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原文传递一种基于鱼类行为的水污染监测预警装置及其预警方法

专利名称：	一种基于鱼类行为的水污染监测预警装置及其预警方法
摘要：	本发明公开了一种基于鱼类行为的水污染监测预警装置，还公开了上述基于鱼类行为的水污染监测预警装置的预警方法。该预警装置包括实验反应箱，实验反应箱沿水流方向依次设有生物预警单元和水质校核单元，生物预警单元和水质评估单元之间通过阻水装置隔开；还包括控制装置，控制装置包括中央处理器以及与中央处理器连接的采集单元，其中，采集单元为鱼鳍传感器、CCD摄像头、光电感应器和碰撞感应器，采集单元将采集的数据信号传输给中央处理器，中央处理器将生物预警单元内采集到的鱼类的平均游动速度、平均转弯次数、平均活动水深和总撞击频次与已建立的鱼类行为反应‑水体污染程度黑箱模型进行对比，从而定量判别水污染的程度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	河海大学
发明人：	毛劲乔;田明明;徐婷婷;戴会超;吴航;吴先明;杜文娟;赵倩;余松
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-06T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910723837.1
公开号：	CN110412230A
代理机构：	南京苏高专利商标事务所(普通合伙)
代理人：	李倩
分类号：	G01N33/18(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	210024 江苏省南京市鼓楼区西康路1号
主权项：	1.一种基于鱼类行为的水污染监测预警装置，其特征在于：包括实验反应箱，实验反应箱沿水流方向依次设有生物预警单元和水质校核单元，生物预警单元和水质评估单元之间通过阻水装置隔开；生物预警单元底部布有声波柱，水质校核单元内设有LED诱鱼灯；阻水装置上装有光电感应器和碰撞感应器；实验反应箱的生物预警单元放入有鱼群；还包括控制装置，控制装置包括中央处理器以及与中央处理器通过电缆连接的采集单元，其中，采集单元为鱼鳍传感器、CCD摄像头和碰撞感应器，鱼鳍传感器固定在鱼鳍上，CCD摄像头通过悬挂架架设在实验反应箱的箱体上方；中央处理器还分别通过电缆与阻水装置和光电感应器连接。 2.根据权利要求1所述的基于鱼类行为的水污染监测预警装置，其特征在于：控制装置还包括与中央处理器连接的显示单元和报警单元。 3.根据权利要求1所述的基于鱼类行为的水污染监测预警装置，其特征在于：所述阻水装置为电动式百叶窗。 4.根据权利要求1所述的基于鱼类行为的水污染监测预警装置，其特征在于：声波柱柱壁上装有超声波诱鱼器，声波柱柱顶上设有LED诱鱼灯，所述诱鱼灯有红、绿、蓝三种颜色。 5.一种权利要求1所述的基于鱼类行为的水污染监测预警装置的预警方法，其特征在于，包括如下步骤： (1)实验反应箱中放置有鱼群，关闭实验反应箱的排水口，清洁水源由实验反应箱的进水口连续注入水箱，阻水装置呈半开启状态，此时升起生物预警单元内的声波柱，开启声波柱上的LED诱鱼灯，诱导鱼类停留在生物预警单元；当水质校核单元的箱体内水注入有2/3～3/4时，关闭阻水装置； (2)将待测水体引入实验反应箱，通过鱼鳍传感器、CCD摄像头和碰撞感应器采集鱼类的行为信号，当鱼类持续发生异常行为15～20分钟时，关闭生物预警单元内的声波柱和LED诱鱼灯，开启水质校核单元中的诱鱼灯，打开阻水装置，诱导鱼从生物预警单元向水质校核单元迁移，通过光电感应器判断鱼类是否通过，通过后关闭阻水装置； (3)让鱼类在水质校核单元中活动25～30分钟，观察水质校核单元中的鱼类是否再次发生异常行为，若60％以上鱼类有异常行为，则说明发生误报，取消预警；若60％以上的鱼类无异常行为，则说明发生水体污染，并通过已建立的鱼类行为反应-水体污染程度黑箱模型定量判别水污染的程度。 6.根据权利要求5所述的基于鱼类行为的水污染监测预警装置的预警方法，其特征在于：步骤(2)中，鱼类发生异常行为的判断标准为：鱼类的平均游动速度、平均转弯次数、平均活动水深和总撞击频次与对照试验组存在不同，且每个参数不同的幅度大于10％～15％。 7.根据权利要求5所述的基于鱼类行为的水污染监测预警装置的预警方法，其特征在于：步骤(3)中，鱼类是否再次发生异常行为的判断标准为：若鱼类的平均游动速度、平均转弯次数、平均活动水深和总撞击频次与在生物预警单元中一致，则说明发生误报，不需要进行水污染报警，若鱼类的平均游动速度、平均转弯次数、平均活动水深和总撞击频次比在生物预警单元中降低了20％～30％，则说明发生水体污染，将生物预警单元内的平均游动速度、平均转弯次数、平均活动水深和总撞击频次与已建立的鱼类行为反应-水体污染程度黑箱模型进行对比，定量判别出水污染的程度，并通过显示单元和报警单元进行报警。 8.根据权利要求5所述的基于鱼类行为的水污染监测预警装置的预警方法，其特征在于：步骤(3)中，鱼类行为反应-水体污染程度黑箱模型的建立方法为：设置实验组和对照组，实验组与对照组为实验条件完全相同的独立水箱结构，内部分别储有等量的清洁水源；向实验组的清洁水源中加入特定的污染物，观察实验组水体中鱼类的行为，逐渐提升水体中污染物浓度，计算实验组中鱼类异常行为监测函数值，从而构建鱼类异常行为与该污染物浓度之间的对应关系；针对不同的污染物重复进行实验，建立鱼类行为反应-水体污染程度黑箱模型。 9.根据权利要求6所述的基于鱼类行为的水污染监测预警装置的预警方法，其特征在于：对照试验组的实验条件与反应箱体尺寸与实验反应箱完全相同，对照试验组反应箱体引入的为清洁水源。 10.根据权利要求8所述的基于鱼类行为的水污染监测预警装置，其特征在于：计算鱼类异常行为监测函数值的参数包括：鱼类平均游动速度、平均转弯次数、平均活动水深和总撞击频次，所设定的实验组与对照组各参数允许差异值分别为：平均游动速度S差异S0＝20mm/s，平均转弯次数C差异C0＝3次，平均撞击频次Q差异Q0＝5次/min，平均活动水深H差异H0＝0.05m；计算鱼类异常行为监测函数值：其中，分别为各参数所对应的权重，由鱼类监测数据计算函数值来判断水体污染的程度，若F≤1，说明未发生水污染；若1＜F≤2，发生轻度污染；若2＜F≤3，发生中度污染；若F＞3，发生重度污染。
所属类别：	发明专利