四大魚種運動圖像監(jiān)測與水體水質(zhì)變換規(guī)律研究.pdf

1、水體安全保護中，生物監(jiān)測法已經(jīng)成為水質(zhì)監(jiān)測的基本手段之一。出于魚的運動特征能直觀、綜合的反應水質(zhì)指標，多個發(fā)達國家已經(jīng)對本國優(yōu)勢魚種進行了研究，并建立了本國優(yōu)勢魚種的水質(zhì)監(jiān)測理論及應用體系。鯽魚、鰱魚、草魚、鯉魚是我國境內(nèi)淡水環(huán)境下的四大優(yōu)勢魚種，因此對該四大魚種的水質(zhì)監(jiān)測機理的研究直接關系到國家的水質(zhì)安全及對它們的保護和養(yǎng)殖，同時對于其他生物水質(zhì)監(jiān)測的研究具有一定的借鑒意義。
　　本文研究目的在于，在已有研究的基礎上，研發(fā)魚體運

2、動圖像檢測及水質(zhì)監(jiān)測實驗平臺，探索魚體運動特征（運動距離、運動速度、運動軌跡）和水質(zhì)（pH、氨氮含量、溶氧量）之間的關系，從而為四大魚種應用于水質(zhì)監(jiān)測提供理論和實驗依據(jù)。
　　本文的研究內(nèi)容包括五個部分：魚體運動圖像去噪理論分析及實驗研究；魚體運動圖像檢測理論及實驗研究；生物水質(zhì)在線監(jiān)測實驗平臺的研究；水質(zhì)與魚體運動特性之間關系的研究；魚體生物水質(zhì)監(jiān)測特性優(yōu)化分析。
　　本文研究方法、主要結(jié)采及結(jié)論如下：
　　(1)提

3、出了一種基于高斯混合尺度模型(GSM)的局部自適應的魚體運動圖像去噪算法，該算法采用基于小波域統(tǒng)計及GSM模型，通過對魚體運動圖像分塊求解局部協(xié)方差矩陣的方法來有針對性地消除魚體運動圖像中的水紋噪聲，經(jīng)實驗數(shù)據(jù)驗證，本算法能夠有效去除水紋噪聲對魚體運動圖像的干擾。
　　(2)建立了水環(huán)境下魚體運動特征的檢測理論及方法，結(jié)合圖像平滑、圖像銳化、運動區(qū)域及特征提取、輪廓檢測等圖像處理理論，研發(fā)了一套適合于污染水環(huán)境下的基于數(shù)字信號處理

4、器(DSP)的魚體運動特征圖像檢測系統(tǒng)，經(jīng)實驗驗證，該系統(tǒng)不僅可以對污染水環(huán)境下的魚體圖像進行清晰化處理，而且可以提取魚體輪廓特征。
　　(3)針對本研究獲取魚體運動特征的需要，建立了魚體中心檢測模型及魚體運動行為參數(shù)設定模型，研發(fā)了基于DSP平臺的質(zhì)心捕獲實驗系統(tǒng)，經(jīng)實測數(shù)據(jù)表明，該平臺可以準確獲取魚體位置、運動距離、運動速度等參數(shù)。（4）針對本研究監(jiān)測水質(zhì)信息的需要，研發(fā)了水質(zhì)在線監(jiān)測軟硬件系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對pH、氨氮含量、溶

5、氧量三個參數(shù)進行遠程在線測量，經(jīng)定標實驗，三個參數(shù)的測量精度分別為5.0％、3.3%、4.0%,滿足研究水質(zhì)與魚體運動特性之間關系的要求。
　　（5）在研發(fā)的水質(zhì)在線監(jiān)測儀及魚體圖像檢測理論及實驗平臺的支撐下，研究了水質(zhì)與體重分別為0.1Kg,0.5Kg魚體的運動特征之間的關系，建立了四大魚體對于水質(zhì)污染的耐受力指標體系，得出了鯽魚對于水質(zhì)污染耐受力最強及魚體體重越大水質(zhì)污染耐受力越強的結(jié)論。
　?。?）通過對10800組實

6、驗數(shù)據(jù)的分析，建立了四大魚種水質(zhì)檢測理論模型，經(jīng)過比較，該模型符合Selye.H提出的環(huán)境污染物對生物形成的壓力閾模型。結(jié)合壓力閾模型，得出了四大魚種的第一和第二脅迫閾值及劣V類水質(zhì)的魚體運動特征參數(shù)，為四大魚種應用于水質(zhì)監(jiān)測中奠定了理論基礎。
　?。?）在對實驗數(shù)據(jù)的進一步研究和分析中，研究發(fā)現(xiàn)鯉魚對于水質(zhì)的酸堿度和溶氧量參數(shù)的檢測靈敏度最高，鯽魚對于水質(zhì)氨氮含量的檢測靈敏度最高，得到了四大魚種中鯉魚和鯽魚是最佳水質(zhì)監(jiān)測魚種的結(jié)