一种施工水域长江江豚声诱导保护装置及方法与流程

本发明属于野生动物保护技术领域，尤其涉及一种施工水域长江江豚声诱导保护装置及方法。

背景技术：

长江江豚(neophocaenaasiaeorientalisasiaeorientalis)为国家二级重点保护野生动物，仅分布于长江中下游干流、洞庭湖和鄱阳湖及部分支流，对这些水域的自然水文环境及其变化、小型鱼类资源分布及其变动、水域的空间特征及水下声环境等具有独特的适应性。但随着人们对资源的开发和利用强度增加，涉及长江江豚分布及活动水域的工程建设导致长江江豚被误伤的事件时有发生，并已成为长江江豚种群生存的重要威胁之一，备受国内外关注。

长江江豚除了发出用于导航、定位的高频回声定位信号外，还能发出用于通讯的低频声信号——哨叫声，这两类信号的物理结构特征及其生物学功能具有明显的差异。回声定位信号是高频脉冲结构，使用中偏重于维持个体生存和自我保护，比如巡游、觅食、躲避等，而哨叫声是纯音连续信号，使用中偏重于个体间交流和亲缘关系的维持，比如集群、求偶、抚幼等。

涉水施工过程中，机械设备的种类多样化，设备及其施工过程中产生的水下噪声具有持续时间长、强度高、频率多样化、突发性强等特征，对施工水域附近的长江江豚，以及进入施工水域的长江江豚有直接影响和伤害作用，轻则导致长江江豚听觉能力暂时丧失，重则导致长江江豚受伤，甚至死亡。

如何在涉水工程施工过程中对施工水域的长江江豚进行有效的保护，一直是研究人员和施工单位高度关注的问题。目前采取的是船舶噪声和声信号驱赶，即通过人为制造噪声或声信号，驱使长江江豚离开危险的施工水域，以达到保护施工水域长江江豚的目的。但是，这种驱赶模式存在一些缺陷，比如投入的船舶、人力、设备等较多，成本较高；驱赶过程具有一定的强制性，会产生较强的水下噪声，可能在一定程度上增加了对施工水域长江江豚的不利影响；随着驱赶次数增多，长江江豚对驱赶形式和驱赶的声信号可能会日益熟悉，导致这些声信号对长江江豚产生不了驱离作用，达不到驱赶保护的效果。

早期的研究揭示，长江江豚具有灵敏的回声定位能力和敏锐的听觉能力，对声音信号极其敏感。近期的研究表明，长江江豚与部分小型齿鲸一样，能发出低频哨叫声，并且这些哨叫声对维持群体结构稳定、保持群体内个体间的有效协作，以及维持个体间的亲缘关系和保障幼龄江豚成活及健康生长等具有极其重要的作用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于长江江豚哨叫声的独特生物学功能，通过模仿和播放长江江豚的哨叫声，诱导施工水域长江江豚迅速离开危险的施工水域而进入特定的安全水域的方法。避免长江江豚被工程建设活动误伤或误杀，以达到保护施工水域长江江豚的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种施工水域长江江豚声诱导保护装置，该装置包括声学仪器，所述声学仪器包括水下发声设备，与水下发声设备依次连接的信号放大设备、信号调理设备、信号发生设备、信号控制设备、时钟和随机数发生器，以及电源。

在上述的施工水域长江江豚声诱导保护装置中，所述信号发生设备和信号控制设备采用笔记本电脑及其内置软件和外置硬件，所述信号放大设备单独外置，所述水下发声设备采用水听器；所述声学仪器可集成化，亦可采用不同模块组合。

一种施工水域长江江豚声诱导保护方法，该声诱导保护方法通过所述声学仪器来实现；声诱导保护方法包括以下步骤：

步骤1、将声学仪器固定在施工现场外围特定安全水域，布放深度为水深的一半；

步骤2、通过声学仪器发出声音信号，诱导长江江豚远离施工水域，进入声学仪器所在安全水域。

在上述的施工水域长江江豚声诱导保护方法中，所述声学仪器固定在施工现场外围特定的安全水域指距离施工现场600m，且水下声环境状况优于施工水域的水域。

在上述的施工水域长江江豚声诱导保护方法中，所述声学仪器发出的声音信号自动且连续，声音信号的频率、强度、持续时间、间隔时间均可调；其调整范围是：声学仪器发出的声音信号频率为10～12khz；声音信号强度为90～170db；声音信号持续时间为200～600ms；声音信号间隔时间为400～1,200ms。

本发明的有益效果：1.基于长江江豚哨叫声特有的生物学功能和听觉特征，采用电子技术和信号处理技术模拟产生的声信号具有物种针对性、响应高效性和使用安全等特征。

2.声信号发生的参数可在一定范围内变化，使得声诱导仪器发出的声音具有多样性，避免长期使用导致长江江豚对某种单一声信号的适应和出现行为惰性。

3.本发明的声诱导技术既可在较小的水域范围内使用，又可在较大的水域范围内使用，并且所诱导的对象无性别、年龄限制。

4.本发明的声诱导方法可以适应多种天气条件，不受白天和黑夜的影响，特别适合长江江豚这种活动性不受昼夜影响的水生动物。

附图说明

图1.为本发明一个实施例的长江江豚的哨叫声的声谱图；

图2.为本发明一个实施例的长江江豚听力阈值图；

图3.为本发明一个实施例的施工水域噪声功率谱密度图；

其中，a-透水框架施工噪声功率谱密度图、b-沙袋施工噪声功率谱密度图、c-护岸施工噪声功率谱密度图、d-铺排施工噪声功率谱密度图、e-精确定位抛石施工噪声功率谱密度图、f-斗式抛石施工噪声功率谱密度图、g-挖掘机抛石施工噪声功率谱密度图、h-网兜沉石施工噪声功率谱密度图、i-网兜抛石施工噪声功率谱密度图、j-环境背景噪声功率谱密度图；

图4.为本发明一个实施例的声学仪器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

本实施例为了丰富施工水域长江江豚声学保护的形式，补充新的声学保护方法，而提出了与通常的声学驱赶保护方法完全不同的声学保护形式，即声学诱导保护。通过对长江江豚的哨叫声的测量、野生小群体长江江豚听觉能力测量、长江江豚自然栖息地的水下背景噪声测量、施工工程的水下噪声测量，提出施工水域长江江豚声诱导保护方法，可用于有效诱导和保护工程建设水域的长江江豚，避免长江江豚被涉水工程建设活动误伤、误杀。

一种施工水域长江江豚声诱导保护方法，该声诱导保护方法通过所述声学仪器来实现；所述的声学仪器发出的声音信号频率为10～12khz可变；声音信号强度低于170db，高于施工水域背景噪声强度20db以上，为90～170db可变；声音信号持续时间为200～600ms可变；声音信号间隔时间为400～1,200ms可变。

本实施例基于长江江豚哨叫声的独特的生物学功能——通讯、集群、协作、求偶、抚幼，提出了针对施工水域的长江江豚实施声学诱导的保护技术与方法。该方法填补了我国在施工水域有效实施长江江豚声学诱导保护的空白，能有效诱导长江江豚离开危险的施工水域，进入安全水域，从而避免施工过程对其造成影响和伤害。

本实施例具体实施时，对长江江豚的哨叫声、听觉能力，以及涉水施工噪声进行了测量。

如图1所示，哨叫声：长江江豚发出的频率单纯、时间连续的声信号，起始频率均值为10.9khz，结束频率均值为9.5khz，最低频率均值为9.2khz，最高频率均值为11.2khz，频率波动范围均值为2.0khz，信号持续时间均值为403ms。该声信号主要用于长江江豚个体间交流和亲缘关系的维持，比如通讯、集群、协作、求偶、抚幼等。

如图2所示，听觉阈值测量：长江江豚的听觉系统对不同频率、不同强度的声音信号做出不同程度的反应，根据这些反应及变化可以测量长江江豚的听觉阈值，并以此判定长江江豚的听觉能力。本实施例测定，长江江豚对8～16khz的声音信号的阈值为75～90db。

如图3所示，施工水域水下噪声功率谱密度图，对施工水域的背景噪声和多种施工工程形式水下噪声的测量有助于评估施工工程对水下噪声的贡献及其对长江江豚可能造成的不利影响，为声学诱导技术提供更多的理论参考。

本实施方式以施工水域的长江江豚为例，结合本实施例提出的声学诱导技术和方法进行说明。

实施例1：

长江江豚营群居生活，群体大小为3～5头，有时达10头或更多个体。最核心的群体单元是母幼群，母豚和幼豚间关系亲密，哺乳期约6个月，哺乳期结束后，幼豚跟随母豚生活时间超过2年。成年雄性江豚通常跟随不同的小群体，或者跟随母幼群，或者跟随其他雌性或雄性个体或小群体。长江江豚的听觉系统高度灵敏，在浑浊的水下，个体间完全通过声音信号保持联系。通过水下声学仪器发出模拟长江江豚声通讯信号——哨叫声，诱导长江江豚远离危险的环境，进入安全的环境，从而达到保护的目的。

施工水域长江江豚声学诱导保护方法，即声诱导保护方法，将声学仪器固定在施工现场外围某特定水域，布放深度为水深的一半；声学仪器自动且连续发出在一定范围内可变的声音信号，诱导长江江豚迅速远离施工水域，游向和靠近仪器所在安全水域，达到保护长江江豚的目的。

声诱导仪器的布放应根据施工现场的规模和水域空间的大小而定，通常情况下应布放到距离施工现场约600m的水域，并且该水域没有其他施工活动或较强的渔业活动及航运，水下声环境状况优于施工水域。此外，该水域小型鱼类资源相对丰富，长江江豚进入该水域后能停留较长时间。

长江江豚哨叫声的起始频率均值为10.9khz(±1.4khz)，结束频率均值为9.5khz(±0.8khz)，最低频率均值为9.2khz(±0.8khz)，最高频率均值为11.2khz(±1.2khz)，频率波动范围均值为2.0khz(±1.4khz)，持续时间均值为403ms(±197ms)；长江江豚对8～16khz的声音信号的听觉阈值为75～90db。

涉水工程施工噪声的主要能量通常集中在10khz以下。因此，用于诱导长江江豚的声学仪器发出的声音信号的频率应不低于10khz，并且在哨叫声频率范围之内，即不超过12khz；声音信号强度应高于施工水域水下噪声强度20db以上，并超过长江江豚对绝大部分频率声信号的听觉阈值，即90db，但低于长江江豚回声定位信号表象声源级的均值，即170db(re1μpa)；单次声音信号持续时间应在长江江豚哨叫声的持续时间范围之内，即200～600ms，声音信号发出的间隔时间应接近于长江江豚哨叫声平均持续时间的2倍，即400～1,200ms。

此外，为了增加所模仿哨叫声的多样性，增强声信号对长江江豚的诱导能力，在声学诱导过程中，声学仪器发出的声信号应在频率、强度、持续时间、发声间隔这些参数上表现出一定的可变性。

基于以上技术细节，本实施例的声学仪器发出的声音信号频率为10～12khz可变；声音信号强度低于170db，高于施工水域背景噪声强度20db以上，为90～170db可变；声音信号持续时间为200～600ms可变；声音信号间隔时间为400～1,200ms可变。

如图4所示，声学仪器主要包括信号发生设备、信号调理设备、信号放大设备、水下发声设备、信号控制设备及电源供给。信号发生和信号控制设备可以采用笔记本电脑及其内置软件和外置硬件实现，也可以采用外置集成处理器实现，信号放大设备需要单独外置。水下发声设备可以采用水听器。长江江豚的声学诱导仪器可以进行集成化，也可以采用不同的模块进行组合，可以结合实际情况进行选择。信号参数主要根据长江江豚哨叫声的物理特征和生物学功能而定，同时考虑环境噪声和施工噪声以及该水域的声音传播特征。总之，声学仪器发出的声信号对长江江豚而言，应被其明显听到并且能及时产生趋近等行为响应，同时又不能对它们产生不利影响和伤害。

长江江豚声诱导方法的优点是声音频率、声音强度、声音持续时间、发声间隔具有针对性和一定的可变性，完全适用于施工水域长江江豚的声诱导，能产生高效、快捷、安全的保护作用。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。