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鱼类声学遥测技术

一、技术背景概述
鱼类声学追踪定位技术逐步成为水生动物生态学研究的最主要手段。这种技术具有原位观察的优势,利用电子鱼类超声波追踪标记,就可以实现对自然环境中水生动物行为和生理进行研究。研究对象涵盖鱼类、甲壳类、豚类以及海龟等,帮助科学家深入了解人类活动对渔业、鱼类迁徙和行为、物种保护和栖息地恢复等方面的影响,也有利于我们管理和保护水生生态系统。
本文仅仅对国际和中国国内最主流的Vemco声学追踪技术先做重点介绍,后续文章将对各个厂家的技术进行优劣比较。Vemco公司的鱼类声学追踪定位技术是全球行业的标准,希望本文的介绍可以使您对世界先进的鱼类声学追踪技术有所了解。
二、全球该技术应用现状
声学遥测技术在发达国家已经有了50多年的应用历史,已经成为鱼类调查的常规手段。世界上提供该设备的公司很少,目前在全球和中国最为广泛的是加拿大Vemco公司所提供的技术设备,Vemco是全球最著名的声学遥测技术提供商,是当之无愧的世界第一品牌,其技术成为行业的标准。全球超过20,000多套VR2W接收机布放于全球各地用于水生动物研究。
三、国内该技术的应用现状
在中国,长江水产研究所最早采用世界上最著名的VEMCO公司的鱼类跟踪定位产品,其应用也有20多年的历史。因此Vemco公司具备国内最广泛的客户群,中国的所有鱼类遥测项目均采用Vemco公司的产品,比如成功用于四大家鱼、中华鲟等诸多鱼类保护项目。
四、技术特点
1)实现个体研究,每条鱼具备全球唯一的编码
2)69kHz和180kHz发射频率
3)探测距离在1km左右,具体要进行实地测试
4)有主动跟踪系统VR100和被动接收系统VR2W可以选择,适合各类研究
5)可以实现鱼类二维或三维定位研究

五、全球著名案例
  - 海洋跟踪网络(OTN)
  - 澳大利亚声学跟踪和监测系统(AATAMS)
  - 南非声学跟踪平台(ATAP)
  - 太平洋大陆架跟踪项目(POST)
  - 五大湖观测系统(GLOS)
  - 佛罗里达州大西洋海岸遥测(FACT)
  - 大西洋合作遥测(ACT)
  - 芬迪湾监测鲑鱼的迁徙模式
  - 新斯科舍沿岸监测鳕鱼的迁徙模式
  - 英国蒂斯河大坝的鱼道监测
  - 加州沿岸濒危巨坚鳞鲈监测
  - 阿拉斯加沿岸鳕鱼栖息地监测
  - 中国四大家鱼、中华鲟等遥测

六、系统组成
1)鱼类超声波追踪标记(鱼类声学标记)
1.1)180kHz系列声学标记

V4、V5和V6三款尺寸型号,其中V4声学超声波追踪标记是全球最小的鱼类超声波标记,水中重量仅仅0.24g,特别适合幼鱼生活史研究。180kHz的发射频率,适用于海洋和淡水环境,研究表明,超过200kHz频率的超声波鱼类追踪标记不适合在海洋水环境中使用。2014年,科学家在西非佛得角利用V5标记成功研究了刚孵化的小海龟入海的行为规律。

1.2) 69kHz系列声学标记
V7、V8、V9、V13和V16,基本可以满足用户对大部分鱼类的研究。并且最重要的是可以集成温度传感器、压力传感器和加速度传感器。其中V9这个型号是国内使用最为广泛的型号。

2)主动鱼类跟踪系统
VR100主动鱼类跟踪系统,适应各种野外作业要求,主要用于小型调查船进行快速的主动搜索和跟踪,可以实时在屏幕上看到数据。
VR100属于“搜索型”接收机,配有全向型和方向型水听器,可以先使用全向型水听器搜索附近是否有被标记的鱼类。如果有,那么再使用方向型水听器就可以确定该鱼的方位,然后可以逐渐靠近,最终可以确定该鱼的大致位置。

3)被动鱼类跟踪系统
VR2W被动鱼类跟踪系统可以布放在鱼类洄游的路线,从河流到海洋,我们可以利用VR2W接收机组建的监测网长期监测各类水生动物。当被标记动物进入VR2W接收机接收范围内时,VR2W接收机可以记录标记ID编号和传感器的数据。
应用特点
  - 属于“岗哨型”的接收机,可以监测鱼类“出现”/ “未出现”事件
  - 对于很多鱼类进行长期的大范围的监测
  - 时间尺度大、监测地域广、监测物种多
  - 全年无休、长期值守
技术特点
  - 两种型号:VR2W-69kHz和VR2W-180kHz
  - LED指示灯指示接收机工作状态
  - 坚固耐用,保障数据安全
  - 人性化设计,易携带、易操作、易维护
  - 蓝牙方式和电脑无线通讯,快速数据传输
  - 免费固件升级

4)鱼类定位系统
VPS鱼类定位系统是一种基于水声学原理的低成本、非实时的鱼类定位跟踪系统,这套系统基于VR2W接收机布阵,可以对阵列内部的鱼类进行高精度的连续定位,数据后处理由VEMCO提供。非常适合小尺度范围内的鱼类行为学研究。
应用特点
  - 非实时定位,定位精度1m至5m
  - 定位原理:三角测量
          1)设计布放网格,以保证每个鱼类标记的信号被三个或三个以上的VR2W接收器接收。
          2)由已知的VR2W接收器GPS位置和标记信号到达时间来推算标记位置
          3)增加VR2W接收器的布放密度可以提高定位精度,相邻间距在125m至500 m
  - 小尺度的长期轨迹跟踪,监测的地理范围有限
  - 固定安装,不像VR100是主动式的移动跟踪
  - GoogleEarth呈现动态定位数据
七、总结
综上所述,鱼类超声波跟踪定位技术是研究水生动物的有效手段,但是其高昂的费用往往限制了该技术在国内的应用。
1)如何开展自己的鱼类跟踪项目
如果您需要开展相关研究,建议到各个单位去了解技术的实际应用和知名度,以提高您科研的效益,和全球同领域的科学家选择一样的设备,利于提高国际地位,也利于国内各个单位相互合作。切勿选择淘汰的技术,否则论文质量不高,很难得到国内同行和国际同行的认可。
2)如何实现有效的鱼类跟踪
鱼类在水体中是自由活动的,我们布设的监测网络能否有效对鱼类进行跟踪,需要良好的实验设计。建议和相关技术提供商咨询。扎实的声学理论技术和实践经验才是保证实验成功的关键。否则,经费就打水漂了。

八、部分全球用户

    OTN全球跟踪网络
    FWC鱼类跟踪计划
    La Jolla声学跟踪网络
    iTAG墨西哥湾水生动物跟踪
    CEFT澳大利亚海岸河口鱼类跟踪网络
    POST太平洋大陆架跟踪计划
    ATAP水声跟踪监测平台
    德克萨斯声学跟踪网络
    GLATOS五大湖鱼类遥测系统
    CFTC加利福尼亚鱼跟踪联盟
    AATAMS澳大利亚动物标记和监测系统
    FACT佛罗里达州大西洋海岸遥测
    ACT大西洋鱼类联合遥测
    CFTC加州鱼类跟踪联盟
    SASC南非鲨鱼保护协会
    DomSeTCO多米尼加海龟保护组织
    REEF珊瑚礁环境教育基金会
    TIRN海龟岛保护网络
    卡塔尔鲸鲨跟踪项目
    太平洋蝠鲼研究组
    IMAR葡萄牙海洋研究所
    INBO比利时自然和森林研究所
    LBRC Breede河下游管理局
    WCS野生动物保护协会
    IIM西班牙海洋研究所
    INPA巴西亚马逊国家研究所
    MO-RTC马士基油研究和技术中心
    UFZ德国赫姆赫兹环境研究中心
    CRIOBE法国环境观测和岛屿研究中心
    IRSTEA法国国家环境和农业科技研究中心
    LEMAR法国海洋环境科学实验室
    INRA法国国家农业研究所
    悉尼海洋科学研究所
    IMR挪威海洋研究所
    NINA挪威自然研究所究
    美国斯克里普斯海洋研究所
    AIMS澳大利亚海洋科学研究所
    夏威夷海洋生物研究所鲨鱼研究组
    CSIRO澳大利亚联邦科学与工业研究组织
    CDF查尔斯达文基金会(厄瓜多尔)
    CNR-IAMC意大利国家海岸及海洋环境研究所
    南非国家农林渔业部
    SAIAB ATAP南非水生生物多样性研究所
    加拿大温哥华岛萨蒙河鱼道评估研究
    英国蒂斯河大坝的鱼道监测
    USACE陆军工程师兵团
    卡塔尔环境保护部
    USGS美国地质调查局
    美国佛罗里达鱼类和野生动物研究所
    爱尔兰内陆渔业研究所
    加拿大不列颠哥伦比亚国土资源部
    PWSSC威廉王子科学中心
历经近40年,Vemco的产品和技术已经成为全球鱼类声学遥测的标准,是此领域科学家的首选,产品应用于全球50多个国家和地区。 更多精彩应用实例,欢迎访问: www.vemco.com,或联系support@mai-vision.com

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