基于生物水質(zhì)監(jiān)測的魚體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測系統(tǒng)研究.pdf

1、在水污染防治中，智能高效的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)在水環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測及有效治理中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。生物水質(zhì)監(jiān)測克服了理化監(jiān)測只針對(duì)特定指標(biāo)的局限性及連續(xù)取樣的繁瑣性，能夠直觀、快速、綜合地反映水質(zhì)指標(biāo)。魚類作為重要的水質(zhì)指示生物，對(duì)于水環(huán)境參數(shù)的變化較為敏感，其運(yùn)動(dòng)特征直接表征水質(zhì)污染狀況。監(jiān)測魚類運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)變化規(guī)律，將為進(jìn)一步研究魚類水質(zhì)指示特性及其所處水環(huán)境水質(zhì)變化狀況奠定基礎(chǔ)，對(duì)于提高水質(zhì)監(jiān)測的智能化水平具有重要意義。
　　本

2、文基于2014年陜西省教育廳產(chǎn)業(yè)化培育項(xiàng)目（水質(zhì)遠(yuǎn)程分析科學(xué)決策智能化環(huán)保系統(tǒng)研制，項(xiàng)目編號(hào):14JF022）完成了生物水質(zhì)監(jiān)測子課題，提出了一種基于生物水質(zhì)監(jiān)測的魚體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測方法，建立水質(zhì)監(jiān)測模型，并開發(fā)了一套適用于生物水質(zhì)監(jiān)測的魚體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測系統(tǒng)。
　　本文所做的主要工作如下:
　　1.提出了一種魚體運(yùn)動(dòng)目標(biāo)視頻圖像檢測方法。采用統(tǒng)計(jì)學(xué)背景建模算法快速建立背景模型，通過背景差分算法將魚體目標(biāo)與背景分離，得到灰度化魚

3、體目標(biāo)圖像;采用最大類間方差算法(Otsu)獲取自適應(yīng)分割閾值，通過圖像分割得到二值化魚體目標(biāo)圖像;提出形態(tài)學(xué)濾波與面積比較法相結(jié)合的濾波算法有效濾除噪聲并完整得保留魚體目標(biāo);通過連通區(qū)域質(zhì)心檢測方法獲取目標(biāo)質(zhì)心。
　　2.根據(jù)魚體目標(biāo)區(qū)域質(zhì)心和面積特征，建立了基于特征的目標(biāo)追蹤模型，實(shí)時(shí)追蹤魚體目標(biāo);獲取魚體目標(biāo)尾點(diǎn)、頭點(diǎn)等特征點(diǎn)坐標(biāo)，建立魚體運(yùn)動(dòng)速度、加速度、擺尾頻率、轉(zhuǎn)彎頻率及撞壁頻率求解模型;根據(jù)魚體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)各參數(shù)水質(zhì)語義

4、特征，建立水質(zhì)監(jiān)測模型。
　　3.根據(jù)以上算法及模型，基于LabVIEW設(shè)計(jì)了生物水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)軟件，完成了系統(tǒng)簡介、視頻采集、目標(biāo)檢測、記錄查詢及水質(zhì)評(píng)價(jià)模塊設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像頭采集及加載已存儲(chǔ)的魚體運(yùn)動(dòng)視頻實(shí)時(shí)處理，并進(jìn)行水質(zhì)超標(biāo)報(bào)警。
　　4.以紅鯽魚為實(shí)驗(yàn)魚種，以改變水質(zhì)pH為例，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，測試系統(tǒng)性能。分別采集過酸(pH=3.5，4.5，5.5)、過堿(pH=9.5，10.5，11.5)以及適合紅鯽魚生長的最佳范圍

5、(pH=6.5，7，7.5，8)每種水質(zhì)下4800幀(20min)魚體運(yùn)動(dòng)視頻，通過系統(tǒng)分析處理，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)過酸、過堿超標(biāo)報(bào)警。以pH=10.5為例，第2986幀（12分27秒）時(shí)系統(tǒng)水質(zhì)超標(biāo)報(bào)警。
　　5.對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行分析，主要誤差在于目標(biāo)檢測過程中目標(biāo)的丟失與增加，分析了各pH值對(duì)應(yīng)的水質(zhì)中魚體目標(biāo)檢測的準(zhǔn)確率，其平均準(zhǔn)確率在0.91以上。
　　上述工作的完成，實(shí)現(xiàn)了通過檢測魚體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測水質(zhì)變化信息，達(dá)到了項(xiàng)