基于鱼类群体行为反馈的循环水养殖水体氨氮预警方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于鱼类群体行为反馈的循环水养殖水体氨氮预警方法和系统

【技术实现步骤摘要】
基于鱼类群体行为反馈的循环水养殖水体氨氮预警方法和系统


[0001]本专利技术涉及氨氮浓度监测和对鱼类群体行为分析
，涉及一种预警方法和系统，尤其是涉及一种基于鱼类群体行为反馈的循环水养殖水体氨氮预警方法和系统
。

技术介绍

[0002]随着人民生活水平的提高，水产养殖行业遇见其供应与需求之红利而得以蓬勃发展，循环水养殖也因其养殖密度高
、
养殖环境可控且具有符合可持续发展的效益而成为颇有应用前景的水产养殖模式
。
为了使养殖生物的健康生长以使水产品的质量得到保证，循环水养殖模式依靠各种水处理设备，对养殖环境的温度
、
溶氧等水质参数实施精准把控
。
但这种高养殖密度的特点，也对水质的监控和水质污染物的处理有了更高的要求
。
特别是在养殖过程中，产生的氨氮等污染若得不到有效的方法降解，则于环保
、
于生产均有诸多不利之处
。
而生活在氨氮含量过高的水体当中，鱼类也会出现一些生理不适，甚至导致日常行为发生异常，包括但不限于游泳
、
摄食和群体行为等
。
[0003]基于以上问题，本专利技术提出的是一种基于鱼类群体行为反馈的循环水养殖水体氨氮预警方法和系统，通过深度学习算法获得养殖对象前景目标，实时获取鱼群的行为和生长状况，并将此与水质氨氮浓度相关性结合，以模拟结果为依据对养殖水体氨氮浓度异常做出预警，从而使养殖人员做出及时的调整和设备控制，保障为鱼类生长提供适宜的水质条件
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于鱼类群体行为反馈的循环水养殖水体氨氮预警方法和系统，该系统可以根据养殖池中鱼类的群体行为变化特征以及池中的水温和溶氧的因素，运用计算机视觉技术和深度学习算法获得养殖对象的前景目标，构建出反映水体氨氮变化特征模型，并通过对鱼类群体行为的定量分析，及时对水体氨氮浓度异常进行预警，以非入侵的形式
(
非入侵式意味着本专利技术的技术方案不会对鱼类的身体内部以及生理行为产生影响
)
确保养殖水体氨氮在适应的范围内，有利于鱼类养殖福利化
。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]基于鱼类群体行为反馈的循环水养殖水体氨氮预警方法，具体包括：
[0007]利用摄像机拍摄养殖池实时画面并传输至计算机，通过深度学习算法获得养殖对象前景目标；
[0008]利用养殖对象前景目标计算鱼类对氨氮的敏感系数
Γ
；
[0009]通过计算视野中所有鱼类速度的标准差，得到表征鱼类群体离散程度的系数
Ω
s
；
[0010]实时读取水温和溶解氧的数值，并根据鱼类对氨氮的敏感系数
Γ
和表征鱼类群体离散程度的系数
Ω
s
计算鱼类群体行为反馈与鱼类对氨氮的半数致死浓度之间的数量关系，当养殖水体中的氨氮浓度预设浓度时，触发警报器进行预警
。
预设浓度是根据经验设定
的，一般根据具体情况设置为半数致死浓度的一半
。
预设浓度是根据经验设定的，一般根据具体情况设置为半数致死浓度的一半
。
[0011]进一步的，所述养殖对象前景目标包括鱼的体长
、
鱼的尾柄长
、
鱼尾的摆动频率
、
鱼尾的摆动幅度
、
鱼鳃的张闭频率
。
[0012]进一步的，所述鱼类对氨氮的敏感系数
Γ
计算公式为：
[0013][0014]其中，为未发生异常时鱼类的鱼鳃张闭频率，为未发生异常时鱼类的鱼尾摆动频率，
f
g
为发生异常时鱼类的鱼鳃张闭频率，
f
t
为发生异常时鱼类的摆动频率，
λ
为与鱼类体色变化有关的系数，
λ
∈[0,1]，鱼类体色在异常氨氮浓度下受影响程度越小，
λ
越接近0，当体色几乎无变化时，
λ
＝0，当鱼的体表发生显著性变化时，
λ
越接近
1。
[0015]进一步的，所述表征鱼类群体离散程度的系数
Ω
s
计算公式为：
[0016][0017]其中，
n
为摄像头拍摄到的鱼的数量，为第
i
条鱼的速度，为所有
n
条鱼的平均速度
。
[0018]进一步的，所述鱼类群体行为反馈与半数致死浓度之间的数量关系计算公式为：
[0019][0020]其中，
LC
50
为该鱼类对于水体氨氮的半数致死浓度
(
即在规定的时间内暴露于氨氮使鱼类半数死亡的氨氮浓度
)
，
T
为水温，
DO
为养殖水体中溶解氧的浓度，
k
为与半数致死浓度的选择有关的系数，当半数致死浓度为
96h LC
50
时，
k
＝
1.527
；当半数致死浓度为
48h LC
50
时，
k
＝
2.915
，为观察到的鱼的尾鳍摆动幅度，为鱼的尾柄长与体长之比，
Γ
i
为第
i
条鱼对氨氮的敏感系数
。
[0021]一种基于鱼类群体行为反馈的循环水养殖水体氨氮预警系统，包括：
[0022]视频采集模块：用于实时摄养殖池的画面并传输至计算机；
[0023]数据采集模块：用于实时读取水温和溶解氧的数值；
[0024]数据处理模块：用于计算鱼类对氨氮的敏感系数
Γ
、
表征鱼类群体离散程度的系数
Ω
s
以及鱼类群体行为反馈与鱼类对氨氮的半数致死浓度之间的数量关系；
[0025]预警模块：用于当养殖水体中的氨氮浓度预设浓度时，触发警报器进行预警
。
[0026]本专利技术的有益效果为：
[0027]本专利技术提出一种基于鱼类群体行为反馈的循环水养殖水体氨氮预警方法和系统，通过深度学习算法获得养殖对象前景目标，实时获取鱼群的行为和生长状况，并将此与水质氨氮浓度相关性结合，以模拟结果为依据对养殖水体氨氮浓度异常做出预警，从而使养殖人员做出及时的调整和设备控制，为鱼类生长提供适宜的水质条件
。
虽然利用水质传感
器监控各项水质指标不失为一种良好的水质监控模式，但采用传感器监控氨氮，往往存在无法长时间稳定工作的特点，且对于需要定期取样的项目中，则无法得到实时的观测数据，时效性大大削减
。
而鱼类始终生活在水环境中，对水质的变化
(
特别是氨氮
)<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于鱼类群体行为反馈的循环水养殖水体氨氮预警方法，其特征在于，具体包括：利用摄像机拍摄养殖池实时画面并传输至计算机，通过深度学习算法获得养殖对象前景目标；利用养殖对象前景目标计算鱼类对氨氮的敏感系数
Γ
；通过计算视野中所有鱼类速度的标准差，得到表征鱼类群体离散程度的系数
Ω
s
；实时读取水温和溶解氧的数值，并根据鱼类对氨氮的敏感系数
Γ
和表征鱼类群体离散程度的系数
Ω
s
计算鱼类群体行为反馈与鱼类对氨氮的半数致死浓度之间的数量关系，当养殖水体中的氨氮浓度超过预设浓度时，触发警报器进行预警
。2.
根据权利要求1所述的基于鱼类群体行为反馈的循环水养殖水体氨氮预警方法，其特征在于，所述养殖对象前景目标包括鱼的体长
、
鱼的尾柄长
、
鱼尾的摆动频率
、
鱼尾的摆动幅度
、
鱼鳃的张闭频率
。3.
根据权利要求1所述的基于鱼类群体行为反馈的循环水养殖水体氨氮预警方法，其特征在于，所述鱼类对氨氮的敏感系数
Γ
计算公式为：其中，为未发生异常时鱼类的鱼鳃张闭频率，为未发生异常时鱼类的鱼尾摆动频率，
f
g
为发生异常时鱼类的鱼鳃张闭频率，
f
t
为发生异常时鱼类的摆动频率，
λ
为与鱼类体色变化有关的系数
。4.
根据权利要求3所述的基于鱼类群体行为...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶章颖，张楷声，赵建，张彦峰，马赫睿吉，文彦慈，朋泽群，朱松明，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：