CN111820194B - 基于虾群密度探知的南极磷虾拖网瞄准捕捞方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于虾群密度探知的南极磷虾拖网瞄准捕捞方法，包括以下步骤：在捕捞船拖动拖网移动的过程中，通过船载声呐实时获取南极磷虾群体的水深分布信息；根据所获取的南极磷虾群体的水深分布信息以及拖网网口的大小，通过控制系统智能分析得到声呐垂直区域南极磷虾群体的最大密度核心区间；实时检测拖网的水层位信号以及拖网网口与捕捞船之间的距离信号，并将检测信号传送至控制系统；结合捕捞船的航行速度，通过控制系统进行分析，得到拖网升降调控的实时执行操作信号；通过主动调节拖网升降，控制拖网网口跟踪南极磷虾群体的最大密度核心区间的路径进行移动捕捞。本发明能够实现在相同的扫海面积下提高南极磷虾的捕捞产量。

Description

基于虾群密度探知的南极磷虾拖网瞄准捕捞方法
技术领域
本发明属于南极磷虾捕捞的技术领域，特别是涉及一种基于虾群密度探知的南极磷虾拖网瞄准捕捞方法。
背景技术
南极磷虾是一种生活在南冰洋的南极洲水域的磷虾，以群集方式生活。南极磷虾游速缓慢，其群体移动及分布变化缓慢，基本跟随洋流移动，群体短时间内的水平与垂直移动不大。另外，南极磷虾对物理刺激反应迟缓，网具切割磷虾群体时不会发生群体明显瞬间跳动。光照变化对南极磷虾的行为反应较大，因此具有昼夜垂直洄游习性。
现有技术在利用拖网（包括桁杆拖网或者网板拖网）对南极磷虾进行捕捞时，通过声呐对虾群的水深分布进行探测，然后将拖网投放至目标水深并通过渔船拖动拖网进行扫海捕捞。由于拖网网口的面积有限，且虾群沿拖网扫海方向的深度分布不一致，因此现有的拖网扫海捕捞方式无法实现渔获产量的最大化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于虾群密度探知的南极磷虾拖网瞄准捕捞方法，在相同的扫海面积下有利于提高南极磷虾的捕捞产量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于虾群密度探知的南极磷虾拖网瞄准捕捞方法，包括以下步骤：
（1）在捕捞船拖动拖网移动的过程中，通过船载声呐实时获取南极磷虾群体的水深分布信息；
（2）根据所获取的南极磷虾群体的水深分布信息以及拖网网口的大小，通过控制系统智能分析得到声呐垂直区域南极磷虾群体的最大密度核心区间；
（3）实时检测拖网网口的水层位信号以及拖网网口与捕捞船之间的距离信号，并将检测信号传送至控制系统；
（4）结合捕捞船的航行速度，通过控制系统进行分析，得到拖网升降调控的实时执行操作信号；
（5）通过所述执行操作信号实时调控拖网上的升降调控系统，对拖网所处的水深进行实时调节，控制拖网网口跟踪南极磷虾群体的最大密度核心区间的路径进行移动捕捞。
所述步骤（2）中对声呐垂直区域南极磷虾群体的最大密度核心区间进行分析，包括以下步骤：
a)根据声呐垂直区域上南极磷虾群体的声呐回声信号确定南极磷虾群体分布水深；
b)以等间隔深度将南极磷虾群体分布水深划分为若干水层单元；
c)计算各水层单元的声呐回声信号强度累计值；
d)根据拖网上网口与下网口的深度差，计算拖网上网口位于各水层单元时拖网网口覆盖范围内的水层单元的声呐信号累计强度；
e)取步骤（d）中所述声呐信号累计强度最大值时拖网所处的深度为最大密度核心区间。
所述拖网上的升降调控系统包括倾斜角度受调控的翼板，并通过调控翼板的倾斜角度调整拖网升降。
所述执行操作信号包括拖网升降速度控制信号，所述拖网升降速度控制信号采用平均速度逼近法分析产生，具体包括以下步骤：
①根据拖网网口与捕捞船之间的距离s与捕捞船航行速度v计算拖网网口达到声呐垂直区域南极磷虾群体的最大密度核心区间的时间t=s/v；
②分析拖网网口在时间t内在垂直方向的目标行程H，并计算拖网网口在时间t内完成目标行程H的平均速度V=H/t；
③实时检测拖网网口的水层位信号，当时间为tx时，tx≤t，分析拖网网口在垂直方向产生的行程Hx，计算拖网网口在时间tx内的平均速度Vx=Hx/tx；
④当Vx>V时，产生执行操作信号调节翼板的倾斜角度使拖网上升或下潜的速度降低；
当Vx<V时，产生执行操作信号调节翼板的倾斜角度使拖网上升或下潜的速度提高。
所述拖网的水层位信息通过安装在拖网网口位置的水深传感器进行检测。
所述拖网网口与捕捞船之间的距离通过安装在拖网网口位置的声呐测距传感器进行检测。
所述拖网的水层位信号、拖网网口与捕捞船之间的距离信号以及执行控制信号通过水下射频或水声技术实现水下无线传输。
有益效果
本发明利用南极磷虾群体短时间内的水平与垂直移动性低以及网具切割不会造成南极磷虾群体明显瞬间跳动的特点，能够在捕捞船拖动拖网进行移动捕捞南极磷虾的过程中，对捕捞船航行路径上虾群的最大密度核心区间进行分析，并通过主动调节拖网升降使得拖网网口能够跟踪南极磷虾的最大密度核心区间的路径进行移动，能够实现在相同的扫海面积下提高南极磷虾的捕捞产量。
附图说明
图1为本发明的示意图。
图2为声呐垂直区域声呐探测南极磷虾群体回声信号图。
图3为各水层单元声呐回声信号强度的累计强度示意图。
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。
如图1所示的一种基于虾群密度探知的南极磷虾拖网瞄准捕捞方法，包括以下步骤：
（1）在捕捞船拖动拖网移动的过程中，通过船载声呐实时获取南极磷虾群体的水深分布信息。
（2）根据所获取的南极磷虾群体的水深分布信息以及拖网网口的大小，通过控制系统智能分析得到声呐垂直区域南极磷虾群体的最大密度核心区间。
（3）实时检测拖网的水层位信号以及拖网网口与捕捞船之间的距离信号，并将检测信号传送至控制系统。其中，拖网的水层位信息通过安装在拖网网口位置的水深传感器进行检测，拖网网口与捕捞船之间的距离通过安装在拖网网口位置的声呐测距传感器进行检测。网的水层位信号以及拖网网口与捕捞船之间的距离信号通过水下射频或水声技术实现水下无线传输至控制系统。
（4）结合捕捞船的航行速度，通过控制系统进行分析，得到拖网升降调控的实时执行操作信号。
（5）执行操作信号通过水下射频或水声技术实现水下无线传输至拖网上的升降调控系统，通过主动调节拖网升降，控制拖网网口跟踪南极磷虾群体的最大密度核心区间的路径进行移动捕捞，从而能够实现在相同的扫海面积下提高南极磷虾的捕捞产量。
步骤（2）中，在对声呐垂直区域南极磷虾群体的最大密度核心区间进行分析时，根据声呐信号强弱情况来确定，在磷虾群体密集区声呐信号强，反射回来信号数值大，通过计算声呐信息在不同水层累计值，然后计算不同网口深度声呐累计值的分布，根据累计值大小即可确定放网深度，也即最大密度核心区间。
图2为声呐探测南极磷虾虾群的回声信号图，图中横坐标为时间，从t0到t1，纵坐标为水深，从d0（0m）到南极磷虾群体分布最大水深d1。声呐信号以离散的点形式展现在图中，每个点的信号强度为pi，在图中以点的灰度值代表发射信号强度。
深度从d0到d1，以深度间隔h为水层分隔单元，从水面向水下对南极磷虾群体的分布水深进行划分水层单元，水层数为l=|d1-d0|/h，如果底层深度间隔不足h米，按1层计算。计算各水层单元声呐回声信号强度累计值为li
Figure 484020DEST_PATH_IMAGE002
，其中m为声呐信号点数。图2中的声呐强度按照l层水层单元计算后，各层信号强度结果如图3所示。
拖网作业过程中，拖网上网口深度为n0，下网口深度为n1，上、下网口之间的深度差n=|n1-n0|，捕捞船作业过程中，上下网口深度差与水层单元的深度关系为n>>h。计算拖网上网口位于各水层单元时（同时下网口深度不低于最大水深d1）拖网网口覆盖范围内的水层单元的声呐信号累计强度ni
Figure 666740DEST_PATH_IMAGE004
。取声呐信号累计强度最大值时拖网所处的深度为最佳放网深度，也即得到最大密度核心区间。
升降调控系统为安装在拖网上的实现拖网主动升降的控制结构，例如安装在桁杆拖网的桁杆上。升降调控系统包括倾斜角度受调控的翼板，并通过调控翼板的倾斜角度从而调整翼板在移动过程中受到的水体的支持力，达到调整拖网升降的目的。
步骤（4）中的执行操作信号包括拖网升降速度控制信号，所述拖网升降速度控制信号采用平均速度逼近法分析产生，具体包括以下步骤：
①根据拖网网口与捕捞船之间的距离s与捕捞船航行速度v计算拖网网口达到声呐垂直区域南极磷虾群体的最大密度核心区间的时间t=s/v。
②分析拖网网口在时间t内在垂直方向的目标行程H，并计算拖网网口在时间t内完成目标行程H的平均速度V=H/t。
若拖网网口在时间t内的垂直方向的行程为单一方向的上升行程或者下潜行程，则目标行程H=|D1-D2|，其中D1为t时间段起始时拖网网口水深，D2为t时间段起始时所分析的最大密度核心区间的水深；
若拖网网口在时间t内的垂直方向的行程为先升后降或者先降后升行程，则目标行程H=H升+H降，其中H升为拖网网口上升行程高度，H降为拖网网口下降行程高度。
③实时检测拖网网口的水层位信号，当时间为tx时，tx≤t，分析拖网网口在时间tx内沿垂直方向产生的行程Hx，计算拖网网口在时间tx内的平均速度Vx=Hx/tx；
④当Vx>V时，产生执行操作信号调节翼板的倾斜角度使拖网上升或下潜的速度降低；
当Vx<V时，产生执行操作信号调节翼板的倾斜角度使拖网上升或下潜的速度提高。

Claims (6)

1.一种基于虾群密度探知的南极磷虾拖网瞄准捕捞方法，包括以下步骤：
(1)在捕捞船拖动拖网移动的过程中，通过船载声呐实时获取南极磷虾群体的水深分布信息；
(2)根据所获取的南极磷虾群体的水深分布信息以及拖网网口的大小，通过控制系统智能分析得到声呐垂直区域南极磷虾群体的最大密度核心区间；
(3)实时检测拖网网口的水层位信号以及拖网网口与捕捞船之间的距离信号，并将检测信号传送至控制系统；
(4)结合捕捞船的航行速度，通过控制系统进行分析，得到拖网升降调控的实时执行操作信号；
(5)通过所述执行操作信号实时调控拖网上的升降调控系统，对拖网所处的水深进行实时调节，控制拖网网口跟踪南极磷虾群体的最大密度核心区间的路径进行移动捕捞，所述的升降调控系统安装在桁杆拖网的桁杆上；
其中，所述执行操作信号包括拖网升降速度控制信号，所述拖网升降速度控制信号采用平均速度逼近法分析产生，具体包括以下步骤：
①根据拖网网口与捕捞船之间的距离s与捕捞船航行速度v计算拖网网口达到声呐垂直区域南极磷虾群体的最大密度核心区间的时间t＝s/v；
②分析拖网网口在时间t内在垂直方向的目标行程H，并计算拖网网口在时间t内完成目标行程H的平均速度V＝H/t；
③实时检测拖网网口的水层位信号，当时间为tx时，tx≤t，分析拖网网口在垂直方向产生的行程Hx，计算拖网网口在时间tx内的平均速度Vx＝Hx/tx；
④当Vx>V时，产生执行操作信号调节翼板的倾斜角度使拖网上升或下潜的速度降低；
当Vx<V时，产生执行操作信号调节翼板的倾斜角度使拖网上升或下潜的速度提高。
2.根据权利要求1所述的一种基于虾群密度探知的南极磷虾拖网瞄准捕捞方法，其特征在于：所述步骤(2)中对声呐垂直区域南极磷虾群体的最大密度核心区间进行分析，包括以下步骤：
a)根据声呐垂直区域上南极磷虾群体的声呐回声信号确定南极磷虾群体分布水深；
b)以等间隔深度将南极磷虾群体分布水深划分为若干水层单元；
c)计算各水层单元的声呐回声信号强度累计值；
d)根据拖网上网口与下网口的深度差，计算拖网上网口位于各水层单元时拖网网口覆盖范围内的水层单元的声呐信号累计强度；
e)取步骤(d)中所述声呐信号累计强度最大值时拖网所处的深度为最大密度核心区间。
3.根据权利要求1所述的一种基于虾群密度探知的南极磷虾拖网瞄准捕捞方法，其特征在于：所述拖网上的升降调控系统包括倾斜角度受调控的翼板，并通过调控翼板的倾斜角度调整拖网升降。
4.根据权利要求1所述的一种基于虾群密度探知的南极磷虾拖网瞄准捕捞方法，其特征在于：所述拖网网口的水层位信号通过安装在拖网网口位置的水深传感器进行检测。
5.根据权利要求1所述的一种基于虾群密度探知的南极磷虾拖网瞄准捕捞方法，其特征在于：所述拖网网口与捕捞船之间的距离通过安装在拖网网口位置的声呐测距传感器进行检测。
6.根据权利要求1所述的一种基于虾群密度探知的南极磷虾拖网瞄准捕捞方法，其特征在于：所述拖网网口的水层位信号、拖网网口与捕捞船之间的距离信号以及执行控制信号通过水下射频或水声技术实现水下无线传输。
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