專(zhuān)利名稱(chēng)：利用水生生物行為圖像提取的水源水突發(fā)污染的預(yù)警方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水源污染監(jiān)測(cè)，特別是涉及一種利用水生生物行為圖像提取的水源水突發(fā)污染的預(yù)警方法。
背景技術(shù)：
在水源水體流域上游的任何潛在污染源都可能導(dǎo)致水源水質(zhì)突發(fā)性污染事故，且這些突發(fā)性污染事故均具有發(fā)生時(shí)間不可預(yù)見(jiàn)、持續(xù)時(shí)間短、污染物不確定、污染物濃度高等特點(diǎn)，有可能在短時(shí)間內(nèi)迅速造成城市水源地內(nèi)的生態(tài)環(huán)境的破壞和供水系統(tǒng)的重大損失，并可能進(jìn)一步觸發(fā)更嚴(yán)重城市安全問(wèn)題，處理不當(dāng)還會(huì)造成影響深遠(yuǎn)的后遺癥。因此， 開(kāi)展水源地突發(fā)污染事件快速評(píng)估與預(yù)警方法研究，以及包含快速評(píng)估、快速預(yù)警、快速響應(yīng)、應(yīng)急預(yù)案、后評(píng)估在內(nèi)的突發(fā)污染事件應(yīng)急技術(shù)和應(yīng)急機(jī)制研究成為重中之重。而常規(guī)的檢測(cè)手段根本無(wú)法達(dá)到以上這些要求。即使采用先進(jìn)的精密儀器，也由于毒物的種類(lèi)繁多且檢測(cè)方法各不相同等原因而無(wú)法快速檢測(cè)，且這些檢測(cè)一般都是由實(shí)驗(yàn)室里的設(shè)備完成的，進(jìn)行在線現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警難度更大。至今，我國(guó)幾乎沒(méi)有規(guī)范的、較為科學(xué)完善的自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)方法來(lái)快速監(jiān)測(cè)預(yù)警水源水有毒物質(zhì)污染事故。低等水生生物對(duì)于污染的反應(yīng)靈敏，尤其是敏感生物的行為，生理生化指標(biāo)可以幫助提早發(fā)現(xiàn)污染，因此可以起到快速判斷水質(zhì)是否受到污染，達(dá)到及時(shí)預(yù)警的目的。然而過(guò)于低等的生物如水蚤、發(fā)光細(xì)菌等進(jìn)行預(yù)警時(shí)卻由于其過(guò)于靈敏，誤報(bào)警率高。從運(yùn)行效果看，其行為背景噪聲大，長(zhǎng)時(shí)間跨度內(nèi)的行為波動(dòng)更進(jìn)一步降低了這類(lèi)監(jiān)測(cè)器的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供可實(shí)現(xiàn)連續(xù)采樣，連續(xù)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)預(yù)警、報(bào)警，誤報(bào)低的利用水生生物行為圖像提取的水源水突發(fā)污染的預(yù)警方法。本發(fā)明利用斑馬魚(yú)具有非常敏銳的嗅覺(jué)、味覺(jué)、視覺(jué)、側(cè)線等感覺(jué)器官能力，能夠在感受水源受到污染后，主動(dòng)離開(kāi)受污染區(qū)域，游向未污染區(qū)域，并表現(xiàn)出明顯的行為，該行為可通過(guò)CCD攝像頭實(shí)時(shí)拍攝，本發(fā)明采用斑馬魚(yú)作為指示生物，結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)， 通過(guò)實(shí)時(shí)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)指示生物的行為變化，獲取指示生物的多項(xiàng)行為參數(shù)，通過(guò)相關(guān)指標(biāo)的評(píng)價(jià)分析，可以實(shí)現(xiàn)水質(zhì)突發(fā)性污染的及時(shí)預(yù)警。本發(fā)明的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)利用水生生物行為圖像提取的水源水突發(fā)污染的預(yù)警方法，包括如下步驟(1)將需要監(jiān)測(cè)的原水用泵連續(xù)泵入裝有指示生物的監(jiān)測(cè)容器，所述監(jiān)測(cè)裝置包括透明框架、可調(diào)燈箱、監(jiān)測(cè)容器、CXD攝像頭、報(bào)警裝置和計(jì)算機(jī)；監(jiān)測(cè)容器設(shè)有進(jìn)水口和出水口，監(jiān)測(cè)容器的前端中心設(shè)有透明框架，后端設(shè)有可調(diào)燈箱，在監(jiān)測(cè)容器前端50-100cm 處設(shè)有CCD攝像頭，CCD攝像頭與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)與報(bào)警裝置連接；監(jiān)測(cè)容器內(nèi)裝有經(jīng)過(guò)馴化的5-8條斑馬魚(yú)作為指示魚(yú)，斑馬魚(yú)體長(zhǎng)為2. 7-3cm ；攝像頭對(duì)指示生物斑馬魚(yú)的行為進(jìn)行連續(xù)拍攝，CXD攝像頭拍攝的圖像傳入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)圖像提取和分析計(jì)算，得到斑馬魚(yú)的平均活動(dòng)速率、平均活動(dòng)高度、 平均間距及平均轉(zhuǎn)身次數(shù)四個(gè)行為參數(shù)；(3)將斑馬魚(yú)在污染水質(zhì)條件下的四個(gè)行為參數(shù)與沒(méi)有污染水質(zhì)條件下的四個(gè)行為參數(shù)進(jìn)行綜合對(duì)比，分別按照提高幅度設(shè)定報(bào)警閾值；如果斑馬魚(yú)的四個(gè)行為參數(shù)中有不低于三個(gè)參數(shù)超過(guò)預(yù)警設(shè)置的閾值10-15分鐘，報(bào)警裝置就發(fā)出黃色報(bào)警信號(hào)，計(jì)算機(jī)將預(yù)警信息發(fā)送至指定對(duì)象；如果有出現(xiàn)斑馬魚(yú)死亡，報(bào)警裝置發(fā)出紅色警報(bào)信號(hào)，計(jì)算機(jī)將預(yù)警信息發(fā)送至指定對(duì)象。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，所述報(bào)警閾值的設(shè)定取斑馬魚(yú)在污染水質(zhì)條件下行為參數(shù)有對(duì)比沒(méi)有污染水質(zhì)的行為參數(shù)，在平均活動(dòng)速率、平均活動(dòng)高度、平均間距及平均轉(zhuǎn)身次數(shù)四個(gè)行為參數(shù)值別提高20-50%。所述監(jiān)測(cè)容器為帶有長(zhǎng)方形或者正方形空腔的方形結(jié)構(gòu)，在方形結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)分別設(shè)有進(jìn)水口和出水口。所述進(jìn)水口處設(shè)魚(yú)缸加熱器。所述進(jìn)水口前端設(shè)置過(guò)濾裝置。所述報(bào)警裝置包括短程報(bào)警裝置和/或遠(yuǎn)程報(bào)警裝置；短程報(bào)警裝置采用指示燈，蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警；遠(yuǎn)程報(bào)警裝置包括移動(dòng)通訊裝置，將信息傳送到指定位置或者制定對(duì)象進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果本發(fā)明是一種在線生物預(yù)警系統(tǒng)，它能夠持續(xù)自動(dòng)進(jìn)行水環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測(cè)，應(yīng)用斑馬魚(yú)的應(yīng)激行為變化預(yù)警水源水突發(fā)性污染，具有響應(yīng)速度迅速、靈敏度高、準(zhǔn)確率高等特點(diǎn)，是常規(guī)監(jiān)測(cè)手段所無(wú)法達(dá)到的。本裝置可廣泛應(yīng)用于衛(wèi)生防疫、環(huán)保、自來(lái)水公司、水廠等部門(mén)對(duì)水體的自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)和應(yīng)急預(yù)警等領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明監(jiān)測(cè)裝置組成示意圖；圖中示出1-進(jìn)水口 ；2-出水口 ；3-透明框架；4-可調(diào)燈箱；5-監(jiān)測(cè)容器；6-CXD攝像頭；圖2為本發(fā)明的工作流程圖；圖3-1、圖3-2和圖3-3為斑馬魚(yú)在不同濃度Cr6+暴露下的行為曲線(具體濃度見(jiàn)附圖)，圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間，單位為分鐘(min)，縱坐標(biāo)為各行為指標(biāo)的強(qiáng)度；圖4-1、圖4-2和圖4-3為斑馬魚(yú)在不同濃度Si2+暴露下的行為曲線(具體濃度見(jiàn)附圖)，圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間，單位為分鐘(min)，縱坐標(biāo)為各行為指標(biāo)的強(qiáng)度。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但是本發(fā)明所要保護(hù)的的范圍并不局限于實(shí)施例表述的范圍。如圖1所示，監(jiān)測(cè)裝置包括透明框架3、可調(diào)燈箱4、監(jiān)測(cè)容器5、(XD攝像頭6、報(bào)警裝置和計(jì)算機(jī)；監(jiān)測(cè)容器5設(shè)有進(jìn)水口 1和出水口 2，監(jiān)測(cè)容器5優(yōu)選為帶有長(zhǎng)方形或者正方形空腔的方形結(jié)構(gòu)，并優(yōu)選在方形結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)分別設(shè)有進(jìn)水口 1和出水口 2 ；進(jìn)水口 1的位置低于出水口 2，進(jìn)水流量?jī)?yōu)選為50 60L/h。監(jiān)測(cè)容器5的前端中心設(shè)有透明框架3，后端設(shè)有可調(diào)燈箱4，在監(jiān)測(cè)容器5前端50-100cm處設(shè)有CXD攝像頭6，CXD攝像頭6的鏡頭位置直接瞄準(zhǔn)監(jiān)測(cè)容器5的透明框架3的中心，攝像頭鏡頭位置高度與檢測(cè)區(qū)域中心平行，高度優(yōu)選為20-30cm。CXD攝像頭6與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)與報(bào)警裝置連接。為便于控制水溫，可在進(jìn)水口 1處設(shè)一魚(yú)缸加熱器，確保水溫在20°C左右。進(jìn)水口前端還優(yōu)選設(shè)置一過(guò)濾裝置，過(guò)濾裝置可選擇沙濾裝置，避免水濁度太高影響監(jiān)測(cè)以及減少裝置的清洗次數(shù)。養(yǎng)有斑馬魚(yú)的監(jiān)測(cè)容器5材質(zhì)優(yōu)選透明玻璃或透明有機(jī)玻璃，有效容積優(yōu)選18L， 進(jìn)水從進(jìn)水口 1進(jìn)水管進(jìn)入監(jiān)測(cè)裝置，然后經(jīng)過(guò)出水口 2溢流而出。計(jì)算機(jī)內(nèi)裝有以計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)為基礎(chǔ)的圖像識(shí)別軟件，軟件中還內(nèi)置了常見(jiàn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析處理程序和報(bào)警程序等。報(bào)警裝置包括短程報(bào)警裝置和/或遠(yuǎn)程報(bào)警裝置；短程報(bào)警裝置可采用指示燈， 蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警；遠(yuǎn)程報(bào)警裝置采用利用移動(dòng)通訊裝置將信息傳送到指定位置或者制定對(duì)象進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警。本發(fā)明在檢測(cè)時(shí)，注意事項(xiàng)對(duì)斑馬魚(yú)的種類(lèi)、數(shù)量和狀態(tài)要進(jìn)行篩選，選擇時(shí)注意做到魚(yú)的族系同一，生長(zhǎng)發(fā)育程度接近，體型比較一致、壯實(shí)，無(wú)特殊病變，游動(dòng)行為正常，比較活躍；斑馬魚(yú)進(jìn)入裝置內(nèi)需要一段時(shí)間的適應(yīng)之后才能開(kāi)始進(jìn)行監(jiān)測(cè)。還要注意對(duì)斑馬魚(yú)進(jìn)行馴化，斑馬魚(yú)的行為數(shù)據(jù)變化比較大，系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)采集以及進(jìn)行狀態(tài)判斷，待斑馬魚(yú)狀態(tài)穩(wěn)定之后，方才開(kāi)始進(jìn)行正式監(jiān)測(cè)；經(jīng)過(guò)馴化，在正常情況下，無(wú)論晝夜斑馬魚(yú)的行為曲線相對(duì)比較穩(wěn)定，一旦有毒物流入反應(yīng)裝置，數(shù)據(jù)變化明顯。經(jīng)過(guò)對(duì)斑馬魚(yú)長(zhǎng)期的觀察和研究，對(duì)健康與非健康的魚(yú)的狀態(tài)有比較多的了解，建立了一套實(shí)驗(yàn)魚(yú)的篩選程序。通過(guò)試驗(yàn)，本發(fā)明優(yōu)先選擇體長(zhǎng)約為3cm的斑馬魚(yú)5 8條之間的任一個(gè)數(shù)。測(cè)試過(guò)程中，進(jìn)水的流速需要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)工藝中水源水進(jìn)廠到水出廠所需的最短時(shí)間，以便有時(shí)間及時(shí)預(yù)警并處置，確保受污染的水不出廠。如圖2所示，利用水生生物行為圖像提取的水源水突發(fā)污染的預(yù)警方法，包括如下步驟(1)將需要監(jiān)測(cè)的原水用泵連續(xù)泵入裝有指示生物的監(jiān)測(cè)容器，所述監(jiān)測(cè)裝置包括透明框架3、可調(diào)燈箱4、監(jiān)測(cè)容器5、CXD攝像頭6、報(bào)警裝置和計(jì)算機(jī)；監(jiān)測(cè)容器5設(shè)有進(jìn)水口 1和出水口 2，監(jiān)測(cè)容器5的前端中心設(shè)有透明框架3，后端設(shè)有可調(diào)燈箱4，在監(jiān)測(cè)容器5前端50-100cm處設(shè)有CXD攝像頭6，CXD攝像頭6與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)與報(bào)警裝置連接；監(jiān)測(cè)容器內(nèi)裝有經(jīng)過(guò)馴化的5-8條斑馬魚(yú)作為指示魚(yú)，斑馬魚(yú)體長(zhǎng)為2. 7-3cm ；攝像頭6對(duì)指示生物斑馬魚(yú)的行為進(jìn)行連續(xù)拍攝，CXD攝像頭拍攝的圖像傳入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)圖像提取和分析計(jì)算，得到斑馬魚(yú)的平均活動(dòng)速率、平均活動(dòng)高度、平均間距及平均轉(zhuǎn)身次數(shù)四個(gè)行為參數(shù)；(3)將斑馬魚(yú)在污染水質(zhì)條件下的四個(gè)行為參數(shù)與沒(méi)有污染水質(zhì)條件下的四個(gè)行為參數(shù)進(jìn)行綜合對(duì)比，分別按照提高幅度設(shè)定報(bào)警閾值；如果斑馬魚(yú)的四個(gè)行為參數(shù)中有不低于三個(gè)參數(shù)超過(guò)預(yù)警設(shè)置的閾值10-15分鐘，報(bào)警裝置就發(fā)出黃色報(bào)警信號(hào)，計(jì)算機(jī)將預(yù)警信息發(fā)送至指定對(duì)象；如果有出現(xiàn)斑馬魚(yú)死亡，報(bào)警裝置發(fā)出紅色警報(bào)信號(hào)，計(jì)算機(jī)將預(yù)警信息發(fā)送至指定對(duì)象。報(bào)警閾值的設(shè)定與斑馬魚(yú)在不同的污染水質(zhì)條件下行為參數(shù)有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系， 可根據(jù)對(duì)比沒(méi)有污染水質(zhì)的行為參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，一般取平均活動(dòng)速率、平均活動(dòng)高度、平均間距及平均轉(zhuǎn)身次數(shù)四個(gè)行為參數(shù)值別提高20-50%作為閾值。
在長(zhǎng)期的試驗(yàn)中，本發(fā)明考察了多種水生生物行為，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)前述的四個(gè)參數(shù)作為指標(biāo)非常高的穩(wěn)定性。發(fā)出黃色報(bào)警信號(hào)，并將預(yù)警信息發(fā)送至指定對(duì)象后，要及時(shí)采集樣品進(jìn)行檢測(cè)分析。如果有出現(xiàn)魚(yú)死亡，則此時(shí)裝置發(fā)出紅色警報(bào)信號(hào)，將預(yù)警信息通過(guò)計(jì)算機(jī)(通訊裝置)發(fā)送至指定對(duì)象；同時(shí)要立即停止進(jìn)水，待險(xiǎn)情排除之后再繼續(xù)進(jìn)水。本系統(tǒng)利用自主開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)圖像系統(tǒng)，通過(guò)C⑶攝像頭實(shí)時(shí)拍攝斑馬魚(yú)的視頻序列圖像，使用運(yùn)動(dòng)目標(biāo)監(jiān)測(cè)和跟蹤算法獲取斑馬魚(yú)的運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)跟蹤得到的軌跡進(jìn)行計(jì)算分析，獲得斑馬魚(yú)活動(dòng)度的相關(guān)特征參數(shù)和指標(biāo)，為魚(yú)類(lèi)生物水質(zhì)檢測(cè)和預(yù)警提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)通過(guò)CCD攝像頭采集圖像的頻率優(yōu)選為12幀/s，注意在背景提取時(shí)，排除噪點(diǎn)，同時(shí)將斑馬魚(yú)的行為進(jìn)行量化，進(jìn)行處理后將數(shù)據(jù)保存。將斑馬魚(yú)每分鐘的平均行為參數(shù)作為預(yù)警的基礎(chǔ)。本發(fā)明經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期試驗(yàn)，選擇斑馬魚(yú)作為指示魚(yú)，數(shù)量為5-8條，體長(zhǎng)為2. 7-3cm之間。斑馬魚(yú)數(shù)量太多會(huì)降低圖像系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的速度，且會(huì)增加數(shù)據(jù)出錯(cuò)的幾率，而太少則會(huì)失去魚(yú)群特性，可靠性下降。而體長(zhǎng)過(guò)大則會(huì)由于斑馬魚(yú)的相互遮擋引起監(jiān)測(cè)偏差、魚(yú)敏感性的不足以及活動(dòng)量變化幅度過(guò)大，過(guò)小則由于系統(tǒng)的設(shè)備限制而無(wú)法對(duì)魚(yú)進(jìn)行跟蹤采集數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)例1不同濃度六價(jià)鉻暴露下斑馬魚(yú)的行為變化，監(jiān)測(cè)裝置如圖1所示，監(jiān)測(cè)容器5有效容積為18L，尺寸為60cmX30cmX10cm，監(jiān)測(cè)范圍為40cmX 27cm，原水進(jìn)入的流速為50 60L/h。斑馬魚(yú)數(shù)量為5條，體長(zhǎng)為2. 7-3cm之間。為了驗(yàn)證水體突發(fā)性污染對(duì)水生生物的行為指標(biāo)影響，利用濃度分別為7mg/L、 14mg/L,28mg/L的Cr6+溶液用作被監(jiān)測(cè)水體，受試水生生物為斑馬魚(yú)。水質(zhì)變化監(jiān)測(cè)采用48 小時(shí)監(jiān)測(cè)周期。上述水體為曝氣48小時(shí)自來(lái)水，進(jìn)水流量為50 60L/h，保持溫度在20°C 左右。在毒液進(jìn)入監(jiān)測(cè)裝置之前，斑馬魚(yú)先進(jìn)行為期M小時(shí)的適應(yīng)，然后開(kāi)始通入不同濃度的污染物水體。監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖3-1、3-2、3_3所示，圖中橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示各行為指標(biāo)的平均值。結(jié)果表明，在監(jiān)測(cè)周期內(nèi)，不同濃度六價(jià)鉻突發(fā)污染對(duì)斑馬魚(yú)產(chǎn)生的行為變化影響明顯。在毒物流入的瞬間即可見(jiàn)斑馬魚(yú)的行動(dòng)開(kāi)始產(chǎn)生突變，斑馬魚(yú)會(huì)立即快速離開(kāi)污染水域，聚集至水質(zhì)清潔的出水口處，且貼近框架的上擋板處，同時(shí)出現(xiàn)的變化由數(shù)據(jù)可表觀為速度快速持續(xù)增加，高度突然增加，距離突然減少，轉(zhuǎn)身次數(shù)突然增加。毒液擴(kuò)散到整個(gè)裝置所花的時(shí)間大概是二十五分鐘。當(dāng)毒物充滿(mǎn)整個(gè)裝置之后，斑馬魚(yú)在毒液環(huán)境中，無(wú)法逃離，只能相應(yīng)地改變自己的身體機(jī)能，通過(guò)行為等的調(diào)節(jié)努力使自己適應(yīng)受污染的環(huán)境，最大程度上減少污染環(huán)境對(duì)機(jī)體造成的損傷。而在水質(zhì)穩(wěn)定條件下，斑馬魚(yú)的各行為指標(biāo)基本保持穩(wěn)定，未表現(xiàn)異常。水質(zhì)報(bào)警結(jié)果在污染物進(jìn)入監(jiān)測(cè)裝置0. 5h后系統(tǒng)開(kāi)始報(bào)警，報(bào)警結(jié)果水體污染?？梢?jiàn)本方法對(duì)水質(zhì)污染的預(yù)警是非常敏感和有效的。實(shí)驗(yàn)例2不同濃度Si2+溶液暴露下斑馬魚(yú)的行為變化，監(jiān)測(cè)裝置如圖1所示，監(jiān)測(cè)容器5有效容積為18L，尺寸為60cmX 30cmX 10cm,監(jiān)測(cè)范圍為40cmX 27cm，原水進(jìn)入的流速為50 60L/h。斑馬魚(yú)數(shù)量為8條，體長(zhǎng)為2. 7-3cm之間。
本例中采用濃度為6mg/L、9mg/L、12mg/L的Si2+溶液進(jìn)行水體暴露，受試生物為斑馬魚(yú)。水質(zhì)變化監(jiān)測(cè)采用48小時(shí)監(jiān)測(cè)周期。上述水體為曝氣48小時(shí)自來(lái)水，進(jìn)水流量為 50 60L/h，保持溫度在20°C左右。在毒液進(jìn)入監(jiān)測(cè)裝置之前，斑馬魚(yú)先進(jìn)行為期M小時(shí)的適應(yīng)，然后開(kāi)始通入不同濃度的污染物水體。監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖4-1、4-2、4_3所示，圖中橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示各行為指標(biāo)的平均值。結(jié)果表明，在監(jiān)測(cè)周期內(nèi)，不同濃度Si2+突發(fā)污染對(duì)斑馬魚(yú)產(chǎn)生的行為變化影響明顯。在毒物流入后短時(shí)間內(nèi)即可見(jiàn)斑馬魚(yú)的行動(dòng)開(kāi)始產(chǎn)生突變，斑馬魚(yú)會(huì)立即快速離開(kāi)污染水域，同時(shí)出現(xiàn)的變化由數(shù)據(jù)可表觀為速度快速持續(xù)增加，高度突然減少，距離突然減少，轉(zhuǎn)身次數(shù)突然增加。毒液擴(kuò)散到整個(gè)裝置所花的時(shí)間大概是二十五分鐘。當(dāng)毒物充滿(mǎn)整個(gè)裝置之后，斑馬魚(yú)在毒液環(huán)境中，無(wú)法逃離，只能相應(yīng)地改變自己的身體機(jī)能，通過(guò)行為等的調(diào)節(jié)努力使自己適應(yīng)受污染的環(huán)境，最大程度上減少污染環(huán)境對(duì)機(jī)體造成的損傷。而在對(duì)空白條件下，斑馬魚(yú)的各行為指標(biāo)基本保持穩(wěn)定，未表現(xiàn)異常。水質(zhì)報(bào)警結(jié)果在污染物進(jìn)入監(jiān)測(cè)裝置0. 5h后系統(tǒng)開(kāi)始報(bào)警，報(bào)警結(jié)果水體污染。出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)后將預(yù)警信息通過(guò)通訊裝置發(fā)送至指定對(duì)象，與此同時(shí)停止進(jìn)水，采集樣品進(jìn)行檢測(cè)分析，待險(xiǎn)情排除之后再繼續(xù)進(jìn)水。本方法對(duì)水質(zhì)污染的預(yù)警是非常敏感和有效的。
權(quán)利要求
1.利用水生生物行為圖像提取的水源水突發(fā)污染的預(yù)警方法，其特征在于包括如下步驟(1)將需要監(jiān)測(cè)的原水用泵連續(xù)泵入裝有指示生物的監(jiān)測(cè)容器，所述監(jiān)測(cè)裝置包括透明框架、可調(diào)燈箱、監(jiān)測(cè)容器、CXD攝像頭、報(bào)警裝置和計(jì)算機(jī)；監(jiān)測(cè)容器設(shè)有進(jìn)水口和出水口，監(jiān)測(cè)容器的前端中心設(shè)有透明框架，后端設(shè)有可調(diào)燈箱，在監(jiān)測(cè)容器前端50-100cm處設(shè)有CCD攝像頭，CCD攝像頭與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)與報(bào)警裝置連接；監(jiān)測(cè)容器內(nèi)裝有經(jīng)過(guò)馴化的5-8條斑馬魚(yú)作為指示魚(yú)，斑馬魚(yú)體長(zhǎng)為2. 7-3cm ；(2)CCD攝像頭對(duì)指示生物斑馬魚(yú)的行為進(jìn)行連續(xù)拍攝，CCD攝像頭拍攝的圖像傳入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)圖像提取和分析計(jì)算，得到斑馬魚(yú)的平均活動(dòng)速率、平均活動(dòng)高度、平均間距及平均轉(zhuǎn)身次數(shù)四個(gè)行為參數(shù)；(3)將斑馬魚(yú)在污染水質(zhì)條件下的四個(gè)行為參數(shù)與沒(méi)有污染水質(zhì)條件下的四個(gè)行為參數(shù)進(jìn)行綜合對(duì)比，分別按照提高幅度設(shè)定報(bào)警閾值；如果斑馬魚(yú)的四個(gè)行為參數(shù)中有不低于三個(gè)參數(shù)超過(guò)預(yù)警設(shè)置的閾值10-15分鐘，報(bào)警裝置就發(fā)出黃色報(bào)警信號(hào)，計(jì)算機(jī)將預(yù)警信息發(fā)送至指定對(duì)象；如果有出現(xiàn)斑馬魚(yú)死亡，報(bào)警裝置發(fā)出紅色警報(bào)信號(hào)，計(jì)算機(jī)將預(yù)警信息發(fā)送至指定對(duì)象。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水生生物行為圖像提取的水源水突發(fā)污染的預(yù)警方法， 其特征在于所述報(bào)警閾值的設(shè)定取斑馬魚(yú)在污染水質(zhì)條件下行為參數(shù)有對(duì)比沒(méi)有污染水質(zhì)的行為參數(shù)，在平均活動(dòng)速率、平均活動(dòng)高度、平均間距及平均轉(zhuǎn)身次數(shù)四個(gè)行為參數(shù)值別提高20-50%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水生生物行為圖像提取的水源水突發(fā)污染的預(yù)警方法， 其特征在于所述監(jiān)測(cè)容器為帶有長(zhǎng)方形或者正方形空腔的方形結(jié)構(gòu)，在方形結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)分別設(shè)有進(jìn)水口和出水口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水生生物行為圖像提取的水源水突發(fā)污染的預(yù)警方法， 其特征在于所述進(jìn)水口處設(shè)魚(yú)缸加熱器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水生生物行為圖像提取的水源水突發(fā)污染的預(yù)警方法， 其特征在于所述進(jìn)水口前端設(shè)置過(guò)濾裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水生生物行為圖像提取的水源水突發(fā)污染的預(yù)警方法， 其特征在于所述報(bào)警裝置包括短程報(bào)警裝置和/或遠(yuǎn)程報(bào)警裝置；短程報(bào)警裝置采用指示燈，蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警；遠(yuǎn)程報(bào)警裝置包括移動(dòng)通訊裝置，將信息傳送到指定位置或者制定對(duì)象進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)利用水生生物行為圖像提取的水源水突發(fā)污染的預(yù)警方法。將待監(jiān)測(cè)的原水用泵連續(xù)通過(guò)裝有指示生物的監(jiān)測(cè)容器，利用CCD攝像頭對(duì)監(jiān)測(cè)容器內(nèi)的水生生物的行為進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，結(jié)合圖像識(shí)別系統(tǒng)，用電腦采集并存儲(chǔ)水生生物隨時(shí)間的活動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)序列，處理得到水生生物活動(dòng)狀態(tài)平均活動(dòng)速率，平均活動(dòng)高度，平均間距，平均轉(zhuǎn)身次數(shù)等相關(guān)參數(shù)，建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)綜合對(duì)比水生生物在不同受污染水質(zhì)條件下的行為變化數(shù)據(jù)與空白條件下的行為數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確實(shí)時(shí)預(yù)警。本發(fā)明能實(shí)時(shí)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，存儲(chǔ)，分析處理，并通過(guò)通信裝置自動(dòng)報(bào)警，具有響應(yīng)迅速、靈明度高、實(shí)時(shí)在線、原位預(yù)警的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G08B21/12GK102339521SQ20111015923
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者周勤, 蘇彩燕, 蔡展航, 黃東龍 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)