面向水质监测的鱼群行为建模及异常检测方法研究

发布时间：2024-06-03 01:48

　　生物水质监测技术利用水生生物对其水体环境变化而产生的生理及行为变化,实现对水体环境质量恶化趋势的预测和突发污染事件的报警。该技术能更直观地反映多种污染物在自然条件下对鱼类行为的产生影响及危害程度,是水体质量环境监测的重要技术之一。因此,如何提取有效的鱼类行为特征,并确定该行为与水体质量变化两者之间的关系,是实现生物水质在线监测方法研究中的关键重要问题。 本文以鱼类群体作为水体环境的指示生物,并结合生物毒性实验,通过分析水体质量变化对鱼类群体行为产生的影响,构建了正常水质下鱼群行为的计算模型,并完成了一个基于鱼群群聚行为的水质在线监测系统。主要研究内容包括： 1.研究了基于图论和均匀性测度的鱼群目标分割方法。基于图论的彩色图像分割方法实现了鱼群目标的分割,以均匀性测度作为图像评价指标,结合拉普拉斯算子求得最佳的分割效果。该方法改善了边缘和纹理的效果,并提高了鱼类分割的性能。 2.研究了鱼群群聚性行为特征的建模。在鱼群目标分割结果的基础上,建立了鱼群群聚性社会行为的计算模型,基于Delaunay三角网划分方法求得鱼群重心,通过分析在正常水体质量下鱼群重心和群体分布的统计数据,得到正常水质下...

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 课题研究现状
    1.3 论文研究内容
    1.4 论文体系结构
第2章 彩色图像分割与鱼群社会行为学基础
    2.1 彩色图像分割技术
        2.1.1 图像分割定义
        2.1.2 常用的彩色图像分割方法
        2.1.3 常用的颜色空间及其比较
    2.2 鱼类社会行为学基础
        2.2.1 鱼类的应激反应
        2.2.2 鱼群社会行为表型
    2.3 本章小结
第3章 基于图论和均匀性测度的鱼群目标分割方法
    3.1 图论算法原理描述
        3.1.1 无向图的表示
        3.1.2 区域合并判断准则
        3.1.3 算法局限性
    3.2 一种改进的基于GRAPH-BASED的鱼群目标检测算法
        3.2.1 带权边权值的重定义
        3.2.2 带权边的分类
        3.2.3 基于均匀性测度的最佳阈值选取
        3.2.4 算法流程
    3.3 实验结果与分析
    3.4 本章小结
第4章 鱼群群聚性社会行为特征建模
    4.1 群聚性社会行为的数学描述
    4.2 群聚性社会行为特征提取方法
        4.2.1 计算鱼群重心坐标
        4.2.2 计算群聚半径R和群聚数N
    4.3 群聚性特征建模实验设计与实验结果分析
        4.3.1 实验环境及鱼种的选择
        4.3.2 确定模型所需指示鱼群最佳条数的实验
        4.3.3 确定标准群聚半径R的实验
        4.3.4 鱼群群聚性行为特征模型的验证实验
    4.4 本章小结
第5章 基于鱼群群聚特征的实时水质监测应用
    5.1 鱼群行为模型的在线分析和预警阈值选择
        5.1.1 鱼群行为模型的在线分析
        5.1.2 预警阈值的选择
    5.2 鱼群行为指标在线分析
    5.3 鱼群行为其他指标分析
        5.3.1 平均鱼间距指标分析
        5.3.2 平均最远邻距指标分析
        5.3.3 平均最近邻距指标分析
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 研究内容总结
    6.2 研究展望
参考文献
附录
致谢
攻读学位期间参加的科研项目和成果



本文编号：3987989