一种海洋动物行为监测装置及方法

1.本发明涉及海洋传感技术领域，具体而言，涉及一种海洋动物行为监测装置及方法。


背景技术：

2.海洋孕育了地球上最大的生态系统，具有巨大的服务功能和价值。认识海洋动物的运动、生理、行为方式对海洋生态与海洋环境研究至关重要，也为海洋环境保护与水生资源管理提供科学依据。然而，由于海洋的巨大规模、不透明性和动态性一直阻碍了人类研究海洋生态系统以及生活在其中的动物行为方式与生理活动。
3.目前研究海洋动物行为的手段主要包括：1）人工观测，具体方法有标志重捕法、定点计数法、遇见率法、问卷调查法等，该方式观测范围有限、劳动强度大，危险性高，而且不能实现全天候观测。
4.2）基于图像识别的观测方法，但是由于海洋动物大部分时间都在水下活动，具体方法是采用海岸视频记录平台或船载的水上或水下相机拍摄动物行为活动。使用视频拍摄方法监测动物水下活动的成本高，实现难度大，最重要的是无法长期有效监测动物的行为活动。
5.3）水下平台观测法，具体为水下滑翔机、潜航器、水下无人机等水下平台通过水下光学或声学探测对海洋动物群类进行粗略监测。该方法的成本高，操作复杂，受制于海洋复杂环境，只能用于短期观测。
6.4）动物遥测技术，该方法具体为将遥测设备（一般被称为标签或信标）搭载于动物身上，持续实时记录动物行为、环境条件和地理位置等信息。然而市面上电子标签由于尺寸过大以及附着方法的侵入性难以适用于小型或幼年动物，且侵入性方法可能会给被标记的个体带来压力并损害动物的健康。
7.因此，现有技术还存不足，有待进一步改进。


技术实现要素：

8.本发明实施例提供了一种海洋动物行为监测装置及方法，用于海洋动物行为及其周围环境数据采集，通过无线通信传输方式进行数据回收，解决了海洋动物的行为活动数据难以长期观测的问题。利用柔性电子技术解决了当前生物遥测设备布放对动物造成侵害性的问题。
9.根据本发明的一实施例，提供了一种海洋动物行为监测装置，包括：电路板，为可弯折的片状柔性电路板，用于贴设在位于水中的目标物体上；环境数据传感器，设置在电路板上，用于采集目标物体当前的环境参数，环境参数包括压力、温度及光照；惯性传感器，设置在电路板上，用于采集目标物体三轴方向的移动数据，移动数据包括速度及加速度；
微控制器，设置在电路板上，用于接收及处理温度压力传感器及惯性传感器采集的数据；无线通信模块，设置在电路板上，与微控制器连接，微控制器通过无线通信模块发送数据至控制中心。
10.优选地，海洋动物行为监测装置还包括：封装结构，为可折弯的柔性封装结构，用于对电路板进行封装。
11.优选地，海洋动物行为监测装置还包括：卫星定位模块，设置在电路板模块，与微控制器连接，用于通过获取目标物体的位置信息。
12.优选地，海洋动物行为监测装置还包括：数据存储模块，设置在电路板上，与微处理器连接，用于存储微处理器获取的数据。
13.优选地，海洋动物行为监测装置还包括：电源模块，用于为海洋动物行为监测装置供电；电源管理模块，分别与电源模块、微控制器连接、卫星定位模块、无线通信模块及数据存储模块连接，用于电源模块的电源进行分配与控制。
14.一种海洋动物行为的监测方法，方法包括以下步骤：在休眠模式下实时检测当前环境是否达到预设的第一工作条件，当达到预设的第一工作条件时，则退出休眠模式，进入环境数据采集模式；当进入环境数据采集模式时，则实时检测当前环境的环境参数，环境参数包括温度数据、压力数据及光照数据；基于环境参数，判断是否满足预设的第二工作条件，当满足第二工作条件时，则启动行为参数采集模式；当启动行为参数采集模式时，则采集当前环境下目标物体的移动数据，移动数据包括速度及加速度；将采集的环境数据及移动数据发送至控制中心。
15.优选地，在当启动行为参数采集模式时，则采集当前环境下目标物体的移动数据，移动数据包括速度及加速度具体包括：采集目标物体的移动数据，移动数据包括速度及加速度；比较加速度与预设的第一加速度大小；若采集的加速度大于预设的第一加速度时，则继续采集目标物体的速度及加速度；若采集的加速度不大于预设的第一加速度，则重新进入休眠模式。
16.优选地，当启动行为参数采集模式时，则采集当前环境下目标物体的移动数据，移动数据包括速度及加速度之后还包括：判断目标物体当前是否满足预设的第三工作条件，若满足第三工作条件，则发出脱落信号至控制中心。
17.一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上述任意一项的海洋动物行为的监
测方法中的步骤。
18.一种终端设备，包括：处理器、存储器及通信总线；存储器上存储有可被处理器执行的计算机可读程序；通信总线实现处理器和存储器之间的连接通信；处理器执行计算机可读程序时实现如上述任意一项的海洋动物行为的监测方法中的步骤。
19.本发明实施例中的海洋动物行为监测装置及方法，通过对海洋的目标物体行为及其周围环境数据采集，并使用无线传输方式进行数据回收。解决了目标物体的行为活动数据难以长期观测的问题。本技术使用柔性的电路板，将柔性的电路板贴合于目标物体上，提供了易于贴合目标物体表面且生物兼容性好的附着机制，解决了当前生物遥测设备布放造成较大侵害性的问题。
附图说明
20.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为本发明海洋动物行为监测装置的结构示意图；图2为本发明海洋动物行为监测装置的原理图；图3为本发明海洋动物行为监测方法的流程图；图4为本发明海洋动物行为监测方法一实施具体流程图；图5为本发明的终端设备图；附图标记：1-电路板、2-温度压力传感器、3-惯性传感器、4-无线通信模块、5-微控制器、6-卫星定位模块、7-数据存储模块、8-封装结构、9-电源模块、10-电源管理模块、11-光照传感器。
具体实施方式
21.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
22.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
23.实施例1
根据本发明一实施例，提供了一种海洋动物行为监测装置，参见图1及图2，包括：电路板1，为可弯折的柔性电路板1，用于贴设在位于水中的目标物体上；环境数据传感器，设置在电路板1上，用于采集目标物体当前的环境参数，以获得目标物体当前所处的深度数据；环境参数包括压力、温度及光照；惯性传感器3，设置在电路板1上，用于采集目标物体三轴方向的移动数据，移动数据包括速度及加速度；微控制器5，设置在电路板1上，用于接收及处理温度压力传感器2及惯性传感器3采集的数据；无线通信模块4，设置在电路板1上，与微控制器5连接，微控制器5通过无线通信模块4发送数据至控制中心。
24.通过对海洋的目标物体行为及其周围环境数据采集，并使用无线传输方式进行数据回收。解决了目标物体的行为活动数据难以长期观测的问题。本技术使用柔性的电路板1，将柔性的电路板1贴合于目标物体上，提供了易于贴合目标物体表面且生物兼容性好的附着机制，解决了当前生物遥测设备布放造成较大侵害性的问题。
25.本技术应用于海样中，目标物体为海洋中的动物。在其它实施例中，本技术的也可在江河中使用。
26.具体地，集成电子功能的柔性电路板1用可弯折的柔性结构进行封装。柔性封装结构8采用柔性聚合物对整个柔性电路板1进行包裹封装。柔性聚合物溶液中的柔性聚合物可以为：热塑性聚氨酯(tpu)、聚丙烯酸酯、聚偏氟乙烯(pvdf)、聚苯乙烯(ps)、聚酰胺(pa)、聚酰亚胺(pi)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(sbs)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(sis)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(sebs)、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯型嵌段共聚物(seps)、天然橡胶(nr)、丁苯橡胶(sbr)、顺丁橡胶(br)、异戊橡胶(ir)、硅橡胶(q)、氯丁橡胶(cr)、丁基橡胶(iir)、丁腈橡胶(nbr)、乙丙橡胶(epm)、氟橡胶(fpm)、聚二甲基硅氧烷(pdms)、苯乙烯类热塑性弹性体、烯烃类热塑性弹性体、二烯类热塑性弹性体、氯乙烯类热塑性弹性体、聚酰胺类热塑性弹性体(tpae)和热塑性硫化橡胶(tpv)中的一种。
27.以下为本实例中将采用聚二甲基硅氧烷(pdms)对封装结构8以及制作方法进行说明：将柔性聚合物pdms溶液浇注在装置电路板1模具上之前，将sylgard 184（道康宁sylgard 184硅橡胶）pdms与固化剂搅拌混匀，得到第二混合液。sylgard 184 pdms与固化剂的质量比为10：1。
28.向放置了柔性电路板1的模具中浇注第二混合液。进行热处理固化，然后将使用脱模剂脱模，将脱模后的电路板1装置翻转180
°
放置与模具中进行浇注固化脱模，进行完整密封。
29.在本发明的某些实施例中，热处理的温度为70℃；时间为0.5-1.5 h；具体为1h。热处理的过程也是固化的过程。
30.集成电子功能的电路板1以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制作而成的可弯折的柔性电路板1。
31.具体地，环境数据传感器包括温度压力传感器2及光照传感器11，温度压力传感器
2用于对动物所处的环境参数进行采集，进而获得动物所处的温度压力数据。光照传感器11用检测当前环境的光照强度。温度压力传感器2与光照传感器11通过模拟前端电路进行数据转换传输到微控制器5中对数据进行片上处理，并将处理后的数据保存到存储模块，存储模块为flash存储模块，flash存储用于存储传感器数据。该功能实现动物周围环境参数采集。
32.惯性传感器3包含三轴速度和三轴加速度采集功能，通过速度与加速度对动物姿态、运动速度进行采集并识别，将识别结果存储到存储模块中，该功能实现动物行为学监测。
33.在整个装置中，微控制器5是计算处理采集的数据的核心，是整个装置的主控与数据处理单元。微控制器5包括过微处理器计时模块，通过微处理器计时模块对动物的行为环境参数进行时间上的连续记录。
34.无线通信模块4是本技术装置的数据传输模块，在合适的条件下完成数据传输功能。在本技术的监测装置数据记录结束后上浮到水面时，通过无线通信模块4定时进行搜索，当检索到接收机信号时，进行数据传输。
35.实施例中，海洋动物行为监测装置还包括：卫星定位模块6，设置在电路板1模块，与微控制器5连接，用于通过获取目标物体的位置信息。
36.卫星定位模块6为全球gnss定位模块，通过采集卫星信号实现经纬度数据提取，最终解算出动物的位置信息，工作方式是在海洋动物上浮到海面时，进入工作模式，并将定位信息以时间节点的方式存入flash存储模块中，从而获得动物的运动轨迹踪迹。
37.海洋动物行为监测装置还包括电源模块9，用于为海洋动物行为监测装置供电；电源管理模块10，分别与电源模块9、微控制器5连接、卫星定位模块6、无线通信模块及数据存储模块7连接，用于电源模块9的电源进行分配与控制。
38.具体地，电源模块9为锂电池，用于为本技术装置进行能源供给。电源管理用于完成装置的电源分配控制功能。
39.本发明提供了一种柔性的海洋动物行为监测装置，包含以下有益效果：1、本发明的电子功能部分集成了记录动物运动、方向、垂向剖面和环境等传感器，通过无线通信方式进行数据传输，这些数据可以反映动物的自然行为与生理机能，通过量化海洋条件，高分辨率测量动物对其栖息地环境的反应。
40.2、本发明采用柔性电路板1与柔性封装技术，设计了贴合于动物体表的柔性片状结构，对于被标记的海洋动物具有较好的贴合性在布放该监测装置对动物造成伤害较小甚至无害。
41.实施例2根据本发明的另一实施例，提供了一种海洋动物行为监测方法，参见图3及图4，包括以下步骤：s100：在休眠模式下实时检测当前环境是否达到预设的第一工作条件，当达到预设的第一工作条件时，则退出休眠模式，进入环境数据采集模式；s200：当进入环境数据采集模式时，则实时检测当前环境的环境参数，环境参数包
括温度数据、压力数据及光照数据；s300：基于环境参数，判断是否满足预设的第二工作条件，当满足第二工作条件时，则启动行为参数采集模式；s400：当启动行为参数采集模式时，则采集当前环境下目标物体的移动数据，移动数据包括速度及加速度；s500：将采集的环境数据及移动数据发送至控制中心。
42.具体的，将本技术动物行为监测装置部分固定于动物身体上，激活装置，开始相关功能运行。本技术的监测装置运行状态分为休眠模式、环境参数采集模式、行为参数采集模式、无线通信模式四种工作状态。
43.预设的第一工作条件为监测装置检测到环境参数的变化，例如，环境数据传感器检测到当前环境的压力、温度及光照变化时，则说明此时，目标动物已经进入到海洋的一定深度，此深度具有一定的压力，及对应的光照条件。该深度、压力及光照条件，可以根据具体的情况进行设置。只要监测装置监测到满足第一工作条件，则退出休眠模式，进入环境数据采集模式，对当前环境的温度数据、压力数据及光照数据进行采集。
44.预设的第二工作条件，则为当监测装置位于一定深度时，则正式进入到行为参数采集模式，以对当前动物的运动进行数据采集。例如，当海洋动物所处深度大于10m的时候，则转换到行为参数采集模式进数据采集，采集的数据包括动物的移动速度及加速度。
45.在采集完数据后，则通过无线通讯的方式，将数据传输到控制中心，控制中心的工作人员即可获取该采集到的数据，以了解当前动物及所处的环境状况。
46.本实施例中，可以使用上述任一的海洋动物行为的监测装置来实现本技术的海洋动物行为的监测方法。通过对海洋的目标物体行为及其周围环境数据采集，并使用无线传输方式进行数据回收，解决了目标物体的行为活动数据难以长期观测的问题。本技术使用柔性的电路板1，将柔性的电路板1贴合于目标物体上，提供了易于贴合目标物体表面且生物兼容性好的附着机制，解决了当前生物遥测设备布放造成较大侵害性的问题。
47.步骤s400具体包括：s401：采集目标物体的移动数据，移动数据包括速度及加速度；s402：比较加速度与预设的第一加速度大小；s403：若采集的加速度大于预设的第一加速度时，则继续采集目标物体的速度及加速度；若采集的加速度不大于预设的第一加速度，则重新进入休眠模式。
48.具体地，在进入环境数据采集模式后，即依次采集当前环境的温度及压力等环境数据。当海洋动物所处深度大于10m（可更改设置）的时候，转换到行为参数采集模式，依次对动物速度、加速度进行采集。也可设置为，当环境光不大于105lux的时候，转换到行为参数采集模式。
49.当采集的加速度大于预设的第一加速度时，此时则继续采集目标物体的速度及加速度，反之，加速度不大于预设的第一加速度，则重新进入休眠模式。
50.例如，将预设的第一加速度设置为4m/s2，当采集的加速度大于4m/s2时，继续采集速度与加速度数据并判断当前动物上浮下潜状态，记录该状态持续时间。该判断方式有利于捕捉到动物在海洋环境下除了正常移动以外的行为方式，而且数据量更加密集便于后续
处理与研究。如果加速度不大于4m/s2，则监测装置回到休眠模式。
51.步骤s400之后还包括：判断目标物体当前是否满足预设的第三工作条件，若满足第三工作条件，则发出脱落信号至控制中心。
52.具体地，第三工作条件为设置的判断监测装置是否从动物身体上脱离的条件，可将该条件设置为深度或压力。例如，如果通过装置检测到的压力数据解算出深度长时间小于5m，或者环境光照强度一直大于2
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105lux，具体时间进行预设，例如设置为30min，则判断监测装置已经从动物身体上脱落，开启卫星定位功能，进行动物的位置信息采集，完成后定时对无线电信号进行搜索检测，如果附近存在无线电接收机进行数据发送，将采集的数据通过无线通信的方式回收到使用者手中。本发明通过低功耗电子系统设计以及软件运行流程的优化，实现装置的长期运行，能够对动物进行长达10-15天的采集工作。
53.本发明提监测方法，通过记录动物运动、方向、垂向剖面和环境等传感器，通过无线通信方式进行数据传输，这些数据可以反映动物的自然行为与生理机能，量化海洋条件，高分辨率测量动物对其栖息地环境的反应。
54.实施例3基于上述海洋动物行为的监测方法，本实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上述实施例的海洋动物行为的监测方法中的步骤。
55.实施例4一种终端设备，包括：处理器、存储器及通信总线；存储器上存储有可被处理器执行的计算机可读程序；通信总线实现处理器和存储器之间的连接通信；处理器执行计算机可读程序时实现上述的海洋动物行为的监测方法中的步骤。
56.基于上述海洋动物行为的监测方法，本技术提供了一种终端设备，如图5所示，其包括至少一个处理器(processor)20；显示屏21；以及存储器(memory)22，还可以包括通信接口(communications interface)23和总线24。其中，处理器20、显示屏21、存储器22和通信接口23可以通过总线24完成相互间的通信。显示屏21设置为显示初始设置模式中预设的用户引导界面。通信接口23可以传输信息。处理器20可以调用存储器22中的逻辑指令，以执行上述实施例中的方法。
57.此外，上述的存储器22中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。
58.存储器22作为一种计算机可读存储介质，可设置为存储软件程序、计算机可执行程序，如本公开实施例中的方法对应的程序指令或模块。处理器20通过运行存储在存储器22中的软件程序、指令或模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中的方法。
59.存储器22可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外，存储器22可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。例如，u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等多种可以存储程序代码的介质，也可以是暂态存储介质。
60.此外，上述存储介质以及终端设备中的多条指令处理器加载并执行的具体过程在上述方法中已经详细说明，在这里就不再一一陈述。
61.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种海洋动物行为的监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：在休眠模式下实时检测当前环境是否达到预设的第一工作条件，当达到预设的所述第一工作条件时，则退出休眠模式，进入环境数据采集模式；当进入环境数据采集模式时，则实时检测当前环境的环境参数，所述环境参数包括温度数据、压力数据及光照数据；基于所述环境参数，判断是否满足预设的第二工作条件，当满足所述第二工作条件时，则启动行为参数采集模式；当启动所述行为参数采集模式时，则采集当前环境下目标物体的移动数据，所述移动数据包括速度及加速度；将采集的所述环境数据及所述移动数据发送至控制中心。2.根据权利要求1所述的海洋动物行为的监测方法，其特征在于，在所述当启动所述行为参数采集模式时，则采集当前环境下目标物体的移动数据，所述移动数据包括速度及加速度具体包括：采集所述目标物体的移动数据，所述移动数据包括速度及加速度；比较所述加速度与预设的第一加速度大小；若采集的所述加速度大于预设的所述第一加速度时，则继续采集所述目标物体的速度及加速度；若采集的所述加速度不大于预设的所述第一加速度，则重新进入所述休眠模式。3.根据权利要求2所述的海洋动物行为的监测方法，其特征在于，当启动所述行为参数采集模式时，则采集当前环境下目标物体的移动数据，所述移动数据包括速度及加速度之后还包括：判断所述目标物体当前是否满足预设的第三工作条件，若满足所述第三工作条件，则发出脱落信号至所述控制中心。4.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1-3任意一项所述的海洋动物行为的监测方法中的步骤。5.一种终端设备，其特征在于，包括：处理器、存储器及通信总线；所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序；所述通信总线实现处理器和存储器之间的连接通信；所述处理器执行所述计算机可读程序时实现如权利要求1-3任意一项所述的海洋动物行为的监测方法中的步骤。

技术总结
本发明涉及一种海洋动物行为监测装置及方法。该装置包括：可弯折电路板，环境数据传感器设置在电路板上，用于采集目标物体当前的环境参数；惯性传感器设置在电路板上，用于采集目标物体三轴方向的移动数据；微控制器设置在电路板上，用于接收及处理温度压力传感器及惯性传感器采集的数据；无线通信模块设置在电路板上。通过对海洋的目标物体行为及其周围环境数据采集，解决了目标物体的行为活动数据难以长期观测的问题。本申请使用柔性的电路板，将柔性的电路板贴合于目标物体上，提供了易于贴合目标物体表面且生物兼容性好的附着机制，解决了当前生物遥测设备布放造成较大侵害性的问题。问题。问题。


技术研发人员：杨阳 魏紫鸿 尚琛晶 张海 马浩翔 洪泉
受保护的技术使用者：中国科学院深海科学与工程研究所
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/8/1