基于生物水质监测的鱼体运动状态检测系统研究
本文关键词:基于生物水质监测的鱼体运动状态检测系统研究 出处:《西安邮电大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
更多相关文章: 生物水质监测 鱼体运动状态 目标检测 超标报警
【摘要】:在水污染防治中,智能高效的水质监测系统在水环境实时监测及有效治理中发挥着至关重要的作用。生物水质监测克服了理化监测只针对特定指标的局限性及连续取样的繁琐性,能够直观、快速、综合地反映水质指标。鱼类作为重要的水质指示生物,对于水环境参数的变化较为敏感,其运动特征直接表征水质污染状况。监测鱼类运动状态参数的实时变化规律,将为进一步研究鱼类水质指示特性及其所处水环境水质变化状况奠定基础,对于提高水质监测的智能化水平具有重要意义。本文基于2014年陕西省教育厅产业化培育项目(水质远程分析科学决策智能化环保系统研制,项目编号:14JF022)完成了生物水质监测子课题,提出了一种基于生物水质监测的鱼体运动状态检测方法,建立水质监测模型,并开发了一套适用于生物水质监测的鱼体运动状态检测系统。本文所做的主要工作如下:1.提出了一种鱼体运动目标视频图像检测方法。采用统计学背景建模算法快速建立背景模型,通过背景差分算法将鱼体目标与背景分离,得到灰度化鱼体目标图像;采用最大类间方差算法(Otsu)获取自适应分割阈值,通过图像分割得到二值化鱼体目标图像;提出形态学滤波与面积比较法相结合的滤波算法有效滤除噪声并完整得保留鱼体目标;通过连通区域质心检测方法获取目标质心。2.根据鱼体目标区域质心和面积特征,建立了基于特征的目标追踪模型,实时追踪鱼体目标;获取鱼体目标尾点、头点等特征点坐标,建立鱼体运动速度、加速度、摆尾频率、转弯频率及撞壁频率求解模型;根据鱼体运动状态各参数水质语义特征,建立水质监测模型。3.根据以上算法及模型,基于LabVIEW设计了生物水质监测系统软件,完成了系统简介、视频采集、目标检测、记录查询及水质评价模块设计,实现对摄像头采集及加载已存储的鱼体运动视频实时处理,并进行水质超标报警。4.以红鲫鱼为实验鱼种,以改变水质pH为例,设计实验方案,测试系统性能。分别采集过酸(pH=3.5,4.5,5.5)、过碱(pH=9.5,10.5,11.5)以及适合红鲫鱼生长的最佳范围(pH=6.5,7,7.5,8)每种水质下4800帧(20min)鱼体运动视频,通过系统分析处理,实现水质过酸、过碱超标报警。以pH=10.5为例,第2986帧(12分27秒)时系统水质超标报警。5.对系统误差进行分析,主要误差在于目标检测过程中目标的丢失与增加,分析了各pH值对应的水质中鱼体目标检测的准确率,其平均准确率在0.91以上。上述工作的完成,实现了通过检测鱼体运动状态参数实时监测水质变化信息,达到了项目的立项要求,同时对于进一步研究鱼类生物水质监测具有重要的借鉴意义。
[Abstract]:In the prevention of water pollution. Intelligent and efficient water quality monitoring system plays an important role in real-time monitoring and effective treatment of water environment. Biological water quality monitoring overcomes the limitation of physical and chemical monitoring only for specific indicators and the complexity of continuous sampling. Fish, as an important indicator of water quality, is sensitive to the change of water environmental parameters. Monitoring the real-time variation rule of fish movement state parameters will lay a foundation for further study of fish water quality indication characteristics and water environment water quality changes. It is of great significance to improve the intelligent level of water quality monitoring. This paper is based on the industrialization cultivation project of Shaanxi Provincial Education Department in 2014 (the development of intelligent environmental protection system for water quality remote analysis scientific decision making). Item #: 14JF022) completed the sub-task of biological water quality monitoring, and put forward a method to detect the moving state of fish body based on biological water quality monitoring, and set up a water quality monitoring model. A set of fish motion state detection system is developed for biological water quality monitoring. The main work of this paper is as follows:. 1. A video image detection method for moving object of fish is proposed, and the background model is established quickly by using statistical background modeling algorithm. The background difference algorithm is used to separate the fish object from the background, and the grayscale image of the fish object is obtained. The maximum inter-class variance (Otsu) algorithm is used to obtain the adaptive segmentation threshold, and the binary fish object image is obtained by image segmentation. A new filtering algorithm, which combines morphological filtering with area comparison, is proposed to effectively filter noise and keep fish body targets intact. The centroid of the target is obtained by detecting the centroid of the connected region. According to the centroid and area characteristics of the target area of the fish, a feature-based target tracking model is established to track the target in real time. The coordinates of the characteristic points such as the tail point and the head point of the fish body are obtained, and the solving model of the moving speed, acceleration, pendulum tail frequency, turning frequency and wall collision frequency of the fish body is established. According to the semantic characteristics of the water quality of the moving state of the fish, the water quality monitoring model. 3. According to the above algorithm and model, the software of the biological water quality monitoring system is designed based on LabVIEW, and the system brief introduction is completed. Video capture, target detection, record query and water quality evaluation module are designed to realize the real-time processing of the video of the fish body which has been stored and captured by the camera. Taking the red crucian carp as the experimental fish species and changing the pH value of the water as an example, the experimental scheme was designed and the performance of the system was tested. And the optimum range for the growth of Carassius auratus is pH 6.5 ~ 7.5.The pH value of the red crucian carp is 7.5%, and the pH value of the red crucian carp is 7.5%. 8) 4800 frames / 20 mins of fish body motion video under each water quality, through systematic analysis and processing, the water quality is over-acid, and the excessive alkali alarm is realized. Take pH=10.5 as an example. In frame 2986 (12 minutes 27 seconds), the system water quality exceeds the standard alarm .5. the main error lies in the loss and increase of the target in the process of target detection. The accuracy rate of fish body target detection in water corresponding to pH value was analyzed. The average accuracy rate of fish body detection was above 0.91. The above work was completed. The real-time monitoring of water quality change information by detecting fish moving state parameters has been realized, which meets the requirements of the project, and has important reference significance for further research on fish biological water quality monitoring.
【学位授予单位】:西安邮电大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X835;S917.4;TP391.41
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 ;国家将投入巨资更新水质监测设备[J];工业控制计算机;2003年12期
2 贺;;浙江将建立省市县三级水质监测体系[J];环境污染与防治;2008年09期
3 ;加强水质监测 为流域管理提供技术支撑[J];治淮;2011年12期
4 焦健;陈子坤;赵阳;;水质监测精细化控制措施研究[J];科技创新导报;2012年17期
5 刘汉伟;朱汉华;秦桂林;;关于水质监测精细化控制措施的研究[J];科技风;2012年20期
6 ;加强水质监测 为流域管理提供技术支撑[J];治淮;2013年01期
7 原媛;;如何提高水质监测质量方案探析[J];资源节约与环保;2013年03期
8 王晶;;关于水质监测工作中存在的技术问题探讨[J];建设科技;2013年19期
9 黄昌武;;我国第一艘水质监测船研制成功[J];环境与可持续发展;1979年26期
10 黄昌武;;我国第一艘水质监测船研制成功[J];环境污染与防治;1980年01期
相关会议论文 前10条
1 林在生;陈国忠;王恺;詹小海;卢翠英;;福建省38个县疾控中心水质监测能力调查结果的分析[A];2011年全国环境卫生学术年会论文集[C];2011年
2 华瑶菁;夏光平;徐枫;陈荷生;成新;;太湖流域水质监测规划的编制[A];中国水利学会2002学术年会论文集[C];2002年
3 周国韧;;宁波市饮用水源地浮标式水质监测系统试运行问题及解决对策[A];2013中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2013年
4 乔刚;唐忠辉;;我国水质监测制度的缺陷及其完善——以相关法律为背景[A];水污染防治立法和循环经济立法研究——2005年全国环境资源法学研讨会论文集(第一册)[C];2005年
5 乔莉;;发挥水质监测中心作用 保障安全优质供水[A];2007年全国给水排水技术信息网成立三十五周年纪念专集暨年会论文集[C];2007年
6 文宏展;;玉林市河流水质监测与保护研究[A];广西生态建设与经济协调发展学术研讨会论文集[C];2001年
7 王志刚;刘文清;张玉钧;李宏斌;赵南京;司马伟昌;肖雪;刘建国;;激光诱导荧光技术在水质监测中的应用[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
8 崔璨;;北京二环水系的水质变化分析[A];中国地理学会百年庆典学术论文摘要集[C];2009年
9 费世东;孙艳林;王通胜;;深圳境外东江水源水质监测与分析[A];第三届全国河道治理与生态修复技术交流研讨会专刊[C];2011年
10 李凤华;石相阳;徐健淞;蒋清华;;广西洪潮江水库水质监测与评价[A];中国环境科学学会2009年学术年会论文集(第四卷)[C];2009年
相关重要报纸文章 前10条
1 海南省水文水资源勘测局局长 符传君;加强水质监测 服务生态海南建设[N];海南日报;2013年
2 本报记者 唐生英;抓好水质监测工作让市民喝上放心水[N];张家界日报;2013年
3 记者 李真;长江委加强三峡蓄水期间水质监测[N];中国水利报;2006年
4 记者 徐黎一;加强水质监测 保证供水安全[N];连云港日报;2007年
5 记者 杨丽佳;江苏农村水质监测覆盖率超八成[N];健康报;2009年
6 本报记者 刘燕;福建首次公开招标水质监测车[N];政府采购信息报;2009年
7 宋海松 李建成;黄河水文水质监测新技术期待新跨越[N];黄河报;2009年
8 记者 颜志华;新疆首辆流动水质监测车近期“上岗”[N];中国食品质量报;2010年
9 记者 梁淑芳 实习生 陈美琪;全疆首辆流动水质监测车落户首府[N];乌鲁木齐晚报;2010年
10 记者 李奎 实习生 谢杰 杨雅琴;南充要建川东北首个二级水质监测中心[N];南充日报;2010年
相关博士学位论文 前1条
1 林志贵;基于证据理论的信息融合研究及其在水质监测中的应用[D];河海大学;2005年
相关硕士学位论文 前10条
1 冯勋;基于CDMA2000的水质远程智能化监测系统[D];西安邮电大学;2015年
2 王肖颖;城市供水水质监测与预警系统研究[D];重庆大学;2015年
3 苏光云;农用水源水质监测及预警系统研发[D];浙江农林大学;2016年
4 李海元;面向水质监测的遥感影像反演关键技术研究[D];电子科技大学;2016年
5 杨晓雄;海水淡化水饮用典型地区水质监测与居民健康现况调查研究[D];中国疾病预防控制中心;2016年
6 张国杰;基于STM32的水产养殖水质监测与预测预警系统的设计与实现[D];杭州电子科技大学;2016年
7 高强;全国重点流域及社区水质监测安卓软件研发[D];西安邮电大学;2017年
8 彭红梅;基于生物水质监测的鱼体运动状态检测系统研究[D];西安邮电大学;2017年
9 杨占强;水质监测行业品牌推广策略分析[D];河南大学;2009年
10 靳玉峰;海洋水质监测与预报系统研究[D];大连海事大学;2009年
,本文编号:1366958
本文链接:https://www.wllwen.com/shengtaihuanjingbaohulunwen/1366958.html