鱼类行为监测技术应用研究

监测鱼类行为常用计算机视觉监测和声学信号监测技术两种方法,本文分析对比了这两种监测技术的应用。基于计算机视觉的鱼类行为监测技术是通过摄像机来记录鱼类的行为,但该方法存在数据处理难度大、误差大和数据不连续等缺点,主要以定性分析为主。声学标签系统是声学监测技术的一种主动识别方法,具有原位观察、定位准确、数据处理简单和数据连续性好等优点,可直接获得鱼类的二、三维运动轨迹等量化指标。基于声学标签系统的研究现状,提出了声学标签鱼类行为监测技术在渔业养殖、水利工程、水生态学等多门学科交叉的应用前景。     

基于计算机视觉的3种金枪鱼属鱼类表型纹理特征分析

金枪鱼属(Thunnus)鱼类是我国远洋渔业极为重要的渔获资源, 其表型纹理信息不仅具有鱼种的特异性, 而且可作为分类的科学依据。传统鱼类纹理特征分析主要是定性描述分析, 而计算机视觉技术可为鱼类纹理特征提供定量分析数据。因此, 本研究通过计算机视觉对 3 种金枪鱼图像进行预先定位基准点, 通过移动基准点确定纹理特征区域并自动截取。对纹理图像进行灰度转换和灰度量化处理, 量化的灰度图像进行灰度共生矩阵计算, 并对灰度共生矩阵进行归一化处理。通过归一化的灰度共生矩阵计算出 6 个纹理指标, 并分析纹理指标的距离和方向的变化趋势, 通过因子分析研究金枪鱼纹理指标。研究结果表明, 通过计算机视觉的纹理分析, 3 种金枪鱼纹理指标提取效果较好, 其纹理指标在距离值为 4 时, 变化趋势趋于稳定, 而 3 种金枪鱼的纹理指标方向变化, 其均值方向具有代表性。3 种金枪鱼的因子分析, 第 1 主成分贡献率为 81.10%, 表明提取的 6 个纹理指标意义较大且效果较好。 以期为金枪鱼智能识别奠定前期基础, 也为其他鱼类表型纹理研究提供借鉴和参考。     

基于深度学习的鱼类识别相关技术研究现状及展望

为促进渔业生产智能化、现代化发展,综述了基于深度学习的鱼类识别相关技术。首先,从数据集构建、数据预处理、神经网络模型设计以及模型训练等4个方面阐述了基于深度学习的鱼类识别工作流程。然后,从图像分类、目标检测、图像分割3个角度总结了近几年鱼类识别相关技术的研究进展及应用成果。其中,图像分类主要用于识别个体鱼的色泽与种类,目标检测侧重于估计鱼群的数量和体型,而图像分割则在推断鱼类的状态和行为方面发挥着重要作用。同时,分析了不同方法所具备的优势,比较了各方法在数据集中的性能指标。最后,对深度学习在鱼类识别领域的下一步发展方向和研究重点进行了展望。综上,深度学习方法效率普遍较高、泛化能力普遍较强,深度学习技术在鱼类识别中的广泛应用能够为渔业科研人员提供有效的技术支撑。     

计算机视觉技术在鱼类应激状态监测中应用研究

从行为参数的量化方法、应激状态下的行为变化两方面介绍了计算机视觉技术在鱼类应激状态监测方面的研究进展,并提出了进一步研究的方向是实际应用过程中量化鱼行为的新方法研究,以及根据鱼在不同条件下行为参数的变化特点,结合统计方法和人工智能算法建立自动判断应激的方法。     

智慧渔业中的机器视觉技术应用研究现状

通过整理分析国内外相关文献资料,从鱼类摄食行为识别与精准饲喂、鱼体参数识别与测量、鱼群病害诊断与防治3个应用角度,对机器视觉技术在智慧渔业领域的研究现状进行详细阐述,并对基于机器视觉技术的智慧渔业系统的优缺点和适用场景进行了总结,最后提出了复杂水体环境下的鱼体分割和鱼体交叠等方面的研究趋势和发展方向。     

基于深度学习的鱼类跟踪技术研究进展

近年来,水产养殖和渔业资源保护的智能化发展迅速,对鱼类跟踪技术的需求也随之增加。传统的鱼类跟踪方法主要依赖于目视观察和标签追踪,存在效率低、应用范围有限、准确率不高等问题,限制了其推广应用。随着深度学习技术在计算机视觉领域的快速发展,基于深度学习的鱼类跟踪技术能够提供准确、客观、可扩展和自动化的跟踪方法。首先,介绍了鱼类跟踪技术的跟踪对象和4种深度学习鱼类追踪方法,分别是语义分割、实例分割、目标检测和目标分类。其次,介绍了鱼类跟踪技术如何获取鱼类轨迹与姿态、鱼类数量以及鱼类体长等鱼类目标跟踪信息。接着,介绍了基于深度学习的鱼类跟踪技术在鱼类疾病、鱼类摄食行为以及鱼类健康状态方面的应用,并从低对比度和纹理模糊、图像颜色失真以及遮挡和变形等3个方面,探讨了目前基于深度学习的鱼类跟踪技术的主要问题和一些相应的解决方法。最后,对基于深度学习的鱼类跟踪技术的发展前景进行了总结和展望。研究认为：基于深度学习的鱼类跟踪技术具有更高的准确度和客观性,为不同场景下的实际应用提供了更多解决方案,该技术有望在水产养殖管理、鱼类科学研究以及海洋环境保护等领域发挥更重要的作用,为相关领域提供更多的数据和支持。     

基于图像特征的模板匹配成鱼多目标识别算法研究与程序设计

为解决渔业养殖及转运自动计数要求，提出一种基于机器视觉的鱼类识别算法设计与程序编制，以证明使用数字图像识别分类技术的尺度不变特征变换SIFT及加速稳健特征SURF算法等可有效地检测与标注鱼类图像特征点。采用快速近邻匹配FLANN匹配算法测试了基于图像特征的鱼类旋转和泛化目标检测，得出SURF特征对个体检测效果好、SIFT特征对泛化目标检测效果优的结果。考察FLANN图像匹配碎片化特性、结合图像信息区域聚集实际、借鉴模板检测方法，设计了图像分割扫描及特征匹配的模板检测算法，并使用最大稳定极值区域MSER方法对识别结果进行冗余排除，达到能正确识别多目标鱼类的算法预设目标。研究发现，该算法及软件能成功识别图片中的多个鱼类目标，测试效果好，有较强的实用意义。     

基于LightGBM模型的鱼类异常行为检测

针对传统理化方法分析水质污染情况耗时耗力等问题,提出一种基于鱼类异常行为识别的水质监测方法。以红色斑马鱼(red zebrafish)为研究对象,利用计算机视觉技术,首先对斑马鱼图像进行预处理,利用灰度共生矩阵获取鱼群纹理特征;然后通过Lucas-Kanade光流法计算鱼群的运动信息熵,并对获取的纹理特征和信息熵进行归一化处理;最后采用轻量化梯度促进机(LightGBM)对鱼类异常行为进行检测,与深度神经网络(DNN)和支持向量机(SVM)检测效果对比。结果显示:利用LightGBM对鱼类异常行为进行检测,准确率为98.5%,与其他模型对比分别提高0.5%和25.3%。研究表明,基于LightGBM模型的鱼类异常行为检测方法相比其他模型能更准确地识别鱼类非正常游动。该模型适用于自动水质监测。     

养殖鱼类摄食行为的特征提取研究与应用进展

为解决养殖过程中饲料浪费和水质污染的问题,鱼类摄食行为的研究一直受到广大研究者的重视.量化鱼类摄食行为,提取可用摄食参数,构建精确的摄食模型是优化投喂策略的有效途径.总结了摄食过程中主要觅食感觉器官、捕食量化指标和摄入声信号特征.综述了养殖期间影响摄食行为的环境因素.对比分析了两种监测技术的研究进展及优缺点,即基于可见...     

计算机监控技术在水产养殖中的应用

针对不同的监控目标,选用不同的监控手段,可以保证对水质的各项参数进行长期、连续、及时的监测;采用无线通信技术可以跨越空间的障碍,实现远程监测;采用计算机视觉图像技术可以更多的获取鱼类生物量信息,为水产养殖的科学化管理提供有效的方法。     

基于灯光罩网法的南海鸢乌贼声学评估技术研究

南海中南部深水海域蕴藏着丰富的鸢乌贼资源,为推动南海外海渔业资源开发,实验探索了灯光罩网与声学手段相结合的鸢乌贼资源量评估方法。根据2011年4—5月在南沙群岛海域灯光罩网和Simrad EY60科学鱼探仪同步采集鸢乌贼生物学和声学数据,对鸢乌贼的趋光性行为、种群结构、声学映像和分布水层等特征进行分析。结果表明,灯光诱集结合罩网采样可确定南海鸢乌贼的单体回波,分布于0～100 m水层;通过背景噪声消除、鱼类和浮游动物目标限定、单体目标检测等处理,确定鸢乌贼现场目标强度-67～-52 dB;选择鸢乌贼渔获比例较大的网次,统计得到鸢乌贼胴长10.4～14.2 cm,对应目标强度-60.7～-58.0 dB,胴长与目标强度经验公式为TS=21.23LogML-82.48。研究认为,声学与灯光罩网相结合的调查方法可以作为南海今后开展鸢乌贼资源量评估的基本方法。     

多鳞鱚目标强度的模型法研究

鱼类目标强度测量是渔业水声学工作的核心内容之一。本研究采用基尔霍夫近似模型对19尾多鳞鱚(Sillago sihama)样品的理论目标强度进行近似计算,模型计算所需鱼类形态学参数由中国水产科学研究院南海水产研究所所属X光机(SOFTEX M-100)拍摄X光影像获得。通过编程计算获得多鳞鱚不同频率下目标强度随姿态倾角的变化图案,并通过数据拟合方法建立了不同频率和倾角分布函数下多鳞鱚目标强度随体长变化的经验公式,并与常规的b20表式进行对比。结果表明:在70 kHz、120 kHz和200 kHz 3种频率下多鳞鱚目标强度的倾角变化图案呈多峰状特征分布,且频率越高目标强度对倾角变化越敏感,波峰数增加,目标强度最大值对应的倾角增大。70 k Hz下多鳞鱚目标强度最大值出现在–15°~5°,120 k Hz和200 k Hz下目标强度最大值则出现在–10°~0°,且各频率下目标强度最大值出现的位置各不相同。不同频率及倾角分布函数下多鳞鱚目标强度随体长变化特性各不相同,其中在角度函数为(–5°,15°)、频率为120 kHz,以及角度函数为(0°,10°)、频率为200 k Hz时目标强度对体长经验公式和常规的b_(20)表式曲线基本重合,拟合度较高,可将常规的b20表式直接用于多鳞鱚的资源评估;而其他情形下2种表式存在一定偏差,采用直接拟合的参数方程更为恰当。研究表明,基尔霍夫近似模型能够很好地反映多鳞鱚的目标强度特性,可为中国南海近岸鱼类目标强度研究提供有益借鉴,为提高渔业资源水声学评估的准确度和可信度提供科学依据。     

Unveiling unselective fishing in China: A nationwide meta-analysis of multispecies fisheries

Understanding and managing fishery selectivity to target species and desirable size are instrumental to fisheries management. China, as the world's largest producer of marine capture fisheries, has been widely perceived to possess unselective domestic fisheries. To date, this perception remains largely anecdotal and conjectural, hindering the development of evidence-based and effective management solutions. Here, we conducted a literature review to examine the magnitude and scale of unselective fisheries in China. By collating and analysing 140 fishery-level and 807 species-level records from 66 peer-reviewed publications from 2010 to 2021, we found that primary target species were absent in 59% of fisheries, while unidentifiable low-value and juvenile mixed catch were universal. Key commercial taxa were subject to nationwide multi-gear and multispecies fisheries, each involving an average of 3.33 types of gear and accounting for less than 25% of catch individually. The ‘permissible gears’ defined by the national gear regulatory catalogue were selective over target species and caught negligible by-products, though they were used less frequently, representing only 24% of catch records. While unselective fishing can provide seafood supplies for China's large population and potentially facilitate balanced harvest, management actions are needed to control the fishing pressure on primary target species and by-product species. Amid the ongoing fisheries management reform in China, we proposed management recommendations tailored to China's needs and social contexts, including accounting for the trade-off between socio-economic and ecological goals, contemplating impacts of unselective fishing when implementing TAC programmes, and strengthening fisheries monitoring to inform management at multiple scales.     

鸢乌贼目标强度绳系控制法测量

2017年9月在南海北部(18°42.9′N,113°05.5′E)附近的深海海域,利用Simrad EY60型便携式分裂波束科学探鱼仪(120 kHz)和自制的鸢乌贼绳系控制装置对25尾鸢乌贼逐尾进行了单体目标强度(TS/dB)的测量,探讨了鸢乌贼单体目标探测中脉冲长度决定水平(PLDL/dB)、最小标准脉宽(min NPL)、最大标准脉宽(max NPL)和短轴角度最大标准偏差(MIA)等参数的变化对鸢乌贼单体目标强度测量的影响,分析了鸢乌贼单体TS的变化规律,并归纳了鸢乌贼TS与胴长的关系。结果显示,①随着PLDL增大,所探测鸢乌贼单体目标的数量呈先增加后减少的特征,并在PLDL=6 dB时达到峰值,而平均TS则呈单调增加趋势;随着min NPL增大,鸢乌贼单体目标的数量减少,在min NPL0.7范围内,平均TS呈明显的上升趋势;当max NPL1.2时,鸢乌贼单体目标的数量随max NPL的增大而增加,但平均TS却随之减小,当1.2max NPL1.8时,鸢乌贼单体目标的数量呈缓慢增加趋势,但平均TS则基本保持稳定;鸢乌贼单体目标数量随MIA的增大而增加,但平均TS则随之减小。②本研究中鸢乌贼单体目标探测参数的优化组合为PLDL=6.00dB,min NPL=0.7 dB,max NPL=1.8 dB,MIA=0.8°。③活体鸢乌贼单体平均TS的最大值和最小值分别为-48.6 dB和-63.63 dB,其对应鸢乌贼的胴长(ML/cm)分别为25.2 cm和12.4 cm,鸢乌贼TS与其ML的关系为TS=34.22 lg ML–98.23 (N=16,R2=0.603)。本实验首次尝试利用绳系控制法海上现场测量活体鸢乌贼的目标强度,为今后继续深入研究鸢乌贼声学散射特性积累了资料,亦能为其他头足类或鱼类目标强度的海上现场测量提供参考。     

Fisheries management based on ecosystem dynamics and feedback control

Recently, ecosystem management has become popular for forestry, agriculture and fisheries management. Carrying capacity and maximum sustainable yield for a particular species definitely depend on population sizes of other species in the same ecosystem. Natural stock fluctuations of sardine, anchovy and chub mackerel are well known examples of large, natural fluctuations. There is a negative correlation among their fluctuations. In accordance with the cyclic advantage hypothesis for replacement of pelagic fish species (Matsuda et al., 1992), we can predict the next dominant species, despite an uncertainty in the year of the next replacement. We recommend that commercial fisheries should switch their target to the next dominant species before the stock of the present dominant species collapses. Whilst total allowable catch (TAC) of the present dominant species can be as large as we can consume, TAC after the species collapses should be much smaller than the present catch level.     

丁香酚对黄斑篮子鱼幼鱼麻醉效果的研究

该研究在水温为(29.3±1.1)℃的自然海水条件下,测定了不同质量浓度丁香酚对体质量为(4.83±1.30)g的黄斑篮子鱼(Siganus oramin)的麻醉效果。结果显示,在30~80 mg·L^–1时,黄斑篮子鱼幼鱼的入麻时间随其浓度的升高而减少,复苏时间随其浓度的升高而增加。麻醉过程中,呼吸频率在浅麻时略微上升,深麻时快速下降,直至麻醉过度呼吸停止。研究发现,丁香酚质量浓度在30~100 mg·L^–1时,黄斑篮子鱼幼鱼均能在3 min内进入4期麻醉,4 min内完全复苏,成活率100%。入麻后在空气中暴露时间少于8 min时,复苏时间随暴露时间的增加而减少,大于8 min时,复苏时间随暴露时间的增加而延长,且复苏率逐渐下降。结果表明,丁香酚对黄斑篮子鱼幼鱼具有入麻快、复苏时间短、复苏率高等优点,是其理想的麻醉剂;建议生产上使用的质量浓度为30 mg·L^–1,且入麻后人工操作不宜超过6 min,若追求更快麻醉,丁香酚质量浓度也不宜超过80 mg·L^–1。     

影响草鱼摄食水生植物因素的研究进展

在自然界,草鱼Ctenopharyngodon idella大量摄食使水生植物的生物量下降,抑制植物群落的构建,影响利用水生植物修复水体生态系统。本文通过叙述草鱼消化系统的结构和功能、自身质量和放养密度与摄食行为的关系,以及草鱼摄食植物后产生的生理反应;讨论水温、pH和溶解氧、亚硝酸盐及氨氮含量对草鱼摄食的影响;分析水生植物的物理结构、营养成分和化学成分对草鱼摄食行为影响以及不同生长时期草鱼对水生植物的摄食率,以期为生态修复工程中先锋物种选择或水生植物恢复方法提供技术参考。     

Some effects of marine reserve protection on the population structure of two spearfishing target‐fish species,Dicentrarchus labrax (Moronidae) and Sparus aurata (Sparidae), in shallow inshore waters,along a rocky coast in the northwestern Mediterranean Sea

1. The relative abundances of two highly sought after spearfishing target‐fish species, Dicentrarchus labrax (Linnaeus 1758) and Sparus aurata Linnaeus 1758, were compared using underwater visual censuses in shallow (<5 m) inshore waters along rocky shores inside and outside a marine reserve area in the northwestern Mediterranean Sea (Banyuls‐sur‐Mer region, France). 2. The relative abundances of these two species were consistently lower outside the reserve area, which comprised around 40% of the 25.6 km of inshore coastal waters surveyed. 3. The demographic structure of D. labrax was also different inside and outside the protected area, the proportion of larger fish being significantly higher in the marine reserve. 4. The direct and indirect impacts of spearfishing are postulated to explain the distributional and population structural characteristics of these two species in the shallow waters off this rocky coast. 5. Prohibition of spearfishing has favoured the persistence of these species during summer (the main spearfishing season) in the shallower inshore waters inside the area of the Cerbère/Banyuls‐sur‐Mer marine reserve. 6. These preliminary results indicate the need for additional work in this area and further surveys to ascertain spearfishing impacts on target‐fish species in the vicinity of other marine protected areas. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于人工湿地的海水池塘循环水养殖系统构建与运行效果研究

为有效调控高密度海水养殖池塘的水环境状况,构建了以人工湿地为核心的"鱼-虾-贝-草"海水池塘循环水养殖系统。通过比较人工湿地连续流与间歇流,以及种植盐角草(Salicornia europaea)和互花米草(Spartina alterniflora)时的净化效率,研究适用于海水池塘养殖系统的人工湿地运行方式及植物种类。通过比较不同养殖模式下池塘水质及养殖对象生长情况,分析人工湿地对养殖池塘水体的调控效果,探讨循环养殖模式对池塘产量的提升效果。结果显示:人工湿地间歇运行时(水力负荷为300 mm/d),其净化效率相比于连续运行有显著提升;盐角草湿地出水中的氮、磷质量浓度显著低于互花米草湿地;虽然排、换水频率有较大差异,循环养殖模式与传统养殖模式下养殖池塘水体氨氮(NH^+_4-N)和亚硝酸盐氮(NO^-_2-N)质量浓度均处于较低水平;采用基于湿地循环水处理的文蛤(Meretrix meretrix)和脊尾白虾(Exopalaemon carinicauda)分池组合混养模式能进一步提高脊尾白虾的单位面积产量,并有效控制养殖废水排放。研究表明:基于人工湿地的海水池塘循环水养殖系统具有较强的环境效益,可为江苏地区海水池塘养殖业的健康发展提供参考。     

大黄鱼生态冰温保活技术的初步研究

为优化大黄鱼(Larimichthys crocea)活体运输的条件,对大黄鱼的生态冰温进行探索。分析鱼水质量比和暂养时间2个因素对大黄鱼保活时间的影响,在此基础上设计3因素3水平的正交试验,以期找到大黄鱼保活的适合条件。研究结果显示:大黄鱼的生态冰温为-2℃~7℃;鱼水质量比及暂养时间对大黄鱼保活时间均有显著影响(P<0.05);在温度为5℃~7℃、鱼水质量比为1∶4、暂养时间为48 h的条件下进行保活,保活时间可超过19 h。本研究结果可为大黄鱼活体运输提供参考。