插销(7)处的自由端要长，下插销接触下插销套(5)后，形成一个着力点，并借此克服监测位点的水流对仪器架结构的后推作用，从而能够方便地通过调整仪器架结构的角度，使得仪器架结构的上下插销能够顺利地安装进固定架结构的上下插销套(5)。

4.根据权利要求1所述的基于浮体结构的鲸类声呐监测仪固定平台的搭建方法，其特征在于，所述固定架结构和趸船结构的焊接位点选择在趸船的下游、近江心侧，避开了泊船停靠的区域，同时在浮标结构的焊接位点避开了锚链端，最大限度地降低了设备被船撞和锚链绞断的风险。

5.根据权利要求1所述的基于浮体结构的鲸类声呐监测仪固定平台的搭建方法，其特征在于，所述固定架结构和仪器架结构组装完毕后，其上表面和趸船或浮标结构的上表面持平，降低安装平台因高度超出趸船或浮标结构而引发的与泊船缆绳发声缠绕的风险。

6.根据权利要求1所述的基于浮体结构的鲸类声呐监测仪固定平台的搭建方法，其特征在于，所述鲸类声呐监测仪器在安装过程中会通过增加仪器安全防护罩和安全绳，提高设备的安全防护性和回收率，降低了设备因突发事件而造成损坏和丢失的风险。

7.根据权利要求1所述的基于浮体结构的鲸类声呐监测仪固定平台的搭建方法，其特征在于，所述固定架结构整合了GPS模块，科研人员在实验室或通过手机APP就能实时查询定点安装平台的状态。

8.根据权利要求1所述的基于浮体结构的鲸类声呐监测仪固定平台的搭建方法，所述鲸类被动声学监测仪器包括组合式鲸类声呐监测仪器以及自容式鲸类声呐监测仪器，提高了鲸类声学监测方案的可选择和拓展空间。

9.根据权利要求1所述的基于浮体结构的鲸类声呐监测仪固定平台的搭建方法，所述趸船或浮标平台可分为焊接点型(1)和焊接面型(2)。

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