專利名稱：一種魚類行為的生物水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種魚類行為的生物水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
水是人類賴以生存和發(fā)展的一個不可或缺的重要因素，水質(zhì)安全狀況影響著人類生存環(huán)境和生命健康。近年來，我國水資源質(zhì)量不斷下降，水環(huán)境持續(xù)惡化，化學品泄漏、人為投毒等突發(fā)事故頻有發(fā)生，水質(zhì)監(jiān)測必不可少。目前為止，國內(nèi)外監(jiān)測水質(zhì)的主要方法有兩種理化分析法和生物監(jiān)測法。生物監(jiān)測法選擇合適的指示生物，通過指示生物的生理特征和行為反應(yīng)的變化來表征水體質(zhì)量的變化。該方法可以長時間連續(xù)監(jiān)測水質(zhì)，無需人工參與，并且靈敏度較高，監(jiān)測范圍較廣。魚類因為其個體較大，便于觀察，行為反應(yīng)敏捷，基因與人類相近等優(yōu)點，成為水污染生物監(jiān)測中最重要的模式生物之一，利用魚類行為反應(yīng)監(jiān)測水質(zhì)變化是近來發(fā)展的趨勢?，F(xiàn)有的魚類行為的生物水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，通常包括數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)分析裝置， 兩者之間由數(shù)據(jù)傳輸線路連接，數(shù)據(jù)采集裝置內(nèi)設(shè)置有監(jiān)測水槽，將試驗魚置于監(jiān)測水槽中，觀察其在水中的行為反應(yīng)，將采集到的結(jié)果數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析裝置進行分析，具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便的優(yōu)點，但是該生物水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)不能同時實現(xiàn)試驗中的靜水式、流水式和換水式三種水環(huán)境下的魚類行為參數(shù)的記錄。中國專利基于圖像中水生生物運動特征的水質(zhì)監(jiān)測方法(專利號為 201010256880. 0)，公開了一種對單體生物錦鯽進行行為記錄來判斷水質(zhì)的方法，該方法只針對單條魚的行為進行實時監(jiān)測，計算其游速，轉(zhuǎn)動角度，空間位置，但是單條魚的行為有一定的隨機性，會導致一定的誤差，而魚類是一種群體動物，群體規(guī)律性明顯，因此需要對多條魚進行監(jiān)測，實時量化群體參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可同時實現(xiàn)靜水式、流水式和換水式試驗中魚類行為參數(shù)的記錄，并且可以同時測量個體和群體生物的行為的一種魚類行為的生物水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種魚類行為的生物水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)分析裝置和透明的水槽，所述的數(shù)據(jù)采集裝置和所述的數(shù)據(jù)分析裝置之間由數(shù)據(jù)傳輸線路連接，所述的水槽通過縱向設(shè)置的第一網(wǎng)狀擋魚板和第二網(wǎng)狀擋魚板依次分隔為流水緩沖區(qū)、魚群觀測區(qū)和過濾調(diào)節(jié)區(qū)，所述的流水緩沖區(qū)的側(cè)壁上設(shè)置有進水管，所述的魚群觀測區(qū)的外部設(shè)置有光源，所述的過濾調(diào)節(jié)區(qū)的側(cè)壁上設(shè)置有出水管，所述的過濾調(diào)節(jié)區(qū)設(shè)置有循環(huán)泵，所述的循環(huán)泵通過循環(huán)水管與所述的流水緩沖區(qū)連通，所述的水槽的靠近底部的側(cè)壁上設(shè)置有排水閥。所述的過濾調(diào)節(jié)區(qū)設(shè)置有水位調(diào)節(jié)裝置，所述的水位調(diào)節(jié)裝置包括擋流板，所述的擋流板上縱向設(shè)置有長圓形孔，所述的擋流板朝向所述的魚群觀測區(qū)的端面上縱向設(shè)置有卡槽，所述的卡槽的底端的水平位置低于所述的長圓形孔的底端的水平位置，所述的卡槽內(nèi)設(shè)置有與所述的卡槽相配合的可上下移動的插條，所述的插條上設(shè)置有透水孔，該水位調(diào)節(jié)裝置控制水槽試驗水位高低，通過插條的上下移動調(diào)節(jié)透水孔的高低，從而控制通過的水流的高低，并且實施方便，操作簡單。所述的擋流板上位于所述的長圓形孔的外周設(shè)置有凹槽，所述的凹槽內(nèi)卡嵌有0 型密封圈，所述的0型密封圈與所述的插條緊密接觸，可防止水流通過縫隙滲漏。所述的過濾調(diào)節(jié)區(qū)設(shè)置有用于過濾除去魚群糞便雜質(zhì)的過濾棉和用于支撐所述的過濾棉的濾棉支架，所述的過濾棉和所述的濾棉支架位于所述的擋流板與所述的水槽的側(cè)壁之間且水平橫鋪于所述的透水孔與所述的循環(huán)泵之間，該過濾棉可吸附魚群糞便雜質(zhì)等，只需定期更換過濾棉即可使水槽中的水保持清潔。所述的過濾調(diào)節(jié)區(qū)縱向設(shè)置有導流板，所述的導流板位于所述的擋流板與所述的第二網(wǎng)狀擋魚板之間，所述的導流板的下端與所述的水槽底部之間留有高度為l-2cm的空隙形成下吸口，水槽中的水流可以由下吸口進入導流板和擋流板之間的區(qū)域，由于下吸口的導流作用及形成的一定的壓力作用下，使大部分魚群糞便雜質(zhì)由下吸口進入導流板和擋流板之間的區(qū)域。所述的過濾調(diào)節(jié)區(qū)縱向依次設(shè)置有導流板和擋流板，所述的導流板下端與所述的水槽的底部之間留有高度為l-2cm的空隙形成下吸口，所述的擋流板的上端與所述的水槽的上端之間留有高度為擋流板的高度1/10-1/15的空隙形成上溢口，所述的擋流板與所述的水槽的側(cè)壁之間水平鋪設(shè)有過濾棉和用于支撐過濾棉的濾棉支架。水槽中的水流從下吸口導入，從擋流板的上溢口溢流到過濾棉上過濾除去魚群糞便等雜質(zhì)。所述的循環(huán)水管上設(shè)置有流量調(diào)節(jié)裝置，所述的循環(huán)水管的出口設(shè)置有分布有多個出水孔的多孔出水管，所述的第一網(wǎng)狀擋魚板靠近所述的出水管的部分的網(wǎng)格孔徑小于第一網(wǎng)狀擋魚板的平均孔徑，降低多孔出水管附近區(qū)域的流水速度，從而使魚群觀測區(qū)內(nèi)水流均勻。所述的數(shù)據(jù)采集裝置為攝像機，所述的數(shù)據(jù)分析裝置為計算機，攝像機拍攝區(qū)域為中間部分魚類活動區(qū)域，動態(tài)捕捉視頻序列，送入計算機做實時圖像處理與數(shù)據(jù)分析；所述的流水緩沖區(qū)的上方設(shè)置有滴注瓶，可以逐步將毒性物質(zhì)或藥物加入水環(huán)境中，使水的毒性或藥物添加量按既定的規(guī)律逐步增加。所述的過濾調(diào)節(jié)區(qū)還設(shè)置有用于控制水溫的控溫裝置、實時監(jiān)測溫度、pH、溶液中可溶性鹽濃度EC、溶解性總固體TDS和氧化還原電位ORP指標的水質(zhì)理化測量儀和曝氣裝置。將氣泵、加溫裝置等置于過濾調(diào)節(jié)區(qū)，可使魚類的行為可不受兩側(cè)水流和氣泵、加溫裝
置等的影響。本發(fā)明所使用的光源為背光源，對于體態(tài)顏色各異的不同魚種都可以做到較好的識別，提高圖像處理的效果，具體是若干個由管狀燈管加調(diào)光器，或是白光LED燈板加調(diào)光器外面覆蓋導光材料和擴散膜組成的可調(diào)光強光源箱置于水槽的位于魚群觀測區(qū)的側(cè)壁上。一種的魚類行為的生物水質(zhì)監(jiān)測方法，具體包括以下步驟
(1)將在標準條件下培養(yǎng)后的試驗魚群放入水槽的魚群觀測區(qū)中，利用攝像機對試驗魚群在魚群觀測區(qū)中的行為進行拍攝，獲得圖像序列；
(2)將步驟(1)獲取的圖像序列由數(shù)據(jù)傳輸線路送入數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對圖像序列首先進行平滑預(yù)處理，再將平滑預(yù)處理后的圖像序列進行增強處理；
(3)采用圖像閾值分割技術(shù)將經(jīng)步驟(2)處理后的圖像序列的灰度圖像轉(zhuǎn)變成二值圖像，然后進行形態(tài)學處理，消除誤識別和噪聲信號；
(4)將步驟(3)形態(tài)學處理后的圖像序列的目標區(qū)域進行標記，對各個獨立區(qū)域進行單獨的位置參數(shù)和幾何參數(shù)計算，根據(jù)幀差圖像求出試驗魚群的平均游動速度；根據(jù)群心坐標和群心分布坐標的方差求出試驗魚群的分布位置和密集程度；根據(jù)各條魚的分布位置， 計算處于水面以下1-2倍魚體寬的距離內(nèi)的魚的條數(shù)和處于水槽底部以上1-2倍魚體寬的距離內(nèi)的魚的條數(shù)占魚群總數(shù)的比例；
(5)將步驟(4)得到的魚群的平均游動速度、魚群分布位置、密集程度、處于水面的魚的比例和處于水槽底部的魚的比例與預(yù)先設(shè)定的閾值進行比較，當?shù)玫降钠骄蝿铀俣?、魚群分布位置、密集程度和處于水面的魚的比例和處于水底的魚的比例偏離預(yù)先設(shè)定的閾值時，則可判斷水質(zhì)被污染。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明一種魚類行為的生物水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)， 包括由數(shù)據(jù)傳輸線路連接的數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)分析裝置及透明水槽，該透明水槽由網(wǎng)狀擋魚板分隔為流水緩沖區(qū)、魚群觀測區(qū)和過濾調(diào)節(jié)區(qū)，魚群觀測區(qū)的外部設(shè)置有光源，過濾調(diào)節(jié)區(qū)的側(cè)壁上設(shè)置有出水口，過濾調(diào)節(jié)區(qū)設(shè)置有循環(huán)泵，循環(huán)泵通過循環(huán)水管與流水緩沖區(qū)連通，水槽的靠近底部的側(cè)壁上設(shè)置有排水閥。將進水管和出水管關(guān)閉，開啟循環(huán)泵， 水槽模擬實現(xiàn)水流內(nèi)循環(huán)，完成模擬流水的靜水式試驗；關(guān)閉循環(huán)泵可以完成靜水式試驗； 將進水管和出水管開啟，外部水由進水管流入出水管流出，可以完成流水式試驗；將排水閥開啟，排出水槽內(nèi)部的水，可實現(xiàn)換水式試驗；因此本發(fā)明的系統(tǒng)可以測定在靜水式、流水式和換水式等環(huán)境下的魚類行為參數(shù)，并適合測試一條到多條魚的毒性行為反應(yīng)，同時可以記錄相應(yīng)的一些生物群體行為參數(shù)和個體行為參數(shù)。該魚類行為的生物水質(zhì)監(jiān)測方法是借助數(shù)字攝像技術(shù)，對水體中魚類目標進行運動檢測，可以記錄單條魚的行為參數(shù)，也可以用于多條魚的群體參數(shù)量化，在毒性物質(zhì)或藥物進入水體后記錄并反映行為變化，對水質(zhì)狀況作出評估，當記錄參數(shù)異常并偏離某一事先設(shè)定的警戒限時，可以觸發(fā)報警，參數(shù)的閾值設(shè)定可以根據(jù)不同魚種和實驗環(huán)境進行調(diào)離
iF. ο


圖1為本發(fā)明魚類行為的生物水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的水位調(diào)節(jié)裝置及其插條的正面結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明的水位調(diào)節(jié)裝置的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明的魚類行為的生物水質(zhì)監(jiān)測方法流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。實施例本發(fā)明一種魚類行為的生物水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，如圖1所示，包括數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)分析裝置和透明的水槽1，數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)分析裝置之間由數(shù)據(jù)傳輸線路連接，水槽1 通過縱向設(shè)置的第一網(wǎng)狀擋魚板2和第二網(wǎng)狀擋魚板3依次分隔為流水緩沖區(qū)4、魚群觀測區(qū)5和過濾調(diào)節(jié)區(qū)6，流水緩沖區(qū)4的側(cè)壁上設(shè)置有進水管7，魚群觀測區(qū)5的外部設(shè)置有光源8，過濾調(diào)節(jié)區(qū)6的側(cè)壁上設(shè)置有出水管9，過濾調(diào)節(jié)區(qū)6設(shè)置有循環(huán)泵12，該循環(huán)泵 12通過循環(huán)水管13與流水緩沖區(qū)4連通，水槽1的靠近底部的側(cè)壁上設(shè)置有排水閥24。在此具體實施例中，如圖1所示，數(shù)據(jù)采集裝置為攝像機10，數(shù)據(jù)分析裝置為計算機11，攝像機10拍攝區(qū)域為中間部分魚類活動區(qū)域，動態(tài)捕捉圖像序列，送入計算機11做實時圖像處理與數(shù)據(jù)分析；循環(huán)水管13上設(shè)置有流量調(diào)節(jié)裝置(圖中未顯示，流量調(diào)節(jié)裝置可采用流量調(diào)節(jié)閥)，循環(huán)泵12將水體通過循環(huán)水管13抽回到水流緩沖區(qū)4，水流在水壓作用下經(jīng)過導流板20下面的下吸口 21和擋流板16上的透水孔19回到過濾調(diào)節(jié)區(qū)6，實現(xiàn)水流的循環(huán)，循環(huán)速度可由安裝在循環(huán)水管13上的流量調(diào)節(jié)裝置控制，循環(huán)水管13的出口設(shè)置有縱向均布有多個出水孔的多孔出水管14 ；第一網(wǎng)狀擋魚板2靠近多孔出水管14的部分的網(wǎng)格孔徑小于第一網(wǎng)狀擋魚板2的平均孔徑，從而使魚群觀測區(qū)5內(nèi)水流均勻；
該流水緩沖區(qū)4的上方設(shè)置有滴注瓶15，可以逐步將毒性物質(zhì)或藥物加入水環(huán)境中， 使水的毒性或藥物添加量按既定的規(guī)律逐步增加。所使用的第一網(wǎng)狀擋魚板2和第二網(wǎng)狀擋魚板3上面都布有大小不均勻的2-10mm的圓孔，大小可以阻擋測試魚類通過，網(wǎng)狀擋魚板可拆卸，水流通過這些孔洞均勻地從水流緩沖區(qū)4流入魚群觀測區(qū)5，再從魚群觀測區(qū)5 流入過濾調(diào)節(jié)區(qū)6。在此具體實施例中，如圖2、圖3所示，過濾調(diào)節(jié)區(qū)6設(shè)置有水位調(diào)節(jié)裝置，水位調(diào)節(jié)裝置包括擋流板16，該擋流板16上縱向設(shè)置有長圓形孔17，擋流板16朝向魚群觀測區(qū) 5的端面上縱向設(shè)置有卡槽25，卡槽25的底端的水平位置低于長圓形孔17的底端的水平位置，卡槽25內(nèi)設(shè)置有與卡槽25相配合的可上下移動的插條18，插條18上設(shè)置有透水孔 19。其中，擋流板16上位于長圓形孔17的外周設(shè)置有凹槽26，凹槽沈內(nèi)卡嵌有0型密封圈27，0型密封圈27與插條18緊密接觸，防止水流通過縫隙滲漏。在此具體實施例中，過濾調(diào)節(jié)區(qū)6還設(shè)置有用于過濾除去魚群糞便雜質(zhì)的過濾棉和濾棉支架(圖中未顯示)，該過濾棉和濾棉支架位于擋流板16與水槽1的側(cè)壁之間且水平橫鋪于透水孔19與循環(huán)泵12之間。在此具體實施例中，過濾調(diào)節(jié)區(qū)6設(shè)置有導流板20，導流板20位于擋流板16與第二網(wǎng)狀擋魚板3之間，導流板20的下端與水槽1的底部之間留有高度為l_2cm的空隙形成下吸口 21。過濾調(diào)節(jié)區(qū)6還設(shè)置有用于控制水溫的控溫裝置22、實時監(jiān)測溫度、pH、EC、TDS 和ORP指標的水質(zhì)理化測量儀23和曝氣裝置(為充氧目的，圖中未顯示)，一側(cè)是水流緩沖區(qū)4，另一側(cè)是過濾調(diào)節(jié)區(qū)6，中間是魚群觀測區(qū)5，魚類的行為可不受兩側(cè)水流和氣泵、加溫裝置等的影響。如圖1所示，本發(fā)明所使用的光源8為背光源是和魚群觀測區(qū)大小一致的一個長方體形光源，緊貼于水槽1的位于魚群觀測區(qū)5位置的側(cè)壁上，對于體態(tài)顏色各異的不同魚種都可以做到較好的識別，提高圖像處理的效果，具體是多個由管狀燈管加調(diào)光器組成的可調(diào)光強光源箱。一種魚類行為的生物水質(zhì)監(jiān)測方法，如圖4所示，具體包括以下步驟
(1)將在標準條件下培養(yǎng)后的試驗魚群放入水槽1的魚群觀測區(qū)5中，利用攝像機10 對試驗魚群在魚群觀測區(qū)5中的行為進行拍攝，獲得圖像序列；該步驟中所述的將試驗魚在標準條件下培養(yǎng)指將用于試驗的魚群在環(huán)境中馴養(yǎng)兩周以上，并控制水環(huán)境于一定的溫度，PH值和溶氧量，利用攝像機10從正面拍攝魚群觀測區(qū)5，包括魚群所能活動的全部區(qū)域，每秒10-25幀或以更高幀速獲取圖像序列；
(2)將步驟(1)獲取的圖像序列由數(shù)據(jù)傳輸線路送入數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)即計算機11，通過數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對圖像序列首先進行平滑預(yù)處理，再將預(yù)處理后的圖像序列進行了增強處理，使目標與背景的對比度增強，以提高目標分割的準確性；
(3)采用圖像閾值分割技術(shù)將步驟(2)處理后的圖像序列的灰度圖像轉(zhuǎn)變成二值圖像， 將圖像閾值分割處理后的圖像序列進行形態(tài)學處理，消除誤識別和噪聲信號；
(4)將形態(tài)學處理后的圖像序列的目標區(qū)域進行標記，對各個獨立區(qū)域進行單獨的位置參數(shù)和幾何參數(shù)計算，根據(jù)幀差圖像求出試驗魚群的群體活躍度；根據(jù)群心坐標和群心分布坐標的方差求出試驗魚群的位置和密集程度，根據(jù)各條魚的分布位置，計算處于水面 (水面以下1-2倍體寬的距離內(nèi))和處于水底(水箱底部以上1-2倍體寬的距離內(nèi))的魚的比例；
(5)將步驟(4)得到的魚群的平均游動速度、魚群分布位置、密集程度、處于水面的魚的比例和處于水槽底部的魚的比例與預(yù)先設(shè)定的閾值進行比較，當?shù)玫降钠骄蝿铀俣?、魚群分布位置、密集程度和處于水面的魚的比例和處于水底的魚的比例偏離預(yù)先設(shè)定的閾值時，則可判斷水質(zhì)被污染。步驟(4)中具體參數(shù)的量化如下
群體平均游速^ K 采用幀差法計算體長倍數(shù)，以游動的體長倍數(shù)為單位來衡量魚群的群體活躍度。魚的運動會引起相鄰兩幀圖像中魚位置分布的差異，通過對間隔一定時間連續(xù)采集的數(shù)字圖像序列進行閾值分割后前后兩幀圖像相減，產(chǎn)生的負數(shù)用零代替得到幀差圖像，求出魚在前后兩幀采集過程中產(chǎn)生的運動區(qū)域的投影面積，并與后一幀圖像中魚的投影面積相除，得到魚相當于體長倍數(shù)的游動速度。圖像采集和處理的速度必須滿足在相鄰兩幀之間魚游過的距離不超過一倍體長，計算方法如下
將后一幀圖像中各條魚在采樣間隔內(nèi)運動區(qū)域的面積與時間上后一幀圖像中相對應(yīng)的每一條魚的面積相除，得到每條魚相當于體長倍數(shù)的游動距離，再除以間隔時間便得到每條魚的體長倍數(shù)游速，將這些結(jié)果取平均值，得到魚群總的平均游速，可以表示魚群體活躍程度。群體位置參數(shù)
計算出了圖像中各個魚目標的面積和形心位置后，采用Israeli和Kimmel (1996)的方法計算魚群的重心坐標CT，CZ，表示魚群在水平Z和垂直Z軸方向的平均位置；各條魚在I和Z坐標軸方向上的空間標準差5ZZT，5 Z，一定程度上能表示魚群的密集程度
權(quán)利要求
1.一種魚類行為的生物水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)分析裝置和透明的水槽，所述的數(shù)據(jù)采集裝置和所述的數(shù)據(jù)分析裝置之間由數(shù)據(jù)傳輸線路連接，其特征在于所述的水槽通過縱向設(shè)置的第一網(wǎng)狀擋魚板和第二網(wǎng)狀擋魚板依次分隔為流水緩沖區(qū)、魚群觀測區(qū)和過濾調(diào)節(jié)區(qū)，所述的流水緩沖區(qū)的側(cè)壁上設(shè)置有進水管，所述的魚群觀測區(qū)的外部設(shè)置有光源，所述的過濾調(diào)節(jié)區(qū)的側(cè)壁上設(shè)置有出水管，所述的過濾調(diào)節(jié)區(qū)設(shè)置有循環(huán)泵，所述的循環(huán)泵通過循環(huán)水管與所述的流水緩沖區(qū)連通，所述的水槽的靠近底部的側(cè)壁上設(shè)置有排水閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種魚類行為的生物水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的過濾調(diào)節(jié)區(qū)設(shè)置有水位調(diào)節(jié)裝置，所述的水位調(diào)節(jié)裝置包括擋流板，所述的擋流板上縱向設(shè)置有長圓形孔，所述的擋流板朝向所述的魚群觀測區(qū)的端面上縱向設(shè)置有卡槽，所述的卡槽的底端的水平位置低于所述的長圓形孔的底端的水平位置，所述的卡槽內(nèi)設(shè)置有與所述的卡槽相配合的可上下移動的插條，所述的插條上設(shè)置有透水孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種魚類行為的生物水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的擋流板上位于所述的長圓形孔的外周設(shè)置有凹槽，所述的凹槽內(nèi)卡嵌有0型密封圈，所述的0 型密封圈與所述的插條緊密接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種魚類行為的生物水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的過濾調(diào)節(jié)區(qū)設(shè)置有用于過濾除去魚群糞便雜質(zhì)的過濾棉和用于支撐所述的過濾棉的濾棉支架，所述的過濾棉和所述的濾棉支架位于所述的擋流板與所述的水槽的側(cè)壁之間且橫鋪于所述的透水孔與所述的循環(huán)泵之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種魚類行為的生物水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的過濾調(diào)節(jié)區(qū)縱向設(shè)置有導流板，所述的導流板位于所述的擋流板與所述的第二網(wǎng)狀擋魚板之間，所述的導流板的下端與所述的水槽的底部之間留有高度為l_2cm的空隙形成下吸口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種魚類行為的生物水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的過濾調(diào)節(jié)區(qū)縱向依次設(shè)置有導流板和擋流板，所述的導流板下端與所述的水槽的底部之間留有高度為l_2cm的空隙形成下吸口，所述的擋流板的上端與所述的水槽的上端之間留有高度為擋流板的高度1/10-1/15的空隙形成上溢口，所述的擋流板與所述的水槽的側(cè)壁之間水平鋪設(shè)有過濾棉和用于支撐過濾棉的濾棉支架。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種魚類行為的生物水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的循環(huán)水管上設(shè)置有流量調(diào)節(jié)裝置，所述的循環(huán)水管的出口設(shè)置有分布有多個出水孔的多孔出水管，所述的第一網(wǎng)狀擋魚板靠近所述的出水管的部分的網(wǎng)格孔徑小于第一網(wǎng)狀擋魚板的平均孔徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的一種魚類行為的生物水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集裝置為攝像機，所述的數(shù)據(jù)分析裝置為計算機，所述的流水緩沖區(qū)的上方設(shè)置有滴注瓶。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的一種魚類行為的生物水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的過濾調(diào)節(jié)區(qū)還設(shè)置有控溫裝置、水質(zhì)理化測量儀和曝氣裝置。
10.一種根據(jù)權(quán)利要球1所述的魚類行為的生物水質(zhì)監(jiān)測方法，其特征在于具體包括以下步驟(1)將在標準條件下培養(yǎng)后的試驗魚群放入水槽的魚群觀測區(qū)中，利用攝像機對試驗魚群在魚群觀測區(qū)中的行為進行拍攝，獲得圖像序列；(2 )將步驟(1)獲取的圖像序列由數(shù)據(jù)傳輸線路送入數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對圖像序列首先進行平滑預(yù)處理，再將平滑預(yù)處理后的圖像序列進行增強處理；(3)采用圖像閾值分割技術(shù)將經(jīng)步驟(2)處理后的圖像序列的灰度圖像轉(zhuǎn)變成二值圖像，然后進行形態(tài)學處理，消除誤識別和噪聲信號；(4)將步驟(3)形態(tài)學處理后的圖像序列的目標區(qū)域進行標記，對各個獨立區(qū)域進行單獨的位置參數(shù)和幾何參數(shù)計算，根據(jù)幀差圖像求出試驗魚群的平均游動速度；根據(jù)群心坐標和群心分布坐標的方差求出試驗魚群的分布位置和密集程度；根據(jù)各條魚的分布位置， 計算處于水面以下1-2倍魚體寬的距離內(nèi)的魚的條數(shù)和處于水槽底部以上1-2倍魚體寬的距離內(nèi)的魚的條數(shù)占魚群總數(shù)的比例；(5)將步驟(4)得到的魚群的平均游動速度、魚群分布位置、密集程度、處于水面的魚的比例和處于水槽底部的魚的比例與預(yù)先設(shè)定的閾值進行比較，當?shù)玫降钠骄蝿铀俣?、魚群分布位置、密集程度和處于水面的魚的比例和處于水底的魚的比例偏離預(yù)先設(shè)定的閾值時，則可判斷水質(zhì)被污染。
全文摘要
本發(fā)明一種魚類行為的生物水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法，包括數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)分析裝置和透明的水槽，特點是水槽通過網(wǎng)狀擋魚板依次分隔為流水緩沖區(qū)、魚群觀測區(qū)和過濾調(diào)節(jié)區(qū)，流水緩沖區(qū)的側(cè)壁上設(shè)置有進水管，魚群觀測區(qū)的外部設(shè)置有光源，過濾調(diào)節(jié)區(qū)的側(cè)壁上設(shè)置有出水管，過濾調(diào)節(jié)區(qū)設(shè)置有循環(huán)泵，水槽的靠近底部的側(cè)壁上設(shè)置有排水閥，其監(jiān)測方法是利用攝像機對試驗魚群的行為進行拍攝獲得圖像序列，送入計算機做實時圖像處理與數(shù)據(jù)分析，將得到的平均游動速度、密集程度等與預(yù)先設(shè)定的閾值進行比較，判斷水質(zhì)是否被污染，優(yōu)點是同時實現(xiàn)靜水式、流水式和換水式試驗中魚類行為參數(shù)的記錄，并且可以同時測量個體和群體生物的行為。
文檔編號G01N21/84GK102297865SQ20111014118
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者廖悅, 徐建瑜, 謝建軍 申請人:寧波大學