回聲探測(cè)技術(shù)在我國(guó)漁業(yè)資源調(diào)查中的應(yīng)用研究進(jìn)展

郝桐鋒 曲疆奇俞文鈺 南海林 張樹(shù)林 張清靖

摘 要：回聲探測(cè)技術(shù)評(píng)估魚(yú)類(lèi)資源是近年新興的一種漁業(yè)資源評(píng)估方法。該方法具有高效、便捷、對(duì)生態(tài)環(huán)境友好等特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。本文概述了回聲探測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程與原理，并總結(jié)了近年來(lái)回聲探測(cè)技術(shù)在我國(guó)漁業(yè)方面的研究現(xiàn)狀，強(qiáng)調(diào)了目標(biāo)強(qiáng)度研究的重要性，并對(duì)今后回聲探測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向做出了展望。

關(guān)鍵詞：回聲探測(cè)；漁業(yè)資源；目標(biāo)強(qiáng)度

漁業(yè)資源評(píng)估是利用科學(xué)的方法對(duì)漁業(yè)資源進(jìn)行估算，是漁業(yè)管理、漁業(yè)建設(shè)、漁業(yè)保護(hù)和漁業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)?？茖W(xué)的評(píng)估漁業(yè)資源對(duì)漁業(yè)的管理和生產(chǎn)有著重要意義，同時(shí)漁業(yè)資源評(píng)估還可以幫助我們實(shí)現(xiàn)漁業(yè)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。漁業(yè)資源評(píng)估的方法有拖網(wǎng)法、標(biāo)志放流法、世代分析法和回聲探測(cè)法等方法。拖網(wǎng)法，是一種用于估算原始資源量的方法，適用于海洋水域的底層魚(yú)類(lèi)和近底層魚(yú)類(lèi)的資源量評(píng)估，該方法主要根據(jù)拖網(wǎng)單位時(shí)間的掃海面積和單位時(shí)間的漁獲量來(lái)估算單位面積內(nèi)某種魚(yú)類(lèi)的絕對(duì)數(shù)量［1］。標(biāo)志放流法指的是在特定水域中，捕獲部分特定種類(lèi)的魚(yú)類(lèi)個(gè)體并對(duì)其進(jìn)行標(biāo)記，再將標(biāo)記好的魚(yú)類(lèi)個(gè)體放生，經(jīng)過(guò)一定期限后進(jìn)行重捕，根據(jù)重捕中標(biāo)志數(shù)的比例，即可評(píng)估該水域中某種魚(yú)類(lèi)資源的總數(shù)［2］。世代分析方法指的是在已知自然死亡系數(shù)的條件下，可以用一個(gè)世代在不同年份的連續(xù)漁獲量資料估算種群在補(bǔ)光時(shí)的數(shù)量，一般在單位捕撈努力量不能可靠的作為種群密度指標(biāo)的時(shí)候，常采用世代分析法評(píng)估魚(yú)類(lèi)種群數(shù)量［3］。

回聲探測(cè)法是一種新興方法，其發(fā)展可以追溯至20世紀(jì)初。1912年物理學(xué)家Fessenden發(fā)明了水下電動(dòng)式水聲換能器并且利用這臺(tái)換能器在1914年首次探測(cè)到了冰山。1918年物理學(xué)家Langevinc發(fā)明的石英換能器成功的獲取了潛艇的回波，同年11月物理學(xué)家Boyle設(shè)計(jì)了第一款主動(dòng)聲納，為回聲探測(cè)技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)?；芈曁綔y(cè)技術(shù)在二戰(zhàn)期間發(fā)揮了巨大作用，戰(zhàn)后世界各國(guó)意識(shí)到回聲探測(cè)技術(shù)在軍事上的重要性，均開(kāi)始發(fā)展自己的回聲探測(cè)技術(shù)，使其在低頻、大功率、深海和信號(hào)處理等方面有了巨大的進(jìn)步?；芈曁綔y(cè)技術(shù)最早被運(yùn)用于漁業(yè)方面是在1929年，日本學(xué)者使用回聲探測(cè)儀探測(cè)水體，并首次在回聲探測(cè)儀的示波器上接收到了魚(yú)群數(shù)量的信號(hào)［4］。在之后的50年里，學(xué)者們陸續(xù)對(duì)回聲探測(cè)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。Sund［5］通過(guò)回聲探測(cè)儀對(duì)大西洋鱈魚(yú)（Gadus morhua）的進(jìn)行了時(shí)空分布調(diào)查，并由此發(fā)表了世界上首例魚(yú)探儀映像。Scherbino對(duì)Ingvar Hoff的理論做出了改正，使回聲探測(cè)技術(shù)能夠通過(guò)分析數(shù)據(jù)來(lái)確定水生生物的密度及分布［6］。Foote［7］解決了回聲探測(cè)器校準(zhǔn)問(wèn)題，使聲學(xué)調(diào)查的結(jié)果更加準(zhǔn)確。挪威公司Simrad的分裂式回聲探測(cè)儀Simrad EK500進(jìn)入市場(chǎng)。自此回聲整合器、回聲信號(hào)技術(shù)開(kāi)始逐步完善，回聲探測(cè)技術(shù)也越來(lái)越成熟，在漁業(yè)方面回聲探測(cè)技術(shù)也從單純的助漁手段開(kāi)始向漁業(yè)資源評(píng)估與調(diào)查方面轉(zhuǎn)變。Seiji Ohshimo［8］等使用回聲探測(cè)技術(shù)評(píng)估了日本九州東西部水域內(nèi)沙丁魚(yú)（Sardina melamosticta）的資源量。Stanley［9］利用回聲探測(cè)技術(shù)對(duì)墨西哥灣北部石油井臺(tái)的漁業(yè)資源進(jìn)行評(píng)估。捷克的國(guó)家水生生物研究院使用回聲探測(cè)技術(shù)對(duì)捷克國(guó)內(nèi)淡水水域里的鯉（Cyprinus carpio）等漁業(yè)資源進(jìn)行了評(píng)估［10］?；芈曁綔y(cè)法與拖網(wǎng)法、標(biāo)志放流法、世代分析法等傳統(tǒng)方法相比，回聲探測(cè)法有著速度快、成本低、覆蓋面廣、可重復(fù)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)直觀、分析時(shí)空分布、不傷害魚(yú)類(lèi)資源和生境等優(yōu)點(diǎn)。

回聲探測(cè)技術(shù)探測(cè)魚(yú)類(lèi)資源與傳統(tǒng)方法探測(cè)魚(yú)類(lèi)資源相比有著許多優(yōu)勢(shì)，但由于回聲探測(cè)技術(shù)在1984年才被引入我國(guó)，因此我國(guó)利用回聲探測(cè)技術(shù)對(duì)漁業(yè)資源進(jìn)行調(diào)查的研究較少，因此本文對(duì)近年國(guó)內(nèi)回聲探測(cè)技術(shù)在漁業(yè)上的研究進(jìn)行了總結(jié)與歸納，旨在為今后回聲探測(cè)技術(shù)我國(guó)漁業(yè)方面的發(fā)展提供參考。

1 回聲探測(cè)技術(shù)原理

回聲探測(cè)儀通過(guò)換能器將電子信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲信號(hào)后向水中發(fā)射脈沖超聲波，當(dāng)脈沖超聲波在水體的傳播過(guò)程中遇到障礙物時(shí)，由于障礙物的聲阻抗率與水的聲阻抗率不同，該障礙物就會(huì)對(duì)脈沖超聲波產(chǎn)生散射和反射作用產(chǎn)生回波信號(hào)，換能器會(huì)將接收的回波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)［6，11］。

回聲探測(cè)儀主要使用兩種方法來(lái)評(píng)估魚(yú)類(lèi)資源量分別是回波計(jì)數(shù)法和回聲積分法。

回波計(jì)數(shù)法是對(duì)探測(cè)區(qū)域內(nèi)的魚(yú)類(lèi)呈個(gè)體分散分布時(shí)對(duì)個(gè)體分別計(jì)數(shù)，并計(jì)算出探測(cè)過(guò)程中換能器發(fā)射聲波的掃水體積，兩者的比值即為魚(yú)類(lèi)資源量［12］。其計(jì)算公式為：

ρν=Etotalνρ×pings（1）

式中：ρν是魚(yú)類(lèi)密度，ind/1 000 m3；Etotal為探測(cè)過(guò)程中聲波覆蓋范圍內(nèi)聲信號(hào)數(shù)量；pings為換能器發(fā)射ping的次數(shù)，ping是換能器發(fā)射脈沖的頻率；νρ為每ping掃描的水體體積，1 000 m3。

回聲積分法是根據(jù)采樣水域內(nèi)魚(yú)群回聲強(qiáng)度的積分值比上單個(gè)魚(yú)體對(duì)聲波的反射率，從而得出探測(cè)水域魚(yú)體的個(gè)數(shù)［13］。其計(jì)算公式為：

ρν=Sν1n∑kk=1nkTSk（2）

式中：ρν為魚(yú)類(lèi)密度，ind/m3；Sv為體積散射強(qiáng)度，即單位區(qū)域內(nèi)魚(yú)群回聲強(qiáng)度積分值；n為魚(yú)類(lèi)總資源量；K為探測(cè)水體中魚(yú)類(lèi)的種類(lèi)數(shù)；nk第k種魚(yú)的尾數(shù)；TSk為第k種魚(yú)的平均目標(biāo)強(qiáng)度。

回波計(jì)數(shù)法評(píng)估魚(yú)類(lèi)資源時(shí)會(huì)受到水體內(nèi)魚(yú)群密度的影響，所以多應(yīng)用于內(nèi)陸水域?；芈暦e分法一般不受水體內(nèi)魚(yú)群密度的影響，因此在海洋水域中運(yùn)用的更多。除此之外，當(dāng)水體內(nèi)的魚(yú)類(lèi)種類(lèi)較多時(shí)，回聲積分法的準(zhǔn)確性高于回波計(jì)數(shù)法。

2 目標(biāo)強(qiáng)度

目標(biāo)強(qiáng)度全稱為聲學(xué)目標(biāo)強(qiáng)度（Target Strength簡(jiǎn)稱為T(mén)S）指的是生物在水中的回波聲強(qiáng)，目標(biāo)強(qiáng)度是定量描述目標(biāo)生物反射聲波能力強(qiáng)弱的物理量，是魚(yú)類(lèi)聲學(xué)評(píng)估中最重要的參數(shù)［13］。

目標(biāo)強(qiáng)度的物理定義為：

TS=10 lg（Ir/Ii）（3）

式中：TS為魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度，dB；Ii是入射聲強(qiáng)，W/m2；Ir是距離目標(biāo)生物的聲學(xué)中心1 m的反射聲強(qiáng)，W/m2。

魚(yú)類(lèi)的目標(biāo)強(qiáng)度定義為：

TS=20 lg（σbs/4π）（4）

式中：σbs是魚(yú)體的聲學(xué)截面［14］，m2。

σbs指的是魚(yú)體對(duì)入射聲波產(chǎn)生散射的等效面積，是一個(gè)意義更加明確的物理量。但由于無(wú)法直接測(cè)量σbs的大小，學(xué)者們?yōu)榱藢ⅵ襜s和魚(yú)類(lèi)可以測(cè)量的生物學(xué)特征聯(lián)系起來(lái)，便使用和魚(yú)體聲學(xué)截面相關(guān)的一個(gè)量體長(zhǎng)來(lái)求解σbs，并為此建立了目標(biāo)強(qiáng)度—體長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn)公式：

TS=ɑlgL10TL+b（5）

式中：TL為魚(yú)的體長(zhǎng)，cm；ɑ，b為回歸系數(shù)，它們的值需要多次測(cè)定TS來(lái)確定。

2.1 影響魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度的因素

魚(yú)類(lèi)的傾角分布、組織的聲學(xué)特性、換能器頻率、魚(yú)體的體長(zhǎng)、有無(wú)魚(yú)鰾等因素都可以影響魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度［15］。在所有的因素中魚(yú)類(lèi)的傾角分布、組織的聲學(xué)特性和有無(wú)魚(yú)鰾都是影響魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度大小的主要因素。魚(yú)體對(duì)目標(biāo)強(qiáng)度的反射能力的大小和魚(yú)體各組織的聲阻抗率的大小有關(guān)，而聲阻抗率與介質(zhì)的密度有關(guān)，介質(zhì)密度越大，其聲阻抗率也越大，聲阻抗率相差越大，介質(zhì)對(duì)聲波的反射能力越強(qiáng)。魚(yú)鰾是有鰾魚(yú)種的聲反射主要器官，這是因?yàn)樵隰~(yú)體的各組織中魚(yú)肉和水的密度相差不大，對(duì)聲波的反射能力不強(qiáng)，但魚(yú)的魚(yú)鰾內(nèi)一般會(huì)充滿空氣，因?yàn)榭諝獾拿芏冗h(yuǎn)低于水，所以魚(yú)鰾的聲散射相對(duì)較強(qiáng)［16］。有研究表明魚(yú)鰾反射的聲能占魚(yú)體反射聲能總值的百分之九十以上，所以在一般情況下有魚(yú)鰾的魚(yú)類(lèi)比沒(méi)有魚(yú)鰾的魚(yú)類(lèi)有著更大的目標(biāo)強(qiáng)度［15］。除魚(yú)鰾外，魚(yú)類(lèi)的傾角分布也是影響魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度大小的另一個(gè)主要因素。魚(yú)類(lèi)的傾角分布指的是魚(yú)體的中軸線相對(duì)于聲波入射方向的角度。如果在目標(biāo)強(qiáng)度的測(cè)定中忽視魚(yú)類(lèi)傾角分布的影響，則會(huì)對(duì)漁業(yè)資源調(diào)查的結(jié)果產(chǎn)生三分之一以上的誤差［17］。這是因?yàn)榛芈曁綔y(cè)儀發(fā)射的聲波頻率多在38～200 kHz之間，而聲波波長(zhǎng)多為39 mm和12.5 mm，多小于被調(diào)查魚(yú)體的長(zhǎng)度，這便使得魚(yú)體散射聲波具有指向性［18］。因此魚(yú)類(lèi)傾角分布的變化也會(huì)引起散射聲波的回波強(qiáng)度的變化，進(jìn)而影響魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度的準(zhǔn)確性。

2.2 魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度的測(cè)量方法

魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度的研究方法共有三種，分別是：受控實(shí)驗(yàn)法、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量法和模型估算法。

2.2.1 受控實(shí)驗(yàn)法 受控實(shí)驗(yàn)法主要是指通過(guò)搭建聲學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)測(cè)量行為遭受控制的魚(yú)類(lèi)的目標(biāo)強(qiáng)度［18］。

2.2.1.1 繩系法 繩系法的研究對(duì)象是已經(jīng)死亡或被麻醉的魚(yú)類(lèi)，用一條細(xì)線固定魚(yú)體，細(xì)線的另一端用來(lái)調(diào)整實(shí)驗(yàn)魚(yú)的姿態(tài)傾角，利用換能器來(lái)測(cè)量不同傾角下的魚(yú)體的目標(biāo)強(qiáng)度，隨后固定魚(yú)體角度，研究實(shí)驗(yàn)魚(yú)目標(biāo)強(qiáng)度和其體長(zhǎng)之間的關(guān)系。有研究表明，魚(yú)體的目標(biāo)強(qiáng)度和魚(yú)類(lèi)體長(zhǎng)及換能器頻率呈線性相關(guān)，其公式為［19］：

TS=mlogL+ɑogf+b（6）

式中：L為魚(yú)體的長(zhǎng)度，cm；f為換能器頻率，kHz；m，ɑ，b為常數(shù)值。

2.2.1.2 網(wǎng)箱法 網(wǎng)箱法是指在聲學(xué)透明材料制作而成的網(wǎng)箱中放置一條或多條實(shí)驗(yàn)魚(yú)，再將網(wǎng)箱放置于換能器的波束范圍內(nèi)來(lái)測(cè)量魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度的方法。使用網(wǎng)箱法來(lái)測(cè)量魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度時(shí)需注意實(shí)驗(yàn)魚(yú)的狀態(tài)要與自然狀態(tài)盡量一致［18］。

2.2.2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量法 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量法是一種重要的測(cè)量方法，在對(duì)某種魚(yú)類(lèi)的集群方式尚不清楚時(shí)，只能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，而不能貿(mào)然將該魚(yú)類(lèi)放置于網(wǎng)箱中測(cè)量以期得到魚(yú)群的散射強(qiáng)度和回波圖像。由于沒(méi)有準(zhǔn)確的魚(yú)群規(guī)模信息，所以在使用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量法測(cè)量時(shí)特別需要知道目標(biāo)魚(yú)在換能器波束下的位置，以補(bǔ)償回波強(qiáng)度。現(xiàn)有的分裂波束換能器和雙波換能器可以在測(cè)量目標(biāo)強(qiáng)度的同時(shí)測(cè)定目標(biāo)位置，對(duì)換能器指向性進(jìn)行補(bǔ)償。在使用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量法時(shí)要記住一個(gè)原則：確保目標(biāo)處在自然狀態(tài)。除此之外還需注意兩個(gè)條件：?jiǎn)误w魚(yú)之間要有足夠的間距，避免重疊回波；第二，對(duì)魚(yú)群的采樣要有效，能充分代表魚(yú)群體長(zhǎng)分布、年齡構(gòu)成等種群特征［20］。

2.2.3 模型估算法 模型估算法是根據(jù)聲散射理論和研究對(duì)象生物學(xué)特性將聲散射的主要來(lái)源，近似為規(guī)則幾何模型，再利用計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算這些模型的目標(biāo)強(qiáng)度［21］。模型估算法測(cè)量魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度的方法有很多，下面對(duì)其中幾個(gè)重要的模型做簡(jiǎn)要介紹。

2.2.3.1 球體模型 球體模型是模型估算法中最簡(jiǎn)單的模型，該模型將魚(yú)體近似為充滿液體的球體模型，魚(yú)鰾為充滿氣體的球體模型，其公式為［22］：

S（θ）=∑∞l=0si（θ）=ik∑∞l=0（2l+1）11+iC1Pn（cosθ）（7）

式中：θ是模型和入射聲波之間的夾角；Pn（cosθ）是勒讓德多項(xiàng)式；C1計(jì)算公式為：

C1=j′1（k1a）n1（ka）j′1（ka）j1（k1a）-ghn′1（ka）j′1（ka）j′2（k1a）j1（ka）j′（ka）j1（k1a）-gh（8）

式中：j1和n1分別是第一類(lèi)和第二類(lèi)球形貝塞爾函數(shù)，j1和j2是j1的變形，n1是n1的變形；K1和K分別是散射體和介質(zhì)中的波束；a是模型的圓柱體微元橫截面半徑；g和h分別是聲波在散射體和介質(zhì)中的密度與聲速比值。

2.2.3.2 基爾霍夫模型 基爾霍夫模型是通過(guò)X光或解剖的方法獲得魚(yú)體和魚(yú)鰾的相關(guān)信息，在對(duì)這些信息進(jìn)行處理，建立它們的二維模型，隨后將魚(yú)體、魚(yú)鰾分割為數(shù)個(gè)微元，分別計(jì)算每個(gè)微元的目標(biāo)強(qiáng)度，最后將各個(gè)微元的目標(biāo)強(qiáng)度相加即可得到整體的目標(biāo)強(qiáng)度?；鶢柣舴蚰Ｐ团c其他模型相比，可以相對(duì)準(zhǔn)確的反應(yīng)目標(biāo)強(qiáng)度的情況，但建模過(guò)程相對(duì)復(fù)雜［23］。

ζ（f）=-in∑Nejb0e-2kv（j）d×（j）（9）

2.2.3.3 橢球體模型 橢球體模型是近年魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度研究中常用的模型之一。將橢球體看做是由一系列沿其長(zhǎng)軸無(wú)間排列的圓柱體微元組成，根據(jù)圓柱體微元散射場(chǎng)的分析結(jié)果，可得橢球體模型的散射場(chǎng)為［17］：

f=f0·D（θ）（9）

式中：f0為聲波垂直、背向（從魚(yú)體背部）入射時(shí)模型的散射振幅，D（θ）為該模型的指向性。式中f0的表達(dá)式為：

f0=-i×2πl(wèi)/20dx∑∞m=0bm（x/（l/2））（10）

式中：變量x是模型長(zhǎng)軸方向上圓柱體微元相對(duì)橢球體中心的位置；l是模型長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度;函數(shù)bm的表達(dá)式為：

bm（x/（l/2））=εm（-1）m/（1+iCm（x/（l/2））（11）

式中：εm是諾埃曼數(shù)，當(dāng)m=0時(shí)，εm=1；當(dāng)m＞0時(shí)，εm=2。

函數(shù)Cm的表達(dá)式為：

Cm=S[J′m（k*a）Nm（ka）]Jm（k*a）J′m（ka）-ghN′m（ka）J′m（ka）·[Jm（ka）J′m（k*a）][Jm（k*a）J′m（ka）]-gh-1（12）

式中：Jm（u）和Nm（u）是m階貝賽爾函數(shù)的第一類(lèi)和第二類(lèi)函數(shù)，Jm（u）和Nm（u）是Jm（u）和Nm（u）對(duì)（u）的一階導(dǎo)數(shù)；a是模型的圓柱體微元橫截面半徑；g是模型材料的密度與海水介質(zhì)密度的比值，h是模型內(nèi)聲速與海水介質(zhì)中聲速的比值；k*是模型內(nèi)聲波波數(shù)，它與海水中聲波波數(shù)k的關(guān)系寫(xiě)作：

k*=k/h（13）

式中：D（θ）的表達(dá)式為：

D（θ）=sin（klsin（θ））klsin（θ）cos（1/2）（θ）（14）

式中：θ是模型長(zhǎng)軸相對(duì)于入射波的傾角；D（θ）為模型的指向性。

2.2.3.4 變型圓柱體模型 變形圓柱體模型根據(jù)魚(yú)的背向輪廓和側(cè)面輪廓將魚(yú)體的形狀描述為一系列相鄰的、圓盤(pán)狀圓柱形元素。變形圓柱體模型和橢球體模型相比，變形圓柱體模型能夠更好的描述魚(yú)體形狀，并且對(duì)無(wú)鰾魚(yú)類(lèi)的目標(biāo)強(qiáng)度測(cè)量更加準(zhǔn)確［24］。

2.2.4 魚(yú)體目標(biāo)強(qiáng)度測(cè)量方法對(duì)比 魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度的研究方法有許多種，為了更直觀地對(duì)比這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)，本文總結(jié)了數(shù)篇相關(guān)文獻(xiàn)，并將其繪制成表以供參考［6，17-19，22-24］。

3 回聲探測(cè)技術(shù)在我國(guó)的運(yùn)用

3.1 魚(yú)類(lèi)資源調(diào)查評(píng)估評(píng)估與魚(yú)類(lèi)種質(zhì)資源鑒定

自1984年，回聲探測(cè)技術(shù)被引入我國(guó)，我國(guó)就逐漸利用回聲探測(cè)技術(shù)對(duì)遠(yuǎn)洋水域、近海水域和內(nèi)陸水域的魚(yú)類(lèi)資源進(jìn)行調(diào)查與評(píng)估。1993年，唐啟升等［25］利用回聲探測(cè)技術(shù)得到了北太平洋狹鱈（Theragra? chalcogramma）的分布狀況和分布的環(huán)境特點(diǎn)。1997年至1999年，陳國(guó)寶等［26］利用回聲探測(cè)技術(shù)在南海北部海域獲取的漁業(yè)資源調(diào)查資料，對(duì)該海域內(nèi)的帶魚(yú) （Trichiuridae） 、藍(lán)圓鰒（Decapter maruadsi）、日本竹莢魚(yú)（Trachurus japonicus）、金線魚(yú)科（Nemipteridae）魚(yú)類(lèi)以及大眼鯛科（Priacanthidae） 魚(yú)類(lèi)等5類(lèi)23種經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)進(jìn)行了資源評(píng)估。2006年，譚細(xì)暢等［27］使用Simrad EY60型分束回聲探測(cè)儀對(duì)珠江流域西江江段的青皮塘區(qū)域進(jìn)行了關(guān)于廣東魴（Megalobrama hoffmanni）產(chǎn)卵場(chǎng)繁殖群體分布的回聲探測(cè)。2006—2010年，王珂［15］利用回聲探測(cè)技術(shù)在三峽庫(kù)區(qū)進(jìn)行了8次調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)春季期間魚(yú)類(lèi)密度在庫(kù)區(qū)上游表現(xiàn)更多，而且越往上越多，密度最大江段為重慶至長(zhǎng)壽段，而在庫(kù)區(qū)的首部則最低。石妮［28］在2017年到2019年兩年用回聲探測(cè)儀對(duì)長(zhǎng)江的南岸段和涪陵段進(jìn)行了魚(yú)類(lèi)時(shí)空分布特征研究，發(fā)現(xiàn)顯示魚(yú)類(lèi)大多分布在分叉和彎曲型江段。

3.2 魚(yú)類(lèi)行為研究

3.2.1 魚(yú)類(lèi)的遷移和集群行為 通過(guò)回聲探測(cè)技術(shù)可以調(diào)查出魚(yú)類(lèi)在水體中的時(shí)空分布特征，對(duì)其密度進(jìn)行比較，即可監(jiān)測(cè)魚(yú)類(lèi)的遷移與集群行為。連玉喜等［14］利用回聲探測(cè)技術(shù)對(duì)三峽庫(kù)區(qū)香溪河水域的魚(yú)類(lèi)資源進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)魚(yú)類(lèi)密度受到晝夜影響，白晝時(shí)探測(cè)的魚(yú)類(lèi)個(gè)體大于夜晚探測(cè)時(shí)的魚(yú)類(lèi)個(gè)體，但夜晚魚(yú)類(lèi)密度遠(yuǎn)高于白晝。譚細(xì)暢等［27］利用回聲探測(cè)技術(shù)發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)廣東魴在產(chǎn)卵時(shí)有明顯的集群行為。這些研究揭示了魚(yú)類(lèi)遷移與集群的機(jī)理，魚(yú)類(lèi)的遷移與集群行為與環(huán)境因素、魚(yú)類(lèi)自身生理?xiàng)l件的變化有關(guān)。

3.2.2 魚(yú)類(lèi)的洄游行為 王成友［29］通過(guò)回聲探測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)了長(zhǎng)江中華鱘的生殖洄游，系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)了中華鱘的洄游速度、產(chǎn)卵遷移情況、繁殖周期。對(duì)魚(yú)類(lèi)的洄游行為進(jìn)行研究可以幫助我們保護(hù)瀕危魚(yú)類(lèi)改善其生活環(huán)境。

3.3 魚(yú)類(lèi)種質(zhì)鑒別

個(gè)體魚(yú)是構(gòu)成魚(yú)群的基本元素，對(duì)魚(yú)類(lèi)個(gè)體的進(jìn)行鑒定是魚(yú)群識(shí)別研究的基礎(chǔ)。除此之外，魚(yú)類(lèi)種質(zhì)鑒別對(duì)漁業(yè)資源評(píng)估和魚(yú)類(lèi)行為學(xué)研究是非常重要的。利用回聲探測(cè)技術(shù)可以測(cè)量魚(yú)類(lèi)的目標(biāo)強(qiáng)度，而不同的魚(yú)類(lèi)的目標(biāo)強(qiáng)度即使是在大小相似的情況下也有著一定差異，因此通過(guò)對(duì)目標(biāo)強(qiáng)度的分析可以實(shí)現(xiàn)不同魚(yú)種的鑒別。但由于魚(yú)體是一個(gè)復(fù)雜的散射體，其特性會(huì)使魚(yú)體的回波信號(hào)也變得復(fù)雜，在實(shí)際運(yùn)用中難以反應(yīng)目標(biāo)特征，分類(lèi)效果常不能令人滿意。周超等［30］運(yùn)用時(shí)域自適應(yīng)分段方法。對(duì)三種常見(jiàn)的不同形狀的魚(yú)類(lèi)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，提取其自適應(yīng)分段時(shí)域質(zhì)心特征，并成功使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器對(duì)魚(yú)的種類(lèi)進(jìn)行分類(lèi)。

3.4 評(píng)估其他水生生物

國(guó)內(nèi)學(xué)者不僅利用回聲探測(cè)技術(shù)對(duì)魚(yú)類(lèi)資源進(jìn)行評(píng)估，還利用回聲探測(cè)技術(shù)對(duì)其他具有發(fā)展?jié)摿Φ乃镞M(jìn)行探測(cè)，評(píng)估其目標(biāo)強(qiáng)度與資源量。王歡歡等［20］就利用回聲探測(cè)技術(shù)對(duì)鳶烏賊的目標(biāo)強(qiáng)度進(jìn)行了評(píng)估。除此之外，回聲探測(cè)技術(shù)還可以用來(lái)探測(cè)水生植物，水生植物是水體生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)者，它不僅能夠?yàn)樗锾峁⒌?，還可以改善水體環(huán)境。利用回聲探測(cè)技術(shù)對(duì)水生植物進(jìn)行調(diào)查，可以迅速的獲得水生植物的種類(lèi)、分布和生物量，并以此為基礎(chǔ)繪制水生植物分布圖。通過(guò)水生植物分布圖可以直觀的反應(yīng)被調(diào)查水域的水質(zhì)質(zhì)量，并幫助我們對(duì)水環(huán)境進(jìn)行綜合治理和生態(tài)修復(fù)。徐兆安等［31］就利用回聲探測(cè)技術(shù)對(duì)太湖的沉水植物進(jìn)行了調(diào)查與評(píng)估。

3.5 探測(cè)水深與底部識(shí)別

回聲探測(cè)技術(shù)最早的運(yùn)用就是探測(cè)水體深度?，F(xiàn)在隨著回聲探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，目前回聲探測(cè)設(shè)備不僅能直接在回波圖像中查看某一段或某一點(diǎn)水域的水深，還能夠準(zhǔn)確定位探測(cè)目標(biāo)的深度。水底底質(zhì)主要分為爍石、細(xì)沙、粉沙質(zhì)細(xì)沙等等，其中爍石硬度相對(duì)最高，形狀參差不齊，對(duì)聲波的反射相對(duì)較強(qiáng)，而其他沙質(zhì)、土質(zhì)等由可以根據(jù)它們對(duì)聲波反射程度不同進(jìn)行比較分析［32］。利用回聲探測(cè)技術(shù)對(duì)底質(zhì)類(lèi)型進(jìn)行研究，有利于研究魚(yú)類(lèi)的棲息地環(huán)境，并對(duì)魚(yú)類(lèi)資源進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。

4 總結(jié)與展望

自1984年，回聲探測(cè)技術(shù)被引入我國(guó)之后，回聲探測(cè)技術(shù)憑借著自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在我國(guó)的魚(yú)類(lèi)資源的調(diào)查與評(píng)估中發(fā)揮著重要的作用?？v觀近十年的研究?jī)?nèi)容，我國(guó)回聲探測(cè)技術(shù)對(duì)漁業(yè)方面的研究以魚(yú)類(lèi)資源評(píng)估為中心，對(duì)魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度的研究?jī)?nèi)容相對(duì)較少，除此之外，對(duì)具有開(kāi)發(fā)潛力的經(jīng)濟(jì)物種研究略有不足，需要進(jìn)一步研究。后續(xù)關(guān)于我國(guó)回聲探測(cè)技術(shù)在漁業(yè)方面的運(yùn)用可以從以下三個(gè)方面展開(kāi)。第一，將回聲探測(cè)技術(shù)與４Ｓ技術(shù)相結(jié)合，并對(duì)魚(yú)群資源量、遷移速度、時(shí)空分布等信息進(jìn)行量化，再此基礎(chǔ)上對(duì)魚(yú)類(lèi)的行為和生活史進(jìn)行研究。第二，將回聲探測(cè)技術(shù)應(yīng)用于保護(hù)水生生物，利用回聲探測(cè)技術(shù)調(diào)查瀕危水生生物的棲息地、產(chǎn)卵場(chǎng)。運(yùn)用ＡＲＣＧＩＳ軟件將調(diào)查所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，建立棲息地的底質(zhì)模型，準(zhǔn)確掌握水生生物棲息地的特征，并以此為基礎(chǔ)建立人工棲息地以保護(hù)水生生物。第三，加強(qiáng)對(duì)魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度的研究，我國(guó)回聲探測(cè)技術(shù)在漁業(yè)方面的研究多集中于魚(yú)類(lèi)資源量的評(píng)估，對(duì)魚(yú)類(lèi)單體目標(biāo)強(qiáng)度研究較少，對(duì)魚(yú)類(lèi)以外的水生生物目標(biāo)強(qiáng)度研究較少。所以為提高我國(guó)回聲探測(cè)技術(shù)在漁業(yè)方面的運(yùn)用范圍，要加強(qiáng)對(duì)魚(yú)類(lèi)及其他水生生物的單體目標(biāo)強(qiáng)度的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 林金錶.南海北部大陸架外海區(qū)底拖網(wǎng)魚(yú)類(lèi)資源現(xiàn)存量及可捕量的探討[J].海洋通報(bào)，1983（5）：55-65.

[2] 胡德高，柯福恩，張國(guó)良，等.葛洲壩下中華鱘產(chǎn)卵場(chǎng)的調(diào)查研究[J].淡水漁業(yè)，1992（5）：6-10.

[3] 曹杰，陳新軍，田思泉，等.基于世代分析法的西北太平洋柔魚(yú)冬春生西部群體資源評(píng)估[J].中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，40（3）：37-42.

[4] 張慧杰，危起偉，楊德國(guó).回聲探測(cè)儀的發(fā)展趨勢(shì)及漁業(yè)應(yīng)用[J].水利漁業(yè)，2008（1）：9-13.

[5] SUND O.Echo sounding in fishery research[J].Nature，1935，135（3423）： 953-953.

[6] 張立.西北太平洋漁業(yè)資源聲學(xué)評(píng)估[D].廈門(mén)：國(guó)家海洋局第三海洋研究所，2017.

[7] FOOTE K G.Fish target strengths for use in echo integrator surveys[J].The Journal of the Acoustical Society of America，1987，82（3）：981-987.

[8] OHSHIMO S，MITANI T，HONDA S.Acoustic surveys of spawning Japanese sardine，Sardinops melanostictus，in the waters off western and southern Kyushu， Japan[J].Fisheries science，1998，64（5）：665-672.

[9] STANLEY D R， WILSON C A.Abundance of fishes associated with a petroleum platform as measured with dual-beam hydroacoustics[J].ICES Journal of Marine Science，1996，53（2）：473-475.

[10] KUBECKA J， WITTINGEROVA M.Horizontal beaming as a crucial component of acoustic fish stock assessment in freshwater reservoirs[J].Fisheries Research， 1998，35（1-2）：99-106.

[11] DRATK V，GODLEWSKA M，BALK H，et al.Fish hydroacoustic survey standardization： A step forward based on comparisons of methods and systems from vertical surveys of a large deep lake[J].Limnology and Oceanography： Methods，2017，15（10）：836-846.

[12] BEAUCHAMP D A，LUECKE C，WURTSBAUGH W A，et al.Hydroacoustic assessment of abundance and diel distribution of sockeye salmon and kokanee in the Sawtooth Valley Lakes，Idaho[J].North American Journal of Fisheries Management，1997，17（2）：253-267.

[13] 夏子楊.嘉陵江及支流重慶草街庫(kù)區(qū)段魚(yú)類(lèi)時(shí)空分布特征與環(huán)境因子的關(guān)系[D].重慶：重慶師范大學(xué)，2020.

[14] 連玉喜，葉少文，黃耿，等.三峽庫(kù)區(qū)香溪河魚(yú)類(lèi)資源水聲學(xué)探測(cè)效果的晝夜差異研究[J].水生生物學(xué)報(bào)，2015，39（5）：1041-1045.

[15] 王珂.三峽庫(kù)區(qū)魚(yú)類(lèi)時(shí)空分布特征及與相關(guān)因子關(guān)系分析[D].北京：中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，2013.

[16] 田思泉，薛銘華，童劍鋒，等.北太平洋漁業(yè)資源種類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度研究進(jìn)展[J].中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)，2021，28（3）：371-379.

[17] 于海圓，趙憲勇.鳀魚(yú)（Engraulis japonicus）目標(biāo)強(qiáng)度的模型法研究[J].應(yīng)用聲學(xué)，2007（5）：267-276.

[18] 陳霄航，連玉喜，黃耿，等.兩種鯉科經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)水聲目標(biāo)強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)測(cè)定與應(yīng)用評(píng)估[J].水生生物學(xué)報(bào)，2019，43（4）：854-860.

[19] LOVE R H.Target strength of an individual fish at any aspect[J]. The Journal of the Acoustical Society of America，1977，62（6）：1397-1403.

[20] 王歡歡，張俊，陳作志，等.鳶烏賊目標(biāo)強(qiáng)度繩系控制法測(cè)量[J].水產(chǎn)學(xué)報(bào)，2019，43（12）：2533-2544.

[21] 王金明，孫揚(yáng)，畢福洋，等.魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度測(cè)量方法及應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（7）：21-23.

[22] ANDERSON V C.Sound scattering from a fluid sphere[J].The Journal of the Acoustical Society of America，1950，22（4）：426-431.

[23] 尚曉明.大黃魚(yú)、小黃魚(yú)和銀鯧聲學(xué)目標(biāo)強(qiáng)度的研究[D].舟山：浙江海洋學(xué)院，2015.

[24] YASUMA H，SAWADA K，TAKAO Y，et al.Swimbladder condition and target strength of myctophid fish in the temperate zone of the Northwest Pacific[J]. ICES Journal of Marine Science，2010，67（1）：135-144.

[25] 唐啟升，王為祥，陳毓楨，等.北太平洋狹鱈資源聲學(xué)評(píng)估調(diào)查研究[J].水產(chǎn)學(xué)報(bào)，1995（1）：8-20.

[26] 陳國(guó)寶，李永振，趙憲勇，等.南海北部海域重要經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)資源聲學(xué)評(píng)估[J].中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)，2005（4）：445-451.

[27] 譚細(xì)暢，李新輝，林建志，等.基于水聲學(xué)探測(cè)的兩個(gè)廣東魴產(chǎn)卵群體繁殖生態(tài)的差異性[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，29（4）：1756-1762.

[28] 石妮.長(zhǎng)江重慶段四大家魚(yú)國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)魚(yú)類(lèi)時(shí)空分布特征的研究[D].重慶：重慶師范大學(xué)，2019.

[29] 王成友.長(zhǎng)江中華鱘生殖洄游和棲息地選擇[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[30] 周超，楊信廷，梁旭姣，等.水聲技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用與展望[C]//.中國(guó)聲學(xué)學(xué)會(huì)水聲學(xué)分會(huì)2013年全國(guó)水聲學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.2013：103-105.

[31] 徐兆安，吳東浩，王玉.DT-X回聲探測(cè)儀在太湖沉水植物調(diào)查中的應(yīng)用[J].人民長(zhǎng)江，2016，47（17）：15-18.

[32] 孫銘帥.長(zhǎng)江中游城陵磯至宜昌江段魚(yú)群密度分布特征研究[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

Application of echo detection technology in fishery resources survey in China

HAO Tongfeng1，2，QU Jiangqi2，YU Wenyu1，2，NAN Hailin2，ZHANG Shulin1，ZHANG Qingjing1，2

（1. College of Fisheries， Key Laboratory of Aquaecology and Aquaculture of Tianjin， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300384， China; 2.Beijing Key Laboratory of Fishery Biotechnology， Fisheries Research Institute， Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Beijing 100068， China）

Abstract：Echo detection technology is a new method to evaluate fish resources in recent years.This method has the characteristics of high efficiency，convenience and ecological environment friendliness，and has broad application prospects.This paper summarized the development course and principle of echo detection technology，the current research status of echo detection technology in China's fishery in recent years，emphasized the importance of target intensity research.The prospects of the development direction of echo detection technology in the future was put forward as well．

Key words：echo detection;fishery resources;target strength

（收稿日期：2022-10-14）