基于鱼类群体行为反馈的循环水养殖水体氨氮预警方法和系统

技术领域

本发明涉及氨氮浓度监测和对鱼类群体行为分析技术领域，涉及一种预警方法和系统，尤其是涉及一种基于鱼类群体行为反馈的循环水养殖水体氨氮预警方法和系统。

背景技术

随着人民生活水平的提高，水产养殖行业遇见其供应与需求之红利而得以蓬勃发展，循环水养殖也因其养殖密度高、养殖环境可控且具有符合可持续发展的效益而成为颇有应用前景的水产养殖模式。为了使养殖生物的健康生长以使水产品的质量得到保证，循环水养殖模式依靠各种水处理设备，对养殖环境的温度、溶氧等水质参数实施精准把控。但这种高养殖密度的特点，也对水质的监控和水质污染物的处理有了更高的要求。特别是在养殖过程中，产生的氨氮等污染若得不到有效的方法降解，则于环保、于生产均有诸多不利之处。而生活在氨氮含量过高的水体当中，鱼类也会出现一些生理不适，甚至导致日常行为发生异常，包括但不限于游泳、摄食和群体行为等。

基于以上问题，本发明提出的是一种基于鱼类群体行为反馈的循环水养殖水体氨氮预警方法和系统，通过深度学习算法获得养殖对象前景目标，实时获取鱼群的行为和生长状况，并将此与水质氨氮浓度相关性结合，以模拟结果为依据对养殖水体氨氮浓度异常做出预警，从而使养殖人员做出及时的调整和设备控制，保障为鱼类生长提供适宜的水质条件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于鱼类群体行为反馈的循环水养殖水体氨氮预警方法和系统，该系统可以根据养殖池中鱼类的群体行为变化特征以及池中的水温和溶氧的因素，运用计算机视觉技术和深度学习算法获得养殖对象的前景目标，构建出反映水体氨氮变化特征模型，并通过对鱼类群体行为的定量分析，及时对水体氨氮浓度异常进行预警，以非入侵的形式(非入侵式意味着本发明的技术方案不会对鱼类的身体内部以及生理行为产生影响)确保养殖水体氨氮在适应的范围内，有利于鱼类养殖福利化。

本发明采用的技术方案如下：

基于鱼类群体行为反馈的循环水养殖水体氨氮预警方法，具体包括：

利用摄像机拍摄养殖池实时画面并传输至计算机，通过深度学习算法获得养殖对象前景目标；

利用养殖对象前景目标计算鱼类对氨氮的敏感系数Γ；

通过计算视野中所有鱼类速度的标准差，得到表征鱼类群体离散程度的系数Ω

实时读取水温和溶解氧的数值，并根据鱼类对氨氮的敏感系数Γ和表征鱼类群体离散程度的系数Ω

进一步的，所述养殖对象前景目标包括鱼的体长、鱼的尾柄长、鱼尾的摆动频率、鱼尾的摆动幅度、鱼鳃的张闭频率。

进一步的，所述鱼类对氨氮的敏感系数Γ计算公式为：

其中，

进一步的，所述表征鱼类群体离散程度的系数Ω

其中，n为摄像头拍摄到的鱼的数量，

进一步的，所述鱼类群体行为反馈与半数致死浓度之间的数量关系计算公式为：

其中，LC

一种基于鱼类群体行为反馈的循环水养殖水体氨氮预警系统，包括：

视频采集模块：用于实时摄养殖池的画面并传输至计算机；

数据采集模块：用于实时读取水温和溶解氧的数值；

数据处理模块：用于计算鱼类对氨氮的敏感系数Γ、表征鱼类群体离散程度的系数Ω

预警模块：用于当养殖水体中的氨氮浓度预设浓度时，触发警报器进行预警。

本发明的有益效果为：

本发明提出一种基于鱼类群体行为反馈的循环水养殖水体氨氮预警方法和系统，通过深度学习算法获得养殖对象前景目标，实时获取鱼群的行为和生长状况，并将此与水质氨氮浓度相关性结合，以模拟结果为依据对养殖水体氨氮浓度异常做出预警，从而使养殖人员做出及时的调整和设备控制，为鱼类生长提供适宜的水质条件。虽然利用水质传感器监控各项水质指标不失为一种良好的水质监控模式，但采用传感器监控氨氮，往往存在无法长时间稳定工作的特点，且对于需要定期取样的项目中，则无法得到实时的观测数据，时效性大大削减。而鱼类始终生活在水环境中，对水质的变化(特别是氨氮)非常敏感，其一举一动都能够实时反映水体氨氮浓度的可能变化，能够长期反映存在的污染情况，本发明的技术方案时效性和综合性都有保证。

附图说明

图1为本发明中基于鱼类群体行为反馈的循环水养殖水体氨氮浓度智能预警系统的一种简单实例。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参照图1，是本发明的基于鱼类群体行为反馈的循环水养殖水体氨氮浓度智能预警系统的一种简单实例，包括养殖池1、循环水处理系统2、计算机3、摄像头4、远程设备5、警报器6、水温传感器7、溶解氧传感器8。所述摄像头4安装于养殖池1正上方和侧方，并与计算机3连接，将获取的与鱼类表型和鱼类行为相关的图像数据经计算机处理后，进而控制警报器7。其中养殖池外部连接循环水处理系统，养殖废水经过循环水处理系统的各种水处理设备，包括对处理氨氮的生物滤池，以及常规的对水温和溶氧等水质参数调控的设施等，以提高整个循环水养殖的水资源利用率，符合可持续发展的理念。

摄像头安装在养殖池的正上方和侧面，并与计算机的输入端相连接，目的是将养殖池中鱼类的表型和行为变化实时地通过监控将视频图像数据传输到计算机中。同时计算机的输出端连接有显示器和警报器以及警报指示灯，此外，计算机的输出端可以通过无线连接的方式与移动设备连接。

应用上述装置进行基于鱼类群体行为反馈的养殖水体氨氮浓度智能预警，方法包括如下步骤：

(1)利用相机对养殖池整体图像进行实时监测，并将视频画面实时传送至计算机；

(2)运用深度学习算法获得养殖对象前景目标，包括鱼类表型数据与行为相关数据，例如鱼类的鱼的体长、鱼的尾柄长、鱼尾的摆动频率、鱼尾的摆动幅度、鱼鳃的张闭频率等；

(3)通过计算机计算鱼类对氨氮的敏感系数Γ：

其中

计算表征群体离散程度的系数Ω

其中n为摄像头拍摄到的鱼的数量，通过计算视野中所有鱼类的速度的标准差，得出表征鱼类群体离散程度的系数Ω

(4)通过水温和溶解氧传感器实时读取水温和溶解氧的数值，计算鱼类群体行为反馈与半数致死浓度之间的数量关系：

其中T为水温，DO为养殖水体中溶解氧的浓度；k与半数致死浓度的选择有关，当半数致死浓度为96h LC

(5)当养殖水体中的氨氮浓度C

本发明的装置采用养殖池1、循环水处理系统2、计算机3、摄像头4、远程设备5、警报器6、水温传感器7、溶解氧传感器8等构成养殖水体氨氮浓度预警装置，可以根据鱼类群体行为随氨氮浓度的变化特征，在不影响鱼类正常生长发育的情况下，及时反映氨氮含量状况。

以上公开的仅为本专利的具体实施例，但本专利并非局限于此，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，做出的变形应视为属于本发明保护范围。