基于声学信息和水面波动信息的鱼类养殖投喂量决策方法技术

基于声学信息和水面波动信息的鱼类养殖投喂量决策方法，将鱼群的摄食活跃度分为四个等级；对鱼群摄食时的声音进行采集，得到鱼群摄食时的声音数据集，同步采集养殖水面波动情况，得到水面波动信息的数据集；对投喂时的鱼群摄食过程进行拍摄视频；对数据集进行预处理；对预处理后的信息进行特征值提取，将提取的特征值进行主成分分析得到鱼群摄食时的声信号和水面波动信号相融合的特征向量；分类器识别特征向量中的数据，将鱼群摄食状态判别为不同的摄食活跃度，依据所判别的摄食活跃度发出工作指令。该方法通过声学信息和水面波动信息识别的方式来判断鱼群的摄食活跃度，进而判断鱼群的饥饿程度，为饲料投喂机实现精准投喂提供技术支撑。提供技术支撑。提供技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
基于声学信息和水面波动信息的鱼类养殖投喂量决策方法


[0001]本专利技术涉及鱼类养殖
，具体涉及一种基于声学信息和水面波动信息的鱼类养殖投喂量决策方法。

技术介绍

[0002]饲养鱼群时鱼群的摄食活跃度是衡量鱼群饥饿程度的重要指标，摄食活跃程度越高说明鱼群越饥饿，以鱼群摄食时的活跃度变化作为指标，可以较为精准的控制饲料投喂机的运行，实现按需投喂饲料，避免饲料投喂过程中投喂不足或投喂过多的情况。而基于声学信息识别的方法对鱼群的摄食活跃度进行识别，此方法可避免光线和浑浊度的影响，但易受养殖环境中噪音的影响，虽然可在采集后进行降噪处理，当大型增氧机和排污机开启且鱼群摄食状态较弱时，降噪后仍很难准确检测出鱼群的摄食状态，而通过倾斜角传感器所得到的水面波动信息较为稳定且可避免噪音的影响。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种基于声学信息和水面波动信息的鱼类养殖投喂量决策方法，该方法通过声学信息和水面波动信息识别的方式来判断鱼群的摄食活跃度，进而判断鱼群的饥饿程度，为饲料投喂机实现精准投喂提供技术支撑。
[0004]本专利技术采取的技术方案为：
[0005]基于声学信息和水面波动信息的鱼类养殖投喂量决策方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一：将鱼群的摄食活跃度分为四个等级，分别为：摄食较活跃、摄食活跃、摄食不活跃、不摄食；
[0007]步骤二：通过水听器对鱼群摄食时的声音进行采集，得到鱼群摄食时的声音数据集，并利用倾斜角传感器同步采集养殖水面波动情况，得到水面波动信息的数据集；对投喂时的鱼群摄食过程进行拍摄视频；
[0008]步骤三：对步骤二获取到的鱼群摄食时的声音数据集和水面波动信息的数据集进行预处理；
[0009]步骤四：对步骤三预处理后的声音数据信息和水面波动信息进行特征值提取，并将提取的特征值进行主成分分析，通过主成分分析，得到鱼群摄食时的声信号和水面波动信号相融合的特征向量；
[0010]步骤五：将步骤四获得的特征向量导入分类器，分类器通过识别特征向量中的数据，将鱼群摄食状态判别为不同的摄食活跃度，依据所判别的摄食活跃度发出工作指令。
[0011]所述步骤一中，摄食较活跃指的是：鱼群迅速聚集于投饵区并进行抢食；
[0012]摄食活跃指的是：鱼群游至投饵区并进食，聚集度降低；
[0013]摄食不活跃指的是：鱼群进食缓慢，但没有剩余饵料；
[0014]不摄食指的是：鱼群不再摄食，有明显的剩余饵料。
[0015]所述步骤二具体包括：
[0016]首先通过Song Meter系列中的SM2+型声学记录仪，以及2个HTI
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MIN型标准水听器，对声音进行采集，其中一个标准水听器用来采集养殖鱼群摄食过程中的声音，另一个用来采集相同环境下无鱼状态的声音，用以作背景噪声样本；同时通过数字式倾斜角传感器对水面的波动频率进行检测并采集得到目标数据；
[0017]在录取鱼群摄食时的声音信息和水面波动信息时，同步拍摄投喂时的鱼群摄食过程视频作为鱼群摄食活跃度的参照。
[0018]所述步骤三包括以下步骤：
[0019]S3.1：通过步骤二中采集到的无鱼状态背景噪声样本，对鱼群摄食过程的摄食声音信号进行降噪处理；
[0020]S3.2：将倾斜角传感器测得的采集得到目标数据信息中的奇异值进行去除；
[0021]S3.3：根据鱼群摄食拍摄的视频情况，对获得的鱼群摄食声信号段和水面波动信号段进行单次摄食过程区分，获得单次摄食过程的鱼群摄食声信号和水面波动信号；
[0022]S3.4：根据鱼群摄食拍摄的视频中鱼群摄食情况，对单次摄食过程的鱼群摄食活跃的声音状态和水面波动状态进行区分，分为单次摄食较活跃、单次摄食活跃、单次摄食不活跃和单次不摄食，为得到摄食过程中相关声特征的数据范围提供参照。
[0023]所述步骤四包括以下步骤：
[0024]S4.1：提取鱼群处于摄食状态时的音频数据的时域特征——短时能量：
[0025]设语音波形时域信号为x(n)、加窗函数w(n)，分帧处理后得到的第i帧语音信号为y
i
(n)，则y
i
(n)满足：
[0026]y
i
(n)＝w(n)*x((i
‑
1)*inc+n),1≤n≤L,1≤i≤fn
[0027]式中，w(n)为窗函数，一般为矩形窗或hanning窗；y
i
(n)是一帧的数值，n＝1,2,
…
L,i＝1,2,
…
fn，L为帧长；inc为帧移长度；fn为分帧后的总帧数；计算第i帧语音信号yi(n)的短时能量公式为：
[0028][0029]式中：E(i)为第i帧的短时能量；
[0030]S4.2：提取鱼群处于摄食状态时的音频数据的频域特征——小波包分解：
[0031]根据小波包分解提取多尺度空间能量特征的原理，把不同分解尺度上的信号能量求解出来，将这些能量值按尺度顺序排列诚特征向量供识别使用。若进行4层小波包分解，则能够得到16维频段能量特征，其计算公式如下：
[0032]E(j,i)＝∑
k∈z
[p
s
(n,j,k)]2[0033]式中：E(j,i)表示在分解层次j上第i各结点的能量值；k＝1，2，
…
，n，Z表示整数；Ps(n,j,k)是小波包分解系数；
[0034]每一维有一频段能量，故小波包分解后得到16个频段能量特征值。
[0035]S4.3：在通过倾斜角传感器测得的信息中，提取出水面波动信息的短时能量；其提取方法和步骤S4.1中的短时能量特征提取一致；
[0036]S4.4：对步骤S1)、步骤S2)、步骤S3)中所提取的声音信息的短时能量、小波包分解后16维频段能量和水面波动信息的短时能量，这18个特征值进行主成分分析。主成分分析
的数学模型如下：
[0037][0038]其中，u
jp
———标准化系数；
[0039]x
ip
———第i个水声信号样本的第p个标准化特征；
[0040]z
ij
———第i个水声信号样本的第j个主成分变量；
[0041]得到鱼群摄食时声信号和水面波动信号相融合的特征向量，用于摄食活跃程度的识别分析。
[0042]所述步骤五中，将所得到的特征向量导入分类器，分类器进而对其进行分类判断并由控制器发出工作指令，包括以下步骤：
[0043]S5.1：将特征向量导入分类器，分类器通过识别特征向量中的数据，将鱼群摄食状态判别为不同的摄食活跃度；
[0044]S5.2：若识别为摄食较活跃，则控制器发出继续正常工作指令；
[0045]若识别为摄食活跃，则控制器发出减少投喂量至原来的60％的指令；
[0046]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于声学信息和水面波动信息的鱼类养殖投喂量决策方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：将鱼群的摄食活跃度分为四个等级，分别为：摄食较活跃、摄食活跃、摄食不活跃、不摄食；步骤二：对鱼群摄食时的声音进行采集，得到鱼群摄食时的声音数据集，同步采集养殖水面波动情况，得到水面波动信息的数据集；对投喂时的鱼群摄食过程进行拍摄视频；步骤三：对步骤二获取到的鱼群摄食时的声音数据集和水面波动信息的数据集进行预处理；步骤四：对步骤三预处理后的声音数据信息和水面波动信息进行特征值提取，并将提取的特征值进行主成分分析，通过主成分分析，得到鱼群摄食时的声信号和水面波动信号相融合的特征向量；步骤五：将步骤四获得的特征向量导入分类器，分类器通过识别特征向量中的数据，将鱼群摄食状态判别为不同的摄食活跃度，依据所判别的摄食活跃度发出工作指令。2.根据权利要求1所述基于声学信息和水面波动信息的鱼类养殖投喂量决策方法，其特征在于：所述步骤一中，摄食较活跃指的是：鱼群迅速聚集于投饵区并进行抢食；摄食活跃指的是：鱼群游至投饵区并进食，聚集度降低；摄食不活跃指的是：鱼群进食缓慢，但没有剩余饵料；不摄食指的是：鱼群不再摄食，有明显的剩余饵料。3.根据权利要求1所述基于声学信息和水面波动信息的鱼类养殖投喂量决策方法，其特征在于：所述步骤二具体包括：首先通过声学记录仪，以及2个水听器，对声音进行采集，其中一个水听器用来采集养殖鱼群摄食过程中的声音，另一个用来采集相同环境下无鱼状态的声音，用以作背景噪声样本；同时通过数字式倾斜角传感器对水面的波动频率进行检测并采集得到目标数据。在录取鱼群摄食时的声音信息和水面波动信息时，同步拍摄投喂时的鱼群摄食过程视频作为鱼群摄食活跃度的参照。4.根据权利要求1所述基于声学信息和水面波动信息的鱼类养殖投喂量决策方法，其特征在于：所述步骤三包括以下步骤：S3.1：通过步骤二中采集到的无鱼状态背景噪声样本，对鱼群摄食过程的摄食声音信号进行降噪处理；S3.2：将倾斜角传感器测得的采集得到目标数据信息中的奇异值进行去除；S3.3：根据鱼群摄食拍摄的视频情况，对获得的鱼群摄食声信号段和水面波动信号段进行单次摄食过程区分，获得单次摄食过程的鱼群摄食声信号和水面波动信号；S3.4：根据鱼群摄食拍摄的视频中鱼群摄食情况，对单次摄食过程的鱼群摄食活跃的声音状态和水面波动状态进行区分，分为单次摄食较活跃、单次摄食活跃、单次摄食不活跃和单次不摄食。5.根据权利要求1所述基于声学信息和水面波动信息的鱼类养殖投喂量决策方法，其特征在于：所述步骤四包括以下步骤：S4.1：提取鱼群处于摄食状态时的音频数据的时域特征——短时能量：设语音波形时域信号为x(n)、加窗函数w(n...

【专利技术属性】
技术研发人员：李路，周玉凡，孙超奇，周铖钰，朱明，谭鹤群，万鹏，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：