基于鱼类行为学的水质安全多参数联动预警系统技术方案

本发明专利技术公开基于鱼类行为学的水质安全多参数联动预警系统，包括水缸、摄像机、初期速度预警模块、末期速度预警模块、规避率预警模块、两参数联动预警模块、多参数联动预警模块；本发明专利技术引入鱼类初期速度、末期速度和规避率作为水质监测参数，并进行联合预警，选择三种联动预警结果中优先级最高的预警状态作为系统水质监测结果，提高了水质监测准确性，降低了误报率。报率。报率。

【技术实现步骤摘要】
基于鱼类行为学的水质安全多参数联动预警系统


[0001]本专利技术涉及水质监测领域，具体是基于鱼类行为学的水质安全多参数联动预警系统。

技术介绍

[0002]利用水生生物(如鱼类)行为与水质环境之间的密切联系，通过计算机视觉实时监测和分析鱼群行为，从而可反映水体水质，并做出预警。
[0003]大多数情况下，这种鱼类行为学参数直接反映了水质状况，现有技术一般选择速度、加速度、鱼群间距、规避率等单一参数或简单的多参数作为反映水质状况的依据，并在不同毒物浓度下通过实验获取相应的阈值数据。
[0004]然而，鱼类生物学行为必然受到多种干扰因素的影响(如光照、声音、振动、温度等)，传统预警技术极易导致误报警或准确率低。从而，应当充分考虑一定时间跨度、空间跨度内的多参数相互联系。
[0005]例如，一种时间跨度行为是，当毒物剂量较大时，鱼群将迅速产生显著的应激反应而导致相应行为参数的显著变化，随后过渡至缓慢变化；当毒物剂量较小时，鱼群长期暴露于毒物之后而导致相应行为参数的持续缓慢变化。再如，一种空间跨度行为是，在实施规避区(其内设置含有洁净水流的安全区)的监测系统中，无毒状态下鱼群行为在整个水体空间中无差异，而在有毒状态下则在规避区内外存在明显行为差异。
[0006]因此，需要一种考虑各参数之间的内在联系的多参数联动预警系统。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供基于鱼类行为学的水质安全多参数联动预警系统，包括水缸、摄像机、初期速度预警模块、末期速度预警模块、规避率预警模块、两参数联动预警模块、多参数联动预警模块；
[0008]所述水缸用于集群饲养鱼类；
[0009]所述水缸包括鱼群活动区和规避区；所述鱼群活动区内的水为检测水样；所述规避区内的水为正常水样；
[0010]所述摄像机拍摄鱼类活动图像，并分别传输至初期速度预警模块、末期速度预警模块、规避率预警模块；
[0011]所述初期速度预警模块存储有初期速度判断指标，包括初期速度异常阈值TV1、初期速度危险阈值TV2、初期速度异常时间阈值T1、初期速度危险时间阈值T2；
[0012]所述初期速度预警模块对鱼类活动图像进行处理，得到鱼类平均速度V，并传输至末期速度预警模块；
[0013]所述初期速度预警模块判断鱼类平均速度V与初期速度判断指标的关系，得到水质判断结果S1，并传输至两参数联动预警模块；
[0014]所述规避率预警模块存储有规避率检测周期T4、规避率判定周期T5、规避率判断
指标；
[0015]所述规避率判断指标包括规避率异常阈值TR1、危险阈值TR2、规避率判定周期T5内异常次数阈值TRN1、规避率判定周期T5内危险次数阈值TRN2；
[0016]所述规避率预警模块根据规避率检测周期T4对鱼类活动图像进行处理，得到鱼类规避率R；
[0017]所述规避率预警模块判断鱼类规避率R与规避率判断指标的关系，得到水质判断结果S2，并传输至两参数联动预警模块；
[0018]所述末期速度预警模块存储有末期速度判断指标，包括末期速度危险阈值TV3、末期速度危险时间阈值T3；
[0019]所述末期速度预警模块判断鱼类平均速度V与末期速度判断指标的关系，得到水质判断结果S3，并传输至两参数联动预警模块；
[0020]所述两参数联动预警模块对水质判断结果S1、水质判断结果S2、水质判断结果S3进行两两联合处理，生成水质判断结果S4、水质判断结果S5、水质判断结果S6，并传输至多参数联动预警模块；
[0021]所述多参数联动预警模块对水质判断结果S4、水质判断结果S5、水质判断结果S6进行综合处理，得到最终的水质判断结果。
[0022]进一步，所述初期速度预警模块判断鱼类平均速度V与初期速度判断指标的关系，得到水质判断结果S1的步骤包括：
[0023]a1)判断鱼类平均速度V＜TV1是否成立，若是，则水质判断结果S1为水质正常，否则，进入步骤a2)；
[0024]a2)判断V＜TV2是否成立，若是，则进入步骤a3)，否则，跳转至步骤a4)；
[0025]a3)从当前帧开始判断鱼类平均速度V＜TV2的持续时间是否超过初期速度异常时间阈值T1，若是，则水质判断结果S1为水质异常，否则，水质判断结果S1为水质正常；
[0026]a4)从当前帧开始判断鱼类平均速度V>TV2的持续时间是否超过初期速度危险时间阈值T2，若是，则水质判断结果S1为水质危险，否则，水质判断结果S1为水质正常。
[0027]进一步，所述规避率预警模块判断鱼类规避率与规避率判断指标的关系，得到水质判断结果S2的步骤包括：
[0028]b1)初始化鱼群规避率危险次数tn2＝0，鱼群规避率异常次数tn1＝0；
[0029]b2)计算鱼类规避率R，并判断规避率R＞规避率危险阈值TR2是否成立，若是，则令鱼群规避率危险次数tn2＝tn2+1，并跳转至步骤b4)；否则，进入步骤b3)；
[0030]b3)判断规避率R＞规避率异常阈值TR1是否成立，若是，则令鱼群规避率异常次数tn1＝tn1+1，并进入步骤b4)；否则，直接进入步骤4)；
[0031]b4)判断检测时间是否达到预警判定周期T5，若是，则进入步骤5)，否则，返回步骤b2)；
[0032]b5)判断鱼群规避率危险次数tn2＞危险次数阈值TRN2是否成立，若是，则水质判断结果S2为水质危险，否则，水质判断结果S2为水质正常；
[0033]判断鱼群规避率异常次数tn1＞异常次数阈值TRN1是否成立，若是，则水质判断结果S2为水质异常，否则，水质判断结果S2为水质正常。
[0034]进一步，所述末期速度预警模块判断鱼类平均速度V与末期速度判断指标的关系，
得到水质判断结果S3的步骤包括：
[0035]c1)鱼类平均速度V＞TV3是否成立，若是，则水质判断结果S3为水质正常，否则，进入步骤c2)；
[0036]c2)从当前帧开始判断鱼类平均速度V＜TV3的持续时间是否超过末期速度异常时间阈值T3，若是，则水质判断结果S3为水质危险，否则，水质判断结果S3为水质正常。
[0037]进一步，生成水质判断结果S4的步骤包括：
[0038]d1)判断水质判断结果S1不是水质正常且水质判断结果S2为水质危险是否成立，若是，则水质判断结果S4为水质极度危险，否则，进入步骤d2)；
[0039]d2)判断水质判断结果S1或水质判断结果S2为水质危险是否成立，若是，则水质判断结果S4为水质危险，否则，进入步骤d3)；
[0040]d3)判断水质判断结果S1和水质判断结果S2均为水质异常是否成立，若是，则水质判断结果S4为水质危险，否则，进入步骤d4)；
[0041]d4)判断水质判断结果S1或水质判断结果S2为水质异常是否成立，若是，则水质判断结果S4为水质异常，否则，水质判断结果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于鱼类行为学的水质安全多参数联动预警系统，其特征在于：包括水缸、摄像机、初期速度预警模块、所述末期速度预警模块、规避率预警模块、两参数联动预警模块、多参数联动预警模块。所述水缸用于集群饲养鱼类；所述水缸包括鱼群活动区和规避区；所述鱼群活动区内的水为检测水样；所述规避区内的水为正常水样；所述摄像机拍摄鱼类活动图像，并分别传输至初期速度预警模块、末期速度预警模块、规避率预警模块；所述初期速度预警模块存储有初期速度判断指标，包括初期速度异常阈值TV1、初期速度危险阈值TV2、初期速度异常时间阈值T1、初期速度危险时间阈值T2；所述初期速度预警模块对鱼类活动图像进行处理，得到鱼类平均速度V，并传输至末期速度预警模块；所述初期速度预警模块判断鱼类平均速度V与初期速度判断指标的关系，得到水质判断结果S1，并传输至两参数联动预警模块；所述规避率预警模块存储有规避率检测周期T4、规避率判定周期T5、规避率判断指标；所述规避率判断指标包括规避率异常阈值TR1、危险阈值TR2、规避率判定周期T5内异常次数阈值TRN1、规避率判定周期T5内危险次数阈值TRN2；所述规避率预警模块根据规避率检测周期T4对鱼类活动图像进行处理，得到鱼类规避率R；所述规避率预警模块判断鱼类规避率R与规避率判断指标的关系，得到水质判断结果S2，并传输至两参数联动预警模块；所述末期速度预警模块存储有末期速度判断指标，包括末期速度危险阈值TV3、末期速度危险时间阈值T3；所述末期速度预警模块判断鱼类平均速度V与末期速度判断指标的关系，得到水质判断结果S3，并传输至两参数联动预警模块；所述两参数联动预警模块对水质判断结果S1、水质判断结果S2、水质判断结果S3进行两两联合处理，生成水质判断结果S4、水质判断结果S5、水质判断结果S6，并传输至多参数联动预警模块；所述多参数联动预警模块对水质判断结果S4、水质判断结果S5、水质判断结果S6进行综合处理，得到最终的水质判断结果。2.根据权利要求1所述的基于鱼类行为学的水质安全多参数联动预警系统，其特征在于，所述初期速度预警模块判断鱼类平均速度V与初期速度判断指标的关系，得到水质判断结果S1的步骤包括：1)判断鱼类平均速度V＜TV1是否成立，若是，则水质判断结果S1为水质正常，否则，进入步骤2)；2)判断V＜TV2是否成立，若是，则进入步骤3)，否则，跳转至步骤4)；3)从当前帧开始判断鱼类平均速度V＜TV2的持续时间是否超过初期速度异常时间阈值T1，若是，则水质判断结果S1为水质异常，否则，水质判断结果S1为水质正常；4)从当前帧开始判断鱼类平均速度V＞TV2的持续时间是否超过初期速度危险时间阈值T2，若是，则水质判断结果S1为水质危险，否则，水质判断结果S1为水质正常。
3.根据权利要求1所述的基于鱼类行为学的水质安全多参数联动预警系统，其特征在于，所述规避率预警模块判断鱼类规避率与规避率判断指标的关系，得到水质判断结果S2的步骤包括：1)初始化鱼群规避率危险次数tn2＝0，鱼群规避率异常次数tn1＝0；2)计算鱼类规避率R，并判断规避率R＞规避率危险阈值TR2是否成立，若是，则令鱼群规避率危险次数tn2＝tn2+1，并跳转至步骤4)；否则，进入步骤3)；3)判断规避率R＞规避率异常阈值TR1是否成立，若是，则令鱼群规避率异常次数tn1＝tn1+1，并进入步骤4)；否则，直接进入步骤4)；4)判断检测时间是否达到预警判定周期T5，若是，则进入步骤5)，否则，返回步骤2)；5)判断鱼群规避率危险次数tn2＞危险次数阈值TRN2是否成立，若是，则水质判断结果S2为水质危险，否则，水质判断结果S2为水质正常；判断鱼群规避率异常次数tn1＞异...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢磊，秦怡鑫，赵志伟，王晓杰，杨志鹏，王鹏赛，黄浪，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：