WO2019017132A1 - 生育状況測定装置及び生育状況測定方法 - Google Patents

生育状況測定装置及び生育状況測定方法 Download PDF

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WO2019017132A1
WO2019017132A1 PCT/JP2018/023221 JP2018023221W WO2019017132A1 WO 2019017132 A1 WO2019017132 A1 WO 2019017132A1 JP 2018023221 W JP2018023221 W JP 2018023221W WO 2019017132 A1 WO2019017132 A1 WO 2019017132A1
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WO
WIPO (PCT)
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aquatic organism
measuring device
activity level
low
fish
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/023221
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
山口　武治
雅紀 伊藤
Original Assignee
古野電気株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01K—ANIMAL HUSBANDRY; AVICULTURE; APICULTURE; PISCICULTURE; FISHING; REARING OR BREEDING ANIMALS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NEW BREEDS OF ANIMALS
    • A01K61/00—Culture of aquatic animals
    • A01K61/90—Sorting, grading, counting or marking live aquatic animals, e.g. sex determination
    • A01K61/95—Sorting, grading, counting or marking live aquatic animals, e.g. sex determination specially adapted for fish
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G17/00—Apparatus for or methods of weighing material of special form or property
    • G01G17/08—Apparatus for or methods of weighing material of special form or property for weighing livestock
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G9/00—Methods of, or apparatus for, the determination of weight, not provided for in groups G01G1/00 - G01G7/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/96—Sonar systems specially adapted for specific applications for locating fish

Definitions

  • the present invention mainly relates to a growth status measuring device for measuring the growth status of aquatic organisms such as fish.
  • Patent documents 1 to 4 disclose this type of technology.
  • the acoustic biomass monitoring device disclosed in Patent Document 1 floats a float with a transducer attached to the surface of the raw fish and transmits and receives sound waves while moving the position, and based on the reception result, fish TS (Target Strength) It is configured to determine the value. Then, the fish length is obtained based on the relationship between the TS value and the fish length.
  • a moving element having an opening is formed in a ginger, and ultrasonic waves are applied to the fish passing through the opening to measure the fish length.
  • the feed amount control system disclosed in Patent Document 3 is configured to calculate the weight of a fish by rotating a vibrator and integrating reception results in a split beam underwater detector.
  • the ultrasonic monitoring device disclosed in Patent Document 4 measures the biomass in ginger using ultrasonic waves.
  • standard spheres are used to correct the measurement results.
  • Patent Documents 1 to 4 may not be able to obtain the length and weight with high accuracy in some cases. And there was room for improvement.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to accurately determine the length and weight of a bred aquatic organism in consideration of the activity cycle of the aquatic organism.
  • a growth status measuring device having the following configuration. That is, this growth situation measuring device includes a transducer, a transmitting / receiving device, and a processing device.
  • the transducer transmits ultrasonic waves to water in which aquatic organisms are reared and receives reflected waves.
  • the transmission / reception device outputs a transmission signal to the transducer, and generates a reception signal based on the reflected wave received by the transducer.
  • the processing apparatus calculates at least one of the length and weight of the aquatic organism based on the received signal while the activity level of the aquatic organism is low.
  • the processor determines whether the activity level of the aquatic organism is low based on the received signal.
  • the processing device calculates at least one of the length and weight of the aquatic organism based on the intensity of the received signal during the time when the activity level is determined to be low.
  • the configuration for transmitting and receiving the ultrasonic wave to measure the length or weight of the aquatic organism can be used for the determination of the activity level, so the configuration can be simplified.
  • the reception signal it is possible to determine the activity level according to the current state of the aquatic organism.
  • the processing device determines the aquatic organism based on at least one of the density of the aquatic organism obtained by the received signal, the distribution in the water depth direction, and the moving speed. Preferably, it is determined whether the activity level is low.
  • the activity level can be determined by appropriately utilizing the non-active characteristics of the aquatic organism.
  • the processing device preferably determines that the activity level of the aquatic organism is low when the volume scattering intensity of the received signal in the region where the received signal appears is low.
  • the processor detects a single aquatic organism based on the received signal.
  • the processing apparatus determines that the activity level of the aquatic organism is low when the single aquatic organism appears in a predetermined number or more in a partial region in the depth direction near the water surface.
  • an activity level can be accurately determined about an aquatic organism which has the characteristic of becoming easy to swim near water surface partially in a non-active period.
  • the processor detects a single aquatic organism based on the received signal.
  • the processing apparatus determines that the activity level of the aquatic organism is low when the single-piece aquatic organism appearing continuously for a predetermined time or more appears while maintaining the state where the moving speed is below the predetermined value. Do.
  • the above-described growth status measuring device may have the following configuration. That is, this growth status measuring device determines whether the activity level is low based on whether the current time is included in the time zone in which the activity level of the aquatic organism is low during one day. Equipped with The processing device calculates at least one of the body length and the weight of the aquatic organism based on the intensity of the received signal during the period determined by the time determination unit that the activity level is low.
  • the time zone is determined based on the sunrise time and the sunset time.
  • the activity level can be appropriately determined using the nature in which the active period and the inactive period of aquatic organisms switch between sunrise and sunset.
  • the processing device acquires the arrival time of the sun and the sunrise time on the basis of the information on the position of the measurement site and the information on the current date.
  • the time zone is determined based on the type of aquatic organism.
  • the above-described growth status measuring device may have the following configuration. That is, this growth condition measuring device includes an optical sensor that detects light. The processing device determines whether the activity level of the aquatic organism is low based on the detection result of the light sensor. The processing device calculates at least one of the length and weight of the aquatic organism based on the strength of the reception signal during the time when the activity level is determined to be low.
  • the activity level of the aquatic organism can be determined by a simple method of detecting the ambient brightness.
  • power consumption can be reduced by not transmitting / receiving ultrasonic waves when the activity level is not low.
  • the processing apparatus performs statistical processing on results obtained for four hours or more while the received signal is obtained while the activity level of the aquatic organism is low.
  • the body length and the weight is calculated.
  • the following growth condition measurement method is provided. That is, by outputting a transmission signal to the transducer, ultrasonic waves are transmitted from the transducer to the water in which the aquatic organism is reared. A reception signal is generated based on the reflected wave received by the transducer. At least one of the length and weight of the aquatic organism is calculated based on the received signal while the activity level of the aquatic organism is low.
  • the block diagram which shows the whole structure of the growth condition measuring apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention.
  • the block diagram which shows the echo data acquisition apparatus which comprises the growing condition measuring apparatus of 2nd Embodiment.
  • the perspective view which shows a mode that a growth condition measuring apparatus is used in ginger.
  • FIG. 4 is a perspective view showing how the growing condition measuring device 1 is used in the ginger 60.
  • the growth state measuring device 1 of the present embodiment is used in a raw salmon 60 installed in the sea for the cultivation of fish, which is a type of aquatic organism.
  • the growth status measuring device 1 can acquire the length and weight of fish reared in the ginger 60.
  • the ginger 60 is configured as a net-shaped ginger 60, and includes a frame 61, a float 62, a net 63, and a pier 64. Further, adjacent to the ginger 60, a weir 70 is disposed to carry out operations such as shipping of fish farming.
  • the frame 61 is formed in a loop shape in plan view.
  • a plurality of floats 62 are attached to the frame 61, whereby the frame 61 can be floated on the water surface.
  • the frame 61 is connected to the weight of the bottom of the water by a mooring rope (not shown).
  • the upper end portion of the net 63 is fixed to the frame 61.
  • the net 63 is suspended so as to separate water to form a closed space, and fish are reared inside this space (hereinafter sometimes referred to as a rearing space).
  • a pier 64 for performing various operations related to aquaculture is fixed on the frame 61.
  • a float 11 is floated substantially at the center of the inside of the frame 61 of ginger, and the float 11 is connected to a pier 64 with a rope.
  • the growth condition measuring device 1 of the present embodiment is disposed on the float 11.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an entire configuration of the growth situation measuring device 1 of the first embodiment.
  • the growing condition measuring device 1 includes a transducer 2, a transmitting and receiving device 3, a processing device 4, an external memory connector 5, and a battery 6.
  • the transducer 2 is arrange
  • the transmission / reception device 3, the processing device 4, the external memory connector 5 and the battery 6 are accommodated in a waterproof case 12 installed on the upper surface of the float 11.
  • the transducer 2 includes a plurality of ultrasonic transducers (not shown).
  • the ultrasonic transducer converts the electric signal input from the transmitting and receiving device 3 to the transducer 2 into an ultrasonic wave, and transmits the ultrasonic wave into the water in the ginger 60. Further, the ultrasonic transducer receives the reflected wave that the transmitted ultrasonic wave is reflected by the fish and converts it into an electric signal.
  • the transmitter-receiver 2 outputs an electrical signal generated based on the reflected wave to the transmitter-receiver 3.
  • the transmission / reception apparatus 3 outputs a transmission signal which is an electric signal for transmitting an ultrasonic wave to the transmission / reception device 2, and receives an electric signal received from the transmission / reception device 2 to generate a reception signal.
  • the received signal is a digital signal.
  • the processing unit 4 controls transmission of ultrasonic waves from the transducer 2 via the transmission / reception unit 3, and obtains the length and weight of the fish by calculation based on the reception signal input from the transmission / reception unit 3.
  • the received signal for which length and weight are to be calculated is limited to the signal collected while the activity level of the fish is low.
  • the data such as the length and weight output from the processing device 4 is stored in the external memory 15 connected to the external memory connector 5. The detailed configuration of the processing device 4 will be described later.
  • the external memory connector 5 is configured to be able to electrically connect an external memory 15 which is a non-volatile storage medium.
  • the external memory 15 is configured as a removable memory, and is removed from the external memory connector 5 by the operator at an appropriate timing, and the data recorded by the growth status measuring device 1 is collected for use by another computer. Ru.
  • the battery 6 supplies power to the transmission / reception device 3 and the processing device 4 or the like.
  • the battery 6 is configured to be chargeable, and can be replaced with another charged battery if it is exhausted.
  • the processing device 4 obtains from the echo signal a target strength indicating the degree to which a part of ultrasonic waves hitting fish and scattering is returned to the incident direction, and the length and weight are calculated based on the target strength. Is configured.
  • the target strength is a parameter often used in sound resource surveys and the like, and the relation between the target strength TS expressed in decibels and the fish length L is generally expressed by the following relation.
  • TS 20 x log (L) + TS cm
  • TS cm is a target strength normalized by length.
  • the weight of a fish can be obtained from the target strength TS by using a conversion formula predetermined for each type of fish.
  • a plurality of ultrasonic transducers included in the transducer 2 are divided, for example, in the front and rear left and right, thereby Channels are provided.
  • the direction viewed from the transducer 2 of the echo source specifically, fish
  • the direction viewed from the transducer 2 of the echo source is obtained by finding the phase difference in the front-back direction and the left-right direction from the time difference of echo reaching four channels. Presumed.
  • the third order of the echo source is based on the direction of the echo source obtained by the split beam method and the distance between the transducer 2 and the echo source obtained by the known pulse echo method.
  • the original position is being sought.
  • the movement direction of the fish can be obtained, and the attitude angle of the fish can be obtained.
  • the processing device 4 includes a transmission / reception control unit 41, an echo acquisition unit 42, an activity level determination unit 43, a target detection unit 44, a target strength acquisition unit 45, and an attitude angle acquisition unit 46. And a target strength representative value calculation unit 47, a length acquisition unit 48, a weight acquisition unit 49, and a data output unit 50.
  • the processing device 4 is configured as a known computer (in the present embodiment, a PC), and includes a CPU, a ROM, a RAM, an HDD, and the like.
  • a program for realizing the growing condition measuring method of the present invention is stored in advance in the HDD.
  • the transmission / reception control unit 41, the echo acquisition unit 42, the activity level determination unit 43, the target detection unit 44, the target strength acquisition unit 45, and the attitude angle acquisition unit are obtained by cooperation of the above hardware and software. 46, a target strength representative value calculating unit 47, a length acquiring unit 48, a weight acquiring unit 49, and a data output unit 50 can be operated.
  • the processing device 4 is provided with an appropriate connector in addition to the external memory connector 5.
  • an input device such as a keyboard and an output device such as a display are provided. It can be connected electrically. These input devices and output devices are removed when actually making measurements.
  • the transmission / reception control unit 41 transmits an appropriate command signal to the transmission / reception device 3 so that the transmitter / receiver 2 repeatedly transmits ultrasonic waves at predetermined time intervals, and between transmission and transmission. Control to receive the reflected wave.
  • the echo acquisition unit 42 acquires a reception signal (hereinafter referred to as echo data) input from the transmission / reception device 3. Echo data is acquired for each of the four channels described above. The obtained echo data is output to the activity level determination unit 43, the target detection unit 44, and the data output unit 50.
  • echo data a reception signal (hereinafter referred to as echo data) input from the transmission / reception device 3. Echo data is acquired for each of the four channels described above.
  • the obtained echo data is output to the activity level determination unit 43, the target detection unit 44, and the data output unit 50.
  • the activity level determination unit 43 determines whether the activity level of the fish is low based on whether or not a predetermined tendency appears in the echo data obtained from the echo acquisition unit 42 (details will be described later). The activity level determination unit 43 outputs the determination result to the target detection unit 44 and the data output unit 50.
  • the life of the fish is repeated on a daily cycle, and during the day, a time zone with high activity level (hereinafter referred to as active phase) and a low time zone (hereinafter referred to as inactive phase) appear. Basically, it switches from the active phase to the inactive phase at the timing near the sunset time, and switches from the inactive phase to the active phase at the timing near the sunrise time.
  • active phase time zone with high activity level
  • inactive phase hereinafter referred to as inactive phase
  • the growth condition measuring device 1 of the present embodiment limits the received signal (echo data) on which the length and weight are calculated to be limited to those obtained in the non-active phase of the fish. It makes it easy to separate echoes and improves the accuracy of measurement results. A specific method of determining the activity level will be described later.
  • the target detection unit 44 detects the three-dimensional position of a single fish (hereinafter may be referred to as a target) by analyzing echo data obtained from the echo acquisition unit 42 by the above-described split beam method. Further, the target detection unit 44 obtains the echo intensity of the fish from the echo data, and estimates the velocity vector of the fish by tracking the change in the position of the fish with time transition.
  • the target strength acquisition unit 45 performs calculation of the target strength by performing correction (directed) on the fish echo intensity obtained by the target detection unit 44 based on the three-dimensional position of the fish.
  • the target strength acquisition unit 45 outputs the obtained target strength to the target strength representative value calculation unit 47.
  • the posture angle acquisition unit 46 detects the posture angle (specifically, the pitch angle) of the fish based on the direction of the speed vector of the fish obtained by the target detection unit 44.
  • the attitude angle acquisition unit 46 outputs the acquired attitude angle to the target strength representative value calculation unit 47.
  • the target strength representative value calculation unit 47 receives the target strength from the target strength acquisition unit 45 and the attitude angle from the attitude angle acquisition unit 46 for each target detected by the target detection unit 44. Then, the target strength representative value calculation unit 47 determines that the obtained posture angle is in a predetermined range close to horizontal (for example, the horizontal posture is zero, the posture in which the head is lowered is negative, and the posture in which the head is raised is positive. Kernel density estimation is performed to obtain a target strength distribution density curve for those that satisfy -10 ° or more and 10 ° or less.
  • the target strength representative value calculation unit 47 of this embodiment the kernel density estimation regarding the target strength is performed excluding the data when the fish has a large inclined posture angle. This makes it possible to accurately obtain a representative target strength as a representative value to be described later.
  • Kernel density estimation is a well-known process, so detailed explanation is omitted, but it is one of the statistical processes to estimate the distribution of population based on finite measurement data, and the probability distribution given to each measurement data
  • a distribution density curve is obtained by adding the shapes (called kernel functions).
  • a smooth distribution density curve can be obtained by using, for example, a kernel based on a Gaussian function as the kernel function.
  • the target strength representative value calculation unit 47 obtains a target strength corresponding to the maximum value of the distribution density curve obtained as described above as a representative value of the target strength. Therefore, this representative value means the mode in statistics of target strength.
  • kernel density estimation in this manner, target strength can be determined with higher accuracy than in the case of using a simple frequency distribution (eg, a histogram).
  • the reliability of the representative value can be increased by detecting a large number of targets over a long period of time and collecting a large amount of data of the target strength.
  • statistical processing is performed on the results obtained for the received signal of 4 hours or more to measure the length and weight. It was confirmed that there is room for raising the measurement accuracy to a practical level and achieving an accuracy within 5% for the weight (details will be described later).
  • the reception signal may be continuously acquired once for four hours or more, or the accumulated time acquired intermittently may be four hours or more.
  • the target strength representative value calculation unit 47 outputs the obtained target strength representative value to the length acquisition unit 48 and the weight acquisition unit 49.
  • the length acquisition unit 48 calculates the average length of the fish from the representative value of the target strength acquired by the target strength representative value calculation unit 47 based on the above-mentioned relational expression.
  • the length acquisition unit 48 outputs the acquired length to the data output unit 50.
  • the weight obtaining unit 49 calculates the average weight of the fish from the representative value of the target strength obtained by the target strength representative value calculating unit 47 based on the above-described conversion formula.
  • the weight obtaining unit 49 outputs the obtained weight to the data output unit 50.
  • the data output unit 50 when the activity level determination unit 43 determines that the activity level of the fish is low, the echo data obtained from the echo acquisition unit 42, the length obtained by the length acquisition unit 48, and the weight acquisition unit 49 The obtained weight is output to the external memory 15 connected to the external memory connector 5.
  • the measurement can be performed only in the inactive period of the fish where the crowding degree of the herd is low and the movement becomes dull, so that the fish length and weight can be obtained with high accuracy.
  • FIG. 2 shows, as an image, received signals when ultrasonic waves are transmitted from the transmitter / receiver 2 to the ginger 60 for cultivating red sea bream in the active and inactive periods.
  • Each image corresponds to water depth in the vertical direction and time in the horizontal direction, similar to the echo image displayed on the fish finder.
  • the bright part in the image is an echo, and is expressed so as to become whiter as the intensity becomes larger.
  • the white part always appearing near the depth of 1.5 meters is suspended below the transducer 2 as shown in FIG. 4 for calibration of the apparatus. It is an echo by the calibration ball 7.
  • the white part appearing in the region deeper than 1.5 meters in depth is the echo of ultrasound reflected by the red sea bream.
  • FIGS. 2 (a) and 2 (b) it is possible to point out the following three features of the behavior of the red sea bream in the non-active period as compared with the active period.
  • the first relates to the density of fish, and the density of fish stocks produced by non-active red sea bream is lower than that in the active phase.
  • Fig. 2 (b) is a non-active echo image, and the echo intensity of the fish school is relatively small compared to the echo intensity of the active fish school of Fig. 2 (a), and the spatial echo density is also I understand that it is small.
  • the second relates to the distribution of fish in the water depth direction, and in the non-active red sea bream, it is easier for some to act in the shallow water region than in the active phase.
  • FIG. 2 (b) it can be seen that in the non-active echo image, several echoes appear near a depth of 2 to 3 meters.
  • Whether the activity level of the fish is low depends on whether or not at least one of the above three features specific to inactive fish can be detected from the echo data acquired by the echo acquisition unit 42. It is determined whether or not.
  • the first feature described above can be detected based on whether the average value of the density or intensity of the echo signal in a region in the depth direction in which the echo signal appears is equal to or less than a predetermined value.
  • the volume scattering intensity which is a well-known parameter is calculated based on echo data, and the distribution density of fish is roughly estimated by dividing this by the target strength of fish per animal, and the activity level of fish is May be determined based on the distribution density.
  • the target strength of a fish per animal may be a value obtained using a received signal in the past, or a value published by a specialized organization or the like may be used.
  • the second feature can be detected based on whether or not a predetermined number or more of echo signals appear in a partial region in the water depth direction (a region of 2 meters to 3 meters in depth) near the water surface.
  • the third feature can be detected based on whether or not a predetermined number or more of echo signals appear for a predetermined time or more when the moving speed is lower than the predetermined speed.
  • the inactive period for example, the third feature
  • the activity level of the fish can be determined from the reception signal (echo data) obtained by transmission and reception of ultrasonic waves, it is not necessary to provide special hardware, and a simple configuration can be realized. In addition, it is possible to make a practical judgment based on the current state of the fish.
  • the echoes of red sea bream in a region of 2 to 3 meters in depth are spatially sparse and the echoes The separation is particularly easy. Therefore, the measurement accuracy can be further improved by limiting the targets to be detected to measure the length and weight to the echoes of a partial region in the water depth direction.
  • the operator installs the growth state measuring device 1 with the external memory 15 and the charged battery 6 attached, on the water surface of the ginger 60 in the daytime. Thereafter, when the fish becomes inactive at night, the length and weight of the fish are automatically calculated in the processor 4 and the measurement results are stored in the external memory 15. By collecting the external memory 15 after the next morning, the operator can obtain the measurement result. Further, by exchanging the external memory 15 and the battery 6 on a daily basis, it is possible to obtain the transition of the measurement result on a daily basis.
  • the growing condition measuring device 1 of the present embodiment includes the transducer 2, the transmitting and receiving device 3, and the processing device 4.
  • the transducer 2 transmits an ultrasonic wave to the water in which the fish is reared and receives a reflected wave.
  • the transmitter / receiver 3 outputs a transmission signal to the transmitter / receiver 2 and generates a reception signal based on the reflected wave received by the transmitter / receiver 2.
  • the processor 4 calculates the length and weight of the fish based on the received signal while the activity level of the fish is low.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an echo data acquisition device 1x constituting the growth condition measurement device of the second embodiment.
  • members that are the same as or similar to the above-described embodiment may be assigned the same reference numerals in the drawings, and descriptions thereof may be omitted.
  • the echo data acquisition device 1x of the present embodiment shown in FIG. 3 includes a data storage device 4x.
  • This data storage device 4x has the function of determining whether the activity level of the fish is low and the function of calculating the length and weight from the processing device 4 included in the growth situation measuring device 1 of the first embodiment. Equivalent to.
  • the echo data acquired by the echo acquisition unit 42 is stored in the external memory 15 by the data output unit 50 as it is.
  • the external memory 15 is collected by the worker, and the echo data is processed by another computer (hereinafter referred to as a processing computer) to measure the length and weight of the fish.
  • the processing computer includes a target detection unit 44, a target strength acquisition unit 45, an attitude angle acquisition unit 46, a target strength representative value calculation unit 47, a length acquisition unit 48, and the like included in the processing apparatus 4 in the first embodiment (FIG. 1).
  • the configuration corresponding to the weight acquisition unit 49 is provided. Therefore, in the present embodiment, a processing device for calculating the body length and weight is disposed in the above-described processing computer, and the echo data collecting device 1x and the processing computer constitute a growth status measuring device.
  • the echo data acquisition device 1x includes a start / stop circuit 55 for realizing timer start and timer stop.
  • the start / stop circuit 55 is driven by the battery 6 provided in the echo data acquisition device 1x.
  • the start / stop circuit 55 includes a current time acquisition unit 51, an arrival time acquisition unit 52 for a sunrise day, and a time determination unit 53.
  • the time acquisition unit 51 is formed of, for example, a quartz clock, and can acquire the current date and time.
  • the current date acquired by the time acquisition unit 51 is output to the entry time acquisition unit 52 of the sunrise day. Also, the current time acquired by the time acquisition unit 51 is output to the time determination unit 53.
  • the sunrise time arrival time acquisition unit 52 acquires the sunrise time and the sunset time on the date by calculation.
  • the sunrise time and the sunset time differ depending on the point where the production 60 (in other words, the echo data collection device 1x) is installed. Therefore, the operator can input information on the position of the measurement site to the echo data acquisition device 1x using an input device (not shown) such as a key or dial, etc., and the sunrise time and the input point can be used.
  • the arrival time of the day is determined.
  • the echo data collection device 1x may be provided with a GNSS positioning device (not shown), and the GNSS positioning may be performed so that the sunrise time arrival time acquisition unit 52 can automatically acquire the position of the measurement location.
  • the time determination unit 53 determines that the current time obtained by the time acquisition unit 51 is a predetermined time after the sunset time based on the sunrise time and the sunset time acquired by the sunrise time acquisition unit 52 of the sunrise day. It is determined whether or not it is included in a predetermined time zone (a non-active time zone) until a predetermined time before the sunrise time.
  • the start and end times of the inactive period depend on the type of fish. Therefore, it is preferable to be able to set in advance the timing when the inactivity period starts and ends with reference to the sunrise time or the sunset time using the above-mentioned input device or the like. Thereby, echo data of non-active phase can be acquired for various types of fish, and the length and weight can be accurately measured based on this.
  • the time determination unit 53 substantially determines whether the activity level of the fish is low based on the current time.
  • the start / stop circuit 55 turns on the supply of power from the battery 6 to the transmitting / receiving device 3 and the data storage device 4x. Turn off the supply. As a result, echo data of the inactive period can be stored in the external memory 15 by the echo data acquisition device 1x. Further, when the activity level is not low, power consumption can be reduced by not supplying power to the transmission / reception device 3 and the data storage device 4x, and the frequency of replacement of the battery 6 can be reduced.
  • the start / stop circuit 55 may determine the activity level of the fish based on the ambient brightness.
  • the start / stop circuit 55 includes, for example, a light sensor (not shown) attached to the waterproof case 12 and is configured to be able to detect ambient light. Then, the start / stop circuit 55 determines whether the activity level of the fish is low or not on the basis of the timing when the sky is bright and the timing when it is dark, not the sunrise time and the sunset time. This also allows echo data to be acquired only during inactive periods.
  • the growth state measuring apparatus 1 includes a camera for photographing underwater, and the camera detects the movement of a video of a fish school by image processing, whereby the activity level of the fish can be acquired.
  • the growth status measuring device 1 is provided with a velocity meter that measures the water flow generated as the fish swims, and it is thereby possible to acquire whether or not the fish is active, and thus the activity level.
  • the above camera or flow meter may be included in the echo data acquisition device 1x of the second embodiment.
  • both the determination of the activity level of the fish based on the received signal and the determination based on the time zone described in the second embodiment may be performed.
  • the float 11 may be connected to a suitable jig fixed to the frame 61 of the production rod 60, for example, with a rope.
  • the waterproof case 12 may be installed on the frame 61 of the ginger 60, the pier 64 or the weir 70 or the like.
  • power may be supplied to the growth state measuring device 1 from a generator installed outside the growth state measuring device 1 (for example, the pier 64 or the weir 70 or the like).
  • a solar cell may be provided instead of the battery 6.
  • replacement of the battery 6 and replacement of the external memory 15 can be omitted by configuring the output contents of the data output unit 50 to be able to be transmitted to an external computer by wireless communication means, thus greatly improving convenience. be able to.
  • the transducer 2 may be fixed to an appropriate jig fixed to, for example, the frame 61 or the pier 64 of the production rod 60 instead of being arranged to be suspended from the float 11.
  • the transducer 2 may be installed upward at the bottom of the breeding space formed inside the net 63 instead of being installed downward near the water surface, for example. In this case, the influence of bubbles and waves on the echo signal can be reduced.
  • the growing condition measuring device 1 may be used not in the form of ginger 60 of the type provided with the frame 61 as shown in FIG.
  • the length and weight of the fish can be measured, for example, by lifting the central part of the net on the ceiling side of the sink type production ceiling with a crane or the like and floating the growth status measuring device 1 on the water surface .
  • a configuration corresponding to the start / stop circuit 55 is provided in the data storage device 4x to correspond to the inactive period. Only echo data acquired in a time zone may be stored in the external memory 15.
  • the data storage device 4x may be configured to measure the body length and weight in the same manner as in the first embodiment and store the data in the external memory 15.
  • the target strength may be obtained by a known dual beam method or a single beam method.
  • the growth condition measuring device 1 is not limited to red sea bream, and can also be used to measure the length and weight of various aquatic organisms.

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Abstract

【課題】水生生物の活動周期を考慮して、飼育される水生生物の体長や体重を精度よく求める。 【解 決手段】生育状況測定装置１は、送受波器２と、送受信装置３と、処理装置４と、を備える。送受波器２は、水生生物が飼育される水中に超音波を送波するとと もに反射波を受波する。送受信装置３は、送受波器２に送信信号を出力するとともに、送受波器２で受波された反射波に基づいて受信信号を生成する。処理装置 ４は、水生生物の活動レベルが低い間における受信信号に基づいて、当該水生生物の体長及び体重のうち少なくとも何れかを算出する。

Description

生育状況測定装置及び生育状況測定方法
　本発明は、主として、魚等の水生生物の生育状況を測定する生育状況測定装置に関する。
　従来から、養殖等のために例えば生簀で飼育される水生生物の体長や体重を測定する技術が知られている。特許文献１から４までは、この種の技術を開示している。
　 特許文献１が開示する音響バイオマス監視装置は、生簀の水面に送受波器を取り付けたフロートを浮かべて、位置を動かしながら音波の送受が行われ、この受信 結果に基づいて魚のＴＳ（Ｔａｒｇｅｔ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）値を求める構成となっている。そして、ＴＳ値と魚体長との関係式に基づいて、魚体長が求められ る。
　特許文献２に開示される活魚計測装置では、生簀に、開口部を形成した移動子を設け、この開口部を通過する魚に超音波を当てることにより、魚の体長を計測している。
　特許文献３に開示される給餌量制御システムは、スプリットビーム式の水中探知機において、振動子を回転させて、受信結果を積算することにより、魚体重を算出する構成となっている。
　特許文献４が開示する超音波監視装置は、超音波を用いて、生簀内のバイオマスを測定している。また、バイオマスの測定の精度を向上するために、標準球を用いて、測定結果を補正している。
米国特許出願公開第２００６／００１８１９７号明細書 特許第３７４７３０８号公報 中国特許出願公開第１０３４４４６１３号明細書 中国特許出願公開第１０１７２６７４０号明細書
　しかし、魚が密集度の高い群れをなして遊泳すること等が原因で、上記特許文献１から４までに提案される技術では体長及び体重を高精度で求めることができない場合があり、この点で改善の余地があった。
　本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、水生生物の活動周期を考慮して、飼育される水生生物の体長や体重を精度よく求めることにある。
課題を解決するための手段及び効果
　本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
　 本発明の第１の観点によれば、以下の構成の生育状況測定装置が提供される。即ち、この生育状況測定装置は、送受波器と、送受信装置と、処理装置と、を備え る。前記送受波器は、水生生物が飼育される水中に超音波を送波し、反射波を受波する。前記送受信装置は、前記送受波器に送信信号を出力し、前記送受波器で 受波された前記反射波に基づいて受信信号を生成する。前記処理装置は、前記水生生物の活動レベルが低い間における前記受信信号に基づいて、当該水生生物の 体長及び体重のうち少なくとも何れかを算出する。
　これにより、一般的にエコーを分離し易く、水生生物の動きも鈍くなる魚の非活動期に限定して、受信信号から魚の体長及び体重を算出するので、測定精度を大幅に向上させることができる。
　 前記の生育状況測定装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記処理装置は、前記受信信号に基づいて前記水生生物の前記活動レベルが低い か否かを判定する。前記処理装置は、前記活動レベルが低いと判定された間における前記受信信号の強度に基づいて、前記水生生物の前記体長及び前記体重のう ち少なくとも何れかを算出する。
　これにより、水生生物の体長又は体重を測定するために超音波を送受波する構成を、活動レベルの判定のために用いることができるので、構成を簡素化することができる。また、受信信号を用いることで、水生生物の現在の状態に即した活動レベルの判定を行うことができる。
　前記の生育状況測定装置においては、前記処理装置は、前記受信信号により得られた前記水生生物の密集度、水深方向での分布、及び移動速度のうち少なくとも何れかに基づいて、前記水生生物の前記活動レベルが低いか否かを判定することが好ましい。
　これにより、水生生物が有する非活動期の特性を適切に利用して、活動レベルを判定することができる。
　前記の生育状況測定装置においては、前記処理装置は、前記受信信号が現れている領域における当該受信信号の体積散乱強度が低い場合に、前記水生生物の前記活動レベルが低いと判定することが好ましい。
　これにより、群れをなす密集度が非活動期に低くなる特性を有する水生生物について、活動レベルを正確に判定することができる。
　 前記の生育状況測定装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記処理装置は、前記受信信号に基づいて、単体水生生物を検出する。前記処理 装置は、水面近傍である水深方向の一部領域において前記単体水生生物が所定の数以上現れた場合に、前記水生生物の前記活動レベルが低いと判定する。
　これにより、非活動期に一部が水面近傍で遊泳し易くなる特性を有する水生生物について、活動レベルを正確に判定することができる。
　 前記の生育状況測定装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記処理装置は、前記受信信号に基づいて、単体水生生物を検出する。前記処理 装置は、移動速度が所定以下である状態を維持しながら所定時間以上継続して現れる前記単体水生生物が所定の数以上現れた場合に、前記水生生物の前記活動レ ベルが低いと判定する。
　これにより、非活動期に水生生物の動きが鈍くなることを利用して、活動レベルを正確に判定することができる。
　 前記の生育状況測定装置においては、以下の構成とすることもできる。即ち、この生育状況測定装置は、１日のうち前記水生生物の前記活動レベルが低い時間帯 に現在時刻が含まれるか否かに基づいて、前記活動レベルが低いか否かを判定する時間判定部を備える。前記処理装置は、前記活動レベルが低いと前記時間判定 部により判定された間における前記受信信号の強度に基づいて、前記水生生物の前記体長及び前記体重のうち少なくとも何れかを算出する。
　これにより、時間に基づく簡便な方法によって、水生生物の活動レベルを判定することができる。また、活動レベルが低くないときは超音波の送受波を行わないようにすることで、消費電力を低減することができる。
　前記の生育状況測定装置においては、前記時間帯は、日の出時刻及び日の入時刻に基づいて定められることが好ましい。
　これにより、水生生物の活動期と非活動期が日の出と日の入りとの関係で切り換わる性質を利用して、活動レベルを適切に判定することができる。
　前記の生育状況測定装置においては、前記処理装置は、測定場所の位置に関する情報と、現在の日付に関する情報と、に基づいて、前記日の入時刻及び前記日の出時刻を取得することが好ましい。
　これにより、日の出と日の入りが日付及び場所に応じて異なる状況に対応することができる。
　前記の生育状況測定装置においては、前記時間帯は、前記水生生物の種類に基づいて定められることが好ましい。
　これにより、非活動期の開始時期と終了時期が水生生物の種類によって異なる状況に対応することができる。
　 前記の生育状況測定装置においては、以下の構成とすることもできる。即ち、この生育状況測定装置は、光を検出する光センサを備える。前記処理装置は、前記 光センサの検出結果に基づいて前記水生生物の前記活動レベルが低いか否かを判定する。前記処理装置は、前記活動レベルが低いと判定された間における前記受 信信号の強度に基づいて、前記水生生物の前記体長及び前記体重のうち少なくとも何れかを算出する。
　これにより、周囲の明るさを検出する簡便な方法によって、水生生物の活動レベルを判定することができる。また、活動レベルが低くないときは超音波の送受波を行わないようにすることで、消費電力を低減することができる。
　前記の生育状況測定装置において、前記処理装置は、前記水生生物の活動レベルが低い間における前記受信信号を４時間以上にわたって得た結果に対して統計的な処理を行うことにより、前記水生生物の前記体長及び前記体重のうち少なくとも何れかを算出することが好ましい。
　これにより、測定精度を、例えば体重で５％の測定誤差を実現可能なレベルまで効果的に高めることができる。
　 本発明の第２の観点によれば、以下の生育状況測定方法が提供される。即ち、送受波器に送信信号を出力することにより、水生生物が飼育される水中に前記送受 波器から超音波を送波する。前記送受波器により受波した反射波に基づいて受信信号を生成する。前記水生生物の活動レベルが低い間における前記受信信号に基 づいて、当該水生生物の前記体長及び前記体重のうち少なくとも何れかを算出する。
　これにより、一般的にエコーを分離し易く、水生生物の動きも鈍くなる魚の非活動期に限定して、受信信号から魚の体長及び体重を算出するので、測定精度を大幅に向上させることができる。
本発明の第１実施形態に係る生育状況測定装置の全体的な構成を示すブロック図。 マダイの活動期と非活動期のエコーデータを比較して示す図。 第２実施形態の生育状況測定装置を構成するエコーデータ収集装置を示すブロック図。 生簀において生育状況測定装置が用いられる様子を示す斜視図。
　次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図４は、生簀６０において生育状況測定装置１が用いられる様子を示す斜視図である。
　図４に示すように、本実施形態の生育状況測定装置１は、水生生物の一種である魚の養殖のために海に設置された生簀６０において使用される。生育状況測定装置１は、生簀６０内で飼育される魚の体長及び体重を取得することができる。
　生簀６０は、網型の生簀６０として構成されており、枠６１と、浮き６２と、網６３と、桟橋６４と、を備える。また、生簀６０に隣接して、養魚の出荷等の作業をするための筏７０が配置されている。
　枠６１は、平面視でループ状となるように形成されている。枠６１には複数の浮き６２が取り付けられており、これにより枠６１を水面に浮かべることができる。枠６１は、図示しない係留用のロープによって水底の重りに接続されている。
　枠６１には、網６３の上端部が固定されている。網６３は、水中を仕切って閉鎖空間を形成するように吊り下げられており、この空間（以下、飼育空間と呼ぶ場合がある。）の内部で魚が飼育される。枠６１の上には、養殖に関する各種作業を行うための桟橋６４が固定されている。
　図４に示すように、生簀の枠６１の内側のほぼ中央部にはフロート１１が浮かべられており、このフロート１１は桟橋６４にロープで繋がれている。このフロート１１に、本実施形態の生育状況測定装置１が配置されている。
　次に、生育状況測定装置１について説明する。図１は、第１実施形態の生育状況測定装置１の全体的な構成を示すブロック図である。
　生育状況測定装置１は、図１等に示すように、送受波器２と、送受信装置３と、処理装置４と、外部メモリコネクタ５と、バッテリー６と、を備える。
　 生育状況測定装置１が備える構成のうち、送受波器２は、図４に示すように、水面近くの位置でフロート１１に吊り下げられるように下向きに配置される。送受 信装置３、処理装置４、外部メモリコネクタ５及びバッテリー６は、フロート１１の上面に設置された防水ケース１２に収容されている。
　 送受波器２は、図示しない複数の超音波振動子を備える。この超音波振動子は、送受波器２に送受信装置３から入力された電気信号を超音波に変換して、生簀 ６０内の水中に超音波を送波する。また、超音波振動子は、送波した超音波が魚で反射した反射波を受波して電気信号に変換する。送受波器２は、反射波に基づ いて生成された電気信号を、送受信装置３に出力する。
　送受信装置３は、送受波器２に超音波を送波させるための電気信号である送信信号を出力するとともに、送受波器２から受信した電気信号を入力し、受信信号を生成する。本実施形態において、受信信号はデジタル信号とされている。
　 処理装置４は、送受信装置３を介して送受波器２からの超音波の送波を制御するとともに、送受信装置３から入力された受信信号に基づいて、魚の体長及び体重 を計算により取得する。ただし、体長及び体重を計算する対象の受信信号は、魚の活動レベルが低い間に収集された信号に制限される。処理装置４が出力した体 長及び体重等のデータは、外部メモリコネクタ５に接続された外部メモリ１５に保存される。なお、処理装置４の詳細な構成は後述する。
　 外部メモリコネクタ５は、不揮発性の記憶媒体である外部メモリ１５を電気的に接続可能に構成されている。外部メモリ１５はリムーバブル型メモリとして構成 されており、適宜のタイミングで作業者によって外部メモリコネクタ５から取り外され、生育状況測定装置１によって記録されたデータを他のコンピュータで利 用するために回収される。
　バッテリー６は、送受信装置３及び処理装置４等に電力を供給する。バッテリー６は、充電可能に構成されるとともに、消耗した場合は他の充電済みのバッテリーに交換できるようになっている。
　 次に、処理装置４による体長及び体重の計算について説明する。本実施形態において、処理装置４は、超音波が魚に当たって散乱する一部が入射方向に戻ってく る度合いを示すターゲットストレングスをエコー信号から求め、このターゲットストレングスに基づいて体長及び体重を算出するように構成されている。
　ターゲットストレングスは音響資源調査等において良く用いられるパラメータであり、デシベルで表されたターゲットストレングスＴＳと魚の体長Ｌとの関係は、一般的に、以下の関係式で表される。
　ＴＳ＝２０×log（Ｌ）＋ＴＳcm
　ここで、ＴＳcmは、体長で規準化されたターゲットストレングスである。
　また、魚の体重は、魚の種類毎に予め定められた変換式を用いることで、ターゲットストレングスＴＳから求めることができる。
　マダイを例にして説明すると、魚の体長をＬ（単位はセンチメートル）、魚の体重をＷ（単位はグラム）、ターゲットストストレングスをＴＳ（単位はデシベル）とした場合、体長Ｌは、例えば以下の関係式を用いて求めることができる。
　Ｌ＝１０(TS+66)/20
　体重Ｗは、例えば以下の変換式を用いて求めることができる。
　Ｗ＝０．０２×Ｌ3.05
　 本実施形態では、上記のターゲットストレングスを公知のスプリットビーム法により取得するために、送受波器２が備える複数の超音波振動子は、例えば前後左 右で分割され、これにより４つの位相測定用チャンネルが設けられている。スプリットビーム法では、４つのチャンネルに到達するエコーの時間差により前後方 向及び左右方向での位相差を求めることで、エコー源（具体的には、魚）の送受波器２から見た方向が推定される。この方向に基づいて、送受波器２が有する指 向性を補正することで、魚の位置によってターゲットストレングスが変化しないようにすることができる。
　また、本実施形態 では、スプリットビーム法で得られたエコー源の方向と、公知のパルスエコー法により得られた送受波器２とエコー源との距離と、に基づいて、エコー源の３次 元位置を求めている。この３次元位置の変化を追尾することにより、魚の移動方向を求め、これによって魚の姿勢角を得ることができる。
　 次に、処理装置４の具体的な構成を説明する。図１に示すように、処理装置４は、送受信制御部４１と、エコー取得部４２と、活動レベル判定部４３と、ター ゲット検出部４４と、ターゲットストレングス取得部４５と、姿勢角取得部４６と、ターゲットストレングス代表値計算部４７と、体長取得部４８と、体重取得 部４９と、データ出力部５０と、を備える。
　具体的に説明すると、処理装置４は公知のコンピュータ（本実施形態では、 ＰＣ）として構成され、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＨＤＤ等を備える。ＨＤＤには、本発明の生育状況測定方法を実現するためのプログラムが予め記憶されて いる。そして、上記のハードウェアとソフトウェアとの協働により、処理装置４を、送受信制御部４１、エコー取得部４２、活動レベル判定部４３、ターゲット 検出部４４、ターゲットストレングス取得部４５、姿勢角取得部４６、ターゲットストレングス代表値計算部４７、体長取得部４８、体重取得部４９、及びデー タ出力部５０等として動作させることができる。
　処理装置４には、外部メモリコネクタ５の他にも適宜のコネクタが設けられ ており、例えば処理装置４の初期設定を行う場合等に、キーボード等の入力装置、及び、ディスプレイ等の出力装置を電気的に接続することができる。これらの 入力装置及び出力装置は、実際に測定を行うときは取り外される。
　送受信制御部４１は、送受信装置３に対して適宜の指令信号を送信することにより、送受波器２が超音波を一定の時間間隔で反復して送波し、送波と送波の間で反射波を受波するように制御する。
　 エコー取得部４２は、送受信装置３から入力された受信信号（以下、エコーデータという。）を取得する。エコーデータは、上述の４つのチャンネルそれぞれに ついて取得される。得られたエコーデータは、活動レベル判定部４３、ターゲット検出部４４、及びデータ出力部５０に出力される。
　活動レベル判定部４３は、エコー取得部４２から得られたエコーデータに所定の傾向が表れているか否かに基づいて、魚の活動レベルが低いか否かを判定する（詳細は後述する）。活動レベル判定部４３は、この判定結果を、ターゲット検出部４４及びデータ出力部５０に出力する。
　 魚の生活は１日周期で繰り返され、１日の間に、活動レベルが高い時間帯（以下、活動期という。）と低い時間帯（以下、非活動期という。）が現れる。基本的 には、日の入時刻の付近のタイミングで活動期から非活動期に切り換わり、日の出時刻の付近のタイミングで非活動期から活動期に切り換わる。
　例えばマダイに関しては、活動期では生簀６０の浅くない部分で密集した群を形成しながら活発に遊泳する一方、非活動期では生簀６０の浅い部分と深い部分を含めた広範囲な領域で比較的に分散し、動きが鈍くなる性質を有する。
　 このことを考慮して、本実施形態の生育状況測定装置１は、体長及び体重を計算する根拠とする受信信号（エコーデータ）を魚の非活動期に取得されたものに限 ることで、魚のエコーの分離を容易とし、測定結果の精度の向上を図っている。なお、活動レベルを判定する具体的な方法については後述する。
　 ターゲット検出部４４は、エコー取得部４２から得られたエコーデータを上記のスプリットビーム法で解析することにより、単体の魚（以下、ターゲットと呼ぶ ことがある。）の３次元位置を検出する。また、ターゲット検出部４４はエコーデータから魚のエコー強度を求めるとともに、時間推移に伴う当該魚の位置の変 化を追尾することにより魚の速度ベクトルを推定する。
　ターゲットストレングス取得部４５は、ターゲット検出部４４で得ら れた魚のエコー強度に対して、魚の３次元位置に基づく（指向性の）補正を行うことで、ターゲットストレングスを計算により取得する。ターゲットストレング ス取得部４５は、得られたターゲットストレングスを、ターゲットストレングス代表値計算部４７に出力する。
　姿勢角取得部４６は、ターゲット検出部４４で得られた魚の速度ベクトルの向きに基づいて、魚の姿勢角（具体的には、ピッチ角）を検出する。姿勢角取得部４６は、得られた姿勢角を、ターゲットストレングス代表値計算部４７に出力する。
　 ターゲットストレングス代表値計算部４７には、ターゲット検出部４４で検出されたターゲット毎に、ターゲットストレングス取得部４５からターゲットストレ ングスが、姿勢角取得部４６から姿勢角が、それぞれ入力される。そして、ターゲットストレングス代表値計算部４７は、得られた姿勢角が水平に近い所定の範 囲（例えば、水平姿勢がゼロ、頭を下げた姿勢がマイナス、頭を上げた姿勢がプラスであるとして、－１０°以上かつ１０°以下）を満たすものについて、ター ゲットストレングスの分布密度曲線を得るためにカーネル密度推定を行う。
　例えばマダイのように鰾を有する魚の場合、超音 波が当たる鰾の向きが散乱に大きな影響を与える。従って、魚が水平に対して傾いていると、ターゲットストレングスの算出精度を大きく低下させる原因とな る。これを考慮して、本実施形態のターゲットストレングス代表値計算部４７では、大きく傾いた姿勢角を魚が有しているときのデータを除外して、ターゲット ストレングスに関するカーネル密度推定が行われる。これにより、後述する代表値としての代表ターゲットストレングスを精度良く求めることができる。
　 カーネル密度推定は周知であるので詳細な説明は省略するが、有限の測定データに基づいて母集団の分布を推定する統計的な処理の１つであり、それぞれの測定 データに付与された確率分布形状（カーネル関数という。）を足し合わせることで分布密度曲線を得るものである。カーネル関数として例えばガウス関数に基づ くカーネルを用いることで、滑らかな分布密度曲線を得ることができる。
　ターゲットストレングス代表値計算部４７は、上記 のようにして求めた分布密度曲線の最大値に相当するターゲットストレングスを、ターゲットストレングスの代表値として求める。従って、この代表値は、ター ゲットストレングスの統計学における最頻値を意味する。このようにカーネル密度推定を用いることにより、ターゲットストレングスを、単純な度数分布（例え ば、ヒストグラム）を用いる場合よりも高い精度で求めることができる。
　更に、長時間を掛けて多数のターゲットを検出し、 ターゲットストレングスのデータを多く集めることにより、代表値の信頼度を高めることができる。本願発明者の試算によれば、送受波の頻度及び魚の密度にも よるが、４時間以上の受信信号を得た結果に対して統計的な処理を行って体長及び体重を測定することにより、測定精度を実用的なレベルにまで高め、体重につ いて誤差５％以内の精度（詳細は後述）を実現できる余地があることが確かめられた。なお、受信信号は、４時間以上にわたって継続して１回で取得されても良 いし、断続的に取得された累計時間が４時間以上になっても良い。
　ターゲットストレングス代表値計算部４７は、得られたターゲットストレングスの代表値を、体長取得部４８及び体重取得部４９に出力する。
　体長取得部４８は、ターゲットストレングス代表値計算部４７が取得したターゲットストレングスの代表値から、上述の関係式に基づいて、魚の平均的な体長を計算により求める。体長取得部４８は、得られた体長を、データ出力部５０に出力する。
　体重取得部４９は、ターゲットストレングス代表値計算部４７が取得したターゲットストレングスの代表値から、上述の変換式に基づいて、魚の平均的な体重を計算により求める。体重取得部４９は、得られた体重を、データ出力部５０に出力する。
　データ出力部５０は、魚の活動レベルが低いと活動レベル判定部４３が判定した場合に、エコー取得部４２から得られたエコーデータ、体長取得部４８により得られた体長、及び体重取得部４９により得られた体重を、外部メモリコネクタ５に接続された外部メモリ１５に出力する。
　以上の構成により、群れの密集度が低く動きも鈍くなる魚の非活動期に限定して測定を行うことができるので、魚の体長及び体重を高い精度で得ることができる。
　 一般的に、養殖において養魚の現時点での体長及び体重を正確に知ることは、生産コストに大きな影響を与える給餌量の無駄を防止する点、及び、計画どおりの 出荷を実現する点から、極めて重要である。要求される測定精度は厳しく、例えば、魚体重の測定誤差は最大５％とする要請がある。しかしながら、測定誤差を ５％以内とするには、ターゲットストレングスにおいて０．１～０．２デシベル程度の極めて高い測定精度を実現しなければならない。このことから、測定精度 の観点から良好な状況下でターゲットストレングスの測定を行う本実施形態の構成は特に有効であるということができる。
　次に、活動レベル判定部４３が行う活動レベルの判定について説明する。
　図２は、活動期及び非活動期に、マダイを養殖する生簀６０に送受波器２から超音波を送波した場合の受信信号を画像として示したものである。それぞれの画像は、魚群探知機に表示されるエコー映像と同様に、縦方向が水深に、横方向が時間にそれぞれ対応する。
　画像において明るい部分がエコーであり、その強度が大きくなるほど白くなるように表現されている。
　 図２（ａ）及び図２（ｂ）の画像で水深１．５メートル付近に常時現れている白い部分は、装置の較正のために図４のように送受波器２の下方に吊り下げられる 較正球７によるエコーである。水深１．５メートルより深い領域に現れている白い部分が、超音波がマダイに反射したエコーである。
　図２（ａ）と図２（ｂ）を参照することにより、活動期と比較した場合の非活動期におけるマダイの行動の特徴について、以下の３つを指摘することができる。
　 第１は、魚の密集度に関するものであり、非活動期のマダイがなす魚群の密集度は、活動期と比べて低い。図２（ｂ）は非活動期のエコー画像であり、魚群のエ コーの強度が、図２（ａ）の活動期の魚群のエコーの強度に対して比較的小さく、空間的なエコー密度も小さいことがわかる。
　第２は、魚の水深方向での分布に関するものであり、非活動期のマダイは、活動期と比べて、その一部が水深の浅い領域で行動し易くなる。図２（ｂ）に示すように、非活動期のエコー画像において、水深２メートル～３メートル近くにいくつかのエコーが現れていることがわかる。
　第３に、魚の移動速度に関するものであり、非活動期のマダイは、活動期と比べて動きが鈍くなり、じっとしていることが多くなる。図２（ｂ）に示すように、非活動期のエコー画像において、横方向に長く延びるエコーが比較的多く現れていることがわかる。
　活動レベル判定部４３は、非活動期の魚に特有である上記の３つの特徴のうち少なくとも１つが、エコー取得部４２で取得したエコーデータから検出できるか否かによって、魚の活動レベルが低いか否かを判定する。
　 例えば、上記の第１の特徴は、エコー信号が現れている深さ方向の領域でのエコー信号の密度又は強度の平均値が所定値以下であるか否かで検出することができ る。なお、これに代えて、公知のパラメータである体積散乱強度をエコーデータに基づいて計算し、これを１匹あたりの魚のターゲットストレングスで除算する ことで魚の分布密度を大まかに推定し、魚の活動レベルが低いか否かを、この分布密度に基づいて判定しても良い。１匹あたりの魚のターゲットストレングス は、過去に受信信号を用いて求めた値を用いても良いし、専門機関が公表した値等を用いても良い。
　第２の特徴は、水面近傍である水深方向の一部領域（水深２メートルから３メートル程度の領域）においてエコー信号が所定の数以上現れているか否かで検出することができる。
　第３の特徴は、移動速度が所定速度以下の状態で所定時間以上現れているエコー信号が所定の数以上あるか否かで検出することができる。
　ただし、上記は一例であり、他の様々な方法によって魚の非活動期の特徴をエコーデータから検出することもできる。
　 なお、上述の非活動期の特徴のうち少なくとも何れか（例えば、第３の特徴）は、マダイだけでなく他の種類の魚でも共通であると考えられる。従って、この方 法によれば、魚種毎に設定を行う煩雑な作業を要することなく、魚の活動レベルを自動的に判定して、体長及び体重の高精度な測定を実現できる。また、超音波 の送受波によって得られる受信信号（エコーデータ）から魚の活動レベルを判定できるので、特別なハードウェアを設ける必要がなく、簡素な構成を実現でき る。また、現在の魚の状態に基づく実際的な判定を行うことができる。
　また、上記の第２の特徴に関連するが、図２（ｂ）に 示す非活動期において、水深２メートルから３メートル程度の領域にいるマダイのエコーは空間的に疎であり、エコー同士の分離が特に容易である。従って、体 長及び体重を測定するために検出するターゲットを、この水深方向の一部の領域のエコーに限定することで、測定精度を更に向上させることができる。
　 次に、生育状況測定装置１を用いた魚の体長及び体重の具体的な測定作業について説明する。作業者は、外部メモリ１５及び充電済みのバッテリー６を取り付け た状態の生育状況測定装置１を、昼間のうちに、生簀６０の水面に設置しておく。その後、夜になって魚が非活動期になると、処理装置４において魚の体長及び 体重が自動的に計算され、外部メモリ１５に測定結果が記憶される。翌日の朝以降に外部メモリ１５を回収することで、作業者は測定結果を得ることができる。 また、毎日の日中に外部メモリ１５とバッテリー６の交換作業を行うことで、１日毎の測定結果の推移を得ることができる。
　 以上に説明したように、本実施形態の生育状況測定装置１は、送受波器２と、送受信装置３と、処理装置４と、を備える。送受波器２は、魚が飼育される水中に 超音波を送波するとともに反射波を受波する。送受信装置３は、送受波器２に送信信号を出力するとともに、送受波器２で受波された反射波に基づいて受信信号 を生成する。処理装置４は、魚の活動レベルが低い間における受信信号に基づいて、魚の体長及び体重を算出する。
　これにより、一般的にエコーを分離し易く、魚の動きも鈍くなる魚の非活動期に限定して、受信信号から魚の体長及び体重を算出するので、測定精度を大幅に向上させることができる。
　次に、第２実施形態を説明する。図３は、第２実施形態の生育状況測定装置を構成するエコーデータ収集装置１ｘを示すブロック図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
　 図３に示す本実施形態のエコーデータ収集装置１ｘは、データ保存装置４ｘを備える。このデータ保存装置４ｘは、第１実施形態の生育状況測定装置１が備える 処理装置４から、魚の活動レベルが低いかどうかを判定する機能、及び、体長及び体重を計算する機能を省略したものに相当する。
　 エコーデータ収集装置１ｘでは、エコー取得部４２で取得したエコーデータが、そのままデータ出力部５０によって外部メモリ１５に保存される。外部メモリ １５が作業者によって回収され、エコーデータが図略の別のコンピュータ（以下、処理コンピュータという。）によって処理されることで、魚の体長及び体重が 測定される。
　処理コンピュータは、第１実施形態（図１）において処理装置４が備えるターゲット検出部４４、ターゲットス トレングス取得部４５、姿勢角取得部４６、ターゲットストレングス代表値計算部４７、体長取得部４８、及び体重取得部４９に相当する構成を備える。従っ て、本実施形態では、上記の処理コンピュータに、体長及び体重を算出する処理装置が配置され、エコーデータ収集装置１ｘと処理コンピュータにより生育状況 測定装置が構成されている。
　エコーデータ収集装置１ｘは、タイマ起動及びタイマ停止を実現するための起動停止回路５５を備える。この起動停止回路５５は、エコーデータ収集装置１ｘが備えるバッテリー６によって駆動される。
　起動停止回路５５は、現在時刻取得部５１と、日の出日の入時刻取得部５２と、時間判定部５３と、を備える。
　時刻取得部５１は、例えば水晶時計により構成されており、現在の日付及び時刻を取得することができる。時刻取得部５１が取得した現在の日付は、日の出日の入時刻取得部５２に出力される。また、時刻取得部５１が取得した現在の時刻は、時間判定部５３に出力される。
　 日の出日の入時刻取得部５２は、時刻取得部５１が取得した現在の日付の情報に基づいて、当該日付における日の出時刻と、日の入時刻と、を計算により取得す る。なお、日の出時刻及び日の入時刻は、生簀６０（言い換えれば、エコーデータ収集装置１ｘ）が設置されている地点によって異なる。従って、キーやダイア ル等の図示しない入力装置等を用いて作業者がエコーデータ収集装置１ｘに測定場所の位置の情報を入力できるように構成し、入力された地点を用いて日の出時 刻及び日の入時刻が求められることが好ましい。また、エコーデータ収集装置１ｘが図示しないＧＮＳＳ測位装置を備え、ＧＮＳＳ測位を行うことで日の出日の 入時刻取得部５２が測定場所の位置を自動的に取得できるように構成しても良い。
　時間判定部５３は、日の出日の入時刻取得部５２で取得された日の出時刻及び日の入時刻に基づいて、時刻取得部５１で得られた現在時刻が、日の入時刻の所定時間後から、日の出時刻の所定時間前までの所定の時間帯（非活動期の時間帯）に含まれているか否かを判定する。
　 非活動期の開始時期と終了時期は、魚の種類によって異なる。このため、日の出時刻又は日の入時刻を基準として非活動期がどのタイミングで開始及び終了する かを、上記の入力装置等を用いて予め設定可能に構成することが好ましい。これにより、様々な種類の魚について非活動期のエコーデータを取得し、これに基づ いて体長及び体重を精度良く測定することができる。
　本願発明者の研究により、例えばマダイの場合、日の入時刻から３０ 分～６０分後には前述の非活動期が開始し、この非活動期が、日の出時刻の３０分～６０分前には終了するという知見が得られている。従って、時間判定部５３ は、現在時刻を基準として、魚の活動レベルが低いか否かを実質的に判定しているということができる。
　起動停止回路５５ は、魚の活動レベルが低いと時間判定部５３で判定された場合は、バッテリー６から送受信装置３及びデータ保存装置４ｘへの電力の供給をオンし、そうでない 場合は、電力の供給をオフする。これにより、非活動期だけのエコーデータをエコーデータ収集装置１ｘによって外部メモリ１５に保存することができる。ま た、活動レベルが低くないときは送受信装置３及びデータ保存装置４ｘに電力を供給しないようにすることで、消費電力を低減することができ、バッテリー６の 交換頻度を下げることができる。
　起動停止回路５５は、周囲の明るさを基準にして魚の活動レベルを判定しても良い。具体的 には、起動停止回路５５は、例えば防水ケース１２に取り付けられた図略の光センサを備え、周囲の光を検出可能に構成されている。そして、起動停止回路５５ は、日の出時刻及び日の入時刻ではなく、空が明るくなったタイミング及び暗くなったタイミングを基準にして、魚の活動レベルが低いか否かを判定する。これ によっても、非活動期だけのエコーデータを取得することができる。
　以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
　 魚の活動レベルの取得は、上記の実施形態に限定せず、種々の方法によって行うことができる。例えば、水中を撮影するカメラを第１実施形態の生育状況測定装 置１が備え、当該カメラが魚群を撮影した映像の動きを画像処理によって検出することで、魚の活動レベルを取得することができる。また、魚が泳ぐことに伴っ て発生する水流を計測する流速計を生育状況測定装置１が備え、これにより、魚の泳ぎが活発か否か、ひいては活動レベルを取得することができる。上記のカメ ラ又は流速計が、第２実施形態のエコーデータ収集装置１ｘに備えられても良い。
　第１実施形態の生育状況測定装置１において、受信信号に基づく魚の活動レベルの判定と、第２実施形態で説明した時間帯による判定と、が両方行われても良い。
　フロート１１は、桟橋６４に繋がれることに代えて、例えば、生簀６０の枠６１に固定された適宜の冶具にロープで繋がれても良い。
　防水ケース１２が、フロート１１の上に設置されることに代えて、生簀６０の枠６１、桟橋６４又は筏７０等の上に設置されても良い。
　充電式のバッテリー６に代えて、生育状況測定装置１の外部（例えば、桟橋６４又は筏７０等）に設置された発電機から、生育状況測定装置１に電力を供給しても良い。
　 バッテリー６に代えて、例えば太陽電池が設けられても良い。この場合、データ出力部５０の出力内容を無線通信手段によって外部のコンピュータに送信可能に 構成することで、バッテリー６の交換及び外部メモリ１５の交換作業を省略できるので、利便性を大幅に向上することができる。
　送受波器２は、フロート１１に吊り下げるように配置する代わりに、生簀６０の例えば枠６１又は桟橋６４等に固定された適宜の冶具に固定されても良い。
　送受波器２は、水面近くに下向きに設置されることに代えて、例えば、網６３の内部に形成される飼育空間の底部に上向きに設置されても良い。この場合、泡及び波によるエコー信号への影響を低減することができる。
　 生育状況測定装置１は、図４に示すような枠６１を備える形式の生簀６０ではなく、沈下式の生簀において用いられても良い。この場合、例えば、沈下式の生簀 の天井側の網の中央部をクレーン等で上空に吊り上げ、その状態で生育状況測定装置１を水面に浮かべることで、魚の体長及び体重を測定することができる。
　図３の第２実施形態において、送受波器２が超音波を常に送受波するように構成する一方、起動停止回路５５に相当する構成をデータ保存装置４ｘに設けて、非活動期に相当する時間帯に取得されたエコーデータのみを外部メモリ１５に保存するように構成しても良い。
　図３の第２実施形態において、データ保存装置４ｘが、体長及び体重を第１実施形態と同様に測定して外部メモリ１５に保存するように構成しても良い。
　上述のスプリットビーム法に代えて、公知のデュアルビーム法又はシングルビーム法によって、ターゲットストレングスが取得されても良い。
　生育状況測定装置１は、マダイに限定されず、様々な水生生物の体長及び体重を測定するために用いることもできる。
　ターゲットストレングスから体長及び体重の両方を計算する構成に代えて、何れか一方のみを計算する構成とすることもできる。
　１　生育状況測定装置
　２　送受波器
　３　送受信装置
　４　処理装置

Claims (13)

  1. 　水生生物が飼育される水中に超音波を送波し、反射波を受波する送受波器と、
    　前記送受波器に送信信号を出力し、前記送受波器で受波された前記反射波に基づいて受信信号を生成する送受信装置と、
    　前記水生生物の活動レベルが低い間における前記受信信号に基づいて、当該水生生物の体長及び体重のうち少なくとも何れかを算出する処理装置と、
    を備えることを特徴とする生育状況測定装置。
  2. 　請求項１に記載の生育状況測定装置であって、
    　前記処理装置は、前記受信信号に基づいて前記水生生物の前記活動レベルが低いか否かを判定し、
    　前記処理装置は、前記活動レベルが低いと判定された間における前記受信信号の強度に基づいて、前記水生生物の前記体長及び前記体重のうち少なくとも何れかを算出することを特徴とする生育状況測定装置。
  3. 　請求項２に記載の生育状況測定装置であって、
    　前記処理装置は、前記受信信号により得られた前記水生生物の密集度、水深方向での分布、及び移動速度のうち少なくとも何れかに基づいて、前記水生生物の前記活動レベルが低いか否かを判定することを特徴とする生育状況測定装置。
  4. 　請求項３に記載の生育状況測定装置であって、
    　前記処理装置は、前記受信信号が現れている領域における当該受信信号の体積散乱強度が低い場合に、前記水生生物の前記活動レベルが低いと判定することを特徴とする生育状況測定装置。
  5. 　請求項３に記載の生育状況測定装置であって、
    　前記処理装置は、前記受信信号に基づいて、単体水生生物を検出し、
    　前記処理装置は、水面近傍である水深方向の一部領域において前記単体水生生物が所定の数以上現れた場合に、前記水生生物の前記活動レベルが低いと判定することを特徴とする生育状況測定装置。
  6. 　請求項３に記載の生育状況測定装置であって、
    　前記処理装置は、前記受信信号に基づいて、単体水生生物を検出し、
    　前記処理装置は、移動速度が所定以下である状態を維持しながら所定時間以上継続して現れる前記単体水生生物が所定の数以上現れた場合に、前記水生生物の前記活動レベルが低いと判定することを特徴とする生育状況測定装置。
  7. 　請求項１から６までの何れか一項に記載の生育状況測定装置であって、
    　１日のうち前記水生生物の前記活動レベルが低い時間帯に現在時刻が含まれるか否かに基づいて、前記活動レベルが低いか否かを判定する時間判定部を備え、
    　前記処理装置は、前記活動レベルが低いと前記時間判定部により判定された間における前記受信信号の強度に基づいて、前記水生生物の前記体長及び前記体重のうち少なくとも何れかを算出することを特徴とする生育状況測定装置。
  8. 　請求項７に記載の生育状況測定装置であって、
    　前記時間帯は、日の出時刻及び日の入時刻に基づいて定められることを特徴とする生育状況測定装置。
  9. 　請求項８に記載の生育状況測定装置であって、
    　前記処理装置は、測定場所の位置に関する情報と、現在の日付に関する情報と、に基づいて、前記日の入時刻及び前記日の出時刻を取得することを特徴とする生育状況測定装置。
  10. 　請求項８又は９に記載の生育状況測定装置であって、
    　前記時間帯は、前記水生生物の種類に基づいて定められることを特徴とする生育状況測定装置。
  11. 　請求項１に記載の生育状況測定装置であって、
    　光を検出する光センサを備え、
    　前記処理装置は、前記光センサの検出結果に基づいて前記水生生物の前記活動レベルが低いか否かを判定し、
    　前記処理装置は、前記活動レベルが低いと判定された間における前記受信信号の強度に基づいて、前記水生生物の前記体長及び前記体重のうち少なくとも何れかを算出することを特徴とする生育状況測定装置。
  12. 　請求項１から１１までの何れか一項に記載の生育状況測定装置であって、
    　前記処理装置は、前記水生生物の活動レベルが低い間における前記受信信号を４時間以上にわたって得た結果に対して統計的な処理を行うことにより、前記水生生物の前記体長及び前記体重のうち少なくとも何れかを算出することを特徴とする生育状況測定装置。
  13. 　送受波器に送信信号を出力することにより、水生生物が飼育される水中に前記送受波器から超音波を送波し、
    　前記送受波器により受波した反射波に基づいて受信信号を生成し、
    　前記水生生物の活動レベルが低い間における前記受信信号に基づいて、当該水生生物の体長及び体重のうち少なくとも何れかを算出することを特徴とする生育状況測定方法。
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