生物式水质监测系统若干关键技术的研究与实现

发布时间：2023-07-01 12:52

　　当前的常规理化式水质监测不能对水中含有的未知有毒物质进行监测，也不能对几种污染物的联合毒性进行监测.生物式水质监测方法克服了理化监测的局限性，具有良好的实际应用前景。本文在前人研究的基础上，应用计算机视觉和视频跟踪技术，通过对斑马鱼活动轨迹的跟踪和各项运动指标的分析，实现水质监测的目的。 本论文主要进行了以下几个方面的研究工作： 1.研究了以斑马鱼为受试生物的生物式水质监测系统的系统设计。提出了生物式水质监测系统的需求分析，研究了水质监测系统的整体设计目标和整体功能区划，研究了水质监测系统在机械层、电子层和软件层等层面的设计与实现。 2.研究了水质监测系统中用到的视频跟踪和滤波技术。分析了几种主流的视频跟踪方法，提出了适于水下鱼类跟踪的目标跟踪方法。论文还研究了应用卡尔曼滤波对跟踪的搜索范围进行缩小的方法，并结合水下鱼类跟踪的具体特点，对卡尔曼滤波器的参数进行了重新设置，提高了跟踪算法的效率。 3.研究了以行为指标变化为核心的水质综合预警技术，根据污染物投放和鱼行为变化的对应关系，提出了平均速度、平均高度、平均距离、活鱼条数“四位一体”的水质监测综合预警体系，并把亨克利统计算法应用于鱼...

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 选题背景
    1.2 水质监测技术发展概况
        1.2.1 水质检测技术的历史演变
        1.2.2 常规水质监测技术的分类
        1.2.3 常规水质监测技术的局限性
    1.3 研究意义和研究内容
        1.3.1 研究意义
        1.3.2 研究内容
    1.4 本文的内容安排
第2章 生物水质监测的原理及方法
    2.1 生物监测的原理及特点
        2.1.1 行为生态学原理
        2.1.2 生物的环境压力模型
        2.1.3 生物监测的特点
    2.2 生物监测的方法简述
        2.2.1 细菌监测
        2.2.2 藻类监测
        2.2.3 水蚤监测
        2.2.4 鱼类监测
        2.2.5 其他生物检测
    2.3 鱼类在水质监测中的应用
        2.3.1 污染物对鱼的影响
        2.3.2 鱼类水质监测的研究概况
第3章 生物水质监测的系统分析与设 计
    3.1 水质监测系统设计的需求分析
    3.2 水质监测系统的设计目标
        3.2.1 全程覆盖
        3.2.2 便于识别
        3.2.3 全自动控制
        3.2.4 实时处理
        3.2.5 预警准确
    3.3 水质监测系统的功能区划
    3.4 水质监测系统的机械层设计
    3.5 水质监测系统的电子层设计
        3.5.1 传感器设计
        3.5.2 控制与执行设计
    3.6 水质监测系统的软件层视频处理部分的设计
        3.6.1 视频处理程序的流程
        3.6.2 视频处理程序的结构
第4章 水质监测系统中视频跟踪技术的研究
    4.1 视频跟踪的难点
    4.2 主要视频跟踪技术简述
    4.3 斑马鱼跟踪算法实现
    4.4 卡尔曼滤波技术简述
    4.5 斑马鱼滤波算法实现
        4.5.1 应用情形简述
        4.5.2 运动特征的选取
        4.5.3 滤波参数的设置
        4.5.4 滤波跟踪的流程
    4.6 算法验证与分析
第5章 水质监测系统中水质预警技术的研究
    5.1 运动指标计算
        5.1.1 平均速度
        5.1.2 平均高度
        5.1.3 平均距离
    5.2 指标预警研究
        5.2.1 亨克利预警的具体内容
        5.2.2 亨克利报警的理论基础
    5.3 实验结果验证
        5.3.1 实验步骤
        5.3.2 结果分析
        5.3.3 行为生物学解释
第6章 总结与展望
    6.1 论文总结
    6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3836284