本技術(shù)涉及水質(zhì)污染預警，特別是涉及一種基于魚類行為的水質(zhì)污染預警方法、裝置和介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、污染物進入水體環(huán)境后，水生生物為了適應(yīng)環(huán)境變化，會對外界刺激作出反應(yīng)，水生生物的行為是直接反映環(huán)境壓力變化的重要生理特征，是識別化學污染的敏感指標。水生生物行為變化既可以反應(yīng)外部環(huán)境，也可以作為生物體內(nèi)部細胞、組織和器官損傷的反應(yīng)。行為反應(yīng)可作為描述外界脅迫的一種綜合生物指示物，進而推斷水環(huán)境污染程度。

2、目前，我國突發(fā)性水污染事件時有發(fā)生，對人類的生命健康及財產(chǎn)安全造成了嚴重威脅?，F(xiàn)有的水質(zhì)監(jiān)測多采用理化法，這種方法雖能準確的定量分析各項污染物的含量，但對低于一定濃度及稀有的污染物無法測定，且不能反映水體中各種污染物的長期混合效應(yīng)。而生物監(jiān)測可以反映出污染物拮抗、協(xié)同等作用的綜合效應(yīng)，指示生物對于痕量污染物和低濃度的污染物也較為敏感。魚是一種脊椎動物，其生理生化特點與人類最為相近。因此可通過對魚的行為分析達到對突發(fā)性水污染事故進行預警的目的。

3、現(xiàn)有的基于魚類行為的突發(fā)性水質(zhì)污染預警技術(shù)通過圖像解析法或傳感器法獲取魚的特征行為參數(shù)?，將其與魚在正常情況下的行為參數(shù)基準值進行比較，從而判斷出水質(zhì)異常，存在以下問題：靈敏度低，對低濃度污染物無響應(yīng)或響應(yīng)時間長；由于環(huán)境因素或魚自身行為的變化干擾判定，造成預警誤報；只能定性預警，不能對污染物濃度進行定量預警。

4、因此，如何提高靈敏度，降低誤報率和實現(xiàn)定量預警是本領(lǐng)域技術(shù)人員所需要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的是提供一種基于魚類行為的水質(zhì)污染預警方法、裝置和介質(zhì)，用于提高靈敏度，降低誤報率和實現(xiàn)定量預警。

2、為解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)提供一種基于魚類行為的水質(zhì)污染預警方法，包括：

3、將預設(shè)數(shù)量的魚放入裝有標準養(yǎng)殖水的魚缸中后，確定預設(shè)時間段內(nèi)魚的各行為數(shù)據(jù)的參考平均值和參考標準差；其中，所述行為數(shù)據(jù)包括平均高度、平均速度、平均距離、平均加速度、分散度、速度方差及平均轉(zhuǎn)向次數(shù)；

4、在所述預設(shè)時間段后，向魚缸通入待測水樣，確定魚數(shù)量在設(shè)定時長內(nèi)的第一平均值和各行為數(shù)據(jù)在所述設(shè)定時長內(nèi)的第二平均值；

5、根據(jù)所述第一平均值確定第一異常差值，根據(jù)所述第二平均值、所述參考平均值和所述參考標準差確定各行為數(shù)據(jù)的第二異常差值，并將所述第一異常差值和各所述第二異常差值相加之和作為所述設(shè)定時長內(nèi)的異常指數(shù)；

6、將多個所述設(shè)定時長內(nèi)的異常指數(shù)相加之和作為毒性評價指數(shù)，根據(jù)所述毒性評價指數(shù)進行水質(zhì)污染預警。

7、可選的，確定魚的各行為數(shù)據(jù)和魚數(shù)量包括：

8、利用視頻采集設(shè)備獲取魚在水中的行為圖像；

9、對所述行為圖像采用目標跟蹤算法得到魚的運動軌跡，并結(jié)合數(shù)學模型確定魚數(shù)量和各行為數(shù)據(jù)。

10、可選的，根據(jù)所述第一平均值確定第一異常差值，根據(jù)所述第二平均值、所述參考平均值和所述參考標準差確定各行為數(shù)據(jù)的第二異常差值，包括：

11、確定魚數(shù)量的第一目標范圍，根據(jù)所述第一平均值和所述第一目標范圍確定所述第一異常差值；

12、根據(jù)所述參考平均值和所述參考標準差確定第二目標范圍，根據(jù)所述第二平均值和所述第二目標范圍確定各行為數(shù)據(jù)的第二異常差值；

13、其中，所述第一目標范圍為大于或等于4.5，所述平均高度、所述平均速度、所述平均距離、所述平均加速度、所述分散度及所述平均轉(zhuǎn)向次數(shù)的第二目標范圍為各自的參考平均值±參考標準差，所述速度方差的第二目標范圍為速度方差的參考平均值±二分之一的參考標準差。

14、可選的，根據(jù)所述第一平均值和所述第一目標范圍確定所述第一異常差值，包括：

15、若x(t)?＜4.5，根據(jù)第一預設(shè)公式確定所述第一異常差值；

16、所述第一預設(shè)公式為：δ1=[4.5-x(t)]/4.5；

17、若x(t)?≥4.5，所述第一異常差值為0；

18、其中，δ1為所述第一異常差值，x(t)為所述第一平均值。

19、可選的，若所述行為數(shù)據(jù)為所述平均高度、所述平均速度、所述平均距離、所述平均加速度、所述分散度或所述平均轉(zhuǎn)向次數(shù)，根據(jù)所述第二平均值和所述第二目標范圍確定各行為數(shù)據(jù)的第二異常差值，包括：

20、若y?(t)＞(μ+δ)時，根據(jù)第二預設(shè)值公式確定各行為數(shù)據(jù)的第二異常差值；

21、所述第二預設(shè)值公式為：δ2=[y(t)-(μ+δ)]/(μ+δ)；

22、若y?(t)＜(μ-δ)時，根據(jù)第三預設(shè)值公式確定各行為數(shù)據(jù)的第二異常差值；

23、所述第三預設(shè)值公式為：δ2=[(μ?-δ)-y(t)]/(μ-δ)；

24、若(μ?-δ)≤y?(t)≤(μ+δ)時，各行為數(shù)據(jù)的第二異常差值為0；

25、其中，δ2為所述平均高度、所述平均速度、所述平均距離、所述平均加速度、所述分散度或所述平均轉(zhuǎn)向次數(shù)的第二異常差值，y(t)為所述平均高度、所述平均速度、所述平均距離、所述平均加速度、所述分散度或所述平均轉(zhuǎn)向次數(shù)的第二平均值，μ為所述平均高度、所述平均速度、所述平均距離、所述平均加速度、所述分散度或所述平均轉(zhuǎn)向次數(shù)的參考平均值，δ為所述平均高度、所述平均速度、所述平均距離、所述平均加速度、所述分散度或所述平均轉(zhuǎn)向次數(shù)的參考標準差。

26、可選的，若所述行為數(shù)據(jù)為速度方差，根據(jù)所述第二平均值和所述第二目標范圍確定各行為數(shù)據(jù)的第二異常差值，包括：

27、若z(t)>(μ+δ/2)時，根據(jù)第四預設(shè)值公式確定第二異常差值；

28、所述第四預設(shè)值公式為：δ3=[z(t)-(μ+δ/2)]/(μ+δ/2)；

29、若z?(t)<(μ-δ/2)時，根據(jù)第五預設(shè)值公式確定所述的第二異常差值；

30、所述第五預設(shè)值公式為：δ3=[(μ-δ/2)-z(t)]/(μ-δ/2)；

31、若(μ-δ/2)≤z?(t)≤(μ+δ/2)時，所述第二異常差值為0；

32、其中，δ3為所述速度方差的第二異常差值，z(t)為所述速度方差的第二平均值，μ為所述速度方差的參考平均值，δ為所述速度方差的參考標準差。

33、可選的，所述根據(jù)所述毒性評價指數(shù)進行水質(zhì)污染預警，包括：

34、若g(t)≤1，說明水質(zhì)未發(fā)生污染；

35、若1<g(t)≤5，觸發(fā)黃色預警，所述黃色預警表示水質(zhì)有輕度污染；

36、若5<g(t)≤10，觸發(fā)橙色預警，所述橙色預警表示水質(zhì)有中度污染；

37、若g(t)>10，觸發(fā)紅色預警，所述紅色預警表示水質(zhì)有重度污染；

38、其中，g(t)為所述毒性評價指數(shù)。

39、本技術(shù)還提供一種基于魚類行為的水質(zhì)污染預警裝置，包括：

40、第一確定模塊，用于將預設(shè)數(shù)量的魚放入裝有標準養(yǎng)殖水的魚缸中后，確定預設(shè)時間段內(nèi)魚的各行為數(shù)據(jù)的參考平均值和參考標準差；其中，所述行為數(shù)據(jù)包括平均高度、平均速度、平均距離、平均加速度、分散度、速度方差及平均轉(zhuǎn)向次數(shù)；

41、第二確定模塊，用于在所述預設(shè)時間段后，向魚缸通入待測水樣，確定魚數(shù)量在設(shè)定時長內(nèi)的第一平均值和各行為數(shù)據(jù)在所述設(shè)定時長內(nèi)的第二平均值；

42、第三確定模塊，用于根據(jù)所述第一平均值確定第一異常差值，根據(jù)所述第二平均值、所述參考平均值和所述參考標準差確定各行為數(shù)據(jù)的第二異常差值，并將所述第一異常差值和各所述第二異常差值相加之和作為所述設(shè)定時長內(nèi)的異常指數(shù)；

43、預警模塊，用于將多個所述設(shè)定時長內(nèi)的異常指數(shù)相加之和作為毒性評價指數(shù)，根據(jù)所述毒性評價指數(shù)進行水質(zhì)污染預警。

44、本技術(shù)還提供一種基于魚類行為的水質(zhì)污染預警裝置，包括存儲器，用于存儲計算機程序；

45、處理器，用于執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)所述的基于魚類行為的水質(zhì)污染預警方法的步驟。

46、本技術(shù)還提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)所述的基于魚類行為的水質(zhì)污染預警方法的步驟。

47、本技術(shù)所提供的一種基于魚類行為的水質(zhì)污染預警方法，包括：將預設(shè)數(shù)量的魚放入裝有標準養(yǎng)殖水的魚缸中后，確定預設(shè)時間段內(nèi)魚的各行為數(shù)據(jù)的參考平均值和參考標準差；其中，行為數(shù)據(jù)包括平均高度、平均速度、平均距離、平均加速度、分散度、速度方差及平均轉(zhuǎn)向次數(shù)；在預設(shè)時間段后，向魚缸通入待測水樣，確定魚數(shù)量在設(shè)定時長內(nèi)的第一平均值和各行為數(shù)據(jù)在設(shè)定時長內(nèi)的第二平均值；根據(jù)第一平均值確定第一異常差值，根據(jù)第二平均值、參考平均值和參考標準差確定各行為數(shù)據(jù)的第二異常差值，并將第一異常差值和各第二異常差值相加之和作為設(shè)定時長內(nèi)的異常指數(shù)；將多個設(shè)定時長內(nèi)的異常指數(shù)相加之和作為毒性評價指數(shù)，根據(jù)毒性評價指數(shù)進行水質(zhì)污染預警。采用魚數(shù)量、平均高度、平均速度、平均距離、平均加速度、分散度、速度方差及平均轉(zhuǎn)向次數(shù)這八個參數(shù)進行水質(zhì)污染預警，便于捕捉魚類行為的變化，提高靈敏度；將多個設(shè)定時長內(nèi)的異常指數(shù)相加之和作為毒性評價指數(shù)，消除了短期的環(huán)境因素或魚自身行為變化造成的干擾，降低了誤報率；通過八個參數(shù)的異常差值體現(xiàn)出污染物濃度與毒性評價指數(shù)之間的計量效應(yīng)關(guān)系，能夠?qū)崿F(xiàn)定量預警。

48、此外，設(shè)定魚數(shù)量的正常范圍為≥4.5，能夠降低誤報率；通過測試其前2h內(nèi)的行為數(shù)據(jù)的參考平均值和參考標準差作為基準值（μ為參考平均值、δ為參考標準差），設(shè)定平均高度、平均速度、平均距離、平均加速度、分散度及平均轉(zhuǎn)向次數(shù)的正常范圍為μ±δ，速度方差的正常范圍為μ±δ/2，縮小了正常參數(shù)范圍，進一步提高了靈敏度。

49、本技術(shù)所提供的一種基于魚類行為的水質(zhì)污染預警裝置和介質(zhì)的有益效果與方法對應(yīng)，效果如上。