繁荣! 用声音探测群居的歌利亚石斑鱼
歌利亚石斑鱼, 最大的石斑鱼之一，体重可达800磅, 用鱼鳔和周围肌肉发出低频响亮的“轰鸣声”. (图片来源:Clark Morgan)
从咆哮到脉冲再到轰鸣声，鲸鱼、鱼类和甲壳类动物都能发出声音. 事实上, 超过800种鱼类能够发出各种各样的声音，比如求偶和交配, 捍卫自己的地盘或应对威胁. 这些物种中的每一个都有一种独特的“叫声”特征波形.“因此, 探测这些信号中的结构可以用来识别不同物种的声音.
对鱼类发出的声音进行分类将有助于了解它们对环境变化和人为干扰的反应, 比如海洋噪音和捕鱼活动, 以及气候变化导致的海水变暖或现在频繁发生在佛罗里达西海岸的赤潮所带来的环境变化.
被动声学是一种测量方法，用于探测野生海洋哺乳动物发出的声音或振动. 尽管这项技术有助于揭示鱼类对栖息地的偏好以及它们的运动, 目前还没有研究能够说明它们的详细行为.
选择群居的歌利亚石斑鱼(Epinephelus itajara) 在他们的研究中，来自 KU体育官网APP 实现并部署了一种新型的自动探测器和定位模型，利用低频脉冲声音寻找水下海洋生物. 与鱼的声音相关的脉冲可以根据脉冲的数量进行分类, 脉冲周期, 频率, 示波图的形状, 或者是一个描述性的名字或像咆哮这样的拟声词, 脉冲串或吊杆.
歌利亚石斑鱼是最大的石斑鱼之一，体重可达800磅. 它们利用鱼鳔和周围肌肉发出低频(峰值60赫兹)响亮的“轰鸣声”. 这些吊杆显示“多循环”波形, 它的振幅在一两个波周期内迅速增加，然后呈指数下降.
为了研究, 研究人员在墨西哥湾的一个人工礁石上记录了歌利亚石斑鱼的声音, 在哪里研究了鱼类栖息地周围的细鳞分布. 他们通过测量声音活动以及鱼类相对于栖息地的分布情况来评估它们的存在. 研究人员在人工礁上部署了一个电池供电的六元声学阵列, 哪一个连续记录了三天. 六元声阵列设置了三个水听器在珊瑚礁结构上，三个水听器在海底.
利用到达时差(TDOA), 设计了一种基于交错匹配滤波的声源定位模型. 它采用了两个阶段的方法，首先，识别声音，其次，定位它. 在第一阶段, 研究人员采用了一种噪声自适应匹配滤波器来检测和确定水听器记录的声音脉冲的时间. 在第二阶段, 将检测到的声脉冲输入TDOA定位算法，计算出声源的位置.
研究结果发表在《KU体育》杂志上 美国声学学会杂志 , 结果表明，该模型可用于自动处理大量声学数据，并提供产生低频声脉冲的海洋生物的详细运动. 该模型可用于跟踪一组海洋生物及其相关活动, 例如喂养海洋哺乳动物或无脊椎动物, 或者是对捕食者或配偶的回应, 或者其他干扰它们栖息地的因素.
“将歌利亚石斑鱼的叫声定位在它们的栖息地周围，可以为我们提供机会，了解它们在一定空间和时间内的精细活动模式, 环境噪声和各种环境条件,” Hanqi壮族, Ph.D.合著者，能力的主席和教授 电气工程与计算机科学系 在 工程与计算机科学学院. “我们使用的定位方法也适用于鲸鱼发出的类似声音脉冲, 海豚, 龙虾, 螃蟹和其他甲壳类动物.”
研究人员使用自动呼叫定位方法来绘制歌利亚石斑鱼在人工礁上的呼叫分布，该阵列在一天中的两个特定时间部署. 研究结果显示，声音最常在1点到3点之间产生.m. 中午分布显示一群鱼位于人工鱼礁的中心附近、北部和东部. 在夜里, 鱼群的叫声更集中在礁石附近和西南方向.
“歌利亚石斑鱼的叫声可以通过匹配过滤来唯一识别, 它使用脉冲的通用模板来识别. 这个模型, 通过它的具体设计, 还减轻了识别和计时呼叫时的多路径效应,” Laurent智天使, Ph.D.的合著者和研究教授 能力港口分公司. “这种非侵入性, 自动化方法有效地处理大型声学数据集，以相对较高的精度连续绘制声源空间分布的演变图.”
研究的共同作者是阿里·塞勒姆·阿尔塔赫，第一作者和博士.D. 学生; Ali K. 易卜拉欣,Ph值.D., a 研究 engineer; Ali Muhamed Ali, Ph.D., a 研究 fellow; and Ahmed Altaher, a Ph.D. 学生, all within 能力’s 电气工程与计算机科学系; James Locasio, Ph.D.Mote海洋实验室渔业生境生态学和声学项目经理 & Aquarium; Michael McCallister, 研究 coordinator; and 马特Ajemian, Ph.D.他是一名副研究员，也是该研究所的主任 渔业生态与保育实验室，均在能力海港分局内.
这项研究得到了国防高级研究计划局(DARPA)和海港分部海洋研究所基金会的资助.
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