CN111582642B - 一种鱼类最适环境判断方法、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种鱼类最适环境判断方法、电子设备及存储介质，方法包括：获取水域环境中的单点位置，将所述单点位置作为搜索点；根据所述单点位置，确定搜索形态，再根据确定后的搜索形态来确定搜索范围；根据得到的搜索范围对水域环境参数进行筛选裁切；根据鱼种确定水域环境参数最适范围；标识最适环境并显示。本发明基于单点位置分析利用水域环境数据确定鱼类最适生存环境，可用于离岸养殖选址问题或捕捞作业的区域选择，从而实现高效利用鱼类生活的水域环境。

Description

一种鱼类最适环境判断方法、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及渔业生态环境评估领域，特别是涉及一种鱼类最适环境判断方法、电子设备及存储介质。

背景技术

渔业生产是人类利用自然环境之一的水域，通过生物的物质转化获取水产品的过程。因此不论是养殖渔业还是捕捞渔业都存在着目标对象的最适水域环境选择问题。鱼类是变温动物，缺乏维持体温的结构，体温随周围环境变化而变化。因此，鱼类对温度非常敏感。水温对鱼类的影响可分为直接影响与间接影响。水温可直接影响鱼类的新陈代谢，而新陈代谢和体温的变化直接影响鱼类的摄食和生长。水温过高影响鱼类正常新陈代谢；而水温过低会使鱼体出现活动能力下降，出现摄食量降低乃至绝食现象。尽管鱼类根据生存的适宜温度可分为暖水性鱼类，温水性鱼类，冷水性鱼类。但不论是养殖的鱼类品种，还是通常捕捞的经济鱼类，都存在一定的适温范围，也就是鱼类的最适温度。而鱼类的最适温度范围是一个温度区间。根据对水温变化的耐受力可分为广温性鱼类和狭温性鱼类，广温性鱼类的最适温度范围的值域范围较宽，而狭温性鱼类的最适温度范围的值域范围相对狭窄。鱼类的不同生活阶段，其适温范围或最适温度有所不同。利用海洋，不论是养殖渔业还是捕捞渔业都存在鱼类最适水温选择的问题。也就是说，特定的养殖品种或是捕捞经济鱼类存在着最优或者说是最适宜的生长环境温度，都需要选择或判定最适温度。鱼类生存在水中，几乎所有的环境因子都受水温的制约。除温度外，水体中的浮游植物、水体流场等动力环境等环境要素都会不同程度对鱼类的生长和分布产生影响。

经过多年的发展，我国远洋渔业的船只数量和产量均居世界前列。远洋渔业的进一步发展面临着资源可持续的生态要求和负责任捕捞的管理压力。近年来，随着“深远海”理念的提出，海水养殖业向着离岸的方向发展，利用离岸3海里至200海里的海域进行可控条件下的生物养殖逐渐成为渔业发展的主要拓展空间。然而现有离岸养殖研究尚未涉及基于单点位置来判别环境的适宜程度，如此就难以充分达到充分利用离岸养殖环境的效果，因此基于位置的最适环境判断技术必不可少。

目前，在数据获取方面，遥感信息技术使得海洋表层环境信息能够被大面积的实时连续同步观测，海洋剖面测量可得到海表层以下的环境数据；借助卫星定位技术可获取感兴趣区所在位置信息；相关通讯技术进行远距离数据的实时传输以及最终的船载终端的开发将其集成于一体。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种鱼类最适环境判断方法、电子设备及存储介质，将对各种水域环境数据进行叠加来判断是否为该鱼种的适宜环境，可用于离岸养殖选址问题或捕捞作业的区域选择。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种鱼类最适环境判断方法、电子设备及存储介质，方法包括：

步骤(1)：获取水域环境中的单点位置pt，所述单点位置pt的坐标表示为pt(x,y)，将所述单点位置作为搜索点；

步骤(2)：根据所述单点位置确定搜索形态，根据确定后的搜索形态来确定搜索范围，所述搜索范围公式为：

Buffer(pt,dis)＝{geomtery|Dis tan ce(geomtery,pt)≤dis}

其中，dis为搜索距离或搜索半径，用于表示搜索范围的大小；geomtery表示以所述单点位置pt为中心的构成的搜索范围；Distance(geomtery,pt)为距离函数，表示以单点位置pt为中心，搜索距离为dis形成的缓冲区域；

步骤(3)：根据所述步骤(2)中得到的搜索范围geomtery对水域环境参数进行筛选裁切，公式为：

Trim(raster,geometry)＝{pxl|In Re gion(geometry,x_pxl,y_pxl),pxl∈raster}

其中，raster表示规则空间格网的水域环境参数集合；pxl为所述raster里的像素，用于表示规则空间格网中的水域环境参数，通过搜索范围geometry对raster裁切后的数据满足In Re gion(geometry,x_pxl,y_pxl)，所述In Re gion(geometry,x_pxl,y_pxl)表示像素pxl的空间位置x_pxl,y_pxl位于geometry构成的几何体之内；

步骤(4)：根据鱼种确定水域环境参数最适范围，公式为：

Fitmap(pxl,range)

＝{pxl’|if InScale(range,Z_pxl),Z_pxl＝1otherwise Z_pxl＝0,pxl∈raster}

＝{(x_pxl,y_pxl,Z_pxl)|if InScale(range,Z_pxl),Z_pxl＝1otherwise Z_pxl＝0,pxl∈raster}

其中，range为不同鱼种的不同水域环境参数的最适范围阈值，所述水域环境参数的最适范围阈值通过系统缺省设定或赋值设定，对所述步骤(3)得到的水域环境参数pxl进行映射，将在最适范围阈值之内的Z_pxl赋值为1，将在最适范围阈值之外的Z_pxl赋值为0，映射后得到最适水域环境参数pxl'(x_pxl,y_pxl,Z_pxl)；

步骤(5)：在循环运算步骤(3)至步骤(4)的基础上，将得到的各个最适水域环境参数pxl_i'叠加组合，识别最适水域环境，公式为：

其中，i表示水域环境参数的种类，是循环运算所述步骤(3)至步骤(4)的循环次数；pxl_i'表示第i次计算得到的最适水域环境参数；weight_i表示第i种最适水域环境参数的权重；当所有水域环境参数采用相同的权重时，最适水域环境的标识结果为各个最适水域环境参数pxl'在空间上的交集，公式为：

步骤(6)将得到的以所述单点位置为中心构成的搜索范围内鱼种适宜环境的具体空间位置，再叠加各种地理信息，通过终端显示最适水域环境。

所述步骤(1)中的单点位置pt通过赋值设定或定位系统自动获得，所述单点位置pt 为最适环境的初步预估位置。

所述步骤(2)中的搜索形态包括矩形区域或圆形区域；所述搜索形态的设置方式为缺省设置或按实际需求切换调整。

所述步骤(3)中的水域环境参数以矩阵栅格形式进行存储和表达，所述水域环境参数包括海表温度、叶绿素浓度、海面高度、海水流速流向、海面以下特定水层温度、海表温度异常和/或海面高度异常数据。

所述鱼种为捕捞鱼种或步骤(2)中搜索范围内的养殖鱼种。

本发明说明书提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序；所述处理器执行所述计算机程序时实现上述鱼类最适环境判断方法的步骤。

本发明说明书实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述鱼类最适环境判断方法的步骤。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明针对不同的品种，基于单点位置分析利用水域环境数据，以特定位置为中心对鱼类生长的最适水域环境的范围进行判定和标识，可用于离岸养殖选址问题或捕捞作业的区域选择，从而实现高效地利用鱼类生活的水域环境，有利于推动海水养殖业向高效、低成本的方向发展。

附图说明

图1是本发明实施方式中方法流程图；

图2是本发明实施方式中装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种鱼类最适环境判断方法、装置及存储介质，方法包括：获取水域环境中的单点位置，将所述单点位置作为搜索点；根据所述单点位置，确定搜索形态，根据确定后的搜索形态来确定搜索范围；根据得到的搜索范围对水域环境参数进行筛选裁切；根据鱼种确定各水域环境参数最适范围；标识最适环境并显示。

如图1所示，为本发明实施方式中方法流程图，由导航定位模块或者人工自定义输入单点位置，来获取定位信息，通过该定位确定本实施方式中需要的搜索形态，搜索形态分为矩形区域和圆形区域两种类型，再根据确定好的搜索形态确定搜索范围，根据该搜索范围对环境参数进行裁切，然后结合鱼种及其环境参数阈值范围，对各环境数据进行最适范围标识和叠加，最后判断得出以单点位置为中心一定范围内该鱼种适宜环境的具体空间位置。

如图2所示，为本发明实施方式中装置结构示意图，包括人机交互模块、导航定位模块、水域环境参数接收处理模块、主运算处理单元和显示表达模块。其中，人机交互模块用于实现用户人工输入搜索位置和环境参数阈值；导航定位模块用于实现单点位置的自动获取；水域环境参数接收处理模块用于获得遥感信息提取后所获得的以栅格矩阵形式存储管理的水域参数；主运算处理单元用于负责的各种参数和数据的运算；显示表达模块将最终标识的最适环境进行可视化表达。

下面通过一个具体的实施方式进一步说明本发明，具体步骤如下：

第一步：首先获取单点位置pt，坐标表示为pt(x,y)。

单点位置可以人为赋值来确定，也可以通过定位系统来获得。确定该点为标识最适环境的初步预估位置，并作为搜索点。

本实施方式中从导航定位模块或是人机交互模块确定需要标识最适环境的中心位置，以位于中国南海东经117.5°、北纬17.5°为例。

第二步：确定搜索形态，根据搜索形态确定搜索范围。用公式表示如下：

Buffer(pt,dis)＝{geomtery|Dis tan ce(geomtery,pt)≤dis} (1)

其中，dis为搜索距离或搜索半径，用于表示搜索范围的大小；geomtery表示以所述单点位置pt为中心的构成的搜索范围；Distance(geomtery,pt)为距离函数，表示以单点位置pt为中心，搜索距离为dis形成的缓冲区域，其满足的条件为 Distance(geomtery,pt)≤dis。搜索形态可以有两种类型：矩形区域或是圆形区域；搜索形态可以缺省设置，也可以根据实用应用需要灵活切换调整。

A.矩形区域

矩形搜索范围的计算公式为：

其中，P_l(x_l,y_l)为矩形左下角坐标，P_r(x_r,y_r)为矩形右上角坐标，w为矩形的宽，h为矩形的高。

B.圆形区域

以搜索中心点为圆心，以特定的距离为半径作圆，在本实施方式中，可以采用圆弧弥合法，将圆心角等分，用等长的弦来代替圆弧，即用一个正多边形来无限逼近圆周，圆形搜索范围的计算公式为：

其中，pt(x,y)为搜索目标对象的坐标，P(x_p,y_p)为缓冲区边界上个弥合点上的坐标 (利用上述公式计算)，dis为半径，单位海里，n为等分数。等分数越大，等分的圆心角越小，步长越小，精度越高；等分数越小，等分的圆心角越大，步长越大，精度越低。

本实施方式中选择矩形作为搜索范围，以确定位置(东经117.5°、北纬17.5°)为中心，生成以1.5°为范围的矩形搜索框，即经纬度范围为东经116°至119°，北纬16°至 19°的范围。

第三步：根据确定的搜索范围裁切水域环境参数

使用步骤2所得搜索范围geomtery对水域环境参数进行筛选裁切。用公式表示如下：

Trim(raster,geometry)＝{pxl|In Re gion(geometry,x_pxl,y_pxl),pxl∈raster}(4)

其中，raster是规则空间格网的水域环境参数集合。通过遥感所获取的水域环境数据一般是以矩阵栅格形式进行存储和表达，例如海表温度、叶绿素浓度、海面高度和流速流向、海面以下特定水层温度、海表温度异常、海面高度异常等数据；pxl表示raster里的像素pixel，即规则空间格网的水域环境参数；通过搜索范围geomtery对raster裁切后的数据满足条件为：In Re gion(geometry,x_pxl,y_pxl)，即像素pxl的空间位置x_pxl,y_pxl位于搜索范围geomtery构成的几何体之内。

优选地，本实施方式中通过水域环境参数接收处理模块获取海表温度、叶绿素浓度、海面高度异常等水域环境数据；以确定位置(东经117.5°、北纬17.5°)为中心，生成以1.5°为范围的矩形搜索框，即经纬度范围为东经116°至119°，北纬16°至19°的范围；以此范围裁切上述海表温度、叶绿素浓度、海面高度异常等环境参数。

第四步：根据鱼种确定最适范围

进一步地，鱼种可以是捕捞鱼种，也可以是原位养殖的品种，公式表达如下：

其中，range为某鱼种某环境参数的最适范围阈值，不同鱼种和不同水域环境参数的最适范围阈值不同，环境参数的最适阈值范围由系统缺省设定或通过人机交互进行赋值设定。对步骤3所得水域环境参数pxl进行映射，将在范围阈值之内的Z_pxl赋值为1，否则Z_pxl赋值为0。映射后得到环境参数pxl'(x_pxl,y_pxl,Z_pxl)。

优选地，本实施方式中的目标鱼种为鸢乌贼，海表温度的阈值范围最高阈值30摄氏度，最低阈值28.5摄氏度，以阈值范围对海表温度进行映射赋值，将处于阈值范围之内的环境位置赋值为1，将处于阈值范围之外的环境位置赋值为0；叶绿素浓度最高阈值0.15mg/m³，最低阈值0.05mg/m³，以阈值范围对叶绿素浓度进行映射赋值，将处于阈值范围之内的环境位置赋值为1，将处于阈值范围之外的环境位置赋值为0；海面高度异常值最适范围阈值设为-0.014至0.2，以阈值范围对海面高度异常进行映射赋值，将处于阈值范围之内的环境位置赋值为1，将处于阈值范围之外的环境位置赋值为0。

第五步：水域环境参数数据的叠加分析

进一步地，在循环运行步骤3至步骤4的基础上，将所得各个最适环境参数pxl_i'叠加分析。公式表达如下：

其中，i表示水域环境参数的种类，是循环运算步骤3至步骤4的循环次数。pxl_i'表示第i次计算所得最适水域环境参数，weight_i表示第i种最适水域环境参数的权重，当所有环境参数采用相同的权重时，最适水域环境的标识结果为各最适水域环境参数pxl'在空间上的交集，公式为：

优选地，本实施方式中将步骤4中映射后的海表温度、叶绿素浓度、海面高度异常等环境参数设为相同权重，取各最适水域环境参数在空间上的交集Intersection标识为最适水域环境。

第六步：得到最适水域环境结果并通过终端显示

优选地，本实施方式中，在叠加其他基础地理信息的基础上，将步骤5标识出的最适范围用斜线阴影表达，其余范围表达为透明，最后通过终端进行可视化表达。

由此可见，本发明针对不同的品种，基于单点位置分析利用水域环境数据，以特定位置为中心对鱼类生长的最适水域环境的范围进行判定和标识，可用于离岸养殖选址问题或捕捞作业的区域选择，从而实现高效地利用鱼类生活的水域环境。

本发明的第二实施方式涉及一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例所述鱼类最适环境判断方法的步骤。

另外，在本发明中的各功能可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备 (可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (7)

1.一种鱼类最适环境判断方法，其特征在于，包括：

步骤(1)：获取水域环境中的单点位置pt，所述单点位置pt的坐标表示为pt(x,y)，将所述单点位置作为搜索点；

步骤(2)：根据所述单点位置确定搜索形态，根据确定后的搜索形态来确定搜索范围，所述搜索范围公式为：

Buffer(pt,dis)＝{geomtery|Distance(geomtery,pt)≤dis}

其中，dis为搜索距离或搜索半径，用于表示搜索范围的大小；geomtery表示以所述单点位置pt为中心的构成的搜索范围；Distance(geomtery,pt)为距离函数，表示以单点位置pt为中心，搜索距离为dis形成的缓冲区域；

步骤(3)：根据所述步骤(2)中得到的搜索范围geomtery对水域环境参数进行筛选裁切，公式为：

Trim(raster,geometry)＝{pxl|InRegion(geometry,x_pxl,y_pxl),pxl∈raster}

其中，raster表示规则空间格网的水域环境参数集合；pxl为所述raster里的像素，用于表示规则空间格网中的水域环境参数，通过搜索范围geometry对raster裁切后的数据满足InRegion(geometry,x_pxl,y_pxl)，所述InRegion(geometry,x_pxl,y_pxl)表示像素pxl的空间位置x_pxl,y_pxl位于geometry构成的几何体之内；

步骤(4)：根据鱼种确定水域环境参数最适范围，公式为：

Fitmap(pxl,range)

＝{pxl’|if InScale(range,Z_pxl),Z_pxl＝1 otherwise Z_pxl＝0,pxl∈raster}

＝{(x_pxl,y_pxl,Z_pxl)|if InScale(range,Z_pxl),Z_pxl＝1 otherwise Z_pxl＝0,pxl∈raster}

其中，range为不同鱼种的不同水域环境参数的最适范围阈值，所述水域环境参数的最适范围阈值通过系统缺省设定或赋值设定，对所述步骤(3)得到的水域环境参数pxl进行映射，将在最适范围阈值之内的Z_pxl赋值为1，将在最适范围阈值之外的Z_pxl赋值为0，映射后得到最适水域环境参数pxl'(x_pxl,y_pxl,Z_pxl)；

步骤(5)：在循环运算步骤(3)至步骤(4)的基础上，将得到的各个最适水域环境参数pxl′_i叠加组合，识别最适水域环境，公式为：

其中，i表示水域环境参数的种类，是循环运算所述步骤(3)至步骤(4)的循环次数；pxl′_i表示第i次计算得到的最适水域环境参数；weight_i表示第i种最适水域环境参数的权重；当所有水域环境参数采用相同的权重时，最适水域环境的标识结果为各个最适水域环境参数pxl'在空间上的交集，公式为：

步骤(6)：将得到的以所述单点位置为中心构成的搜索范围内鱼种适宜环境的具体空间位置，再叠加各种地理信息，通过终端显示最适水域环境。

2.根据权利要求1所述的鱼类最适环境判断方法，其特征在于，所述步骤(1)中的单点位置pt通过赋值设定或定位系统自动获得，所述单点位置pt为最适环境的初步预估位置。

3.根据权利要求1所述的鱼类最适环境判断方法，其特征在于，所述步骤(2)中的搜索形态包括矩形区域或圆形区域；所述搜索形态的设置方式为缺省设置或按实际需求切换调整。

4.根据权利要求1所述的鱼类最适环境判断方法，其特征在于，所述步骤(3)中的水域环境参数以矩阵栅格形式进行存储和表达，所述水域环境参数包括海表温度、叶绿素浓度、海面高度、海水流速流向、海面以下特定水层温度、海表温度异常和/或海面高度异常数据。

5.根据权利要求1所述的鱼类最适环境判断方法，其特征在于，所述鱼种为捕捞鱼种或步骤(2)中搜索范围内的养殖鱼种。

6.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5中任一项所述的鱼类最适环境判断方法的步骤。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至5中任一项所述的鱼类最适环境判断方法的步骤。

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