一种蟹类水下生活环境适宜性的检测方法及装置，其特征是通过检测不同水环境条件下的蟹类发声频谱，找出其特征频段，建立频谱幅值与离水时间的响应关系，从而预知蟹类在水体中的生活状况，发布养殖池塘环境适宜状况警报，实现及时准确地调整水体环境，避免大规模养殖灾害发生。本发明专利技术适用于大型养殖场规模化、智能养殖，大专院校和科研机构研究水产生物生理行为，水产养殖灾情预报，以及环保部门对水体及生物环境的监控之用。
【技术实现步骤摘要】
一种蟹类水下生活环境适宜性检测方法及装置
本专利技术涉及一种水产品智能养殖技术，尤其是一种蟹类养殖技术中的蟹体非损检测技术，具体地说是一种蟹类水下生活环境适宜性检测方法及装置。
技术介绍
每个养殖户都知道，控制水体溶氧、pH、盐度、温度、氨氮、亚硝酸盐等指标，是水产养殖成功的关键。为方便检测这些指标，目前已经研制出各类水质检测仪器，有现场快速读数的手持溶氧计、pH计、温度计，有精确监测各项指标的多功能水产设备，还有方便养殖户的远程联网监测系统，同时还有根据这些指标设计的自动补氧、调节pH、盐度的智能养殖设施。然而，水质监测只能给水产养殖提供一个水环境自身的质量好坏参考值。一般认为，河蟹养殖水中溶氧的参考点是：不能低于2mg/L(耗氧点Pc)。但不同温度、不同成长期的河蟹耗氧点(Pc)是不同的。如中华绒螯蟹(50g)在20℃时,Pc＝2.84mg/L，而在25℃时,Pc＝1.99mg/L；溞状幼体Z1、大眼幼体(M)及第I期仔蟹(P)的Pc分别为1.76mg/L、0.55mg/L、0.54mg/L。不仅如此，耗氧点Pc还存在个体差异，不同时段也有影响。因此，仅仅依靠水质监测的环境指标来判断水质对于水生生物的适宜性往往造成误判。具体生物个体是否适应当前水质，它们的反应性如何？需要分析生物个体本身的生理及行为反应。如水中缺氧时鱼虾浮头、河蟹爬边上岸。如何提供一个客观的判断水质的适宜性方法？我们研究发现，当水体环境条件变化时，蟹类的生理行为也相应改变，被迫应答。蟹类缺氧时，其呼吸频率加快、呼吸强度短时加大，以增加吸氧量。因此，研发一种与水体环境溶氧、pH等指标关联的水生生物自身的生理行为变化的检测设备，从而判断蟹类的水下生活状况，对于养殖生产更有直接指导意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的水环境检测的对象是水体，给出的是定量化生存环境指标，而不是直接检测蟹体自身状态，从而反推水环境对于蟹类的适宜性的问题，专利技术了一种蟹类水下生活环境适宜性检测方法及装置，它根据蟹类脱离水体后会发出吐泡声，其声频频谱与其离开的水体环境的溶氧、pH等指标直接相关的原理，检测不同环境条件下的蟹类发声频谱并分析其特征，建立频谱幅值与离水时间的响应关系，从而预知蟹类在水体中的生活状况，发布养殖池塘环境适宜状况警报，实现及时准确地调整水体环境，避免大规模养殖灾害发生。本专利技术的技术方案之一是：一种蟹类水下生活环境适宜性检测方法，其特征是它包括以下步骤：首先，按照以下程序测定并获得声功率谱强度与离水时间的响应曲线：1)从池塘捞取n只蟹样，去除附着水，置入声学检测装置中；2)将声波传感器探头靠近蟹样，连接声级测量仪，打开频谱分析软件，选择测定参数，准备测定蟹样的声功率谱；3)将蟹样置于盛样容器中，轻触蟹体，保持k时间使蟹自然安静蛰伏，停留l时间后，开始计时测定功率谱，测量时长为t，间隔一定时间后进行第二次测定，间隔时长为Δt，总测定次数不少于m次，获得m个声功率谱图；4)由上述m个声功率谱图，求得特征频段f1～f2的幅值H，幅值H为声功率谱中f1～f2范围内振幅平均值，经归一化处理，以百分比％表示；f1是声功率谱图中第一个低谷中点对应的频率，f2是声功率谱图中高频段平缓区域的起始点对应的频率值；5)绘制幅值H与离水时间T的关系曲线(H-T)；其次，根据测得的蟹样的声功率谱对其生活环境状况作如下判定：1)首先通过蟹样的声功率谱型对其生活状态初步鉴别：根据特征频率f1、f2将蟹类声功率谱分成四段(单位Hz)：I：0-f1，II：f1-f2，III：f2-8000，IV：8000-10000，比较有蟹样的声功率谱和无蟹样的声功率背景谱：有蟹样的声功率谱在II段出现明显的隆起峰型，III段出现不规则起伏峰，而无蟹样的声功率背景谱的II段和III段平坦；有蟹样的声功率谱和无蟹样的声功率背景谱的I和IV段差异不明显；II段的隆起峰型作为蟹类的特征频谱；当有蟹样的声功率谱在特征频段出现明显的隆起峰型时，蟹类活动视为正常，否则蟹类活动视为异常；对活动异常的蟹类不作判别，需重新取样进行声功率测量；2)如蟹类活动正常，再根据H-T关系曲线，对其水下生活环境中溶氧适合程度进行分析：①当H-T曲线为深凹马鞍形结构，最大幅值Hmax大于总平均幅值Hav的50％，且第一波平均幅值Hav1大于总平均幅值Hav的20％，则水体溶氧视作严重缺乏，蟹类有生存危险；②当H-T曲线为中凹马鞍形结构，最大幅值Hmax是平均幅值Hav的30～50％，且第一波平均幅值Hav1是总平均幅值Hav的10～20％，则水体溶氧缺乏，蟹类生活状况差；③当H-T曲线为浅凹马鞍形结构，最大幅值Hmax是平均幅值Hav的0～30％，且第一波(25～70秒)平均幅值Hav1是总平均幅值Hav的0～10％，则水体溶氧在正常范围，蟹类生活环境良好。所述的测定参数包括采样频率、频谱范围、分辨率；采样频率不小于100KHz、频谱范围0～10kHz、分辨率不小于0.1Hz。所述的蟹类试样的数量不少于3只。所述的k的取值为2～5秒，停留时间l的取值为2～5秒，测量时长t为2～10秒，间隔时长Δt为0～5秒，测定次数m不少于11次。所述的n只蟹类样品是分n次单独测定功率谱，再求得平均功率谱，作为1个声功率谱图，总共获得m个声功率谱图。对于中华绒螯蟹，所述的特征频率f1＝1265Hz、f2＝6500Hz。本专利技术的方法还可用于水体pH、盐度指标的测定。本专利技术的技术方案之二是：一种蟹类水下生活环境适宜性检测用声学检测装置，其特征是它主要由盛样容器3、传感器固定架8、静压杆4、防振底座2、精密声级测量仪10、频谱分析器12组成，静压杆4用于压住置于盛样容器中的蟹类，使之快速处于安静状态；放置蟹类试样的盛样容器3置于防振底座2上，传感器固定架8安装在盛样容器3一侧，用于测量声频的传感器6安装在传感器固定架8上并位于盛样容器3的正上方，传感器6通过信号传输线7与精密声级测量仪10相连，精密声级测量仪10与频谱分析器12相连，频谱分析器12与计算机相连，计算机用于对所测的信号进行处理获得蟹类声功率谱强度幅值与时间的关系曲线并自动对水体适宜性作出判定。所述的传感器固定架8还安装有用于检测环境温度和湿度的温湿度计9。本专利技术所述的蟹类水下生活环境适宜性检测用声学检测装置被安装在静音室内或在有双层玻璃窗门且周边无固定声源干扰的密闭房间内，在所述的密闭房间内安装有不影响蟹类正常生存的恒湿器11。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术属于无损测量。可在取出n只蟹类测量完毕后，再放回池塘内继续养殖，对蟹体无破坏。2.给出的测定结果具有生物学指标意义。蟹类发声变化是水体环境与蟹类生理行为共同作用的结果，与单纯水质分析指标相比，更能反映当水环境变化时，蟹生物体机体内在需求的变化。如水体溶氧不足时，当蟹体离开水体后，出现反射性呼吸加快以补充氧气之需。3.蟹类水下生活环境适宜性检测是一种生物机体对于环境反应的即时测量，不会被年龄、生长季节、昼夜时段的改变而抵消。4.方便快速。从取样至读数，几分钟之内即可完成。5.本专利技术通过检测不同水环境条件下的蟹类发声频谱，找出其特征频段，建立频谱与离水时间的响应关系，从而预知蟹类在水体中的生活状况，发布养殖池塘环境本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种蟹类水下生活环境适宜性检测方法，其特征是它包括以下步骤：首先，按照以下程序测定并获得声功率谱强度与离水时间的响应曲线：1)从池塘捞取n只蟹样，去除附着水，置入声学检测装置中；2)将声波传感器探头靠近蟹样，连接声级测量仪，打开频谱分析软件，选择测定参数，准备测定蟹样的声功率谱；3)将蟹样置于盛样容器中，轻触蟹体，保持k时间使蟹自然安静蛰伏，停留l时间后，开始计时测定功率谱，测量时长为t，间隔一定时间后进行第二次测定，间隔时长为Δt，总测定次数不少于m次，获得m个声功率谱图；4)由上述m个声功率谱图，求得特征频段f1～f2的幅值H，幅值H为声功率谱中f1～f2范围内振幅平均值，经归一化处理，以百分比％表示；f1是声功率谱图中第一个低谷中点对应的频率，f2是声功率谱图中高频段平缓区域的起始点对应的频率值；5)绘制幅值H与离水时间T的关系曲线(H‑T)；其次，根据测得的蟹样的声功率谱对其生活环境状况作如下判定：1)首先通过蟹样的声功率谱型对其生活状态初步鉴别：根据特征频率f1、f2将蟹类声功率谱分成四段(单位Hz)：I：0‑f1，II：f1‑f2，III：f2‑8000，IV：8000‑10000，比较有蟹样的声功率谱和无蟹样的声功率背景谱：有蟹样的声功率谱在II段出现明显的隆起峰型，III段出现不规则起伏峰，而无蟹样的声功率背景谱的II段和III段平坦；有蟹样的声功率谱和无蟹样的声功率背景谱的I和IV段差异不明显；II段的隆起峰型作为蟹类的特征频谱；当有蟹样的声功率谱在特征频段出现明显的隆起峰型时，蟹类活动视为正常，否则蟹类活动视为异常；对活动异常的蟹类不作判别，需重新取样进行声功率测量；2)如蟹类活动正常，再根据H‑T关系曲线，对其水下生活环境中溶氧适合程度进行分析：①当H‑T曲线为深凹马鞍形结构，最大幅值Hmax大于总平均幅值Hav的50％，且第一波(25～70秒)平均幅值Hav1大于总平均幅值Hav的20％，则水体溶氧视作严重缺乏，蟹类有生存危险；②当H‑T曲线为中凹马鞍形结构，最大幅值Hmax是平均幅值Hav的30～50％，且第一波(25～70秒)平均幅值Hav1是总平均幅值Hav的10～20％，则水体溶氧缺乏，蟹类生活状况差；③当H‑T曲线为浅凹马鞍形结构，最大幅值Hmax是平均幅值Hav的0～30％，且第一波(25～70秒)平均幅值Hav1是总平均幅值Hav的0～10％，则水体溶氧在正常范围，蟹类生活环境良好。...
【技术特征摘要】
1.一种蟹类水下生活环境适宜性检测方法，其特征是它包括以下步骤：首先，按照以下程序测定并获得声功率谱强度与离水时间的响应曲线：1)从池塘捞取n只蟹样，去除附着水，置入声学检测装置中；2)将声波传感器探头靠近蟹样，连接声级测量仪，打开频谱分析软件，选择测定参数，准备测定蟹样的声功率谱；3)将蟹样置于盛样容器中，轻触蟹体，保持k时间使蟹自然安静蛰伏，停留l时间后，开始计时测定功率谱，测量时长为t，间隔一定时间后进行第二次测定，间隔时长为Δt，总测定次数不少于m次，获得m个声功率谱图；4)由上述m个声功率谱图，求得特征频段f1～f2的幅值H，幅值H为声功率谱中f1～f2范围内振幅平均值，经归一化处理，以百分比％表示；f1是声功率谱图中第一个低谷中点对应的频率，f2是声功率谱图中高频段平缓区域的起始点对应的频率值；5)绘制幅值H与离水时间T的关系曲线(H-T)；其次，根据测得的蟹样的声功率谱对其生活环境状况作如下判定：1)首先通过蟹样的声功率谱型对其生活状态初步鉴别：根据特征频率f1、f2将蟹类声功率谱分成四段(单位Hz)：I：0-f1，II：f1-f2，III：f2-8000，IV：8000-10000，比较有蟹样的声功率谱和无蟹样的声功率背景谱：有蟹样的声功率谱在II段出现明显的隆起峰型，III段出现不规则起伏峰，而无蟹样的声功率背景谱的II段和III段平坦；有蟹样的声功率谱和无蟹样的声功率背景谱的I和IV段差异不明显；II段的隆起峰型作为蟹类的特征频谱；当有蟹样的声功率谱在特征频段出现明显的隆起峰型时，蟹类活动视为正常，否则蟹类活动视为异常；对活动异常的蟹类不作判别，需重新取样进行声功率测量；2)如蟹类活动正常，再根据H-T关系曲线，对其水下生活环境中溶氧适合程度进行分析：①当H-T曲线为深凹马鞍形结构，最大幅值Hmax大于总平均幅值Hav的50％，且第一波(25～70秒)平均幅值Hav1大于总平均幅值Hav的20％，则水体溶氧视作严重缺乏，蟹类有生存危险；②当H-T曲线为中凹马鞍形结构，最大幅值Hmax是平均幅值Hav的30～50％，且第一波(25～70秒)平均幅值Hav1是总平均幅值Hav的10～20％，则水体溶氧缺乏，蟹类生活状况差；③当H-T曲线为...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵永富，周军，周刚，蒋希芝，汪敏，
申请(专利权)人：江苏省农业科学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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