基于分离式卫星标志信息的金枪鱼垂直移动特性

为了掌握金枪鱼类的活动规律,该文采用国际上先进的分离式卫星标志于2010-2012年对36尾黄鳍金枪鱼进行了放流试验。结果表明:围网捕捞方式释放的8枚标志信息回收率达到100%,但标志的时间只有0.5~5 d;利用手钓方式释放的28枚标志信息回收率达到75%,标志的时间为0.5~91 d,且有2枚标志是正常浮起。此次试验中,记录时间10 d的标志有18枚,10~20 d的标志有3枚,≥20 d的标志有8枚,特别是在手钓作业方式下进行的标志效果有了很大的提高。黄鳍金枪鱼有85.9%的时间在0~150 m水层活动,有13.0%时间在≥150~250 m水层活动,仅有1.1%时间在≥250 m水层活动。就水温来说,81.7%的时间活动在≥24℃的水层,16.2%的时间活动在16~24℃的水层,仅2.1%时间活动在≤16℃的水层。在0~50 m水层,夜晚出现频次约是白天的2倍;而在50~500 m水层,均是白天出现频次要大于晚上。总体来说,有68%的黄鳍金枪鱼个体在傍晚18:00时有上浮到浅水层活动的行为,而在凌晨06:00时有明显的下潜行为。该研究初步证明了黄鳍金枪鱼的放流取得了成功,为以后进一步开展金枪鱼的卫星标志放流试验奠定了基础。     

基于遥感数据的智利竹筴鱼渔场预报系统

根据中国2001-2009年东南太平洋作业船只提供的捕捞数据和卫星遥感反演的海表温度数据,建立了基于贝叶斯概率理论的智利竹筴鱼渔场预报系统。系统开发采用客户/服务器(C/S)体系模式,数据库则采用SQL Server 2000数据库管理系统,结合控件式GIS技术,构建了渔场分析和预报系统,并利用历史数据进行了模型精度验证。结果表明:预报渔场的准确度为72.6%,预报非渔场的准确率为57.5%;综合预报准确率达65%以上。渔汛盛期的渔场预报准确率要高于渔汛末期3%～22%,而非渔场的预报准确率低于渔汛末期4%～11%。因此,该预报系统对于南太平洋智利竹筴鱼渔场预测和捕捞活动具有一定的指导意义。但在实际预报过程中,也需结合其他相关环境因子(如叶绿素a、海面高度、海流等)对预报渔场进行修正。     

采用卷积神经网络构建西北太平洋柔鱼渔场预报模型

对远洋渔场资源和位置进行预报可以为远洋渔业生产及管理提供重要信息。该研究针对西北太平洋柔鱼渔场，利用海洋表面温度遥感信息和中国远洋渔船生产资料，基于深度学习原理，选取卷积神经网络构建西北太平洋柔鱼渔场预报模型。根据不同月份、不同通道构建了多种数据集，用于训练渔场预报模型。训练结果表明，4个通道组合的数据集的训练结果最优，渔汛早期（7-8月）、中期（9月）和后期（10-11月）测试样本的准确率分别为80.5%、81.5%和81.4%。以2015年的真实渔场数据对模型进行验证，模型的平均召回率为82.3%，平均精确率为66.6%，F1得分平均值为73.1%，预测的高产渔区与实际作业的高单位捕捞努力量渔获量区基本匹配。该研究构建的渔场预报模型可以获得较好的准确率，可为其他鱼种的渔场预报模型构建提供新的思路。     

基于深层神经网络的猪声音分类

猪的声音能够反映生猪的应激状态以及健康状况,同时声音信号也是最容易通过非接触方式采集到的生物特征之一。深层神经网络在图像分类研究中显示了巨大优势。谱图作为一种可视化声音时频特征显示方式,结合深层神经网络分类模型,可以提高声音信号分类的精度。现场采集不同状态的猪只声音,研究适用于深层神经网络结构的最优谱图生成方法,构建了猪只声音谱图的数据集,利用Mobile Net V2网络对3种状态猪只声音进行分类识别。通过分析对比不同谱图参数以及网络宽度因子和分辨率因子,得出适用于猪只声音分类的最优模型。识别精度方面,通过与支持向量机,随机森林,梯度提升决策树、极端随机树4种模型进行对比,验证了算法的有效性,异常声音分类识别精度达到97.3%。该研究表明,猪只的异常发声与其异常行为相关,因此,对猪只的声音进行识别有助于对其进行行为监测,对建设现代化猪场具有重要意思。     

中国森林乡村空间分布特征及其影响因素分析

森林乡村是生态文明建设的基本单元，是建设美丽中国和生态宜居乡村的重要载体，开展相关研究对推动乡村高质量发展具有重要的现实意义。基于全国7 586个森林乡村样本数据，采用非均衡指数、Moran''s I、热点分析和核密度估计工具识别森林乡村的空间分布特征，利用地理探测器测算主要影响因子对森林乡村空间分异的解释力。结果发现：1） 中国森林乡村呈现出"东部密中部散西部疏"的空间分异特征，分布方向为"东北-西南"走向，与胡焕庸线、气温和地形所形成的地理格局具有空间一致性。2）森林乡村呈集聚分布模式，空间溢出效应显著，热点区域范围北至沧州，南抵中山，西至商洛，东抵舟山（118°～126°E，24°～38°N）；极化现象突出，形成6个一级核心区和10个二级核心区。3） 公路密度、林业产值密度、乡村文化密度、年均气温、城镇化率、平均海拔和地形起伏度是森林乡村空间分异的主要影响因子，单因子空间分异解释力差异明显，双因子交互解释力强于单因子作用，公路密度、乡村文化密度和林业产值密度是交互解释力增强的关联主导因子。4）自然环境是影响森林乡村空间分异的基础性因素，并呈现出显著的气温和地形指向特征；城镇化率和林业产值密度是重塑其空间格局的主要动力，公路密度和乡村文化密度是其空间形态变化的引导力量，森林乡村空间格局是多因子长期交互作用的结果；研究还发现，随着公路密度、林业产值密度和城镇化率的增加，森林乡村数量和密度总体上呈现"先增后减"的阶段性变化特征。5）将森林乡村划分为都市型、交通型、产业型、文化型和综合型5大类，其中，都市型森林乡村主要分布在省会城市，区位优势显著，交通型、产业型和文化型森林乡村在不同区域形成集聚分布，单要素优势特征明显，而综合型森林乡村多要素作用相对均衡。未来，中国森林乡村建设与发展应根据其空间分布特征及其影响机制，按照因地制宜、分类推进和差异化发展原则，通过科学规划、合理布局和城乡统筹，有序推进森林乡村增量扩展和存量更新，有效解决乡村生态环境恶化和传统文化衰败问题。同时，不断提升主导因子的驱动能力，发挥不同类型森林乡村的比较优势，促进城乡融合发展，推动森林乡村全面振兴。     

渤黄海区域渔船碳排放特征

渔船二氧化碳排放是全球温室气体排放评估中通常被忽视的领域，在全球变暖过程中具有不可忽略的驱动作用。渤黄海是中国重要的海上粮仓和生态环境治理区域，查明渤黄海渔船生产作业过程对温室气体排放贡献较大的环节，对区域碳循环研究、碳排放管理及减排降碳措施制定具有重要意义。为探明渤黄海区域海洋渔船二氧化碳排放的时空变化特征，揭示渔业生产活动对气候变暖的影响程度，该研究基于2020至2021年的海量渔船管理及动态船位数据，提取了航段位移、航段内渔船航速、发动机负荷因子、排放因子等状态参数，构建了渔船二氧化碳排放动态计算模型，分析了渤黄海区域9种作业类型渔船的二氧化碳排放强度，给出了渔船年度及月度排放的空间分布特征。结果表明：1）渤黄海区域各类机动渔船在2020和2021年的二氧化碳排放总量分别为450万和945万t，总体呈现出近岸低、外海高的分布特征，热点区域主要分布在渤海湾渔场、滦河口渔场、海东渔场、烟威渔场、石岛渔场、石东渔场、海州湾渔场及大沙渔场。2）拖网和刺网渔船是二氧化碳年度累计排放的主要贡献者，但就单船单位航行时长二氧化碳排放量而言，辅助船最高，围网渔船次之。3）不同年份相同月份的渔船二氧化碳排放空间分布呈现出一定的相似性，伏季休渔期开始前强碳源主要出现在黄海中南部区域，休渔期结束后强碳源主要出现渤海中部、山东半岛东部以及黄海中部海域一带，年度内渔船二氧化碳排放重心总体上是由沿岸海域向中部开阔海域方向扩散。该研究通过渔船动静态异质数据推演二氧化碳的时空变化，对评估渔业生产所引起的气候效应具有理论指导作用。     

麦田土壤水分时空变异特性及CA-Markov模型模拟预报

为揭示农田土壤水分时空变异特征,精准预测土壤墒情,该研究以河北省太行山山前平原井灌区典型麦田为例,在监测土壤水分的基础上,采用时间稳定性指数法、空间自相关性评价法研究土壤水分时空分布规律,构建了适用于模拟预报田间水分时空变化的CA-Markov 模型,并将该模型的模拟预报效果与HYDRUS 模型进行比较。结果表明：随着土层深度的增加,土壤水分等值线由密变疏,变异系数逐渐减小。随着小麦生育期的推移,前期监测的土壤水分稳定性高于后期;在土壤较湿润的情况下,土壤水分空间相关性较强,土壤水分全局Moran''s I 指数随小麦生育期的推移呈现先增大后变小的规律。CA-Markov 模型模拟预报的各土壤相对湿度等级面积误差的平均值为1.61%,比HYDRUS 模型模拟预报的面积误差平均值（10.86%）小9.25个百分点; CA-Markov 模型对研究区4月下旬、5月上旬的土壤水分干旱等级预测的空间分布Kappa 系数分别为 89.31%、91.46%。该模型可综合考虑麦田墒情的时空变化及随机特性,模拟预测土壤墒情的精度较高、效果良好,可以作为麦田水分管理的重要工具。     

用动态图层融合与纹理-灰度梯度能量模型的果树行识别

为解决果园机器视觉导航中果树行识别易受果园复杂环境干扰的问题,该研究提出一种采用动态选取融合因子对彩色图像与深度图像进行图层融合并采用纹理-灰度梯度能量模型进行图像分割的果树行视觉识别算法。首先,通过搭建立体视觉系统获取果园彩色图像与对应的深度图像,并基于饱和度（S）通道图像的灰度值选取动态融合因子,实现对果园彩色图像与深度图像的图层融合;然后,分别计算融合图像的纹理特征图像与灰度梯度特征图像,并建立纹理-灰度梯度结合的能量模型,基于模型能量最小原则进行树干与背景的分割;最后,以树干与地面交点为果树行特征点进果树行直线拟合,完成果树行角度的识别。并对上述算法分别进行果树行识别试验与移动作业平台视觉对行导航试验。果树行识别试验结果表明,该研究算法果树行角度识别平均偏差为2.81°,与基于纹理、灰度梯度特征的果树行识别算法相比识别平均偏差分别降低2.37°和1.25°。移动作业平台视觉导航试验结果表明,在作业平台速度为0.6 m/s时,对行行驶最大偏差为12.2 cm,平均偏差为5.94 cm。该研究提出的视觉导航算法可以满足果园移动作业平台视觉对行导航需求,研究成果将为基于机器视觉的果园自动导航系统的研究与优化奠定基础。     

华北地区杨树烂皮病发生发展气象适宜度预报模型

利用河北省18个代表站点2002-2008年杨树烂皮病病情资料和相应气象资料,通过相关、回归分析等方法,分析河北省杨树烂皮病发生发展与气象条件的关系。结果表明：降水量、降水日数、相对湿度、温湿系数与杨树烂皮病发生率呈正相关,降水增加、雨日增多、相对湿度和温湿系数增大有利于杨树烂皮病发生发展;日照时数、夏季高温日数、极端最低气温与杨树烂皮病发生率呈负相关,天气晴朗、日照充足、极端气温升高不利于杨树烂皮病发生发展;影响河北省杨树烂皮病发生发展的关键气象因子分别是3月和4月温湿系数、3月下旬和4月下旬日照时数、4月上下旬气温、3月上旬和4月上旬以及上年12月上旬极端最低气温,利用归一化处理后的关键气象因子建立气象适宜度预报模型,通过回代检验,气象适宜度等级与杨树烂皮病实际发生等级相比,模型拟合准确率为91%;对河北省2009年5-6月杨树烂皮病盛发期气象适宜度等级进行预报,准确率为78%,效果较好;3-4月气象条件是影响华北杨树烂皮病发生发展的关键生态环境因子。模型可用于从气象角度对华北地区杨树烂皮病发生发展进行监测和预报。     

甘蔗收获机两段式螺旋捡拾机构模拟与试验

为了提高丘陵地带和坡地倒伏甘蔗的扶起率,该文提出了两段式螺旋捡拾机构设想,应用计算机建立了两段式螺旋扶起机构虚拟模型,进行了虚拟试验,确定了捡拾段的结构,建立了两段式螺旋捡拾机构接触点的运动方程、接触点的速度方程和甘蔗被扶起的运动条件,样机的试验结果表明：当甘蔗倒伏状态角在小于30°的顺倒伏状况下扶起率为20%,在30°～60°状况下为90%;甘蔗在侧倒伏状况下扶起成功率为100%;甘蔗在90°～120°的逆倒伏状况下扶起率为50%,在120°～150°的状况下仅为10%,在150°～180°逆倒伏状况下扶起率为0。     

采用AIS计算中西太平洋延绳钓渔船捕捞努力量

对渔船捕捞行为和捕捞强度空间高分辨率的估计可以作为海洋资源管理和生态脆弱性评估的重要信息。为识别远洋延绳钓渔船作业状态,该文基于2017年10-11月中西太平洋延绳钓渔船卫星船舶自动识别系统(automatic identification system,AIS)数据和捕捞日志数据,采用支持向量机(support vector machine,SVM)学习方法,构建了中国中西太平洋延绳钓渔船捕捞作业状态(捕捞/非捕捞)分类模型。通过计算模型分类准确率、精确率、敏感度和特异度来评价模型对渔船作业状态分类能力。结果表明,模型训练数据的准确率为95.24%(Kappa系数为0.9),验证数据的准确率为93.85%(Kappa系数为0.87)。采用构建好的模型识别2017年10月和11月中西太平洋延绳钓渔船共计125624条AIS记录数据,模型准确率在83.3%(Kappa系数为0.67)。2017年10、11月所有数据分类精确率为82.33%,灵敏度为88.32%,特异度为77.27%。渔船主要作业空间在168°E^173°E,12°S^18°S,有3个明显的作业强度较高区域。基于SVM模型和日志记录的捕捞强度信息在空间上相关性很高(r>0.98),SVM模型识别的渔船捕捞努力量空间分布特征和实际吻合。捕捞努力量与单位捕捞努力量渔获量(catch per unit of effort,CPUE)、渔获尾数、渔获质量和投钩数的相关系数分别是0.68、0.93、0.93和0.94。基于AIS信息挖掘的渔船空间捕捞努力量可用于渔业资源分析。     

基于NPP/VIIRS夜光遥感影像的作业灯光围网渔船识别

为对远洋灯光渔船作业信息进行实时动态监测,该研究基于可见光红外辐射仪(visible infrared imaging radiometer suite,VIIRS)夜光遥感影像,根据远洋灯光渔船作业时其集鱼灯灯光在VIIRS白天/夜晚波段(day/night band,DNB)影像上的辐射特征,采用峰值中值指数(spike median index,SMI)对灯光渔船与背景像元间的辐射差异进行拉伸,在此基础上设计了基于最大熵法(maximum entropy method,Max Ent)阈值分割以及局部峰值检测(local spike detection,LSD)的作业远洋灯光渔船识别算法,并采用2015年西北太平洋公海灯光围网渔场内作业渔船船位监控系统(vessel monitoring system,VMS)数据对该算法的识别精度进行检验。验证结果显示,该文提出的作业远洋灯光渔船自动识别算法对实际作业灯光渔船的识别精度在92%以上,可以满足远洋灯光渔船日常监测的需求,可为进一步评估远洋光诱渔业捕捞努力量、推进远洋光诱渔业信息化管理以及打击非法、未申报和无管制的(illegal,unregulated,unreported,IUU)捕捞活动提供技术支持。     

Assessing the susceptibility of female black-footed albatross (Phoebastria nigripes) to longline fisheries during their post-breeding dispersal: an integrated approach

Albatross movements and foraging grounds during the post-breeding dispersal are poorly understood, despite their important conservation implications. We tracked four female black-footed albatrosses (Phoebastria nigripes) for 100 days during their summer (July-September, 1997-1999) post-breeding dispersal off California, and compared their movements to the distribution of fishing effort from the Japanese Eastern Pacific Ocean (EPO) longline fishery. The tracked birds foraged largely along the transition zone between the California Current and the Central Pacific Gyre, and spent 25, 24, and 51% of their time at sea within the 200-mile exclusive economic zones (EEZs) of the USA and Mexico, and the high seas (international waters) respectively. The satellite-tracked birds occupied subtropical waters (18-20 °C) targeted by longline fisheries for tuna (Thunnus spp.) and broad-bill swordfish (Xiphias gladius), and ranged disproportionately farther during daylight hours, when tuna fisheries operate. The available data suggest that albatrosses overlap temporally and spatially with longline fisheries in the northeast Pacific Ocean. However, this research cannot directly evaluate whether black-footed albatross bycatch occurs in these fisheries. The coarse temporal (monthly) and spatial (1°×1°) resolution of the fisheries data, and the dynamic nature of the fishing effort inhibited a fine-scale analysis of albatross overlap with longline fisheries. While we documented substantial spatial overlap between albatross distributions and the Japanese EPO longline fishing effort during the 1980s, we found no co-occurrence during the 1990s. This study illustrates the value of satellite telemetry to assess national conservation responsibilities, and to identify potential interactions of protected species with fisheries not currently monitored by observer programs. Furthermore, our results underscore the need to exercise caution when interpreting satellite telemetry data for conservation purposes, because of the highly dynamic nature of pelagic fisheries.     

Using seasonal climate forecasts to improve maize production decision support in Zimbabwe

Maize production in marginal tropical regions is at great risk due to rainfall variability and climate change. Climate change is set to increase the variability and uncertainty of inter-annual rainfall. Farmers who depend on rainfed maize production for their livelihoods would therefore benefit from improved climate based forecasting of production likelihood. In this study we developed a simple maize production decision support tool for Masvingo by using seasonal climate forecasts and a crop model to forecast maize yields likelihood prior to the season. We follow up on earlier studies carried out in Zimbabwe which show that the El Nino Southern Oscillation (ENSO) can be used to forecast rainfall and maize yields in Zimbabwe. An ENSO based seasonal climate analysis tool (RAINMAN) was used to produce probabilistic monthly climate forecasts for Masvingo corresponding to the phases of the Southern Oscillation Index (SOI). The climate forecasts were used to run a crop model (AquaCrop) for a variety of scenarios relevant to maize production (monthly rainfall, cultivar selection, planting date, and fertility level). The results of the simulations were similar to those observed by Phillips et al. (1997) and formed the basis for the development of an operational decision support tool. Simulated maize yields varied from 1.2 t/ha to 5.8 t/ha. The simulated yields were higher than expected average yields in a marginal region like Masvingo especially under small holder farming. The work suggested that optimal use of forecasts may lead to improved maize production in Masvingo. The study set a platform for the development of operational climate based maize production decision support tools in Zimbabwe.     

Estimating mortality of Atlantic bluefin tuna (Thunnus thynnus) in an experimental recreational catch-and-release fishery

The abundance of Atlantic bluefin tuna has been severely reduced since the advent of industrial fishing. A recreational catch-and-release fishery is currently being developed to target bluefin tuna in the southern Gulf of St. Lawrence, off the coast of Prince Edward Island, Canada. To evaluate the sustainability of this fishery, it is necessary to quantify post-release mortality for use in management models. Using pop-up archival satellite tags, we estimated the post-release mortality rate of bluefin tuna captured and released in an experimental recreational fishery. Fish were captured using bait on circle hooks and all fish were hooked in the jaw. Fish were released without being brought onboard the boat. Tags reported from 2 to 246 days post release. Two of 59 bluefin tuna died after catch-and-release yielding a mortality rate of 3.4% (95% C.I. = 0.8% < u < 12.6%). Four tags failed to report. Alternate estimates of the rate or mortality that included an incidental mortality (5.1%; 95% C.I. = 1.6% < u < 14.4%) and removal of the four tags that did not report from the sample (5.6%; 95% C.I. = 1.8% < u < 15.6%) were calculated. The range of fight times was 6–79 min (mean of 33 min; SD of 21 min). These data provide the first mortality estimates for angled and released bluefin tuna and will enable managers to evaluate the potential for developing a catch-and-release fishery in the southern Gulf of St. Lawrence.     

基于物联网的内河小型渔船动态信息监控系统设计

为规范内河流域渔业生产秩序,保障渔船作业安全,该文设计了基于物联网的内河小型渔船动态信息监控系统。该系统集成了无线传感器网络、远程信息传输、远端后台监控等多种技术方法。其中,无线传感器网络主要用于获取包括渔船位置、电捕鱼违法监测信息和渔船超载检测信息等渔业现场数据。依靠Zig Bee技术,该网络实现了对不同类别传感器数据的汇聚、判断以及远程播发。远程信息传输是利用GPRS/GSM移动通信网络与互联网传输技术,实现了多渔船作业信息向后台监控中心的实时传输。后台渔政监控中心,具有渔船在电子地图上的识别与定位,渔业生产的实时监控以及渔政执法的决策辅助等功能。该系统经测试,可满足内河流域作业渔船在实时监管和安全保障等方面的需求,提高了农业渔政管理的水平。     

Estimating the odds of survival and identifying mitigation opportunities for common bycatch in pelagic longline fisheries

To evaluate how fishing practices affect bycatch survival and to identify opportunities to reduce bycatch mortality, we estimated the odds of hooking survival for common bycatch species in the Canadian longline fishery for swordfish (Xiphias gladius) and tunas (Thunnus spp.) fishing in the North Atlantic. Generalized linear models, with binomial response, were based on 859 sets observed between 2001 and 2004 and were tested using data from 2005 and 2006. Bycatch included targeted species in poor condition or below regulatory size limits. Odds of survival were two to five times higher for swordfish, yellowfin tuna (Thunnus albacares), pelagic stingray (Pteroplatytrygon violacea), porbeagle (Lamna nasus) and blue shark (Prionace glauca) caught on circle hooks compared to J-hooks during the 2001–2004 period. Further, odds of severe hooking injuries decreased for three shark species caught on circle hooks. We found no conservation benefit for loggerhead turtles (Caretta caretta) from circle hook use. Increased circle hook use coincided with increased targeting and higher landings of tunas. Hooking survival rates and, therefore opportunities to reduce bycatch mortalities differed among the 10 species commonly discarded or released. Where the odds of survival to the time of release are high (e.g., loggerhead turtles, pelagic stingray, blue shark), methods to reduce post-release mortality can be considered. Where the odds of hooking survival are low (e.g., swordfish and longnose lancetfish, Alepisaurus ferox), methods to reduce encounter rates would have greater conservation impact.