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鱼群垂直分布智能监测方案是一套面向湖泊、水库、河流、设施化养殖池、工厂化渔业及其他水域建设的水声探测与鱼群空间分布分析系统。方案以水声回波强度、鱼群垂直分布、目标深度和生物量估算为核心监测内容，综合应用主动声呐、科学回声探测、声学信号处理、目标检测、回波积分、鱼类目标强度分析、工业物联网及水生生物资源评估技术，实现鱼群水层分布连续观测、回波信息记录、鱼群聚集识别、垂向迁移分析和生物量辅助估算。
鱼群在水体中的空间分布具有明显的动态特征。不同鱼类由于栖息习性、摄食行为、生长阶段和环境适应性不同，可能分布于表层、中层、底层或特定水深范围内。
水温分层、溶解氧梯度、光照、水流、饵料生物和昼夜节律均可能影响鱼群垂向分布。对于具有明显温跃层和溶解氧分层的深水湖泊、水库，以及水体结构相对固定的工厂化养殖池，连续掌握鱼群所处水层有助于理解鱼群的环境适应和活动变化。
传统鱼群调查主要依靠捕捞取样、人工观察、鱼探设备显示及其他调查手段。捕捞调查具有一定侵入性，人工观察难以覆盖深水区域，而普通探鱼设备通常更加侧重发现鱼群位置，并不一定具备完整的声学定量标定、原始回波保存和资源量计算能力。
本方案采用适宜的科学回声探测设备，通过水声换能器向水中发射声学脉冲，并接收鱼体、悬浮生物、气泡、水面及水底等目标产生的反向散射回波。
系统依据声波传播时间估算目标距离，通过水声传播速度、换能器安装深度和波束几何关系计算目标深度；利用回波幅值、声学传播损失补偿和系统校准结果获取可比较的目标散射特征。
对于具有定量测量能力的科学探鱼仪，可进一步计算鱼类目标强度TS、体积反向散射强度Sv及相应回波积分指标。在具备鱼种组成、体长分布及平均体重等独立生物学资料的条件下，可以开展特定水层的鱼类数量密度和生物量估算。
系统支持固定式连续监测，也可以根据水域调查需求扩展走航式声学调查。固定式系统适合监测指定观测点的鱼群垂向活动，走航式系统则可通过预设航线扩大空间采样范围。
本方案的核心定位是鱼群垂向分布监测与声学辅助评估。鱼群回波强度并不直接等于鱼体重量，单点声学观测也不能未经空间采样直接代表整个湖泊、水库或养殖场的总生物量。
深水及浑浊水体的光学观测距离有限，人工巡查难以连续掌握不同水层的鱼群分布。
部分鱼类可能随光照、摄食和环境变化发生垂直迁移，低频调查容易遗漏短时间行为变化。
部分探鱼设备的图像主要用于显示目标位置，未必能够输出经过绝对校准的Sv和TS，不适合直接计算生物量。
回波幅值受鱼体大小、姿态、鱼鳔、声波频率、波束位置、距离和仪器参数影响，不能直接与鱼类数量建立统一线性关系。
当多个鱼体同时位于声学采样体积内时，多个回波可能叠加，难以可靠识别独立鱼类目标。
换能器近场、水面气泡及水底强回波等因素，可能导致部分鱼群无法被正常探测。
声速与吸收特性受到环境条件影响，距离、深度及回波强度计算需要使用适宜的声学参数。
缺少鱼种、体长和平均体重数据时，难以将回波积分结果可靠换算为鱼类数量或质量。
沉积物、悬浮物、气泡、浮游生物及池体结构都可能形成回波，需要开展合理的目标筛选。
换能器安装角度、增益和声学参数变化可能影响结果可比性，需要建立规范的设备标定和数据管理机制。
建设覆盖目标水体的鱼群垂向声学监测体系，实现回波采集、目标深度测量、鱼群层位识别、不同水层散射强度统计、垂向迁移分析及具有明确条件的生物量估算。
连续采集有效水声回波，记录强度、距离、深度、声学频率及对应的设备工作参数。
判断可观测鱼群主要集中于表层、中层还是近底层，并识别其深度范围和持续时间。
依据传播时间、声速和换能器几何关系计算目标深度，并明确测量的不确定性。
通过不同时间段的声学回波和鱼群分布变化，分析鱼群上移、下移及层位聚集事件。
建立不同水层的经过校准和传播损失补偿的声学散射强度变化记录。
在具有定量声学数据和有效生物学参数的条件下，对指定水域或水层开展鱼群数量密度和生物量估算。
通过声学标定、噪声识别、盲区标记和环境参数修正，提高长期数据可比性。
实现实时声学剖面、鱼群层位图、目标深度记录、历史趋势和资源量分析结果的集中展示。
重点监测鱼群随深度和季节的分布变化，结合温跃层、溶解氧分层及水位变化分析垂向迁移。
应考虑水流、气泡、泥沙、河底形态和流速变化对探测结果的影响，并根据实际水深选择声学工作方式。
重点监测鱼群在不同水层中的分布、投饵前后层位变化和异常聚集，避免把养殖池局部波束内回波直接解释为全池鱼量。
对于深水养殖设施，可采用适宜深度范围的换能器，识别鱼群是否长期集中于特定水层。
需结合科学探鱼仪、调查航线、鱼种取样和体长体重调查，以支持区域性资源量估算。
浅水中垂直波束可能面临较大的近场盲区及底部死区，应根据实际深度考虑水平、倾斜或其他适宜声学布置。
重点采用群体反向散射强度及回波积分分析，不应假定可逐尾识别全部鱼类。
对需要解释垂向分布成因的项目，宜增加分层水温、DO及必要的盐度、水深和水动力数据。
应掌握目标鱼种组成、体长分布、体重关系和适用目标强度模型，并验证声学调查覆盖率。
采用“水域调查—声学测点布设—水声发射接收—回波信号处理—传播损失补偿—鱼类回波筛选—水层分布分析—目标强度及回波积分—生物量估算—数据审核与预警”的技术路线。
在固定岸基、浮标、养殖池支架或其他可靠位置安装声学换能器，持续获取指定水域的回波剖面。
将经标定的科学探鱼仪安装在调查船上，按照预设航线采集声学断面数据，并同步记录定位和水文信息。
按实际水深建立连续深度网格，统计不同水层的有效声学反向散射量及可识别目标数量。
依据时间序列分析主要散射层位、鱼群分布重心和分布范围变化。
结合TS、Sv、有效采样体积和鱼类生物学参数，按照经过验证的模型推算目标水域鱼类数量和质量。
对鱼群垂向分布突然变化、异常聚集、声学设备离线和数据失效进行分类提示。
由水声换能器、科学回声探测主机和相关安装组件组成。
由水温、深度及可选盐度、DO等设备组成，获取声传播修正及生态分析参数。
采集回波波形或定量声学样本、发射频率、脉冲长度、波束参数、增益及时间戳。
执行噪声识别、水底检测、鱼群回波提取、深度分层统计及必要的数据压缩。
通过工业以太网、光纤或其他适宜通信方式，实现现场数据上传及远程设备管理。
根据标定结果和声学环境参数计算TS、Sv及相关回波积分指标。
结合鱼类种类、规格和生物量调查资料，形成具有明确统计范围的资源量估算结果。
提供实时回波图、垂向分布、目标深度、历史迁移、生物量估算和质量控制功能。
| 监测参数 | 单位或数据形式 | 监测方式 | 应用目的 |
|---|---|---|---|
| 原始回波强度 | 原始采样值或相应声学单位 | 水声换能器接收 | 保存原始探测信息 |
| 体积反向散射强度Sv | dB re 1/m | 定量标定及声学计算 | 鱼群散射密度分析 |
| 单体目标强度TS | dB re 1m² | 适宜的单目标检测与校准 | 鱼体声学散射分析 |
| 鱼群分布水层 | m、分层区间 | 声学剖面分层识别 | 垂向分布统计 |
| 目标距离 | m | 回波传播时间换算 | 距离定位 |
| 目标深度 | m | 换能器深度、波束角及距离换算 | 鱼群层位定位 |
| 鱼类数量密度 | 尾/m³等 | TS与Sv结合估算 | 资源密度分析 |
| 鱼群生物量 | kg或t | 声学数据与生物学参数融合估算 | 目标区域资源量评估 |
单波束回声探测适合基本目标距离和回波分布观察，但若缺乏必要波束位置和系统校准信息，定量TS估算能力可能受到限制。
分裂波束技术能够在适宜条件下估计单体目标相对于波束轴线的方向，为目标强度和角度补偿提供支持。
宽带回声探测可获取一定频率范围内的散射响应，为目标区分和声学分析提供更多信息，但仍需开展系统校准和验证。
多波束技术能够扩大空间覆盖或获得更复杂的目标形态信息，但相应数据处理、标定和生物量估算要求也更高。
固定监测站按照设定时间间隔发射声学脉冲，形成时间—深度回波剖面。
沿调查航线获取空间连续的回波数据，并同步记录位置和测量时间，用于区域资源量分析。
水声换能器向水中发射声脉冲，当声波遇到鱼体、气泡、悬浮物或其他声阻抗不同的目标时，会产生散射，其中一部分返回换能器形成回波。
对于单站式发射和接收系统，在近似均匀声速及直线传播条件下：
R=c×Δt/2
其中，R为目标斜距，c为水中声速，Δt为声波往返传播时间。
对于向下发射的换能器，在目标方向已知且可采用直线路径近似时：
z=z0+R×cosθ
其中，z为目标水面以下深度，z0为换能器安装深度，θ为目标方向与竖直向下方向之间的夹角。
对于单波束设备，如果无法取得单体目标角度，可利用声轴近似估算深度，但应注明相应角度误差。水体声速剖面变化明显时，应采用适宜的声线传播修正。
水中声速受温度、盐度及压力影响，不同水层的声速差异可能改变声传播路径和距离测量精度。
声波传播过程中会发生几何扩散及吸收衰减。对于理想化单体目标声呐方程，常见传播损失项包含双程扩散损失与双程吸收损失，实际计算还需考虑波束和系统参数。
根据传播距离对回波进行适当增益补偿，有助于使不同距离的散射信号具有可比性，但补偿方式应与点目标或体积散射测量模型相匹配。
鱼类目标强度用于量化单体目标的反向散射能力。采用标准参考量时，可表示为：
TS=10×log10(σbs/1m²)
其中，σbs为反向散射截面积，单位为m²。TS通常为负分贝值，并且随声学频率、鱼体长度、姿态、鱼鳔特征及其他条件变化。
Sv表征单位水体积中的反向散射强度，其对应的线性体积散射系数可表示为：
sv=10^(Sv/10)
此处采用Sv以dB re 1/m表示、sv以m⁻¹表示的约定。
对于种类和个体散射特征相对明确、满足适用散射模型的目标群体，可采用：
sv≈n×平均σbs
其中，n为单位体积内的鱼类数量密度，平均σbs为相应群体按线性尺度平均的反向散射截面积。
在满足相关条件时：
n≈sv/平均σbs
应先在声学线性尺度上进行平均和运算，不应直接用Sv的分贝数值除以TS的分贝数值。
将选定水层内有效的线性体积散射系数按深度积分，可得到相应面积散射系数。该结果可用于声学资源量分析，但需要明确积分区间、采样位置、盲区及目标过滤规则。
对于明确的鱼种及长度组，在平均目标散射截面积和平均个体质量有效的条件下：
B≈Σ(nj×Vj×wj)
其中，nj为第j个统计单元的估计鱼类数量密度，Vj为该单元所代表的水体体积，wj为对应鱼类平均个体质量。
当不同鱼种或体长组混合存在时，需分别考虑各组目标强度、种类比例和体长体重关系。
系统保存实际声学回波采样数据，并记录换能器频率、脉冲参数、系统增益、时间戳及其他关键配置。
对电气噪声、水流噪声、船舶噪声、气泡及其他可能影响探测的信号进行识别。
根据声学信号频带和测量目的采用适当滤波方法，避免在滤波过程中无依据地改变目标能量。
依据系统标定、传播损失和声学测量原理获得具有可比较意义的散射强度。
在目标相互分离且满足算法条件时，可从回波中识别单体鱼类目标。
当多个目标共同形成回波层或聚集结构时，可采用体积散射强度和回波积分分析。
水底通常产生较强声学回波，应设置适宜的底部检测与遮蔽区域，避免把底部反射误判为鱼群。
增氧气泡、浪涌和气体释放可能形成明显回波，尤其在养殖场景中，应结合设备运行状态判断。
不同频率的散射响应有助于辅助区分鱼类和其他散射体，但未经验证不能仅凭频率差异直接确定鱼种。
对噪声过高、信号饱和、波束受阻、底部遮蔽和校准异常的时段进行标记。
目标深度是分析鱼群垂向分布和水层迁移的基础指标。
应以统一的水面或工程高程基准建立深度系统，并记录换能器实际吃水深度。
垂直、倾斜和水平声束需要采用不同的目标位置计算方式。
随着距离增大，波束覆盖范围通常扩大。宽波束下，目标横向位置和真实深度可能存在不确定性。
可根据水深和研究目的划分表层、中层、底层，也可以采用固定深度间隔或按温跃层进行分层。
换能器近场和水面附近气泡可能导致表层局部区域无法正常探测，应明确盲区范围。
水底强回波及波束几何特性可能使贴近底部的鱼类无法可靠检测。
水库及其他水体水位变化时，应调整相应底部深度和有效水层范围。
可通过已知位置目标、实际水深及其他可靠测量方式校核深度计算。
根据不同水深的有效鱼类散射信号，识别主要鱼群分布层位。
将可观测范围划分为多个水层，计算各层线性散射系数的积分值或其他有效统计指标。
确定指定时间段内有效鱼类散射量占比较高的水层。
可按线性声学散射量计算加权分布深度，但该结果是声学散射重心，不一定等于鱼类数量或质量重心。
记录具有有效目标散射信号的最浅和最深水层范围，并注明对应的检测阈值。
通过不同水层散射量集中程度构建内部聚集指数，分析鱼群是否集中于较窄深度范围。
当鱼群回波持续上移时，可记录上移事件，并结合光照、投饵和DO等环境条件分析。
当有效鱼类回波在深层增加时，可分析鱼群下移或其他水体目标变化，需排除底部回波污染。
不同鱼种及个体大小具有不同声学散射能力，因此不同水层回波强弱并不一定与鱼类数量比例完全一致。
鱼群垂向迁移可反映部分行为变化和栖息水层调整，是水域生态和养殖管理的重要研究内容。
部分鱼类可能因光照、摄食或其他生物节律在不同时间段改变活动水层。
季节性水温分层和溶解氧变化可能影响鱼群适宜栖息深度。
对于设施养殖，可将鱼群水层变化与投饵时间关联，分析投饵前后是否出现明显上移或聚集。
鱼群可能因不同水层溶解氧条件而调整分布。需要通过实际DO剖面进行解释，不能仅凭鱼群位置推断缺氧。
温跃层可能影响鱼群活动和声传播。相关分析应区分生态分布变化与声学测量条件变化。
对于能够可靠跟踪的单体目标，可依据相邻时刻深度变化估算垂向速度；对于群体，应使用统计层位的迁移速率，不能视为单尾鱼游速。
当鱼群在可比工况下出现突然上移、下移或分布显著收缩时，生成辅助观察事件。
垂向分布变化可能与光照、温度、溶解氧、捕食行为、鱼种和人为活动有关，不等同于疾病诊断。
鱼类目标强度是声学资源量估算的重要参数之一，直接影响回波强度向个体密度的换算。
在特定鱼种、频率及姿态条件下，TS常与鱼体长度存在经验关系。
部分鱼类可使用如下类型的经验公式：
TS=a×log10(L)+b
其中，L为明确单位的鱼体长度，a和b为特定鱼种、频率及测量条件下的经验参数。实际应用不能未经验证为全部鱼种统一设置a和b。
鱼鳔可能是一些鱼类的重要声学散射来源，不同鱼种鱼鳔结构可能导致明显TS差异。
鱼体相对于声束的姿态变化会影响TS，垂直向下声束与水平声束获取的目标强度不一定相同。
开展生物量估算时，应通过适宜的生物学采样获取目标鱼种体长分布。
不同鱼种混合存在时，必须考虑种类比例和散射差异，不能使用某一个鱼种的TS代表全部鱼类。
TS模型、鱼体姿态、体长测量和频率条件等均会引入不确定度，应在资源量评估中说明。
根据定量声学数据和鱼类生物学参数，对具有明确空间范围的水体开展鱼类数量或生物量估算。
在鱼体相互分离、单目标检测条件良好且有效采样体积可确定的水体中，可以采用回波计数法辅助估计鱼类密度。
对于鱼类形成群体散射的场景，可将经过校准的线性反向散射系数在相应空间范围积分，并结合目标强度进行估算。
在相关假设成立时：
n=sv/平均σbs
其中，平均σbs应依据目标鱼类组成和合适的TS模型计算。
对于指定且具有代表性的水体体积：
N≈n×V
其中，N为估计尾数，n为有效数量密度，V为该密度代表的水体体积。
应通过实际鱼类体长体重调查获得平均体重或长度组对应的体重关系。
可采用：
B≈Σ(Nk×Wk)
其中，Nk为第k类鱼种或长度组的估计数量，Wk为相应平均个体质量。
必须明确鱼群密度所对应的采样体积、统计水层和空间外推范围。
固定换能器只能直接观测自身波束所覆盖的水域，若未验证空间代表性，不能将局部密度简单乘以全湖或全池体积。
走航调查应结合合理的航线和空间采样设计，将声学断面数据用于区域密度及资源量估算。
固定站连续观测中，同一尾鱼可能多次通过声束，不能将多个时刻检测次数简单相加当作全池鱼类尾数。
建议将结果分为“声学散射指数”“经模型估算的密度”“经生物学资料校正的生物量”三个等级，避免超出数据能力进行解释。
生物量估算应考虑声学标定、TS模型、鱼种组成、体重资料、空间采样和盲区造成的不确定度，并根据数据条件给出合理区间。
记录不同水深的声学散射强度变化，识别持续增强、减弱和周期性变化。
在固定频率、稳定标定及一致分析规则下，计算不同水层对总有效回波积分量的贡献。
分析鱼类散射重心随时间的上移或下移趋势。
比较白天和夜间鱼群主要分布水层及声学散射强度。
对比不同季节的深度分布，辅助分析温度分层和鱼群栖息变化。
结合不同水层DO数据，分析鱼群是否发生与低氧区域相关的分布变化。
结合水温剖面，分析鱼群分布与温跃层或适宜温度范围的关系。
在养殖池场景中，记录投饵开始和结束时间，并观察鱼群垂向变化。
对气泡、底部强回波、悬浮物和设备噪声可能造成的异常进行质量筛选。
可基于有效声学数据开展鱼群聚集、分层、上移和下移识别，但算法应通过现场数据验证。
智能识别结果属于辅助分析，不能仅凭回波形状自动确诊鱼病或确定全部鱼种。
采用鱼群层位、分布变化、有效散射量、历史基线和数据质量相结合的预警机制。
当鱼群声学散射重心持续上移且明显偏离正常时段分布时，生成上移趋势提示。
当鱼群持续下移或集中于深层时，结合水温、DO和投饵条件开展分析。
当鱼群回波长期集中于异常狭窄的水层时，提示进一步检查。
有效鱼类散射量明显下降可能与鱼群移出波束、姿态变化、分布改变或设备异常有关，不应直接判断为鱼类死亡。
对统计分布层位的快速变化生成趋势异常事件。
对换能器近场、底部死区和水声遮挡区域进行单独标记。
对换能器故障、声学主机离线、信号饱和和标定状态异常进行提示。
对气泡干扰、噪声升高、水底识别失败和声学数据缺失进行质量管理。
| 等级 | 典型条件 | 建议措施 |
|---|---|---|
| 正常 | 有效声学数据符合相应工况下的常态分布 | 持续监测 |
| 关注 | 鱼群层位或散射强度出现明显变化 | 观察趋势并检查环境条件 |
| 较高关注 | 持续异常聚集或快速垂向迁移 | 现场复核并检查相关水质 |
| 专项风险 | 鱼群异常同时伴随可靠的低氧或其他安全事件 | 按照现场养殖应急制度处置 |
| 数据异常 | 声学设备故障、噪声过高或校准失效 | 检修并暂停不可靠估算 |
声学变化可以作为鱼群活动变化的提示，但不能单独证明缺氧、疾病或其他特定风险原因。
调查水深、底部形态、水温盐度分布、鱼类组成、水流及现场安装条件。
根据项目目标选择固定式监测、走航式调查或两者结合的方案。
根据水深、目标鱼体大小、工作频率、波束宽度及定量分析要求选择换能器和主机。
计算目标深度范围内的波束覆盖面积，明确表层和底层盲区。
确保换能器固定牢靠、声束方向符合要求，避免结构遮挡、持续气泡干扰和强振动。
对于定量声学调查，应依据仪器技术条件采用适宜的标准球等方法开展系统标定。
配置必要的水温、盐度及压力数据，并核查声速与吸收参数的计算条件。
验证距离与深度计算、水底识别、噪声过滤、TS及Sv数据输出。
若涉及数量或生物量估算，应采集必要的鱼种、体长、体重资料，并建立适用的TS模型。
通过现场取样、已知养殖尾数或其他独立依据验证声学估算结果，记录模型误差和适用条件。
开展不同时间段的连续监测，评估噪声、盲区、数据有效率和鱼群层位识别效果。
按照项目功能要求检查回波采集、目标深度、垂向分布、数据质量、预警和报告功能。
定期检查换能器表面生物附着、污损和沉积物覆盖情况。
换能器姿态变化可能影响覆盖范围和目标深度计算，需要定期核查。
检查发射、接收、时钟、接口和信号质量。
定量资源评估设备应按项目质量要求定期复核校准状态。
重点检查水下电缆密封、耐腐蚀性和机械防护。
维护水温及可选盐度、压力传感器，保证声速计算输入可靠。
识别水泵、增氧机、船舶和其他水下声源对探测的影响。
按固定周期检查有效数据率、盲区、目标检测规则和异常事件。
随着鱼类生长或种群变化，应重新检查体长、平均体重和目标强度模型适用性。
水下声学设备安装和维护应遵守现场电气安全、船舶作业及相关水域管理要求。
| 序号 | 设备名称 | 主要功能 | 配置建议 |
|---|---|---|---|
| 1 | 科学回声探测主机 | 发射声学脉冲、接收并保存回波 | 按监测站配置 |
| 2 | 水声换能器 | 发射和接收水声信号 | 按频率与测量范围配置 |
| 3 | 声学标定组件 | 定量测量的系统校准 | 按声学测量方式配置 |
| 4 | 边缘计算终端 | 鱼群目标识别与垂向分布分析 | 按数据量配置 |
| 5 | 水温传感器 | 声速修正与环境监测 | 按监测位置配置 |
| 6 | 盐度或电导率传感器 | 声速和吸收修正 | 按水域条件选配 |
| 7 | 水深或压力测量装置 | 水深与环境数据管理 | 按工程需求配置 |
| 8 | 声学换能器安装支架 | 固定声束方向与安装位置 | 按池体或水域结构配置 |
| 9 | 数据采集及通信终端 | 数据缓存、时间同步和传输 | 按监测站配置 |
| 10 | 供电与电气保护组件 | 现场设备供电 | 按设备功率和环境配置 |
| 11 | 鱼群垂直分布分析平台 | 分层显示、预警与生物量分析 | 统一部署 |
| 设备 | 参数项目 | 工程参考要求 |
|---|---|---|
| 回声探测主机 | 测量方式 | 科学定量回声探测，或按需求选择基础探测 |
| 回声探测主机 | 工作频率 | 可研究70、120、200kHz等频段，最终依据水深、目标尺寸和衰减条件选型 |
| 回声探测主机 | 发射脉冲 | 支持根据距离及分辨率要求配置 |
| 回声探测主机 | 数据输出 | 可保存回波数据、时间和声学参数 |
| 科学探鱼仪 | 定量输出 | 根据技术能力支持Sv、TS及积分结果 |
| 水声换能器 | 波束宽度 | 按空间覆盖和目标定位要求选型 |
| 水声换能器 | 耐压能力 | 满足实际水深与安装条件 |
| 水声换能器 | 防护性能 | 适应长期水下工作和水体腐蚀条件 |
| 水温传感器 | 参考量程 | 0～40℃，按环境调整 |
| 水温传感器 | 参考准确度 | ±0.2℃，规定条件下 |
| 计算终端 | 计算功能 | 回波过滤、深度分层、目标提取和指标计算 |
| 数据平台 | 存储内容 | 原始声学数据、回波图、深度和估算结果 |
| 设备名称 | 扩展用途 |
|---|---|
| 分裂波束换能器 | 单目标角度与TS测量 |
| 多频或宽带声学设备 | 多频散射特征分析 |
| 多波束声呐 | 扩大目标空间覆盖及形态观察 |
| DO剖面仪 | 鱼群层位与溶解氧关联分析 |
| 温盐深测量设备 | 声速剖面和环境条件测量 |
| 定位设备 | 走航声学数据空间定位 |
| 姿态测量设备 | 换能器倾斜及运动修正 |
| 鱼类生物学采样设备 | 鱼种、体长及体重调查 |
| 水下摄像机 | 鱼群声学目标辅助验证 |
本章所列频率、温度量程和准确度属于工程选型参考，不代表某款设备的实际性能。对于定量资源评估，必须确认设备具有适宜的绝对校准、回波数据保存、Sv计算及必要的TS测量能力。
频率越高不一定越适合所有项目。较高频率通常有利于一定条件下的小目标分辨，但也可能具有更明显的水中吸收衰减，需要根据目标尺寸、水深和探测距离综合设计。
以时间和目标深度为坐标显示回波强度变化，形成实时声学剖面。
按水层展示有效鱼类散射信号及主要分布范围。
展示可靠识别的目标距离、计算深度和对应时间。
对满足单目标检测条件的数据展示目标强度分布。
显示不同深度的体积反向散射强度。
按设定水层统计有效散射积分量，并记录分析区间。
展示声学散射重心深度及变化趋势。
显示鱼群主要散射层位的时间变化。
在具备有效TS、鱼种和体长体重参数时，计算相应区域的资源量估算值。
显示声学设备校准状态、有效数据比例、噪声及盲区标识。
可将水温、DO及其他参数与鱼群分层变化进行联合展示。
支持按监测站、时间、深度和分析参数查询历史数据。
集中管理鱼群层位变化、异常聚集和设备故障事件。
生成鱼群分层统计、声学散射强度、目标深度和生物量估算报告。
保存必要的原始回波、仪器配置、校准信息和处理参数，以便重复分析和结果追溯。
以下为假设工程设计示例，仅用于说明鱼群垂直分布监测系统的配置方法，不代表已经实施、验收或取得实际效果的项目。
假设某水库需要长期观测鱼群垂向分布，并在重点区域研究鱼群层位与水温分层、DO变化的关系。
连续记录代表性位置的鱼群回波、主要分布深度、垂向散射强度变化，并通过定期走航及生物学调查研究资源量。
基础系统采用固定式科学回声探测监测站，区域性生物量估算采用经过设计的走航式调查及鱼类取样。
初步在库心、近岸和入库河流附近选择3处代表性监测点，实际位置需根据水深、鱼类分布和安装条件调整。
| 设备名称 | 示例数量 | 配置说明 |
|---|---|---|
| 科学回声探测系统 | 3套 | 各固定监测站1套 |
| 水声换能器 | 3套 | 与主机及探测深度匹配 |
| 声学标定组件 | 按设备配置 | 用于定量声学质量控制 |
| 水温传感器 | 3套以上 | 按站点及水层配置 |
| DO剖面监测设备 | 按需配置 | 分析鱼群与低氧层关系 |
| 边缘计算终端 | 3套 | 现场声学数据处理 |
| 数据通信与供电组件 | 3组 | 各监测站配置 |
| 换能器安装支架 | 3组 | 按水域条件固定 |
| 走航式科学探鱼仪 | 1套，可选 | 区域资源调查使用 |
| 鱼类生物学采样与测量设备 | 按调查计划 | 获取鱼种、体长和体重资料 |
| 监测数据管理平台 | 1套 | 统一显示、分析与预警 |
开展水库调查、测点确定、换能器安装、声学标定、数据采集联调、噪声测试、分层分析和连续试运行。
如需要计算水库总生物量，应另外制定空间采样方案，通过走航声学调查及鱼类生物学采样获得必要资料。
通过连续获取不同深度的鱼群散射信息，提高对鱼群水层活动和迁移过程的观察能力。
在结合水质及生物学资料的条件下，为研究鱼群栖息水层及环境适应行为提供数据。
通过声学观测和必要资源调查，为渔业资源变化分析及养殖管理提供辅助依据。
在科学标定、合理抽样和生物学资料有效的情况下，能够开展具有明确不确定度的数量或生物量估算。
| 评价方向 | 建议指标 | 评价方法 |
|---|---|---|
| 数据质量 | 有效回波数据率、校准状态 | 设备运行与质控记录 |
| 深度识别 | 目标深度误差 | 已知位置目标比对 |
| 分层监测 | 分层识别有效率 | 人工审核与数据比对 |
| 迁移分析 | 主要散射层位变化 | 有效时间序列统计 |
| 资源量估算 | 估算偏差及不确定度 | 结合独立调查结果评价 |
| 运维表现 | 设备在线率及故障处理时效 | 运行日志统计 |
系统可提升鱼群垂向分布监测效率，但不能仅依据固定点声学回波承诺获得全水域准确总鱼量，也不能未经实际验证给出固定生物量估算精度。
鱼群垂直分布监测涉及水声术语、回波散射测量、科学探鱼仪校准、渔业资源调查及生物学采样等方面。
开展基础鱼群位置监测和开展定量生物量估算是不同等级的任务。若涉及资源量估算，应采用具有相应数据能力的科学探鱼仪，并建立标定、采样和生物学参数验证制度。
| 标准或资料 | 名称 | 主要用途 |
|---|---|---|
| ISO 18405:2017 | Underwater acoustics — Terminology | 水声学术语与定义 |
| SC/T 9403—2025 | 海洋渔业资源调查规范 | 适用海洋渔业资源调查，包括声学调查相关要求 |
| GB/T 12763.6—2007 | 海洋调查规范 第6部分：海洋生物调查 | 适用海洋生物调查的技术参考 |
| ICES Cooperative Research Report No.326 | Calibration of acoustic instruments | 水声仪器定量测量与校准技术参考 |
| 汤勇，2023 | 中国渔业资源声学评估研究与进展 | 鱼类TS、回波积分及资源量评估技术研究 |
ISO 18405:2017《Underwater acoustics — Terminology》是现行国际标准，可用于规范水声传播、散射、回波和相关物理量术语。
SC/T 9403—2025《海洋渔业资源调查规范》包含海洋渔业资源调查及相关声学调查内容。用于实际项目时，应核查其适用范围，不能将海洋调查要求直接照搬为所有内陆养殖池的强制要求。
GB/T 12763.6—2007《海洋调查规范 第6部分：海洋生物调查》可作为适用范围内的生物调查技术参考。
水声仪器定量测量需要可靠标定。ICES Cooperative Research Report No.326《Calibration of acoustic instruments》可作为声学仪器校准与质量控制的技术参考。
《中国渔业资源声学评估研究与进展》系统讨论了目标强度、反向散射、回波积分和鱼类资源声学评估的相关技术，可作为方案研究依据。
ISO 18405:2017《Underwater acoustics — Terminology》：
https://www.iso.org/standard/62406.html
SC/T 9403—2025《海洋渔业资源调查规范》：可通过全国标准信息公共服务平台查询。
https://std.samr.gov.cn/
《中国渔业资源声学评估研究与进展》：
https://doi.org/10.16535/j.cnki.dlhyxb.2023-070
水声仪器校准技术资料：
ICES Cooperative Research Report No.326，Calibration of acoustic instruments。
原始回波幅值不等于经过标定的体积反向散射强度Sv。
单体目标强度TS与群体体积散射强度Sv属于不同物理量，不能直接混用。
目标距离不一定等于垂直深度，倾斜波束需要考虑角度和安装深度。
鱼群散射强度受到目标大小、姿态、种类、频率和设备条件影响，不能直接当作鱼类数量或生物量。
固定式单点监测主要反映波束覆盖范围内的鱼群变化，不能未经空间采样直接计算整个水域的准确总生物量。
鱼群密集时单体回波可能无法分离，回波计数方法不一定适用。
表层盲区和底部死区应在监测结果中明确标注。
生物量估算需要可靠的目标强度、鱼种、体长体重及空间采样资料，并报告相应不确定度。
在回波强度、目标深度和鱼群垂向分布监测稳定运行后，可增加多频宽带声学、分裂波束、多波束、温盐深和DO剖面等设备，提高空间分布分析能力。
对于工厂化养殖项目，可将鱼群垂向分布与水下视频、投饵机、DO、水温和循环水状态进行关联，开展鱼群活动变化和投喂响应分析。
对于天然水域渔业资源调查，可结合走航声学调查、鱼类生物学取样及空间统计方法，进一步完善鱼类数量和生物量评估。
鱼群垂直分布智能监测方案通过主动水声回波探测、传播时间测距、声学散射强度分析和水层统计，建立面向鱼群垂向分布的连续监测体系。
系统能够获取鱼群在不同水层中的回波特征、目标深度和主要分布范围，分析垂向迁移、聚集和异常变化。
在具有定量标定、有效目标强度模型和鱼类生物学调查资料的条件下，还可开展具有明确适用范围及不确定度的鱼类数量密度和生物量估算。
通过规范声学设备选型、换能器安装、系统标定、噪声控制、盲区管理和原始数据保存，可提高长期水声监测结果的可靠性和可追溯性。
本方案可为湖泊、水库、河流、工厂化养殖和设施渔业项目提供鱼群垂向分布监测、行为变化分析及渔业资源辅助评估的技术支撑。
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