基于VMD-Hilbert变换的大型网箱养殖鱼群声特性研究

为解决养殖户很难监测到自己养殖鱼类的行为状态与投料反馈的问题,针对大型半潜平台“澎湖”号网箱养殖鱼群进行了昼夜连续的被动声学监测。结合昼夜时频分析结果,获得人工投料、投料机自动投料、外来船舶惊扰及深夜安静状态等4个时段的噪声频带及声压级分布特性。时频分析结果显示大范围自动投料下测得的鱼群活跃度明显高于其他状态,相对海洋环境背景噪声的声强度高出30 dB左右。外来船舶惊扰时测得的鱼群噪声强度高出人工投料时刻9 dB左右。深夜鱼群处于安静状态,鱼群活跃度最低,噪声声压级约为70~75 dB。通过变分模态分解(VMD:Variational Mode Decomposition)对时域信号进行模态分解,获得Hilbert谱分析显示:IMF1为鱼群拍打和泳动噪声高频噪声分量,IMF2为金鲳鱼摄食及活动噪声,频带位于1 100~3 000 Hz。石斑鱼进食及活动噪声频带为300~1 100 Hz,是第3阶IMF(Intrinsic Mode Function)分量的主要构成。希尔伯特边际谱在600~700 Hz频带范围内出现峰值,鱼群的生物噪声能量占比最高。研究海洋鱼群发声特性、行为状态与环境背景关系,预期为投饵调控、海上施工及网箱养殖鱼群种群分类研究提供基础。

大型网箱养殖鱼群声信号短时频谱特性

【目的】研究大型网箱养殖鱼群声信号特性,为鱼类声学特性研究和智能养殖提供参考。【方法】利用被动声学技术对大型网箱鱼群进行昼夜持续监测,计算人工投料、自动投料、摄食后以及深夜安静等特殊时段下鱼群发声信号的短时谱,获取短时能量和短时过零率的统计特征,对比区分网箱混叠三种鱼群在不同外界激励条件下的发声频段、发声方式和短时特征。【结果与结论】1)石斑鱼(Epinephelus drummondhayi)进食时发出咕噜和轰隆声,信号频带为200~1000 Hz;卵形鲳鲹(Trachinotus ovatus)进食过程通过喉齿摩擦和拍打发出声音,信号频带为600~2000 Hz;叫姑鱼(Johnius grypotus)摄食时通过鳔内的气体振动发出以200~1500 Hz为基频的声音,且存在持续到7000 Hz的高频谐波。2)鱼群游动身体相互摩擦和拍打水花的噪声频段为2000~5000 Hz。3)网箱混叠三种鱼群的声信号在短时特征上可得到区分,短时特征值大小为叫姑鱼>卵形鲳鲹>石斑鱼。