【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生态环境监测，具体为基于回声探测的人工鱼礁堆分布特征分析方法。
技术介绍
1、随着海洋生态保护意识的不断提高，人工鱼礁在海洋生态修复和渔业资源增殖方面的作用日益凸显。人工鱼礁能够为海洋生物提供栖息、繁殖和觅食的场所，有助于改善海洋生态环境，提高渔业资源的数量和质量。然而，要充分发挥人工鱼礁的生态效益和经济效益，就必须准确掌握人工鱼礁堆的分布特征。只有了解鱼礁堆的分布情况，才能合理规划鱼礁的投放位置和数量，评估其对海洋生态系统的影响，以及制定有效的渔业管理策略；
2、目前，传统的人工鱼礁堆分布特征分析方法存在诸多缺陷，这些方法往往精度不高，无法准确确定鱼礁堆的位置、大小和形状等关键信息，同时，它们耗时较长，需要大量的人力和物力投入，导致分析效率低下，而且，传统方法难以全面反映鱼礁堆的真实分布情况，可能会忽略一些重要的分布特征，如鱼礁堆的空间聚集程度、与海洋环境因素的关系以及随时间的变化等，这些局限性严重制约了人工鱼礁的科学管理和有效利用。
3、为了解决上述缺陷，现提供技术方案。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决传统人工鱼礁堆分布特征分析方法精度不高、耗时较长、难以全面反映真实分布情况的问题，而提出基于回声探测的人工鱼礁堆分布特征分析方法。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
3、基于回声探测的人工鱼礁堆分布特征分析方法，包括以下步骤：
4、s1.数据采集与预处理：使用多频率回声探测设备在目
5、s2.鱼礁堆初步识别：利用多频率回波信号差异及算法初步识别鱼礁区域，再排除干扰因素确定初步范围；
6、s3.鱼礁堆精细定位与特征提取：对确定区域采用高分辨率探测构建三维模型，提取特征参数用于后续分析；
7、s4.鱼礁堆分布特征分析：基于位置和参数分析鱼礁堆空间分布格局、与海洋环境关系及随时间变化情况；
8、s5.结果输出与应用：以可视化方式输出结果，为鱼礁建设和管理提供建议，结合海洋生态保护和渔业资源管理提供依据。
9、进一步的，所述s4的具体步骤如下：
10、基于鱼礁堆的位置和特征参数，分析鱼礁堆的空间分布格局，具体采用空间统计分析方法，计算鱼礁堆的密度、聚集度、离散度指标，以描述鱼礁堆的分布特征；
11、分析鱼礁堆的分布随时间的变化，具体通过定期进行回声探测，对比不同时间点的鱼礁堆分布情况，分析鱼礁堆的稳定性和动态变化，具体过程如下：
12、针对鱼礁堆的稳定性进行定级，通过确定稳定性指标进行判断，稳定性指标包括位移指标、变形指标及特征参数变化率指标，并通过稳定性指标分别分析得到位移指标值、变形指标值及特征参数变化率指标值；
13、将得到的位移指标值id、变形指标值if及特征参数变化率指标值ic归一化处理后代入以下公式：s＝w1*id+w2*if+w3*ic以得到综稳值s，式中w1、w2、w3分别为位移指标值、变形指标值及特征参数变化率指标值的预设权重系数；
14、将得到的综稳值s与预设的若干个综稳值区间进行比对，若干个综稳值区间分别对应设置不同的稳定性等级，当确定综稳值所述的综稳值区间时，则得到该鱼礁堆的稳定性等级；
15、动态变化分析通过研究鱼礁堆的动态变化，包括新鱼礁堆的出现、旧鱼礁堆的消失或变化，分析这些变化的原因，包括自然因素、人为活动或海洋生态系统的变化。
16、进一步的，所述s4中通过稳定性指标分别分析得到位移指标值、变形指标值及特征参数变化率指标值的具体过程如下：
17、位移指标：计算不同时间点鱼礁堆中心位置的欧氏距离作为位移量d，将位移量进行归一化处理，得到归一化位移值dn＝d/dmax，其中dmax是所有鱼礁堆位移量中的最大值，位移指标值id＝1-dn；
18、变形指标：对比不同时间点鱼礁堆的三维模型，计算鱼礁堆表面积和体积的变化率，将表面积变化率记为as，体积变化率为av，综合变形指标值df＝1-(as+av)/2，进行归一化处理后，通过公式：dfn＝df/dfmax，其中dfmax是所有鱼礁堆变形指标中的最大值，变形指标值if＝1-dfn；
19、特征参数变化率指标：计算回波强度、反射面积、高度差特征参数在不同时间点的变化率，分别记为：回波强度变化率ri，反射面积变化率ar，高度差变化率hc，综合特征参数变化率指标值cp＝1-(ri+ar+hc)/3，归一化处理，cpn＝cp/cpmax，其中cpmax是所有鱼礁堆特征参数变化率指标中的最大值，特征参数变化率指标值ic＝1-cpn。
20、进一步的，所述s1的具体操作步骤如下：
21、选用多频率回声探测设备，同时发射和接收不同频率的声波，以适应不同水深和鱼礁类型的探测需求；
22、在目标海域进行全方位的巡航探测，确保覆盖所有存在人工鱼礁堆的区域，记录不同频率下的回波信号数据，并对数据进行实时存储；
23、对采集到的数据进行预处理，包括去除噪声、校正因海水温度和盐度变化引起的声速误差，以提高数据的质量和准确性。
24、进一步的，所述s1中对采集到的数据进行预处理的具体操作步骤如下：
25、去除噪声的过程如下：
26、识别噪声特征：分析回波信号数据的频谱特性，确定噪声的频率范围和强度分布，由于海洋环境复杂，噪声来自多种源头，包括船舶航行噪声、海洋生物活动噪声，这些噪声具有不同的频率特征；
27、通过分析数据的时间序列和频谱图，识别出与目标回波信号不同的异常波动部分，这些部分即为噪声；
28、选择去噪方法：根据噪声的特征，选择对应的去噪算法，包括小波变换去噪、滤波器去噪；
29、采用带通滤波器，设置对应的截止频率，只允许目标回波信号所在频率范围的信号通过，从而滤除噪声；
30、小波变换去噪通过对信号进行小波分解，将信号分解为不同尺度的小波系数，根据小波系数的特性，对噪声对应的小波系数进行阈值处理，然后再进行小波重构得到去噪后的信号；
31、验证去噪效果：对去噪后的信号进行评估，判断是否达到标准，具体通过比较去噪前后信号的信噪比来衡量去噪效果；
32、声速误差校正的过程如下：
33、测量海水温度和盐度：在进行回声探测的同时，使用温盐深仪设备测量海水的温度和盐度，温盐深仪每隔预设深度间隔进行测量，获取海水温度和盐度的垂直剖面数据；
34、计算声速变化：根据海水的温度和盐度数据，利用声速计算公式计算声速的实际值，公式为：c＝1448.96+4.591t-5.304×10-2t2+2.374×10-4t3+1.340(s-35)+1.630×10-2(s-35)t，其中c为声速，t为温度，s为盐度；
35、将测量得到的温度和盐度代入本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于回声探测的人工鱼礁堆分布特征分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于回声探测的人工鱼礁堆分布特征分析方法，其特征在于，所述S4的具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的基于回声探测的人工鱼礁堆分布特征分析方法，其特征在于，所述S4中通过稳定性指标分别分析得到位移指标值、变形指标值及特征参数变化率指标值的具体过程如下：
4.根据权利要求1所述的基于回声探测的人工鱼礁堆分布特征分析方法，其特征在于，所述S1的具体操作步骤如下：
5.根据权利要求4所述的基于回声探测的人工鱼礁堆分布特征分析方法，其特征在于，所述S1中对采集到的数据进行预处理的具体操作步骤如下：
6.根据权利要求1所述的基于回声探测的人工鱼礁堆分布特征分析方法，其特征在于，所述S2的具体操作步骤如下：
7.根据权利要求1所述的基于回声探测的人工鱼礁堆分布特征分析方法，其特征在于，所述S3的具体操作步骤如下：
8.根据权利要求7所述的基于回声探测的人工鱼礁堆分布特征分析方法，其特征在于，所述S3中提取鱼礁堆
9.根据权利要求1所述的基于回声探测的人工鱼礁堆分布特征分析方法，其特征在于，所述S5中提取鱼礁堆的特征参数的具体操作步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.基于回声探测的人工鱼礁堆分布特征分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于回声探测的人工鱼礁堆分布特征分析方法，其特征在于，所述s4的具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的基于回声探测的人工鱼礁堆分布特征分析方法，其特征在于，所述s4中通过稳定性指标分别分析得到位移指标值、变形指标值及特征参数变化率指标值的具体过程如下：
4.根据权利要求1所述的基于回声探测的人工鱼礁堆分布特征分析方法，其特征在于，所述s1的具体操作步骤如下：
5.根据权利要求4所述的基于回声探测的人工鱼礁堆分布特征分析方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，徐杰，崔旭东，
申请(专利权)人：青岛绿帆昌运环保建材有限公司，
类型：发明
国别省市：
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