阅读说明：本技术 一种岩礁鱼类行为实验观测系统及实验方法 (Rock reef fish behavior experiment observation system and experiment method ) 是由 李娇 公丕海 关长涛 孟振 于 2020-04-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种岩礁鱼类行为观测实验系统及实验方法,其特点是：系统包括实验水槽,在实验水槽之外设置水上视频采集模块、计算机、交换机及电气控制系统。在实验水槽内设置造流水泵、流速测量装置、人工鱼礁、水下视频采集模块及光学信号测量装置。计算机通过交换机分别与水下视频采集模块和水上视频采集模块连接,电气控制系统与所述造流水泵连接。实验方法是实验水槽内的对人工鱼礁进行视频采集、流速控制和光学信号测量。本发明打破解决岩礁鱼类行为学研究中实验空间、鱼体规格等方面的限制,提高岩礁鱼类行为学实验的现场还原性和可靠性,为海洋牧场栖息地生态修复和资源养护提供技术支撑。(The invention provides a rock reef fish behavior observation experiment system and an experiment method, which are characterized in that: the system comprises an experimental water tank, and an overwater video acquisition module, a computer, a switch and an electrical control system are arranged outside the experimental water tank. A flow-making water pump, a flow velocity measuring device, an artificial fish reef, an underwater video acquisition module and an optical signal measuring device are arranged in the experimental water tank. The computer is respectively connected with the underwater video acquisition module and the overwater video acquisition module through the exchanger, and the electric control system is connected with the flow-making water pump. The experimental method is that the artificial fish reef is subjected to video acquisition, flow rate control and optical signal measurement in the experimental water tank. The method breaks through the limitation of experimental space, fish body specification and the like in the research of the rocky reef fish behaviors, improves the site reducibility and reliability of the rocky reef fish behaviors, and provides technical support for ecological restoration and resource maintenance of the habitat of the marine ranch.)

一种岩礁鱼类行为实验观测系统及实验方法

技术领域

本发明属于海洋牧场生态修复技术领域，涉及一种岩礁鱼类行为实验观测系统及实验方法。

背景技术

过度捕捞、工程建设、水域污染及全球气候变化给海洋生物及其栖息地带来巨大的压力，渔业资源衰退、生物多样性下降、栖息地退化是沿海国家面临的严重问题。为修复近海生态环境，养护生物资源，保障海洋渔业的持续发展，目前海洋渔业正逐步由数量增加型向质量效益型转变。近年来，本技术领域把海洋牧场作为渔业升级转型的重要抓手，大力推进海洋牧场建设，加强人工鱼礁工程建设和增殖放流规模，对近海渔业资源增殖起到了一定的积极作用，但是，人工鱼礁与增殖放流基本是两个独立的环节，没有紧密结合，综合效应难以得到充分发挥。多数人工鱼礁的结构选型存在盲目性，部分选型结果仅考虑人工鱼礁的流场特性，基本上没有考虑养护生物对栖息地选择特征。

为摸清岩礁鱼类对礁区生境的选择特征，进一步提高海洋牧场生态修复的合理性、科学性，如何提供一种岩礁鱼类行为实验观测系统及实验方法，用于实现岩礁鱼类行为特征研究。这是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种岩礁鱼类行为观测实验系统及实验方法，用于实现岩礁鱼类行为特征研究，有利于提升人工鱼礁生境营造技术的科学性，提高海洋牧场栖息地的资源养护效果和生态修复功能。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案：一种岩礁鱼类行为观测实验系统，包括实验水槽，其特征在于，在所述实验水槽之外设置水上视频采集模块、计算机、交换机及电气控制系统；所述实验水槽内设置造流水泵、流速测量装置、人工鱼礁、水下视频采集模块及光学信号测量装置；所述计算机通过所述交换机分别与所述水下视频采集模块和水上视频采集模块连接，所述电气控制系统与所述造流水泵连接。

对上述技术方案的改进：所述水上视频采集模块采用广角摄像头，所述水下视频采集模块包括低照度摄像机、固定支架及防水壳，所述固定支架固定在所述实验水槽底面上，所述低照度摄像机密封在所述防水壳内，并通过所述防水壳设置在所述固定支架上，由所述水下视频采集模块、水上视频采集模块、电缆、局域网及计算机组成数据采集、传输和存储模块，所述水下视频采集模块和水上视频采集模块分别通过电缆与交换机连接，所述交换机通过网线与所述计算机连接。

对上述技术方案的进一步改进：所述固定支架包括底座、立杆、横杆及万向接头，所述底座坐落在所述实验水槽底面上，所述立杆下端与所述底座固定连接，所述立杆上部与所述横杆连接，所述低照度摄像机通过防水壳设置的耳板与所述万向接头的一端连接，所述万向接头的另一端与固定支架的横杆连接。

对上述技术方案的进一步改进：所述的造流水泵至少有两台，并设置在所述实验水槽底部，所述电气控制系统采用变频控制,对所述造流水泵调节多级流速。

对上述技术方案的进一步改进：所述的流速测量装置由海流计、承重横梁和伸缩杆组成，所述承重横梁为角钢制成，所述承重横梁横跨在所述实验水槽顶部边沿上，所述承重横梁的水平面上开设长孔， 所述伸缩杆的顶端设有螺纹，所述伸缩杆的顶端插入所述承重横梁的固定长孔内，并通过螺帽固定，所述伸缩杆的下端与所述海流计固定连接，所述海流计通过电缆与所述计算机连接。

对上述技术方案的进一步改进：所述的光学信号测量装置包括水下照度计和延伸杆，延伸杆包括上部杆和下部杆，所述上部杆下端上设置具有透孔的连接板，所述下部杆的一端设有U型连接叉，所述U型连接叉与所述连接板上的透孔通过螺栓连接，所述下部杆的另一端与所述水下照度计连接。

对上述技术方案的进一步改进：所述的实验水槽采用混凝土、玻璃板或316不锈钢板材料制作，所述实验水槽形状为长方体或正方体，所述实验水槽的深度小于3m，所述实验水槽的长度和宽度均小于10m；所述的人工鱼礁为混凝土或金属材料制成。

本发明一种岩礁鱼类行为观测实验系统的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）先对实验水槽进行清洗、消毒；

（2）在实验水槽上方安装水上视频采集模块，其广角摄像头数量按照覆盖实验场所确定；

（3）根据实验人工鱼礁的具体结构、尺寸和重量，采用人工或机械装置将人工鱼礁投放在实验水槽中；

（4）实验水槽内布设水下视频采集模块；

（5）根据人工鱼礁布放位置，调整固定支架位置和万向接头方向，使低照度摄像机对准需要拍摄的位置；

（6）将流速测量装置的承重横梁横跨在实验水槽顶部边沿上，将伸缩杆的顶端插入承重横梁的固定长孔内，并通过螺帽固定在适当位置，在伸缩杆的下端固定连接海流计；

（7）清理实验水槽、蓄水至实验水位、放入岩礁鱼类；

（8）通过电气控制系统控制启动水泵，调节频率至设定流速；

（9）启动水下视频采集模块、水上视频采集模块及计算机，由计算机采集、记录视频信息；

（10）视频观测实验结束后，移动流速测量装置中的伸缩杆在固定长孔中的位置，并调节伸缩杆的长度，测量实验水槽内不同位置和深度的流速；

（11）调整水下照度计位置，测量实验水槽内不同位置的照度。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和积极效果：

1、本发明提供的岩礁鱼类行为观测实验系统及其实验方法，可实现多个流场环境、多种人工鱼礁材料、结构下岩礁鱼类的行为特征研究；

2、本发明克服小型实验水槽对人工鱼礁和实验鱼类尺寸的限制，可用于大型鱼礁和大规格岩礁鱼类行为学研究；

3、本发明解决对非透明人工鱼礁材料的视频信号采集问题，可采用混凝土、金属等实际使用的人工鱼礁材料进行实验，其还原性、真实性、可靠性高于采用透明物质人工鱼礁，扩大实验系统的适用范围；

4、本发明属于海洋牧场生态修复技术研究领域，用于开展更精确、科学的岩礁鱼类行为特征研究，并用以指导人工鱼礁工程建设，为海洋牧场生态修复提供硬件保障和技术支撑。

附图说明

图1是本发明一种岩礁鱼类行为实验观测系统的连接结构示意图；图2是本发明一种岩礁鱼类行为实验观测系统中光学信号测量装

置的结构示意图；

图3是本发明一种岩礁鱼类行为实验观测系统中光学信号测量装置中固定支架的连接结构示意图；

图4是本发明一种岩礁鱼类行为实验观测系统实验方法的流程示意图。

图标记说明：1-交换机、2-计算机、3-电气控制系统、4-广角摄像头、5-光学信号测量装置、5.1-水下照度计、5.6-上部杆、5.5-连接板、5.4-U型连接叉、5.3-螺栓、5.2-下部杆、6-承重横梁、7-伸缩杆、8-海流计、9-实验水槽、10-造流水泵、11-固定支架、11.1-底座、11.2-立杆、11.3-万向接头、11.4-横杆、11.5-顶紧螺钉、12-低照度摄像机、13-人工鱼礁。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明：

参见图1，本发明一种岩礁鱼类行为实验观测系统的实施例，在实验水槽9之外设置水上视频采集模块、计算机2、交换机1及电气控制系统3。在实验水槽9内设置造流水泵10、流速测量装置、人工鱼礁13、水下视频采集模块及光学信号测量装置5。上述计算机2通过交换机1分别与所述水下视频采集模块和水上视频采集模块连接，所述电气控制系统3与所述造流水泵10连接。

具体而言：上述水上视频采集模块采用广角摄像头4，所述水下视频采集模块包括低照度摄像机12、固定支架11及防水壳，将固定支架11固定在实验水槽9底面上，将低照度摄像机12密封在所述防水壳内，并通过防水壳设置在固定支架11上,由所述水下视频采集模块、水上视频采集模块、电缆、局域网及计算机2组成数据采集、传输和存储模块，所述水下视频采集模块和水上视频采集模块分别通过电缆与交换机1连接，交换机1通过网线与计算机2连接。

将广角摄像头4电缆的插头连接电源插座，将广角摄像头4的网络接口连接交换机1。将低照度摄像头12电缆的插头连接电源插座，将低照度摄像头12的网络接口连接交换机1。

进一步地，如图3所示，上述固定支架11包括底座11.1、立杆11.2、横杆11.4及万向接头11.3，将底座11.1坐落在实验水槽9的底面上，立杆11.2下端与底座11.1固定连接，立杆11.2上部与横杆11.4连接，低照度摄像机12通过防水壳设置的耳板与万向接头11.3一端连接，万向接头11.3的另一端与横杆11.4连接。

再进一步地，上述横杆11.4与立杆11.2之间采用活动连接，并通过顶紧螺钉11.5固定，通过调节横杆11.4在立杆11.2上的相对高度，可以满足低照度摄像机12的工作条件要求。

进一步地，上述造流水泵10的安装位置可根据实验要求选择，图1所示的实施例中，有4个造流水泵10分别设置在实验水槽9内底面的四个角落处，电气控制系统3采用变频控制,对造流水泵10调节多级流速。

再进一步地，上述的流速测量装置由海流计8、承重横梁6和伸缩杆7组成，承重横梁6为角钢制成，将承重横梁6横跨在实验水槽9顶部边沿上。在承重横梁6的水平面上开设长孔，伸缩杆7为伸缩杆, 在伸缩杆7的顶端设有螺纹，将伸缩杆7的顶端插入承重横梁6的固定长孔内，并通过螺帽固定，将伸缩杆7的下端与海流计8固定连接。海流计8通过电缆与计算机2连接。

再进一步地，如图2所示，上述光学信号测量装置5包括水下照度计5.1和延伸杆，所述延伸杆包括上部杆5.6和下部杆5.2，在上部杆5.6下端上设置具有透孔的连接板5.5，在下部杆5.2的一端设有U型连接叉5.4，U型连接叉5.4与连接板5.5上的透孔通过螺栓5.3连接，下杆5.2的另一端与所述水下照度计连接。调松螺栓5.3上的螺帽，使U型连接叉5.4与连接板5.5的夹持力变小，可改变上部杆5.6与下部杆5.2的夹角，便于测量实验水槽9内不同位置的照度。

优选地，上述的实验水槽9采用混凝土、玻璃板或316不锈钢板材料制作，实验水槽9形状为长方体或正方体，包括底板和四周的侧壁，顶部为敞口。实验水槽9的深度小于3m，实验水槽9的长度和宽度均小于10m；人工鱼礁13为混凝土或金属材料制成。

参见图4，本发明一种岩礁鱼类行为观测实验系统的实验方法的具体实施方式，实验方法包括如下步骤：

（1）先对实验水槽9进行清洗、消毒；

（2）在实验水槽9上方安装水上视频采集模块，其广角摄像头4的数量按照覆盖实验场所确定；

（3）根据实验人工鱼礁13的具体结构、尺寸和重量，采用人工或机械装置将人工鱼礁13投放在实验水槽9中；

（4）在实验水槽9内布设水下视频采集模块；

（5）根据人工鱼礁13布放位置，调整固定支架位置和万向接头方向，使低照度摄像机12对准需要拍摄的位置；

（6）将流速测量装置的承重横梁6横跨在实验水槽9顶部边沿上，将伸缩杆7的顶端插入承重横梁6的固定长孔内，并通过螺帽固定在适当位置，在伸缩杆7的下端固定连接海流计8；

（7）清理实验水槽9、蓄水至实验水位、放入岩礁鱼类；

（8）通过电气控制系统控制启动造流水泵5，调节频率至设定流速；

（9）启动水下视频采集模块、水上视频采集模块及计算机2，由计算机2采集、记录视频信息；

（10）视频观测实验结束后，移动流速测量装置中的伸缩杆7在固定长孔中的位置，并调节伸缩杆7的长度，测量实验水槽9内不同位置和深度的流速；

（11）调整水下照度计5位置，测量实验水槽9内不同位置的照度。

参见图4，以下为本发明一种岩礁鱼类行为实验观测系统的实验方法的具体实施例, 所述实验方法包括如下步骤: 包括如下步骤：

（1）先对实验水槽9进行清洗、消毒；

（2）在实验水槽9上方安装水上视频采集模块，其广角摄像头4数量按照覆盖实验场所确定；

（3）广角摄像头4连接的电缆上的插头连接电源插座，广角摄像头4上的网络接口连接交换机1；

（4）根据实验人工鱼礁13的具体结构、尺寸和重量，采用人工或机械装置将人工鱼礁13投放在实验水槽9中；

（5）在实验水槽9内布设水下视频采集模块；

（6）根据人工鱼礁13布放位置，调整固定支架11中底座11.1的安放位置、横杆11.4在立杆11.2上的相对高度以及万向接头11.3的方向，使低照度摄像机12对准需要拍摄的位置；

（7）低照度摄像头12连接的电缆上的插头连接电源插座，低照度摄像头12的网络接口连接交换机1；

（8）交换机1通过网线与计算机2连接；

（9）将流速测量装置的承重横梁6横跨在实验水槽9顶部边沿上，将伸缩杆7的顶端插入承重横梁6的固定长孔内，并通过螺帽固定在适当位置，在伸缩杆7的下端固定连接海流计8；

（10）海流计8通过电缆与计算机2连接

（11）清理实验水槽9、蓄水至实验水位、放入实验岩礁鱼类；

（12）根据实验需求，通过电气控制系统控制造流水泵10启停，通过调节变频器，选定造流水泵10工作频率至实验流速；

（13）通过计算机2安装的控制模块，启动水下视频采集模块、水上视频采集模块及计算机2，由计算机2采集、记录视频信息；

（14）视频观测实验结束后，将移动流速测量装置中的伸缩杆7固定在承重横梁6上的固定长孔中的不同位置，并调节伸缩杆7的长度，测量实验水槽9内不同位置和深度的流速；

（15）通过调整水下照度计5在实验水槽9中的位置，改变上部杆5.6与下部杆5.2的夹角，测量实验水槽9内不同位置的照度。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对被发明进行了详细的说明，但对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而对这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。