本发明专利技术公开基于鱼类生物学规避强化效应的水质安全预警装置及方法，装置包括水缸(1)、水箱(2)、参考水源容器(3)、摄像机和上位机；方法步骤为：1)利用水泵将水箱(2)的检测水样抽取到扩散管(103)中，同时，开启摄像机；2)扩散管(103)中的部分检测水样扩散到鱼群活动区(101)中，另一部分检测水样通过出水口I排出；摄像机拍摄鱼类活动图像，并传输至上位机；3)上位机对鱼类活动图像进行处理，得到检测水样的水质状态。本发明专利技术能够有效监测水质安全，对改善水质环境，提高人们用水质量有较大的帮助，本发明专利技术能够有效监测各种饮用水投毒等恶性事件，有效保护人类生命和财产安全。有效保护人类生命和财产安全。有效保护人类生命和财产安全。
【技术实现步骤摘要】
基于鱼类生物学规避强化效应的水质安全预警装置及方法
[0001]本专利技术涉及水质监测领域，具体是基于鱼类生物学规避强化效应的水质安全预警装置及方法。
技术介绍
[0002]传统的水质监测方法存在着监测频次低、采样误差大且成本偏高等缺憾，对突发性事件无法做到及时预警。因此，一种突破传统水质监测瓶颈的关键技术是利用水生生物(如鱼类)行为与水环境之间的密切联系开发能够实时监测受试水域质量的生物水质监测系统。生物水质检测能够在不对原有生态系统产生影响的前提下，实地测量环境受到污染时的影响和变化，这种方式对生物体所处原生环境不会造成显著影响，而且既能衡量水体环境的改变，也能反映生物受水体环境的影响。水生动物行为与环境刺激密切相关。在水生生物受环境影响而产生的各种变化中，其运动行为与水生物健康状况直接相关。观察它们的运动行为能够反映水体质量。而水生生物由于受到环境影响而自身各项物质含量发生的变化不易被检测，因此，在生物水质监测和预警系统里对它们的行为进行监测可以作为反映水质状况的重要指标。在水生生物中，鱼类的应激反应格外明显。鱼类由于应激产生的反应包括运动变化和系统的变化，因为应激会影响神经内分泌系统和交感神经系统以及自主神经系统等神经末梢这会导致应激的生物警惕性提高和能量动员增加。鱼类应激反应的外部呈现方式即为包括鱼类游动方式在内的对危险的规避行为、摄食行为和攻击行为等一系列鱼类行为。特别地，规避行为可定义为鱼类在毒物梯度浓度场中远离毒物扩散源、朝着低浓度区(即“规避区”)聚集的本能生物学行为；规避率则定义为在一定周期内受毒物刺激趋避至规避区的鱼数量或次数。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的是提供基于鱼类生物学规避强化效应的水质安全预警装置，包括水缸、水箱、参考水源容器、摄像机和上位机。
[0004]所述水缸用于集群饲养鱼类。
[0005]所述水缸包括鱼群活动区、若干规避区和扩散管。
[0006]所述鱼群活动区开设有进水口I和出水口I。
[0007]每个规避区均与鱼群活动区连通。
[0008]每个规避区开设有进水口II和出水口II。
[0009]所述扩散管的一端连接进水口I，另一端封闭。
[0010]所述扩散管上开设有若干孔洞，扩散管内的检测水样通过这些孔洞扩散到鱼群活动区中。
[0011]所述水箱中存储检测水样，且连通外部检测水源。
[0012]所述水箱中的检测水样通过水泵持续泵入水缸，即从进水口I流入扩散管，再经由出水口I排出水缸。
[0013]所述参考水源容器中存储参考水样。
[0014]所述参考水样通过进水口II进入规避区，再通过出水口II排出。
[0015]所述摄像机拍摄鱼类活动图像，并传输至上位机。
[0016]上位机对鱼类活动图像进行处理，得到检测水样的水质状态。
[0017]进一步，进水口II至出水口II的水流方向与扩散管内液体向规避区扩散的方向相逆。
[0018]进一步，还包括用于控制水流量的阀门。
[0019]进一步，还包括温度调节器和恒温控制器。
[0020]所述恒温控制器监测水缸的水温，并控制温度调节器的启停。所述温度调节器调节水缸的水温，使水温保持稳定。
[0021]进一步，还包括控制输入参考水源容器的自动水阀；所述参考水源容器中的参考水源来自于外部安全水源，或由自动水阀取自与水箱相同的外部检测水源；所述参考水源容器中设有恒温调节器和恒温控制器；所述自动水阀定时开启，以补充参考水源容器中的水量。
[0022]进一步，所述参考水源容器(3)的参考水来自外部检测水源时，所述自动水阀关闭期间，所述参考水源容器(3)中的水量能供规避区(102)使用5
‑
240分钟。
[0023]进一步，规避率为周期T内鱼群进入规避区的鱼次数。
[0024]计算规避率的步骤包括：
[0025]1)初始化规避率i＝0，时刻t＝0。对规避区域进行坐标划分，得到每个规避区域的坐标范围。
[0026]2)判断每条鱼的质心坐标是否在规避区域的坐标范围内，若是，则令i＝i+1，并进入步骤3)，否则，直接进入步骤3)。
[0027]3)判断t≥T是否成立，若是，则输出规避率i，否则，令t＝t+1，并返回步骤2)。
[0028]进一步，上位机对鱼类活动图像进行处理，得到鱼质心坐标和检测水样的水质状态的步骤包括：
[0029]1)对鱼类活动图像进行二值化处理，得到二值化鱼类活动图像。
[0030]2)利用背景差分法提取和标识出二值化鱼类活动图像中的前景目标；所述前景目标包括鱼群。
[0031]3)获取前景目标的质心，并对前景目标的质心进行处理，得到鱼群的运动轨迹。
[0032]4)对鱼群运动轨迹进行特征提取，得到鱼群运动参数特征；所述鱼群运动特征为规避率。
[0033]5)根据鱼群运动特征确定检测水样的水质状态。
[0034]进一步，检测水样的水质状态包括正常状态、异常状态、危险状态。
[0035]判断检测水样的水质状态是否为正常状态的标准包括：当一个、尤其多个周期T内规避率不为0且均小于对应的异常阈值时，检测水样的水质状态为正常状态。
[0036]判断检测水样的水质状态是否为异常状态的标准包括：判断以下条件是否满足，若是，则检测水样的水质状态为异常状态。
[0037]条件1)：当一个、尤其多个周期T内规避率位于规避率异常阈值和危险阈值之间。
[0038]判断检测水样的水质状态是否为危险状态的标准包括：判断以下条件是否满足，
若是，则检测水样的水质状态为危险状态。
[0039]条件2)：当一个、尤其多个周期T内规避率大于规避率危险阈值。
[0040]条件3)：当一个、尤其多个周期T内规避率不变化时。
[0041]基于鱼类生物学规避强化效应的水质安全预警装置的使用方法，包括以下步骤：
[0042]1)搭建基于鱼类生物学规避强化效应的水质安全预警装置，其中，水缸内饲养有鱼类。
[0043]2)利用水泵持续将水箱的检测水样抽取到扩散管中，同时，开启摄像机。
[0044]3)扩散管中的部分检测水样扩散到鱼群活动区中，其余检测水样通过出水口排出。摄像机拍摄鱼类活动图像，并传输至上位机。
[0045]4)自动水阀定期开启将所述外部安全水源或与水箱(2)相同的外部检测水源送入参考水源容器(3)，以补充参考水源容器(3)中的水量。
[0046]5)上位机对鱼类活动图像进行处理，得到检测水样的水质状态。
[0047]本专利技术的技术效果是毋庸置疑的,本专利技术基于鱼类应激反应的外部呈现方式，针对性构建了流通有参考水的安全规避区，强化了鱼类的生物学规避效应，通过搭建相应软硬件平台，并通过相应算法获取鱼群行为参数，并将鱼群行为参数通过人机界面显示出来。此外，通过设置相应报警阈值及报警机制，在鱼群行为参数超出相应阈值本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于鱼类生物学规避强化效应的水质安全预警装置，其特征在于：包括水缸(1)、所述水箱(2)、参考水源容器(3)、摄像机和上位机。所述水缸用于集群饲养鱼类；所述水缸包括鱼群活动区(101)、若干规避区(102)和扩散管(103)；所述鱼群活动区(101)开设有进水口I和出水口I；每个规避区(102)均与鱼群活动区(101)连通；每个规避区(102)开设有进水口II和出水口II；所述扩散管(103)的一端连接进水口I，另一端封闭；所述扩散管(103)上开设有若干孔洞，扩散管(103)内的检测水样通过这些孔洞扩散到鱼群活动区(101)中；所述水箱(2)中存储检测水样，且连通外部检测水源；所述水箱(2)中的检测水样通过水泵持续泵入水缸(1)，即从进水口I流入扩散管(103)，再经由出水口I排出水缸；所述参考水源容器(3)中存储参考水样；所述参考水样通过进水口II进入规避区(102)，再通过出水口II排出；所述摄像机拍摄鱼类活动图像，并传输至上位机；上位机对鱼类活动图像进行处理，得到检测水样的水质状态。2.根据权利要求1所述的基于鱼类生物学规避强化效应的水质安全预警装置，其特征在于：进水口II至出水口II的水流方向与扩散管(103)内液体向规避区(102)扩散的方向相逆。3.根据权利要求1所述的基于鱼类生物学规避强化效应的水质安全预警装置，其特征在于：还包括用于控制水流量的阀门(5)。4.根据权利要求1所述的基于鱼类生物学规避强化效应的水质安全预警装置，其特征在于：还包括温度调节器(6)和恒温控制器(7)；所述恒温控制器(7)监测水缸(1)的水温，并控制温度调节器(6)的启停；所述温度调节器(6)调节水缸(1)的水温，使水温保持稳定。5.根据权利要求1所述的基于鱼类生物学规避强化效应的水质安全预警装置，其特征在于：还包括控制输入参考水源容器(3)的自动水阀；所述参考水源容器(3)中的参考水源来自于外部安全水源，或由自动水阀取自与水箱(2)相同的外部检测水源；所述参考水源容器(3)中设有恒温调节器和恒温控制器；所述自动水阀定时开启，以补充参考水源容器(3)中的水量。6.根据权利要求5所述的基于鱼类生物学规避强化效应的水质安全预警装置，其特征在于：参考水源容器(3)的参考水来自外部检测水源时，所述自动水阀关闭期间，所述参考水源容器(3)中的水量能供规避区(102)使用5
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240分钟。7.根据权利要求1所述的基于鱼类生物学规避强化效应的水质安全预警装置，其特征在于：规避率为周期T内鱼群进入规避区(...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢磊，赵志伟，杨志鹏，秦怡鑫，王鹏赛，梁志杰，李莉，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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