基于WSN區域電捕魚船監控體系模型研究

龐新苗

(湖南國防工業職業技術學院，湖南湘潭，411207)

關鍵字：電捕魚船；WSN；場強

0 引言

當前各種水域中電捕魚活動猖獗對于水域的魚資源破壞性極大。主要表現為：電極所到之處，不論大魚還是小魚全部被電死，從而造成漁業資源的進一步嚴重破壞；電擊對魚類的食物，一些河流中棲息的無脊椎動物造成嚴重傷害，使魚的生物餌料減少，間接影響漁業資源的恢復；電魚器電死大量的魚及其他生物大部分尸體還是沉到水底，逐漸腐敗變質，影響河流水質[1]。

雖然對電捕魚各地都采取了各種嚴厲的措施，部分地區還成立了反電魚小組和志愿者進行監控，取得了一定的收效。但由于電魚活動時間、地點變化性大，特別是大部分在深夜活動，對于有效的控制非法電魚活動存在很多的不足。因此，建立能全天候，全地形能對非法電捕漁船進行有效的實時監控非常迫切。

本文就基于WSN通過監控水域中電捕漁船進行非法活動時所產生的場強進行實時監控并跟蹤的模型進行了探索和研究，以達到有效監控電捕漁船的非法活動。

1 基于WSN監控區域電捕漁船的思路

通過對某水域及其相連支流進行實地調查研究，采集電捕魚船的數量、活動范圍和頻率，分析所在區域地貌，選擇合適的無線傳感器，合理布置網絡，根據傳感器檢測到的信號采用改進的追蹤控制算法，對非法的電捕魚船的數量、行動軌跡和?？康木唧w地點信息數據進行動態掌握和反饋，從而實現對區域電捕魚船的追蹤，有效打擊非法電船捕魚，保護水資源和生態環境。

（1）實地走訪當地居民進行了解、連續調查不同河段的方法對本區域河流的高壓電船捕魚的實際情況進行了解；對區域水域的實際情況進行偵測，取得水域和魚情的確實分布數據。

（2）合理的布置無線傳感器網絡，對傳感器進行定位和路由協議的改進，尋求合適數據傳輸方式；傳感器的定位方式很多，有很多較成熟的研究，采用免測距的定位方法能滿足對傳感器定位的要求。并根據節點的能量限制的原則找到最佳的路由，確定最優化的傳播路徑。并且有研究根據少量的觀測場強，能夠通過壓縮感知方法也能實現傳感器節點的位置估計[3]。

（3）高壓電船每天的數量和運動軌跡的確定，根據各監控傳感器所檢測的數據進行計算分析確定。

（4）尋求合適的數據接收方式；每個傳感器所監測到的數據線現根據路由協議傳送到sink節點，再采用無線傳輸的方式人為的進行接收數據。

（5）根據不斷的研究和改進，建立恰當的區域電船監控模型，并進行仿真實現。

2 監控模型建立需解決的問題

2.1 測量參數的確定

選擇監測傳感器之前，先確定需要測量的參數，如電壓、電流、電場強度、磁場強度等參數。電捕魚船的兩個電極在電魚時相當一對電偶極子，離它越遠，電壓、電流、電場強度等都會衰減。在水中監測場強可以參考L-M算法[2]，電壓和電流在水中不方便測量，結合電磁場在空氣中轉播事例，電場也可以在水中轉播，只是電介質不一樣。最后確定采用能測量電場強度的傳感器。

2.2 傳感器選型

測量參數確定后，應選擇能監測約1V以上的電壓傳感器。

2.3 理論數據

找到電場在水中的傳播規律，推算出電場強度分布的數學模型，因不同的水質對電場的衰減不一樣，然后再引入不同的系數進行校正，然后建立數學模型后，應進行計算機仿真。

2.4 標定

用電場強度測試儀到現場完成實驗，將測量的數據與理論數據進行比較，變化的方向和趨勢應該是一致的，如果變化的方向和趨勢不一致，則需要重新進行理論數據推算或重新建模。如果變化的方向和趨勢一致，則需要用實驗數據對數學模型進行修正。

2.5 電捕魚船位置定位

建立數學模型后，就可以根據測量點的電場強度確定電捕魚船與測量點的距離，三個測量點就可以確定電捕魚船的相對位置，如果測量點的位置確定，電捕魚船的位置也可確定。

2.6 其他技術難點

當測量點與電捕魚船的距離太遠時，檢測到的信號很微弱，在傳感器內部要設計一個高增益的放大電路。由于干擾，還有可能需要增加濾波電路。

3 基于WSN區域電捕漁船監控模型設計及效果

3.1 水域和魚情監測數據

圖1 魚情、水域監測部分數據

為獲取水域的水情和魚情，使用無人機吊裝聲納魚情、水深探測器對湘潭姜畬段漣水河進行測試。采用測試位置為沿河從第一點開始每隔30-50米距離進行測試；測試位置的第1點為從河岸邊向和中間進行測試，每隔10米左右測試一次，每個位置測試5次，即離河岸10米，20米，30米，40米，50米共測5次；魚情多為該測試位置有3條以上，少為3條以下的參數記錄方式監測了122個位置共610個點位的情況。統計出該水域的最深處為8.8米，魚情主要分布在2.4米至8.8米深度，分布位置沒有一定的規律。

3.2 電魚機場強監測數據

采用場ETS-LINDGREN強測試儀在水中進行場強測試，所測打魚機為普通常見單人打魚機，電源為20伏蓄電池，電壓放大器輸出最大電壓為58000V。其監測結果在25米深度都有1.0V的電壓，具體為：

表1 場強測試數據

3.3 區域電捕魚船監控模型設計

根據對區域電捕漁船的監控需求，根據水域實際情況進行仿真模型設計，具體如下：

（1）任意模擬某一水域如何基于WSN實時監控電捕漁船的活動。在建模時，可以先建立水域的大概形狀，描繪出任一水域大概輪廓。使用鼠標在下圖的框內隨機從左至右畫兩條不規則的曲線作為河流任意一段，兩條曲線之間定義為河流水域需監控區域。此區域就確立為需要進行實時監控的區域，區域內的水深隨機生成，但不超過8所測漣水河測量深度的3倍，即18米，如圖2 所示。

圖2 繪制需監控水域

（2）在需監控水域可隨機布置場強無線傳感器。因為所測電捕魚在電魚時所產生的場強是隨水的深的變化不斷的衰減，在25米距離時，仍能監測到1V左右的場強，在設定水深不高于12米時，所有傳感器均能有效地監控場強。所以。根據實際需要情況況課設置數量和傳感器探測場強距離，通過分布式的DV-Hop算法[4]進行傳感器自定位。例如布置30個傳感器，其感應距離18米，如圖3所示。

圖3 水域傳感器隨機分布圖

（3）在監控水域布置好傳感器后，其監控就能有效的實施。此刻，如果有電捕漁船在此河流進行非法捕魚行動，在經過某個傳感器的探測距離時，其感應器就會報警并進行廣播器位置信息，如圖4所示。

圖4 電捕漁船監控軌跡圖

（4）電捕漁船在區域水域進行非法捕魚過程中，根據所偵測到場強的傳感器自動形成魚船的運動軌跡，便于實時抓捕，如圖5所示。

圖5 電捕漁船運動軌跡及位置

4 總結

基于WSN監控電捕漁船的模型，通過采用在區域河流隨機布置場強傳感器，通過自組定位廣播實時監控信息的方法能對區域河流進行全天侯監控電捕漁船的行為軌跡，能有效的遏制此類非法捕魚行為和保護環境，并對犯罪行為由很大的威懾作用。