基于WSN区域电捕鱼船监控体系模型研究

庞新苗

(湖南国防工业职业技术学院，湖南湘潭，411207)

关键字：电捕鱼船；WSN；场强

0 引言

当前各种水域中电捕鱼活动猖獗对于水域的鱼资源破坏性极大。主要表现为：电极所到之处，不论大鱼还是小鱼全部被电死，从而造成渔业资源的进一步严重破坏；电击对鱼类的食物，一些河流中栖息的无脊椎动物造成严重伤害，使鱼的生物饵料减少，间接影响渔业资源的恢复；电鱼器电死大量的鱼及其他生物大部分尸体还是沉到水底，逐渐腐败变质，影响河流水质[1]。

虽然对电捕鱼各地都采取了各种严厉的措施，部分地区还成立了反电鱼小组和志愿者进行监控，取得了一定的收效。但由于电鱼活动时间、地点变化性大，特别是大部分在深夜活动，对于有效的控制非法电鱼活动存在很多的不足。因此，建立能全天候，全地形能对非法电捕渔船进行有效的实时监控非常迫切。

本文就基于WSN通过监控水域中电捕渔船进行非法活动时所产生的场强进行实时监控并跟踪的模型进行了探索和研究，以达到有效监控电捕渔船的非法活动。

1 基于WSN监控区域电捕渔船的思路

通过对某水域及其相连支流进行实地调查研究，采集电捕鱼船的数量、活动范围和频率，分析所在区域地貌，选择合适的无线传感器，合理布置网络，根据传感器检测到的信号采用改进的追踪控制算法，对非法的电捕鱼船的数量、行动轨迹和停靠的具体地点信息数据进行动态掌握和反馈，从而实现对区域电捕鱼船的追踪，有效打击非法电船捕鱼，保护水资源和生态环境。

（1）实地走访当地居民进行了解、连续调查不同河段的方法对本区域河流的高压电船捕鱼的实际情况进行了解；对区域水域的实际情况进行侦测，取得水域和鱼情的确实分布数据。

（2）合理的布置无线传感器网络，对传感器进行定位和路由协议的改进，寻求合适数据传输方式；传感器的定位方式很多，有很多较成熟的研究，采用免测距的定位方法能满足对传感器定位的要求。并根据节点的能量限制的原则找到最佳的路由，确定最优化的传播路径。并且有研究根据少量的观测场强，能够通过压缩感知方法也能实现传感器节点的位置估计[3]。

（3）高压电船每天的数量和运动轨迹的确定，根据各监控传感器所检测的数据进行计算分析确定。

（4）寻求合适的数据接收方式；每个传感器所监测到的数据线现根据路由协议传送到sink节点，再采用无线传输的方式人为的进行接收数据。

（5）根据不断的研究和改进，建立恰当的区域电船监控模型，并进行仿真实现。

2 监控模型建立需解决的问题

2.1 测量参数的确定

选择监测传感器之前，先确定需要测量的参数，如电压、电流、电场强度、磁场强度等参数。电捕鱼船的两个电极在电鱼时相当一对电偶极子，离它越远，电压、电流、电场强度等都会衰减。在水中监测场强可以参考L-M算法[2]，电压和电流在水中不方便测量，结合电磁场在空气中转播事例，电场也可以在水中转播，只是电介质不一样。最后确定采用能测量电场强度的传感器。

2.2 传感器选型

测量参数确定后，应选择能监测约1V以上的电压传感器。

2.3 理论数据

找到电场在水中的传播规律，推算出电场强度分布的数学模型，因不同的水质对电场的衰减不一样，然后再引入不同的系数进行校正，然后建立数学模型后，应进行计算机仿真。

2.4 标定

用电场强度测试仪到现场完成实验，将测量的数据与理论数据进行比较，变化的方向和趋势应该是一致的，如果变化的方向和趋势不一致，则需要重新进行理论数据推算或重新建模。如果变化的方向和趋势一致，则需要用实验数据对数学模型进行修正。

2.5 电捕鱼船位置定位

建立数学模型后，就可以根据测量点的电场强度确定电捕鱼船与测量点的距离，三个测量点就可以确定电捕鱼船的相对位置，如果测量点的位置确定，电捕鱼船的位置也可确定。

2.6 其他技术难点

当测量点与电捕鱼船的距离太远时，检测到的信号很微弱，在传感器内部要设计一个高增益的放大电路。由于干扰，还有可能需要增加滤波电路。

3 基于WSN区域电捕渔船监控模型设计及效果

3.1 水域和鱼情监测数据

图1 鱼情、水域监测部分数据

为获取水域的水情和鱼情，使用无人机吊装声纳鱼情、水深探测器对湘潭姜畲段涟水河进行测试。采用测试位置为沿河从第一点开始每隔30-50米距离进行测试；测试位置的第1点为从河岸边向和中间进行测试，每隔10米左右测试一次，每个位置测试5次，即离河岸10米，20米，30米，40米，50米共测5次；鱼情多为该测试位置有3条以上，少为3条以下的参数记录方式监测了122个位置共610个点位的情况。统计出该水域的最深处为8.8米，鱼情主要分布在2.4米至8.8米深度，分布位置没有一定的规律。

3.2 电鱼机场强监测数据

采用场ETS-LINDGREN强测试仪在水中进行场强测试，所测打鱼机为普通常见单人打鱼机，电源为20伏蓄电池，电压放大器输出最大电压为58000V。其监测结果在25米深度都有1.0V的电压，具体为：

表1 场强测试数据

3.3 区域电捕鱼船监控模型设计

根据对区域电捕渔船的监控需求，根据水域实际情况进行仿真模型设计，具体如下：

（1）任意模拟某一水域如何基于WSN实时监控电捕渔船的活动。在建模时，可以先建立水域的大概形状，描绘出任一水域大概轮廓。使用鼠标在下图的框内随机从左至右画两条不规则的曲线作为河流任意一段，两条曲线之间定义为河流水域需监控区域。此区域就确立为需要进行实时监控的区域，区域内的水深随机生成，但不超过8所测涟水河测量深度的3倍，即18米，如图2 所示。

图2 绘制需监控水域

（2）在需监控水域可随机布置场强无线传感器。因为所测电捕鱼在电鱼时所产生的场强是随水的深的变化不断的衰减，在25米距离时，仍能监测到1V左右的场强，在设定水深不高于12米时，所有传感器均能有效地监控场强。所以。根据实际需要情况况课设置数量和传感器探测场强距离，通过分布式的DV-Hop算法[4]进行传感器自定位。例如布置30个传感器，其感应距离18米，如图3所示。

图3 水域传感器随机分布图

（3）在监控水域布置好传感器后，其监控就能有效的实施。此刻，如果有电捕渔船在此河流进行非法捕鱼行动，在经过某个传感器的探测距离时，其感应器就会报警并进行广播器位置信息，如图4所示。

图4 电捕渔船监控轨迹图

（4）电捕渔船在区域水域进行非法捕鱼过程中，根据所侦测到场强的传感器自动形成鱼船的运动轨迹，便于实时抓捕，如图5所示。

图5 电捕渔船运动轨迹及位置

4 总结

基于WSN监控电捕渔船的模型，通过采用在区域河流随机布置场强传感器，通过自组定位广播实时监控信息的方法能对区域河流进行全天侯监控电捕渔船的行为轨迹，能有效的遏制此类非法捕鱼行为和保护环境，并对犯罪行为由很大的威慑作用。