CN115812646B - 鱼道内鱼类行为分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种鱼道内鱼类行为分析方法，极大地提高了对鱼道中鱼类行为分析的准确性。本发明鱼道内鱼类行为分析方法，包括：鱼类从鱼道初始位置开始游动，游动过程中数据采集器实时采集记录鱼类在游动过程中的相关数据；当鱼类穿过阅读器感应线圈时，对应RFID阅读器记录数据采集器的RFID标识与穿过阅读器感应线圈的时间；测量并记录鱼道内的水力学特性数据；当鱼类游动至鱼道末端时，结束数据采集，获取数据采集器采集的数据，对数据进行处理；根据对数据的处理结果以及对应鱼道内的水力学特性数据对鱼类的行为进行分析。本发明适用于鱼道内鱼类行为分析。

Description

鱼道内鱼类行为分析方法

技术领域

本发明涉及鱼道内鱼类行为分析领域，具体涉及一种鱼道内鱼类行为分析方法。

背景技术

在水电站建设日益重视环境问题的背景下，越来越多的坝式开发的水电站建设了鱼道，期望通过鱼道的建设，减缓大坝对鱼类的阻隔作用。但目前的研究集中在鱼道工程本身，对于鱼道过鱼观测的研究较少，特别是鱼类在鱼道中的精细行为特征，目前因技术限制，研究很少。

对已建鱼道中鱼类的观测可以掌握鱼道运行状况，了解鱼类在鱼道中的行为，对鱼道设计和运行优化具有较大意义。目前对鱼道中鱼类的观测与监测手段主要有传统人工观测方法(如捕捞统计、截堵法等)、视频识别、声学探测以及各种遥测标签(PIT、声学标签)等。

但目前对鱼道中鱼类行为数据获取不够充分，无法获得鱼类在鱼道中的精细运动信息，导致对鱼道中鱼类行为分析不够准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种鱼道内鱼类行为分析方法，通过对鱼道中鱼类精细运动信息的采集分析，结合鱼道中水流特性数据，极大地提高了对鱼道中鱼类行为分析的精确性。

本发明采取如下技术方案实现上述目的，鱼道内鱼类行为分析方法，所述鱼类本体固定有数据采集器，所述鱼道内设置有多组对应连接的RFID(Radio FrequencyIdentification，射频识别)阅读器以及阅读器感应线圈，各组对应连接的RFID阅读器以及阅读器感应线圈以设置的间隔距离布置在鱼道内，所述方法包括：

鱼类从鱼道初始位置开始游动，游动过程中数据采集器实时采集记录鱼类在游动过程中的相关数据；当鱼类穿过阅读器感应线圈时，对应RFID阅读器记录数据采集器的RFID标识与穿过阅读器感应线圈的时间；

测量并记录鱼道内的水力学特性数据；

当鱼类游动至鱼道末端时，结束数据采集，获取数据采集器采集的数据，对数据进行处理；

根据对数据的处理结果以及对应鱼道内的水力学特性数据对鱼类的行为进行分析。

进一步的是，所述数据采集器包括加速度传感器、角速度传感器、地磁传感器以及控制模块，所述加速度传感器、角速度传感器以及地磁传感器分别与控制模块连接，所述加速度传感器、角速度传感器以及地磁传感器均为三轴传感器，三轴分别为X轴、Y轴、Z轴。采用三轴传感器，提高了数据采集的准确性。

进一步的是，所述获取数据采集器采集的数据，对数据进行处理具体包括：

根据鱼类穿过各个阅读器感应线圈的时间将鱼类游动过程中数据采集器采集的数据划分为多个区段，第一区段为鱼类从鱼道初始位置开始至穿过第一个阅读器感应线圈止，第二区段为穿过第一个阅读器感应线圈起至穿过第二个阅读器感应线圈止，直到最后一个区段为穿过最后一个阅读器感应线圈起至鱼道末端止；

确定各个区段的姿态、速度以及位置，具体包括：

通过各区段加速度、角速度以及地磁数据计算鱼类在个区段运动的姿态，包括俯仰角、横滚角和航向角；

第一区段的初始速度为0，从第二区段开始，其对应的初始速度为上一个区段末段时的速度；

第一区段的初始位置为鱼道的初始位置，从第二区段开始，其对应的初始位置为上一个区段的末位置；

通过对各个区段的加速度数据进行二次积分，得到各个区段鱼类的运动位移；

将所有区段的位移数据组合在一起，得到鱼类在鱼道中游动的运动轨迹。

分区段计算鱼类的姿态以及运动位移，最后得到整个运动轨迹，提高了鱼类运动轨迹的精细化程度。

进一步的是，通过对各个区段的加速度数据进行二次积分，得到各个区段鱼类的运动位移的过程中还包括对数据误差判断以及加速度数据补偿，具体包括：

对该区段加速度数据进行二次积分，得到对应的位移d0'，将d0'与该区段的直线距离d0进行比较，若d0'与d0之差的绝对值小于等于阈值距离d时，则无需对该区段的加速度数据进行补偿；

若d0'与d0之差的绝对值大于阈值距离d时，则对该区段的加速度数据进行补偿；

补偿方式为：对该区段的加速度数据乘以补偿因子a，当d0'＞d0时，a＜1；当d0'＜d0时，a＞1；

对该区段的加速度数据乘以补偿因子后，重新计算该区段的位移，并再次判断d0'与d0之差的绝对值大小，直至满足d0'与d0之差的绝对值小于等于阈值距离d。

通过对数据误差判断以及加速度数据补偿，极大地提高了对分段位移计算的准确性。

进一步的是，所述获取数据采集器采集的数据，对数据进行处理具体包括：

获取加速度传感器采集的加速度数据以及角速度传感器采集的角速度数据，并采用限幅滤波算法、滑动平均滤波算法或Kalman滤波算法对加速度数据以及角速度数据进行滤波处理。通过滤波处理，降低了计算过程中的随机误差和不规则波动。

进一步的是，所述获取数据采集器采集的数据，对数据进行处理具体包括：

当鱼类在游动中出现空间翻转时，则通过角速度数据识别鱼类的空间姿态，并将加速度传感器的X轴、Y轴、Z轴组成的相对坐标系变换为绝对坐标系，得到鱼类在绝对坐标系中的航向。通过坐标变换滤除重力加速度的偏移分量。

进一步的是，所述获取数据采集器采集的数据，对数据进行处理具体包括：

获取加速度传感器采集的加速度数据，对加速度数据进行一次积分，得到鱼类的游动速度；

将鱼类的游动速度与设置的阈值游动速度比较，若某时刻鱼类的游动速度小于设置的阈值游动速度，则判断鱼类出现过静止状态，则分段计算该鱼类的运动轨迹。

所述分段计算具体包括：

通过鱼类静止状态的时间，将鱼类运动轨迹分段，仅计算运动部分的轨迹；

通过加速度以及角速度数据计算各分段的初始姿态，包括俯仰角、横滚角和航向角；

第一分段初始速度为0，位置为初始位置，其他分段运动均由静止开始，初速度也为0，初始位置为上一段轨迹的末位置；

对各分段加速度数据进行二次积分，得到鱼类运动的位移。

对于出现静止状态的鱼类，采用分段计算其运动轨迹，避免了误差的累积。

进一步的是，根据对数据的处理结果以及对应鱼道内的水流特性数据对鱼类的行为进行分析具体包括：

若鱼类在初始位置静止不前，此时鱼道水流速度低于设置的第一阈值水流速度或水温低于设置的第一阈值温度，则判定鱼类活性差、或鱼类游动能力弱、或当前水温低于阈值温度、或鱼类缺乏水流刺激。

若鱼类在鱼道中游动一段距离后在休息区停留超过设置时间，此时休息区水流速度低于设置的第二阈值水流速度，或休息区水流速紊乱，则判定休息区容积大于设定的阈值容积、或休息区出入口设计不当、或休息区及休息区与鱼道主流结合处流场紊乱，鱼类缺乏主流引导。

若鱼类在鱼道中游动一段距离后折返游动，期间鱼类游持续游动速度小于等于水流速度，或鱼类爆发游动速度小于等于鱼道竖缝或过鱼孔口处水流速度，此时鱼道水流速度高于设置的第一阈值水流速度，或鱼道竖缝或过鱼孔口处水流速度高于设置的第二阈值水流速度，则判定鱼道中水流速度高于鱼类上溯能力，或鱼类在长时间游动后出现疲劳。

根据鱼类具体分析，能够对鱼道以及鱼道内水流特性进行针对性改进优化。

本发明的有益效果为：

本发明通过对鱼道中鱼类精细运动信息的采集分析，结合鱼道的流量、流速、水深等水力学特性，极大地提高了对鱼道中鱼类行为分析的精确性，能更好的评价该种鱼类对鱼道的适应性，有利于鱼道的设计和运行优化。

附图说明

图1为本发明实施例提供的鱼类示意图；

图2为本发明实施例提供的鱼道结构示意图；

图3为本发明实施例提供的数据采集器结构示意图；

图4为本发明实施例提供的数据采集器结构框图；

图5为本发明实施例提供的数据分析流程图。

附图中，1为鱼类本体，2为数据采集器，3为鱼道，4为RFID阅读器，5为阅读器感应线圈，6为外壳，7为内部电路板，8至10分别为加速度传感器、陀螺仪、地磁传感器，11为RF天线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

本发明提供一种鱼道内鱼类行为分析方法，鱼类如图1所示，鱼类本体1固定有数据采集器2，数据采集器2用于数据采集。

数据采集器2的结构框图如图4所示，由主控制器(MCU)、加速度传感器、陀螺仪、地磁传感器、固态存储器、RF接口电路、RFID电路、RF天线、电源组成，其中加速度传感器、陀螺仪、地磁传感器、固态存储器、RF接口电路分别与主控制器连接，RF天线分别与RFID电路以及RF接口电路连接，电源为数据采集器中的元器件供电。

主控制器(MCU)负责数据采集、存储、传输控制。加速度传感器以设定的频率获取微型数据采集器系统三个轴(X、Y、Z)方向的移动加速度，通过积分运算可得到鱼类运动速度及位移；陀螺仪以设定的频率获取围绕各轴的旋转角速度，通过积分计算可以得到旋转角度。如果知道初始姿态，通过角度就始终能够得到航向姿态。地磁传感器，用于辅助确定鱼类初始姿态。固态存储器保存加速度传感器、陀螺仪等传感器实时采集的数据。RF接口电路及RF天线可以将固态存储器中的数据无线传输至RF数据读取器，用于后续数据分析，并接收RF数据读取器发送的开机、关机等命令。RFID电路及RF天线可以在微型数据采集器穿过RFID阅读器感应线圈时，向RFID阅读器发送该微型数据采集器的唯一标识。

数据采集器2的结构如图3所示，6为外壳，由防水非金属材料构成，外壳为圆柱形。7为内部电路板。8～10分别为加速度传感器、陀螺仪、地磁传感器，上述传感器平行安装于内部电路板7上，其安装方式应确保传感器的某一轴(如X轴)与外壳轴线平行。加速度传感器、陀螺仪、地磁传感器均为微型MEMS型传感器，以减小体积。11为RF天线，位于外壳6内部，靠近外壳一端。

图2为本发明实施例提供的鱼道结构示意图，如图所示，阅读器感应线圈5安置于鱼道3内，沿着鱼道横截面布设，在微型数据采集器2穿过RFID阅读器感应线圈5时，RFID阅读器4读出该微型数据采集器的唯一标识，并记录时间。多组对应连接的RFID阅读器4以及阅读器感应线圈5以设置的间隔距离布置在鱼道内，阅读器感应线圈之间的距离为d1，d2，……。开始试验时释放鱼的初始位置距离第一个阅读器感应线圈的距离为d0。

鱼道内鱼类数据采集流程如下：

(1)将微型数据采集器牢固固定于鱼体。推荐固定于鱼类背鳍。

(2)使用RF数据读取器对微型数据采集器发送开机命令，微型数据采集器开始工作，自动记录加速度传感器、陀螺仪、地磁传感器数据。为提高试验精度，数据采集频率在20Hz以上。

(3)将鱼放入鱼道试验区起始段，并记录试验开始时间。记录释放鱼的初始位置，及初始位置距离第一个RFID阅读器感应线圈的距离d0，以及后续RFID阅读器感应线圈之间的距离d1，d2，……。

(4)测量并记录鱼道的流量、流速、水深、水温等水力学特性参数。

(5)当鱼穿过某个RFID阅读器感应线圈时，该RFID阅读器记录微型数据采集器RFID标识和穿过感应线圈的时间。

(6)当鱼游泳至试验区末端时，试验结束。捞起鱼体，使用RF数据读取器对微型数据采集器发送关机命令，并将存储于固态存储器中的数据导出。

鱼道内鱼类数据分析流程如图5所示，包括：

(1)数据读取：读取加速度传感器、陀螺仪等传感器数据；读取所有RFID阅读器中保存的该鱼类通过各个感应线圈的时间数据。

(2)加速度数据滤波：加速度时间序列数据存在随机误差和不规则波动，在后续计算中因误差积累，可能带来较大误差。滤波算法可去除大部分随机误差，让数据更平滑。常见滤波算法如限幅滤波算法、滑动平均滤波算法、Kalman滤波算法等。由于Kalman滤波算法在处理随机信号时更有优势，推荐使用Kalman滤波算法。

(3)角速度数据滤波：使用滤波算法对角速度数据进行滤波处理。滤波算法与加速度数据滤波类似。

(4)计算区段划分：以该鱼类穿过各个RFID感应线圈的时间，将鱼类游泳轨迹监测数据划分为多个区段。第一区段为鱼类释放时间起至穿过第一个RFID阅读器感应线圈止，第二区段为穿过第一个RFID阅读器感应线圈起至穿过第二个RFID阅读器感应线圈止，直到最后一个区段为穿过最后一个RFID阅读器感应线圈起至试验终点止。先从第一区段开始计算，即鱼类释放时间起至穿过第一个RFID阅读器感应线圈止，截取该时间段的各传感器监测数据，进行下一步分析。

(5)初始姿态、速度、位置确定：

1)确定初始姿态：通过加速度及角速度数据，计算系统的初始姿态，包括俯仰角、横滚角和航向角。优选的，系统搭载地磁传感器，采用地磁传感器输出数据，融合加速度数据，可提高初始姿态计算精度。

2)初始速度：第一个计算区段的初始速度为0，从第二个计算区段开始，其初始速度为上一个计算区段末段速度。

3)初始位置：第一个计算区段的初始位置为设释放鱼的初始位置，从第二个计算区段开始，其初始位置为上一个计算区段末位置。

(6)坐标系转换：由于鱼类在运动中会出现空间翻转，加速度传感器的X、Y、Z轴不再与绝对空间坐标X、Y、Z轴重合。此外，重力加速度还将在加速度传感器X、Y、Z轴上产生偏移分量。为解决此问题，通过陀螺仪输出的角速度数据来识别鱼类的空间姿态，将加速度传感器X、Y、Z轴组成的相对坐标系变换为绝对坐标系，得到鱼类在绝对坐标系中的航向，并通过坐标变换滤除重力加速度的偏移分量。

(7)速度计算：对加速度数据进行一次积分，得出鱼类运动的速度。

(8)运动停止判断：鱼类游泳行为比较复杂，可能出现中途停止游动。如在鱼类停止游动期间继续进行积分计算，则运动轨迹可能出现较大误差。本发明提出：如果鱼类停止运动，则将鱼类运动轨迹分段计算，以避免误差积累。采用速度进行运动停止判断，如速度小于某一阈值，则鱼类在试验期间曾处于静止状态，其运动轨迹需要进行分段计算。

(9)运动轨迹小段划分：可以是在一个计算区段内，例如第一区段或第二区段中，通过鱼类停止运动的时间，将鱼类运动轨迹划分为多个小段，仅计算运动部分的小段轨迹。例如，鱼类在0～60s的运动中，0～20s运动，20～30s静止，30～60s继续运动，则0～60s的运动轨迹由0～20s和30～60s小段轨迹组成。

(10)小段轨迹初始姿态、速度、位置确定：通过加速度、角速度以及地磁数据，计算各小分段的初始姿态，包括俯仰角、横滚角和航向角。第一小分段初始速度为0，初始位置为设释放鱼的初始位置。其他小分段运动均由静止开始，其初始速度为0，初始位置为上一段轨迹末位置。

(11)小分段位移计算及组合：对该小分段加速度数据进行二次积分，得出鱼类运动的位移。先计算第一小段运动轨迹的位移，再继续进行第二小段运动轨迹的初始姿态计算及位移计算，直至本计算区段的所有小分段位移都计算完成，最后将本计算区段内所有小段轨迹的位移组合到一起，即为本计算区段的总位移。

(12)位移计算：如果鱼类在本计算区段中未停止运动，则对加速度数据进行二次积分，得出鱼类运动的位移。

(13)误差判断及加速度数据补偿：设释放鱼的初始位置距离第一个RFID阅读器感应线圈的距离为d0，鱼类由初始位置游泳至第一个RFID阅读器感应线圈的时间为t0，d0及t0不仅作为计算区段划分的依据，同时也是鱼类运动轨迹的刚性约束，即计算出的鱼类运动轨迹，在时间t0时的运动距离(运动起始端到末端的直线距离)也应该是d0。但由于各种误差，计算出的轨迹在t0时的运动距离并不是d0，需要误差补偿。

考虑到加速度数据是运动轨迹计算中最关键的数据，为简便起见，仅对加速度数据做误差补偿，补偿方式如下：

1)根据上一步位移计算结果，计算鱼类运动轨迹在时间t0时的运动距离(运动起始端到末端的直线距离)d0'，并将d0'与d0比较。当d0'与d0之差的绝对值小于等于阈值d时，即|d0'-d0|≤d时，误差较小，无需进行误差补偿。当|d0'-d0|＞d时，误差较大，应进行补偿。

2)加速度数据补偿：给加速度时间序列数据统一乘以补偿因子a。当d0'＞d0时，说明计算的运动轨迹比实际运动快，此时a＜1。当d0'＜d0时，说明计算的运动轨迹比实际运动慢，此时a＞1。

3)将加速度时间序列数据统一乘以补偿因子a后，重新进行速度计算及位移计算，并再次判断d0'与d0的关系，直到满足|d0'-d0|≤d。

(14)计算下一区段：计算第二区段(即第一个RFID阅读器感应线圈起至第二个RFID阅读器感应线圈止)的速度、位移等数据，计算方法与第一区段相同。第二区段的初始速度及位置为第一区段末的速度及位置。第二区段计算完毕后继续进行下一区段的计算，直至所有区段计算完成。

(15)运动轨迹重构：将所有区段的位移数据组合在一起，即可得到鱼类在鱼道中游泳的三维运动轨迹。

(16)统计分析：对监测数据进行分析，除得到鱼类在鱼道中游泳的三维运动轨迹外，还可得到鱼类游泳平均速度、最大速度、最大加速度、游泳时间、静止时间及游泳速度随运动轨迹变化等参数，可对鱼类在鱼道中的游泳能力进行评价；结合鱼道的流量、流速、水深、水温等水力学特性，能更好的评价该种鱼类对鱼道的适应性，有利于鱼道的设计和运行优化。分析手段如下：

1)鱼类在鱼道中的游泳能力评价：通过计算鱼类持续游泳速度、爆发游泳速度、最大突进距离等参数，对鱼类游泳能力进行评价。

各指标计算方式如下：

持续游泳速度：取鱼类运动轨迹，剔除静止及运动持续时间不足20s的轨迹，对余下持续运动20s以上的轨迹，计算速度平均值。

爆发游泳速度：取鱼类运动轨迹，剔除静止及运动持续时间不足20s的轨迹，计算余下每段轨迹中速度的20s滑动平均值中的最大值，再取上述各段轨迹最大值中的最大值。

最大突进距离：对应上述爆发游泳速度的20s时间区段内的轨迹长度。

2)根据鱼类在鱼道中的运动特性，结合鱼道水力学特性，评价该种鱼类对鱼道的适应性，并提出优化建议。具体如下表。

综上所述，本发明可得到鱼类在鱼道中游泳的三维运动轨迹，还可得到鱼类游泳平均速度、最大速度、最大加速度、游泳时间、静止时间及游泳速度随运动轨迹变化等参数，结合鱼道的流量、流速、水深等水力学特性，能更好的评价该种鱼类对鱼道的适应性，有利于鱼道的设计和运行优化。

本发明可直接测量计算鱼类持续游泳速度、爆发游泳速度、最大突进距离等参数，相对其他间接测量方法更准确。

本发明综合运用各种软硬件手段提高测量精度，减小误差，获得的数据可靠性相对较高。

本发明获得的鱼类在鱼道中游动的三维运动轨迹，可在鱼道三维模型中展示，具有非常好的视觉效果。

Claims (7)

1.鱼道内鱼类行为分析方法，所述鱼类本体固定有数据采集器，所述鱼道内设置有多组对应连接的RFID阅读器以及阅读器感应线圈，各组对应连接的RFID阅读器以及阅读器感应线圈以设置的间隔距离布置在鱼道内，其特征在于，所述方法包括：

鱼类从鱼道初始位置开始游动，游动过程中数据采集器实时采集记录鱼类在游动过程中的相关数据；当鱼类穿过阅读器感应线圈时，对应RFID阅读器记录数据采集器的RFID标识与穿过阅读器感应线圈的时间；

测量并记录鱼道内的水力学特性数据；

当鱼类游动至鱼道末端时，结束数据采集，获取数据采集器采集的数据，对数据进行处理；

根据对数据的处理结果以及对应鱼道内的水力学特性数据对鱼类的行为进行分析；

所述数据采集器包括加速度传感器、角速度传感器、地磁传感器以及控制模块，所述加速度传感器、角速度传感器以及地磁传感器分别与控制模块连接，所述加速度传感器、角速度传感器以及地磁传感器均为三轴传感器，三轴分别为X轴、Y轴、Z轴；

所述获取数据采集器采集的数据，对数据进行处理具体包括：

根据鱼类穿过各个阅读器感应线圈的时间将鱼类游动过程中数据采集器采集的数据划分为多个区段，第一区段为鱼类从鱼道初始位置开始至穿过第一个阅读器感应线圈止，第二区段为穿过第一个阅读器感应线圈起至穿过第二个阅读器感应线圈止，直到最后一个区段为穿过最后一个阅读器感应线圈起至鱼道末端止；

确定各个区段的姿态、速度以及位置，具体包括：

通过各区段加速度、角速度以及地磁数据计算鱼类在个区段运动的姿态，包括俯仰角、横滚角和航向角；

第一区段的初始速度为0，从第二区段开始，其对应的初始速度为上一个区段末段时的速度；

第一区段的初始位置为鱼道的初始位置，从第二区段开始，其对应的初始位置为上一个区段的末位置；

通过对各个区段的加速度数据进行二次积分，得到各个区段鱼类的运动位移；

将所有区段的位移数据组合在一起，得到鱼类在鱼道中游动的运动轨迹；

通过对各个区段的加速度数据进行二次积分，得到各个区段鱼类的运动位移的过程中还包括对数据误差判断以及加速度数据补偿，具体包括：

对该区段加速度数据进行二次积分，得到对应的位移d0'，将d0'与该区段的直线距离d0进行比较，若d0'与d0之差的绝对值小于等于阈值距离d时，则无需对该区段的加速度数据进行补偿；

若d0'与d0之差的绝对值大于阈值距离d时， 则对该区段的加速度数据进行补偿；

补偿方式为：对该区段的加速度数据乘以补偿因子a，当d0'＞d0时，a＜1；当d0'＜d0时，a＞1；

对该区段的加速度数据乘以补偿因子后，重新计算该区段的位移，并再次判断d0'与d0之差的绝对值大小，直至满足d0'与d0之差的绝对值小于等于阈值距离d。

2.根据权利要求1所述的鱼道内鱼类行为分析方法，其特征在于，所述获取数据采集器采集的数据，对数据进行处理具体包括：

获取加速度传感器采集的加速度数据以及角速度传感器采集的角速度数据，并采用限幅滤波算法、滑动平均滤波算法或Kalman滤波算法对加速度数据以及角速度数据进行滤波处理。

3.根据权利要求1所述的鱼道内鱼类行为分析方法，其特征在于，所述获取数据采集器采集的数据，对数据进行处理具体包括：

当鱼类在游动中出现空间翻转时，则通过角速度数据识别鱼类的空间姿态，并将加速度传感器的X轴、Y轴、Z轴组成的相对坐标系变换为绝对坐标系，得到鱼类在绝对坐标系中的航向。

4.根据权利要求1所述的鱼道内鱼类行为分析方法，其特征在于，所述获取数据采集器采集的数据，对数据进行处理具体包括：

获取加速度传感器采集的加速度数据，对加速度数据进行一次积分，得到鱼类的游动速度；

将鱼类的游动速度与设置的阈值游动速度比较，若某时刻鱼类的游动速度小于设置的阈值游动速度，则判断鱼类出现过静止状态，则分段计算该鱼类的运动轨迹。

5.根据权利要求4所述的鱼道内鱼类行为分析方法，其特征在于，所述分段计算具体包括：

通过鱼类静止状态的时间，将鱼类运动轨迹分段，仅计算运动部分的轨迹；

通过加速度以及角速度数据计算各分段的初始姿态，包括俯仰角、横滚角和航向角；

第一分段初始速度为0，位置为初始位置，其他分段运动均由静止开始，初速度也为0，初始位置为上一段轨迹的末位置；

对各分段加速度数据进行二次积分，得到鱼类运动的位移。

6.根据权利要求1所述的鱼道内鱼类行为分析方法，其特征在于，根据对数据的处理结果以及对应鱼道内的水流特性数据对鱼类的行为进行分析具体包括：

若鱼类在初始位置静止不前，此时鱼道水流速度低于设置的第一阈值水流速度或水温低于设置的第一阈值温度，则判定鱼类活性差、或鱼类游动能力弱、或当前水温低于阈值温度、或鱼类缺乏水流刺激；

若鱼类在鱼道中游动一段距离后在休息区停留超过设置时间，此时休息区水流速度低于设置的第二阈值水流速度，或休息区水流速紊乱，则判定休息区容积大于设定的阈值容积、或休息区出入口设计不当、或休息区及休息区与鱼道主流结合处流场紊乱，鱼类缺乏主流引导。

7.根据权利要求1所述的鱼道内鱼类行为分析方法，其特征在于，根据对数据的处理结果以及对应鱼道内的水流特性数据对鱼类的行为进行分析具体包括：

若鱼类在鱼道中游动一段距离后折返游动，期间鱼类游持续游动速度小于等于水流速度，或鱼类爆发游动速度小于等于鱼道竖缝或过鱼孔口处水流速度，此时鱼道水流速度高于设置的第一阈值水流速度，或鱼道竖缝或过鱼孔口处水流速度高于设置的第二阈值水流速度，则判定鱼道中水流速度高于鱼类上溯能力，或鱼类在长时间游动后出现疲劳。

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