一种基于射频标记与声纳识别的升鱼机智能控制决策方法、装置及介质

本发明属于水电站升鱼机领域，具体涉及一种基于射频标记与声纳识别的升鱼机智能控制决策方法、装置及介质。

背景技术：

1、水利水电工程产生了巨大的经济效益和社会效益，但是它所造成的河流纵向连通性的破坏却是不可忽视的。为应对大坝建设造成的河流物理阻隔与连通性受损，在保留水利枢纽工程经济与社会效益的前提下，因地制宜地规划与修建过鱼设施，已成为世界各国恢复河流生态连通性、保护洄游鱼类最核心的生态补偿措施。升鱼机属于高水头大坝重要的生态补偿设施。

2、升鱼机的实际效果不是由单一因素决定的，是流域自然环境、鱼类自身生物学特性、设施内部人工生境三者之间相互影响的结果。当鱼类被诱导到升鱼机入口之后，进入集鱼斗之后，其是否能够被成功提升，取决于它对于设施内部微观流场以及人工生境的行为选择。集鱼斗内是典型的受限三维水体，几何结构、水动力条件一起决定鱼类的空间分布模式。鱼类在面对陌生的受限环境时，具有本能的趋流性、趋深性以及贴壁效应。适当的流速、稳定的流向可以引导鱼类保持正确的上溯姿态。

3、现有升鱼机运行方式多为固定频率的间歇式提升，缺乏对鱼类上溯节律的实时感知与自适应调控，导致机械提升窗口与鱼类自然上溯高峰错位，造成鱼类在集鱼斗外长时间滞留、能量消耗增大、过鱼成功率降低。同时，升鱼机集鱼斗位于深水高浊度环境中，传统光学监测手段无法有效观测鱼类行为，而现有声纳监测技术缺乏智能识别能力，难以实时获取鱼群数量、体长、运动轨迹等关键信息，也无法将监测数据与升鱼机运行控制闭环联动。

4、中国专利cn118397653a公开了一种升鱼机鱼数量自动统计方法、相关装置、介质及产品，方法中通过获取升鱼机的诱鱼鱼道内赶鱼区域的第一过鱼视频和所述升鱼机的鱼斗箱内的第二过鱼视频，利用改进的yolov8模型对鱼视频进行分析处理。上述现有技术使用yolov8模型分析过鱼视频完成目标分类与检测，然而其使用的是普通摄像机，如图3所示，其将摄像机放到了运鱼槽旁边，这种方法仅能确定已通过升鱼机鱼类的数量和种类，并不能评价升鱼机过鱼效果，对升鱼机控制的意义较为有限。

5、因此，需要一种能够用于评价升鱼机过鱼效果、自动优化提升决策的升鱼机控制方法及装置。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种基于射频标记与声纳识别的升鱼机智能控制决策方法、装置及介质。

2、为了至少实现上述目的之一，本发明采用的技术方案为：

3、一种基于射频标记与声纳识别的升鱼机智能控制决策方法，包括以下步骤：

4、s1：在升鱼机的集鱼斗内安装声纳，所述集鱼斗由卷扬机驱动升降，所述集鱼斗的底部通过对接管连接输鱼管道，所述对接管上安装有鱼阀；在升鱼机岸侧的溜鱼槽口设置无线射频扫描点，并对升鱼机下游的鱼类进行捕捞及无线射频标记，记录每一尾标记鱼类的体长和种类；

5、s2：采集所述声纳探测图像的原始视频流，利用深度学习模型对视频流中的鱼类目标进行检测、跟踪与体长估算，记录鱼类目标的出现时间和在集鱼斗内的停留时长；

6、s3：采集所述无线射频扫描点的数据，统计各种类标记鱼类的通过率和通过时间，并结合步骤s2得到的鱼类出现时间、停留时长及体长分布，确定鱼类上溯的昼夜节律和体长组成特征；

7、s4：根据步骤s3确定的昼夜节律，控制所述卷扬机在夜间上溯高峰时段以高于白天的频率执行提升操作；

8、s5：当集鱼斗被提升至与输鱼管道对接的位置后，控制所述鱼阀开启，将集鱼斗内的鱼类释放至输鱼管道中。

9、进一步地，步骤s2中所述深度学习模型采用yolov8目标检测网络进行深度迭代训练，并采用bytetrack多目标跟踪算法对每一帧声纳探测图像中的鱼类目标进行跟踪。

10、进一步地，训练所述yolov8目标检测网络时，采用1280×1280的高分辨率图像输入，并在数据集中加入没有鱼类目标的纯背景负样本。

11、进一步地，步骤s2中估算鱼类实际体长lr的方式为：根据目标边界框的对角坐标，用欧氏距离算出像素对角线长度，再引入像素与实际单位的换算比例计算。

12、进一步地，所述方法还包括步骤s6：采集升鱼机运行环境参数，所述环境参数至少包括水温、入口流速、下游水位及河道流量；构建广义相加模型，将步骤s3获得的过鱼丰度作为响应变量，将环境参数作为解释变量，解析各环境因子对过鱼效果的非线性驱动关系，并确定最佳入口流速阈值；步骤s4中进一步根据所述最佳入口流速阈值调节诱鱼流量。

13、进一步地，步骤s2中还包括：利用二维核密度估计对鱼类目标的二维运动轨迹进行空间点格局分析，生成鱼类在集鱼斗底部的空间分布热力图。

14、进一步地，步骤s3中所述无线射频扫描点记录的通过时间用于计算鱼类洄游延迟时间，所述洄游延迟时间为从标记鱼释放时刻至首次被无线射频扫描点探测到的时刻之间的时长；当所述洄游延迟时间超过预设阈值时，发出预警信号。

15、本发明还提供一种基于射频标记与声纳识别的升鱼机装置，用于实现上述任一项所述的方法，包括集鱼斗，所述集鱼斗成方形漏斗状，整体设置在升鱼机建筑内并在所述升鱼机建筑内垂直升降，所述集鱼斗的内壁安装有声纳，所述集鱼斗的侧壁上开设有若干排水孔，所述集鱼斗的底部设置有输鱼槽，所述输鱼槽的前端深度大于后端深度，所述输鱼槽的前端连接有对接管，所述对接管上安装有鱼阀；所述集鱼斗的顶部安装有升降框架，所述升降框架上安装有维护架，所述维护架设置于所述声纳的上方，所述升鱼机建筑的顶部安装有卷扬机，所述卷扬机挂载所述升降框架；所述升鱼机建筑的上部固定安装有输鱼管道，所述输鱼管道与所述对接管在特定高度活动连接。

16、进一步地，所述输鱼管道的末端连接后处理装置，所述后处理装置包括暂养池、运鱼车、分鱼池中的一种或多种及其任意组合。

17、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的方法的步骤。

18、本发明与现有技术相比的有益效果如下：

19、1.本发明通过融合声纳智能识别与射频标记技术，实现了升鱼机集鱼斗内鱼类出现时间、停留时长、体长分布及运动轨迹的实时感知，克服了高浊度环境下光学监测盲区，可为升鱼机运行决策提供可靠数据基础。

20、2.本发明根据声纳识别获得的鱼类昼夜节律，自动控制卷扬机在夜间上溯高峰时段以更高频率执行提升操作，有效匹配鱼类自然洄游窗口，避免固定间歇式运行造成的鱼类滞留。

21、3.本发明引入广义相加模型解析环境因子与过鱼丰度的非线性关系，并自动调节诱鱼流量至最佳入口流速阈值，降低鱼类克服流速屏障的能量消耗，提高不同物种的通过率。

22、4.本发明利用二维核密度估计生成集鱼斗内空间热力图，定量评估集鱼斗底部结构的收拢效果，并通过洄游延迟时间预警机制，及时发现鱼类滞留异常。

23、5.本发明通过设置多帧有效性确认机制及可视化状态切换，有效剔除了声呐图像中的瞬态噪声干扰，进一步提高了复杂水下环境中鱼类识别的准确性。