一种鱼类窒息死亡风险的确定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种鱼类窒息死亡风险的确定方法及系统。该方法包括：获取密闭环境下的鱼类数据和水体数据；建立耗氧速率预测模型和非鱼氧平衡模型；利用耗氧速率预测模型和非鱼氧平衡模型建立溶解氧浓度动态模型；建立窒息点预测模型；利用溶解氧浓度动态模型预测待预测水体的溶解氧浓度的动态轨迹；利用窒息点预测模型预测待预测水体中鱼类的窒息点；判断窒息点预测值是否小于或等于溶解氧浓度的动态轨迹中最小的溶解氧浓度值；若是，则待预测水体中的鱼类不存在窒息死亡风险；若否，则确定大于最小的溶解氧浓度值的窒息点预测值对应的体重的鱼类存在窒息死亡风险。本发明专利技术能够确定水体缺氧条件下不同鱼种的死亡风险，且可靠性高。

Method and system for determining death risk of fish suffocation

The invention discloses a method and a system for determining the risk of death from asphyxia in fish. The method includes: acquiring fish data and water data in closed environment; establishing oxygen consumption rate prediction model and non-fish oxygen balance model; using oxygen consumption rate prediction model and non-fish oxygen balance model to establish dissolved oxygen concentration dynamic model; establishing asphyxiation point prediction model; using dissolved oxygen concentration dynamic model to predict to be predicted. Dynamic trajectory of dissolved oxygen concentration in water body; prediction of suffocation point of fish in water body by suffocation point prediction model; determination of whether the predicted value of suffocation point is less than or equal to the minimum dissolved oxygen concentration in the dynamic trajectory of dissolved oxygen concentration; if so, there is no risk of suffocation death for fish in water body to be predicted; if not The fish whose weight corresponds to the predicted suffocation point value greater than the minimum dissolved oxygen concentration are at risk of suffocation death. The invention can determine the risk of death of different species of fish under anoxic condition and has high reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种鱼类窒息死亡风险的确定方法及系统
本专利技术涉及水生态风险分析
，特别是涉及一种鱼类窒息死亡风险的确定方法及系统。
技术介绍
无论自然水体还是水产养殖，缺氧都会对其中鱼类的生存形成胁迫，严重条件下会出现鱼大量死亡的后果。水体中溶解氧(dissolvedoxygen,DO)的浓度是由氧的供应(水体植物光合作用，大气复氧)和氧的消耗(水体中各类生物的呼吸作用)所构成的氧平衡所决定的。当不利环境条件出现时，氧供应低下至不足以抵消氧消耗且该条件持续一定时间时，DO会持续下降，鱼类的生命受到缺氧胁迫，严重时，则鱼类会由于窒息而死亡。这种不利条件包括但不限于以下情形：(1)台风暴雨等气象过程前夕，太阳辐照持续低下，水温下降，光合作用不足；另一方面气压低大气复氧不足；(2)阴雨连绵，太阳辐照持续低下，水温下降，光合作用不足；(3)季节变化或气象过程导致的气温突降，表水层转凉引发水体下部贫氧水团上升；(4)降水洪水过程后，大量营养盐进入水体引发旺盛的微生物呼吸作用。事实上，上述缺氧情形本身是自然变动性的表现，这种变动性决定了完全避免缺氧胁迫既不可能也无必要。但是，基于对缺氧所造成的损失(经济损失或生态价值损失)的理解而在可接受成本范围内予以必要干预，是可能的，也是防范极端严重损失风险的合理策略。考虑到鱼类作为自然水体或养殖水体生态系统中的消费者，在维系生态系统结构和功能方面具有重要生态价值，其中相当部分鱼类还具有重要的经济价值。因此，研究鱼的窒息死亡过程具有重要的生态环境意义和经济意义。国内外针对某特定鱼类的窒息过程研究很多，但自然水体中往往包括多种鱼类共存，养殖水体中也常常有多种鱼混养的状况，仅以某特定鱼类的窒息研究进行鱼类窒息死亡风险的防范很难奏效。目前，在水体过程性缺氧条件下，对鱼类窒息死亡风险的确定，尚缺乏全面的模型刻画，主要存在以下缺点：缺乏关于不同鱼种在缺氧条件下的呼吸速率模型；缺乏刻画不同鱼种在面临某种缺氧胁迫(如以DO表示)时的脆弱性模型。这就导致了目前无法分析水体缺氧条件下不同鱼种面临不同程度窒息死亡胁迫时的死亡风险，在非稳定缺氧的水环境中尤其如此。这种风险分析工具的缺失，意味着在实际工作中不能有效防范鱼类大量死亡的风险，也不能有效识别干预时机，无法有效避免鱼大量死亡形成的生态灾难过程或经济损失事件。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种鱼类窒息死亡风险的确定方法及系统，以实现对水体缺氧条件下不同鱼种面临不同程度窒息死亡胁迫时的死亡风险的确定，提高水体鱼类窒息死亡风险分析的可靠性。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种鱼类窒息死亡风险的确定方法，包括：获取密闭环境下的鱼类数据和水体数据，所述鱼类数据包括每种鱼类的耗氧速率、窒息点和平均体重，所述水体数据包括溶解氧浓度和水温，所述窒息点为鱼类开始出现死亡时对应的溶解氧浓度值；依据所述耗氧速率、所述平均体重、所述溶解氧浓度和所述水温建立耗氧速率预测模型；依据大气复氧量、水生植物光合作用产氧量和呼吸耗氧量、过饱和水体溶解氧溢出量、水体呼吸耗氧量和底泥呼吸耗氧量建立非鱼氧平衡模型；利用所述耗氧速率预测模型和所述非鱼氧平衡模型建立溶解氧浓度动态模型；依据所述窒息点、所述平均体重和所述水温建立窒息点预测模型；利用所述溶解氧浓度动态模型在预设时间内对待预测水体的溶解氧浓度的动态轨迹进行预测，所述溶解氧浓度的动态轨迹是由所述预设时间内多个不同时刻的溶解氧浓度值构成的；利用所述窒息点预测模型在所述预设时间内对所述待预测水体中鱼类的窒息点进行预测，得到多个窒息点预测值，不同的所述窒息点预测值对应不同的体重；判断所述窒息点预测值是否小于或等于所述溶解氧浓度的动态轨迹中最小的溶解氧浓度值；若是，则确定所述待预测水体中的鱼类不存在窒息死亡风险；若否，则确定大于所述最小的溶解氧浓度值的窒息点预测值对应的体重的鱼类存在窒息死亡风险。可选的，所述依据所述耗氧速率、所述平均体重、所述溶解氧浓度和所述水温建立耗氧速率预测模型，具体包括：利用所述平均体重、所述溶解氧浓度和所述水温建立初步耗氧速率预测模型，所述初步耗氧速率预测模型为其中w表示平均体重，DO表示溶解氧浓度，T表示水温，Tref、α、β、γ和θ1为第一待估计参数，Tref表示水温的参考值，α表示初步耗氧速率预测模型中的平均体重指数，β表示初步耗氧速率预测模型中的溶解氧浓度指数，γ表示初步耗氧速率预测模型中的常数，θ1表示初步耗氧速率预测模型中水温的修正因子；依据所述耗氧速率，采用似然函数估计法确定所述初步耗氧速率预测模型中的第一待估计参数；将确定所述第一待估计参数后的初步耗氧速率预测模型确立为耗氧速率预测模型。可选的，所述依据所述耗氧速率，采用似然函数估计法确定所述初步耗氧速率预测模型中的第一待估计参数，具体包括：依据所述耗氧速率，建立第一似然估计函数；依据所述第一似然估计函数，计算所述初步耗氧速率预测模型的第一赤池信息准则数值L1表示第一似然估计函数，K1表示第一待估计参数的个数，nobs1表示获取耗氧速率的样本的数据个数，其中或i表示样本的编号，fi(wi,DOi,Ti)为第i个样本的耗氧速率，fobj-i为第i个样本的耗氧速率值，N为获取耗氧速率的样本子集的数据个数，σ1为服从对数正态分布的残差分布参数，σ2为服从正态分布的残差分布参数；将所述第一赤池信息准则数值最小时对应的第一待估计参数确定为所述初步耗氧速率预测模型中的第一待估计参数。可选的，所述依据所述窒息点、所述平均体重和所述水温建立窒息点预测模型，具体包括：利用所述平均体重和所述水温建立初步窒息点预测模型，所述初步窒息点预测模型为其中，w表示平均体重，T表示水温，Tref、αs、γs和θ4为第二待估计参数，Tref表示水温的参考值，αs表示初步窒息点预测模型中的平均体重指数，γs表示初步窒息点预测模型中的常数，θ4表示初步窒息点预测模型中水温的修正因子；依据所述窒息点，采用似然函数估计法确定所述初步窒息点预测模型中的第二待估计参数；将确定所述第二待估计参数后的初步窒息点预测模型确立为窒息点预测模型。可选的，所述依据所述窒息点，采用似然函数估计法确定所述初步窒息点预测模型中的第二待估计参数，具体包括：依据所述窒息点，建立第二似然估计函数；依据所述第二似然估计函数，计算所述初步窒息点预测模型的第二赤池信息准则数值L2表示第二似然估计函数，K2表示第一待估计参数的个数，nobs2表示获取窒息点的样本的数据个数，其中或i表示样本的编号，Spi(wi,Ti)为第i个样本的窒息点，fobj-i为第i个样本的窒息点值，M为获取窒息点的样本子集的数据个数，σ3为服从对数正态分布的残差分布参数，σ4为服从正态分布的残差分布参数；将所述第二赤池信息准则数值最小时对应的第二待估计参数确定为所述初步窒息点预测模型中的第二待估计参数。可选的，所述溶解氧浓度动态模型，具体为：其中，表示预设时间内溶解氧浓度的动态轨迹，F0表示非鱼氧平衡模型，F1,k(DO,wk,T)表示第k类体重的鱼对应的耗氧速率预测模型，P表示水体中鱼体重的类别数。本专利技术还提供了一种鱼类窒息死亡风险的确定系统，包括：数据获取模块，用于获取密闭环境下的鱼类数据和水体数据，所述鱼类数据包括每种鱼类的耗氧速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种鱼类窒息死亡风险的确定方法，其特征在于，包括：获取密闭环境下的鱼类数据和水体数据，所述鱼类数据包括每种鱼类的耗氧速率、窒息点和平均体重，所述水体数据包括溶解氧浓度和水温，所述窒息点为鱼类开始出现死亡时对应的溶解氧浓度值；依据所述耗氧速率、所述平均体重、所述溶解氧浓度和所述水温建立耗氧速率预测模型；依据大气复氧量、水生植物光合作用产氧量和呼吸耗氧量、过饱和水体溶解氧溢出量、水体呼吸耗氧量和底泥呼吸耗氧量建立非鱼氧平衡模型；利用所述耗氧速率预测模型和所述非鱼氧平衡模型建立溶解氧浓度动态模型；依据所述窒息点、所述平均体重和所述水温建立窒息点预测模型；利用所述溶解氧浓度动态模型在预设时间内对待预测水体的溶解氧浓度的动态轨迹进行预测，所述溶解氧浓度的动态轨迹是由所述预设时间内多个不同时刻的溶解氧浓度值构成的；利用所述窒息点预测模型在所述预设时间内对所述待预测水体中鱼类的窒息点进行预测，得到多个窒息点预测值，不同的所述窒息点预测值对应不同的体重；判断所述窒息点预测值是否小于或等于所述溶解氧浓度的动态轨迹中最小的溶解氧浓度值；若是，则确定所述待预测水体中的鱼类不存在窒息死亡风险；若否，则确定大于所述最小的溶解氧浓度值的窒息点预测值对应的体重的鱼类存在窒息死亡风险。...

【技术特征摘要】
1.一种鱼类窒息死亡风险的确定方法，其特征在于，包括：获取密闭环境下的鱼类数据和水体数据，所述鱼类数据包括每种鱼类的耗氧速率、窒息点和平均体重，所述水体数据包括溶解氧浓度和水温，所述窒息点为鱼类开始出现死亡时对应的溶解氧浓度值；依据所述耗氧速率、所述平均体重、所述溶解氧浓度和所述水温建立耗氧速率预测模型；依据大气复氧量、水生植物光合作用产氧量和呼吸耗氧量、过饱和水体溶解氧溢出量、水体呼吸耗氧量和底泥呼吸耗氧量建立非鱼氧平衡模型；利用所述耗氧速率预测模型和所述非鱼氧平衡模型建立溶解氧浓度动态模型；依据所述窒息点、所述平均体重和所述水温建立窒息点预测模型；利用所述溶解氧浓度动态模型在预设时间内对待预测水体的溶解氧浓度的动态轨迹进行预测，所述溶解氧浓度的动态轨迹是由所述预设时间内多个不同时刻的溶解氧浓度值构成的；利用所述窒息点预测模型在所述预设时间内对所述待预测水体中鱼类的窒息点进行预测，得到多个窒息点预测值，不同的所述窒息点预测值对应不同的体重；判断所述窒息点预测值是否小于或等于所述溶解氧浓度的动态轨迹中最小的溶解氧浓度值；若是，则确定所述待预测水体中的鱼类不存在窒息死亡风险；若否，则确定大于所述最小的溶解氧浓度值的窒息点预测值对应的体重的鱼类存在窒息死亡风险。2.根据权利要求1所述的一种鱼类窒息死亡风险的确定方法，其特征在于，所述依据所述耗氧速率、所述平均体重、所述溶解氧浓度和所述水温建立耗氧速率预测模型，具体包括：利用所述平均体重、所述溶解氧浓度和所述水温建立初步耗氧速率预测模型，所述初步耗氧速率预测模型为其中w表示平均体重，DO表示溶解氧浓度，T表示水温，Tref、α、β、γ和θ1为第一待估计参数，Tref表示水温的参考值，α表示初步耗氧速率预测模型中的平均体重指数，β表示初步耗氧速率预测模型中的溶解氧浓度指数，γ表示初步耗氧速率预测模型中的常数，θ1表示初步耗氧速率预测模型中水温的修正因子；依据所述耗氧速率，采用似然函数估计法确定所述初步耗氧速率预测模型中的第一待估计参数；将确定所述第一待估计参数后的初步耗氧速率预测模型确立为耗氧速率预测模型。3.根据权利要求2所述的一种鱼类窒息死亡风险的确定方法，其特征在于，所述依据所述耗氧速率，采用似然函数估计法确定所述初步耗氧速率预测模型中的第一待估计参数，具体包括：依据所述耗氧速率，建立第一似然估计函数；依据所述第一似然估计函数，计算所述初步耗氧速率预测模型的第一赤池信息准则数值L1表示第一似然估计函数，K1表示第一待估计参数的个数，nobs1表示获取耗氧速率的样本的数据个数，其中或i表示样本的编号，fi(wi,DOi,Ti)为第i个样本的耗氧速率，fobj-i为第i个样本的耗氧速率值，N为获取耗氧速率的样本子集的数据个数，σ1为服从对数正态分布的残差分布参数，σ2为服从正态分布的残差分布参数；将所述第一赤池信息准则数值最小时对应的第一待估计参数确定为所述初步耗氧速率预测模型中的第一待估计参数。4.根据权利要求1所述的一种鱼类窒息死亡风险的确定方法，其特征在于，所述依据所述窒息点、所述平均体重和所述水温建立窒息点预测模型，具体包括：利用所述平均体重和所述水温建立初步窒息点预测模型，所述初步窒息点预测模型为其中，w表示平均体重，T表示水温，Tref、αs、γs和θ4为第二待估计参数，Tref表示水温的参考值，αs表示初步窒息点预测模型中的平均体重指数，γs表示初步窒息点预测模型中的常数，θ4表示初步窒息点预测模型中水温的修正因子；依据所述窒息点，采用似然函数估计法确定所述初步窒息点预测模型中的第二待估计参数；将确定所述第二待估计参数后的初步窒息点预测模型确立为窒息点预测模型。5.根据权利要求4所述的一种鱼类窒息死亡风险的确定方法，其特征在于，所述依据所述窒息点，采用似然函数估计法确定所述初步窒息点预测模型中的第二待估计参数，具体包括：依据所述窒息点，建立第二似然估计函数；依据所述第二似然估计函数，计算所述初步窒息点预测模型的第二赤池信息准则数值L2表示第二似然估计函数，K2表示第一待估计参数的个数，nobs2表示获取窒息点的样本的数据个数，其中或i表示样本的编号，Spi(wi,Ti)为第i个样本的窒息点，fobj-i为第i个样本的窒息点值，M为获取窒息点的样本子集的数据个数，σ3为服从对数正态分布的残差分布参数，σ4为服从正态分布的残差分布参数；将所述第二赤池信息准则数值最小时对应的第二待估计参数确定为所述初步窒息点预测模型中的第二待估计参数。6.根据权利要求1所述的一种鱼类窒息死亡风险的确定方法，其特征在于，所述溶解氧浓度动态模型，具体为：其中，表示预设时间内溶解氧浓度的动态轨迹，F0表示非鱼氧平衡模型，F1,k(DO,wk,T)表示第k类体重的鱼对应的耗氧速率预测模型，P表示水体中鱼体重的类别数。7.一种鱼类窒息死亡风险的确定系统，其特征在于，包括：数...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟耀斌，逯超，周凌峰，叶琬，伍甘霖，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11