ICS65.150B52DB41河南省質量技術監督局發布IDB41/T1594—2018前言 12規范性引用文件 13術語和定義 14總則 35調查設計 35.1技術要求 35.2調查項目 35.3調查時間 35.4調查范圍 35.5調查航線 35.6魚類網具采樣 45.7調查航速 45.8魚類的目標強度 46數據采集 56.1調查船 56.2主要儀器設備 56.3聲學數據采集 56.4生物學數據采集 86.5衛星導航定位數據采集 86.6環境數據采集 86.7觀測記錄 87數據處理 87.1聲學數據預處理 87.2生物學數據預處理 97.3生物組成分析 7.4回波映像生物組成分析 7.5積分值分配 8資源量評估 9調查報告編寫 附錄A（規范性附錄）聲學調查記錄表格式 DB41/T1594—2018本標準按照GB/T1.1—2009給出的規則起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利，本文件的發布機構不承擔識別這些專利的責任。本標準由河南省農業廳水產局提出并歸口。本標準起草單位：河南省水產科學研究院、大連海洋大學。本標準主要起草人：湯勇、胡亞東、楊興麗、孫建富、李治勛、李久奇、張劍波。本標準參加起草人：胡碧洋、呂小雙、孫艷輝。1DB41/T1594—2018黃河河南段魚類資源聲學調查技術規范本標準規定了黃河河南段漁業資源聲學調查的開展程序、技術要求和質量控制等。包括調查設計、調查儀器、數據采集處理、資源評估、報告編寫、資料歸檔和成果鑒定與驗收的基本要求。本標準適用于黃河河南段流域河流、水庫區域的漁業資源聲學調查和評估。2規范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T12763.6海洋調查規范SC/T9403海洋漁業資源調查規范SL167水庫漁業資源調查規范3術語和定義GB/T12763和SC/T9403界定的以及下列術語和定義適用于本文件。3.1科學探魚儀指具備聲波的發射和接收、單體目標檢測、目標強度測定、反向體積散射強度測量、回波積分及數據保存回放等功能，能夠根據魚類的回波能量大小進行魚類資源密度評估的水聲測量儀器。3.2標準球指用于對科學探魚儀系統的收發增益和波束參數進行校正的專用金屬圓球，一般采用固定尺寸的純銅或碳化鎢合金制成。3.3科學探魚儀的校正指使用標準球對科學探魚儀的系統收發增益和波束參數等進行修正的過程。3.4分裂波束指科學探魚儀換能器的波束類型。在接收回波時，換能器陣列被分為四個對稱區域，形成4個相同的軸對稱波束。利用目標回波信號在不同接收波束的相位差可計算其在換能器發射波束中的位置，進而通過波束指向性函數補償測定的目標強度。3.5散射截面符號：σ描述物體散射聲波能力的物理量。對應于全方向散射聲功率，表示散射物體接收入射平面波的面積，單位為平方米（m2），計算公式為2DB41/T1594—2018............................................................................式中：r——到目標中心的距離，單位為米（mIi——入射波聲強度；Is——反向散射波聲強。3.6反向散射截面符號：σbs描述物體在與入射相反方向上散射聲波能力的物理量，也被稱為后向散射截面,單位為平方米（m2）。在散射截面為σ時，計算公式為σbs=..............................................................................3.7目標強度符號：TS描述物體反射或者反向散射聲波能力的物理量，單位為分貝（dB），公式為TS=10lgr=1........................................................................式中：Ii——入射波強度；Ibs——距離目標聲中心1米處的回波強度；r——距離，單位為米（m）。當目標的散射波是等方時，Ibs與Is相等，則目標強度可用反向散射截面表示為，TS=10logσbs..........................................................................（4）3.8體積反向散射系數符號：sv也被稱為后向體積散射系數。指單位體積水體中散射物體的平均反向聲散射截面，用以描述單位水體中散射物體對聲波的反向散射能力，單位為m2/m3。大寫Sv為分貝值，Sv=10logsv3.9面積散射系數符號：sa指單位水面下對應的某個水層內散射物體反向體積散射系數均值與層高的乘積，層高也可以為水面至水底。單位為m2/m2。3.10基本積分航程指調查船航行中，用于計算和輸出平均面積散射系數的距離間隔。3.11魚類資源密度在某一時間內，單位（水）面積或單位體積水體中魚類資源的數量（或重量）。3.12表層盲區指在水面附近，除了換能器吃水深度以淺無法探測以外，垂直換能器表面的2倍近場距離內，回波強度無法用于回波積分和目標強度分析。近場距離由換能器半徑a和波長λ決定，Rb=a2/λ。3DB41/T1594—20183.13底層死區指發射脈沖聲波的球形波振面與近似平面的水底面垂直接觸時，距水底面以上的二分之一脈沖寬度距離內的魚類等回波受較強水底回波的相干疊加而無法識別及量化使用，該區域被稱為底層死區。4總則黃河河南段漁業資源聲學調查評估的基本程序、調查質量的控制、調查計劃的編制、作業一般規定、調查船、導航定位、調查儀器設備、調查人員、調查原始資料和樣品的驗收、調查報告的編寫、調查資料和成果歸檔按本標準相關規定執行。5調查設計5.1技術要求5.1.1在調查開始前，應按照本標準要求和儀器操作手冊中的校正說明對科學探魚儀進行一次校正；5.1.2確定調查范圍、調查對象、了解調查對象的生態習性；5.1.3使用選擇性較小網具獲取漁獲物的種類及其數量組成，測量漁獲各魚種（包括非調查對象）的體長和體重；5.1.4調查應按設計航線進行，如躲避定置網具等障礙物更改航線，應在調查報告進行記錄說明，并在資源評估時進行航線更改和校正；5.1.5查明或現場測定調查對象和各主要漁獲種類的目標強度；對于無法查明及無法現場測定其目標強度的魚種，可參考具有相似體態結構魚種的目標強度，并在調查報告中進行說明；5.1.6數據采集和后處理應嚴格按照本標準的相關規定執行。5.2調查項目漁業資源聲學調查的內容包括位于表層盲區與底層死區之間全水層內的主要漁業種類的資源量、資源密度分布及其種群結構。5.3調查時間調查時間應根據調查的主要目的確定。以資源量評估為主要目的的調查，一般選擇調查對象分布比較集中、分布格局較為穩定、調查區域流入流出較少的時期進行。另外，調查時間的選擇還應考慮調查對象的生態分布特點、與環境參數的關系以及天氣、風浪等安全因素。5.4調查范圍根據調查目的盡可能涵蓋調查對象的分布區域。5.5調查航線5.5.1航線類型黃河河南段流域受河道寬度限制，調查航線采用“z”字型航線，即沿河道進行三角形往復折線航行。5.5.2斷面間距“z”字形調查的斷面間距為1條折線起止點間距的一半。間距的選擇取決于調查期限和調查精度的要求，同時考慮調查對象資源分布的時間變化性。為確保調查精度，一般根據式（5）和式（6）初步估算4DB41/T1594—2018調查要求可接受的資源評估結果的變異系數，以此確定調查的斷面數和間距,一般推薦CV小于0.25，即Λ大于4即可，.............................................................................式中：CV——調查要求可接受的資源評估結果的變異系數（標準差與平均值的比值Λ——調查覆蓋度。...............................................................................式中：D——調查航線長度，單位為米（mA——調查區域面積值，單位為平方米（m2）。根據Λ大于4的要求，在以河面寬度為基準的長度內，需要設置3條調查航線。5.6魚類網具采樣在調查過程中按照實時觀測的魚類聲學映像進行生物學網具取樣。5.7調查航速考慮到淡水魚類聽覺較為靈敏，以及一般以舷側方式固定換能器為主，為避免魚類的逃避行為以及確保船側換能器的安全，建議航速應低于10km/h。5.8魚類的目標強度對多數魚類而言，其目標強度與體長關系可以用下式表述：TS=alogLcm+b.....................................................................（7）式中：TS——魚的目標強度，單位為分貝（dBLcm——魚的體長，單位為厘米（cm）；a、b——回歸系數。式（7）需通過對魚類不同體長個體的目標強度進行測定后經回歸分析確定。對多數紡錘型魚類而言，a一般在20左右，式（7）可簡化為：TS=20logLcm+b20.....................................................................（8）式中：b20——式（7）中斜率a預設為20時的截距b值。黃河河南段主要魚類目標強度（70kHz～120kHz）與體長關系參考值見表1。5DB41/T1594—2018表1魚類目標強度與體長關系參考值TS=20logL-64.2TS=20logL-66TS=20logL-72.5TS=20logL-72.56數據采集6.1調查船一般推薦能夠船側安裝科學探魚儀換能器、網具采樣、且自噪聲水平較低的專業調查船只。在無法使用專業調查船進行漁業資源聲學調查時，應按調查需求安裝科學探魚儀，并準確測量船舶在設計調查航速的被動噪聲。6.2主要儀器設備6.2.1基本配置漁業資源聲學調查評估使用的分裂波束科學探魚儀，系統校正的相關裝備，包括0.6mm的單絲尼龍線及標準球等；數據收錄用便攜式計算機和帶有NEMA輸出功能的導航定位儀等。船載電源需要AC220V、或DC12V。如果只有DC12V，使用逆變器（500W以上）將DC12V轉AC220V為便攜式計算機供電，科學探魚儀直接使用DC12V供電。科學探魚儀的收發裝置必須做接地處理（接金屬制船殼、或接入水中）。6.2.2換能器的安裝換能器的固定安裝主要采用船底固定安裝或舷側固定安裝。其中，船底固定安裝換能器的穩定性最高，適宜于低頻體積較大的換能器在專用科學調查船安裝使用；舷側固定安裝較為便捷，但穩定性略差，需配備固定支架，適宜于體積較小的換能器在小型調查船上安裝使用。測量并記錄調查船吃水，或水面至船側安裝換能器間距離。6.2.3換能器的頻率選擇根據黃河河南段調查水域的水深和主要經濟魚類的鰱、鱅、鯉、鯽、黃顙魚、?等，推薦使用工作頻率有70kHz和120kHz。考慮高頻換能器體積較小，重量較輕，便于安裝。如果調查區域水深小于50m，也可以使用200kHz。6.3聲學數據采集6.3.1聲學儀器干擾聲學數據采集過程中應關閉可能產生干擾的其他聲學儀器，如ADCP、水平聲納、測深儀、多普勒計程儀等。在無法關閉其它聲學儀器的情況下，應進行同步設置以避免產生相互干擾。6.3.2聲學儀器校正在調查開始前，參照儀器操作手冊采用標準球方法對科學探魚儀系統各進行一次聲學校正。分裂波束科學探魚儀系統校正的內容包括系統收發信號增益與波束參數校正。6.3.2.1校正的準備6DB41/T1594—2018聲學儀器校正時，要對調查船錨定，發射功率和脈沖寬度的設定值應與實際聲學調查的設定值保持一致。6.3.2.2校正水域的環境要求儀器校正應選擇在平穩、水深大于20m、漁業生物數量較少的水域進行。避免在夜間、河口及流速較大的水域進行。6.3.2.3環境參數測量在校正開始前，先測量、計算標準球所處水層的溫度，選擇淡水條件計算聲速和吸收系數，并將其輸入至科學探魚儀系統中對應位置。6.3.2.4標準球懸掛根據船只大小及換能器吃水深度，可以使用2點式或3點式標準球懸掛方式。船側安裝的換能器可以選用2點懸掛式，即一端在換能器下方，另一端調整方位；較大船只可以選用3點懸掛式，一端為換能器下方附近，另兩端在以換能器為中心對稱的船舷另一側。通過調整標準球位置至換能器波束內，懸垂深度應超過換能器的近場距離，同時保證調整標準球可覆蓋換能器波束中所有位置，一般選擇10m～30m。6.3.2.5校正操作按照科學探魚儀操作手冊，運行數據操作軟件中的校正模塊。結合標準球所處水層的溫度、聲速、脈沖寬度等參數，查閱對應頻率標準球的目標強度理論值，并輸入至校正程序中。參考校正工具中標準球位置標繪圖，通過調整不同懸掛尼龍線的長度，緩慢移動標準球，使其均勻經過波束的每一位置（取樣點數量大于100個，中心區域必須超過4個點）。最后按照系統提示保存校正聲學數據文件。6.3.2.6校正數據修正打開校正數據文件，刪除與標準球參考目標強度值偏離較大的回波數據。當科學探魚儀波束模型的均方根誤差（RMS）小于0.2時，說明校正數據較為理想。當均方根誤差大于0.2而小于0.4時，說明校正數據不理想，應謹慎使用。當均方根誤差大于0.4時，說明校正數據較差，應重新進行校正。6.3.2.7系統校正文件更新確認校正數據符合要求后，對科學探魚儀系統收發信號增益和波束參數進行更新。6.3.2.8校正數據及資料歸檔校正完成后，按儀器使用手冊要求準確填寫校正記錄，并要求校正人員進行簽字確認。對校正過程中采集的聲學原始數據、環境數據及其它紙質或電子數據資料等進行整理歸檔。6.3.3參數設定6.3.3.1基本要求科學漁探儀的工作參數設定應保持一致，以便對不同調查航次的數據進行對比。儀器設定參數需要進行記錄和確認，確保數據質量可靠。6.3.3.2脈沖長度脈沖長度根據調查目標的分布特征（分散或集群）及水深進行設定。一般選擇0.2ms～0.5ms。7DB41/T1594—2018以評估魚類資源量及其密度分布為主要目的的資源調查，應選擇長脈沖；以單目標檢測或魚類目標強度現場測定為主要目的的實驗調查，應選擇短脈沖。6.3.3.3脈沖收發間隔脈沖收發間隔應根據調查水域的最大水深設置，且在調查中保持一致。設置參數應不小于Δt...........................................................................式中：d——調查水域換能器表面至水底的最大距離，單位為米（mc——聲速，單位為米/秒（m/s）。在水深較淺水域，可以使用系統默認的最大值，即系統根據水深自動調整的最小收發間隔。6.3.3.4數據采集深度數據采集深度的設置應大于調查區域的最大水深。也可根據采集數據的需要進行調整，數據采集深度設置不宜超過深度過大。6.3.4聲學數據存儲以原始數據格式保存數據文件。數據文件自動分割存儲值不宜設置過大，一般設定每5km～10km，或小于每10兆字節（Mbyte）自動分割存儲一個數據文件。6.3.5背景噪聲測量將科學探魚儀設置在被動工作模式下，測量并記錄調查船在不同航速條件下的背景噪聲，背景噪聲測量一般在調查船出發至調查起始點之間進行。6.3.6魚類目標強度的現場測定6.3.6.1測定條件與要求測定現場的魚類離散分布且種類組成單一。在測定目標強度的同時，進行生物學取樣以確認魚種，并測定其體長和體重。魚類的離散分布程度用Nv表示，見式（10）.......................................................................式中：c——聲速，單位為米每秒（m/sτ——脈沖時間，單位為秒（s）；ψ——換能器波束的等效立體角，單位為立體弧度（sterR——魚類與換能器表面的距離，單位為米（mρv——魚類的分布密度，單位為尾/立方米（尾/m3），計算公式為：.............................................................................式中：sv——反向體積散射系數，單位平方米/立方米（m2/m3σbs——魚類聲學反向散射截面，單位為平方米（m28DB41/T1594—2018當Nv<0.1時，表示區域內魚類離散分布，回波數據可用于計算魚類的目標強度。6.3.6.2直接測定法分裂波束式科學探魚儀具有魚類目標強度測定功能，可以對漁業生物的目標強度進行現場直接測定。6.3.6.3間接測定法利用計數－積分法或其他統計方法對可分辨為單體目標的種類的平均目標強度進行現場測定。或利用聲學數據后處理軟件的單目標檢測功能，讀取并輸出單體目標的目標強度、分布水深以及波束中的角度等參數，結合網具生物學取樣，計算平均目標強度。6.4生物學數據采集利用選擇性較低的刺網、拋網、釣具或籠壺等漁具在聲學調查期間取樣。在預設站位設置刺網或籠壺等漁具，以及在回波較多水域進行拋網和鉤釣，獲取適量樣品進行生物種類組成與各漁獲種類的體長、體重組成分析。如無法滿足，也可以參考該水域聲學調查期間其他方式的漁獲數據，但需在報告中分析評估取樣誤6.5衛星導航定位數據采集調查船的衛星導航定位系統應具有NEMA數據輸出功能，其輸出數據應連接至科學探魚儀系統，并與聲學數據同步采集存儲。6.6環境數據采集根據調查目的選擇需要采集的溫度、浮游動物、葉綠素等理化生物環境數據。采集方法參照SL167有關要求執行。6.7觀測記錄調查過程中值守人員應填寫觀測記錄（見附錄），內容包括船舶行程信息、聲學儀器工作信息、網具采樣信息、站位、風浪、氣象、現場漁業生產船動態以及其它可供映像分析參考的相關信息等，并簽字確認和歸檔。7數據處理7.1聲學數據預處理7.1.1聲學數據處理文件聲學數據處理文件的大小可根據電腦的性能和分析需要而定，一般按照斷面或時間段建立聲學數據處理文件。7.1.2聲學數據校準根據目標種類所處的水深，計算該水層的平均聲速和吸收衰減系數等參數。建立數據校準文件，對原始數據進行校準。若存在多個頻率的換能器數據，應進行時間同步。7.1.3噪聲消除9DB41/T1594—20187.1.3.1劣質數據區域將偶爾出現的非生物來源回波信號，如氣泡、不規則水底及來自其它儀器的干擾信號等定義為劣質映像數據,在分析過程中扣除此部分數據。7.1.3.2背景噪聲利用聲學數據后處理軟件的相應功能，扣除回聲數據中的背景噪聲。7.1.4積分水層設定7.1.4.1積分起始水層積分起始水層應低于表面盲區，同時應考慮航行船底氣泡層的影響及目標種類所處水深等因素。常用120kHz換能器科學探魚儀系統的積分起始水層一般設置為3m。7.1.4.2積分終止水層積分終止水層應位于底層死區以上。常用120kHz換能器科學探魚儀系統的底層死區一般設置為0.5m。7.1.5基本積分航程7.1.5.1水平間隔一般可以使用500m間隔，但當調查水域較為狹窄，每條調查斷面可以按1個基本積分航程水平間隔；當水域較為寬闊，可以將一個調查斷面分為2～4個水平間隔，以便有效描述河道中魚類資源的水平分布。7.1.5.2垂直間隔基本積分航程的垂直間隔根據已知或觀測的生物水平分層設置，盡可能使每間隔內生物種類較少。在生物種類分布未知的情況下，一般根據水深等間隔設置為10m至20m。7.1.6積分閾設定7.1.6.1目標離散分布根據評估目標種類集群密度、目標強度、分布水層等因素進行設定積分閾。當目標離散分布時（Nv<0.1），根據式（12）計算積分閾。Sv,threshold=TSthreshlod-20logR-Ψ-10log(cτ/2)................................................(12)式中：Sv,threshold——積分閾，單位為分貝（dB）；TSthreshold——評估目標種類的最小目標強度，單位為分貝（dBR——目標與換能器表面的距離，單位為米（mΨ——等效波束立體角的分貝表示，單位為分貝（dBc——聲速，單位為米/秒（m/s）；τ——脈沖時間，單位為秒（s）。7.1.6.2目標集群分布DB41/T1594—2018當目標集群分布時，調節積分閾值并觀察回波映像的變化。當回波映像中非目標種類較少時，據此設定為積分閾。7.2生物學數據預處理統計和計算各網次漁獲物中除底棲種類之外的所有魚種的尾數、體長組成、平均體長、平均體重等數據，供積分值分配和資源密度計算之用。以評估漁業種類的種群結構為調查目的時，應同時統計評估種類的年齡組成數據。7.3生物組成分析以基本積分航程為單位進行積分值輸出和生物組成映像分析。映像分析主要以該基本積分航程附近的生物學取樣和映像特征為參考，進行生物種類組成分析，輔以生物種類在不同頻率換能器下的回波映像差異進行判讀。7.4回波映像生物組成分析以基本積分航程為單位進行回波映像生物組成分析。根據基本積分航程內或相鄰斷面內具有相似映像特征對應的生物學取樣資料，或者某些種類明顯區別于其它種類的回波特征，對基本積分航程內各水層的生物種類組成進行判讀。7.5積分值分配依照回波映像分析結果，將各基本積分航程輸出的積分值分配給對參與回聲積分的每一種生物。積分值分配的計算公式為：式中：sai——第i種生物分配的積分值，單位為平方米/平方米（m2/m2）；sa——基本積分航程輸出積分值，單位為平方米/平方米（m2