[发明专利]一种鱼道过鱼计数和识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种鱼道过鱼计数和识别方法，属于水利测量监测技术领域。

背景技术

鱼道是在闸、坝或天然障碍处为沟通鱼类洄游通道而设置的一种过鱼建筑物，是河流生态系统健康的评价指标之一,也是水利水电工程环境影响评价中生态环境保护的重要指标。当前，国内外对于鱼道的监测，主要在于监控过鱼的种类和数量，以验证鱼道的有效性，从而进行鱼道的改良，其存在的主要问题包括：

监测主要以人工的方式进行，通过人工来纪录过鱼的数量和种类，并进行统计和分析，管理负担较大，监测精度不易提升。

监测方法主要以张网法、堵截法、标志、电捕、计数设备等方式为主，监测实时性较差，连续监测功能较弱，并且某些监测方式本身就可能对鱼类活动造成干扰。

国外已有的鱼道自动化监测系统，仅实现了过鱼计数功能，但是不能识别和区分过鱼类型，无法区分杂物、普通鱼类与珍稀鱼类，不利于鱼道评价和改进的进一步展开。

由此可见，当前国内各个大坝和水闸上已经建成的鱼道大都无法进行有效观测，因此也就难以对鱼道设施进行有效性评价，对被保护的珍稀鱼类更是难以监测、分类和统计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种鱼道过鱼计数和识别方法，基于光栅成像和图像距对鱼道过鱼进行自动化计数和识别，实现鱼道的实时在线监测和统计分类。

为解决上述技术问题，本发明提供一种鱼道过鱼计数和识别方法，包括以下步骤：

1)在鱼道的入口处安装两套测量光栅和一个水下摄像机，从测量光栅有信号被遮挡开始，触发过鱼开始信号，水下摄像机开始摄像，测量光栅以100Hz频率进行扫描，每次扫描，测量光栅上的光栅点的遮挡/通过状态就形成一帧数据并上报，直到过鱼完成，所有光栅信号全部恢复通过为止，停止摄像机摄像和光栅数据上报，完成过鱼事件捕获；

2)判断过鱼的游向，对过鱼进行计数并计算过鱼的长度；

3)将所述步骤1)的每一帧光栅数据连接合并，得到过鱼的完整图像；

4)如果已有建好的过鱼类型模型，则转入步骤6)；否则，利用步骤1)的水下摄像机摄像得到的过鱼视频和步骤3)得到的过鱼图像，由人工判断后对过鱼图像进行判断，并将种类标注到过鱼图像上；

5)对过鱼类型进行特征提取；

6)对过鱼类型进行判别。

前述的步骤1)中，一套测量光栅分为发射器和接收器，发射器上每1厘米有一个发射点，接收器上每1厘米有一个接收点，一个发射点和一个接收点构成一个光栅点，共设有50个光栅点；发射器持续的按照固定频率周期发出光线，接收器则同步的检查有无接收到光线，由此形成一个光栅点某一时刻的遮挡/通过状态，50个光栅点的状态值排列起来就是一帧数据。

前述的步骤1)中，所述两套测量光栅的位置是等高且平行的，分别位于鱼道的上游和下游。

前述的步骤2)中，判断过鱼的游向是指，根据上报的光栅数据，如果上游的测量光栅先遮挡，则断定为过鱼游向下游，反之则是过鱼游向上游。

前述的步骤2)中，对过鱼进行计数是指，在先被遮挡的测量光栅信号恢复后，计数加1。

前述的步骤2)中，计算过鱼的长度是指，设两套测量光栅之间的距离固定为D，分别记录过鱼到达第1套测量光栅和第2套测量光栅的时间为T1和T2，记录第1套测量光栅信号完全恢复的时间为T3，则过鱼游动速度V为：

V＝D/(T2-T1)，

则过鱼的长度L为：

L＝V*(T3-T1)；

所述第1套测量光栅是指先被遮挡住的测量光栅，第2套测量光栅是指后被遮挡住的测量光栅。

前述的步骤5)对过鱼类型进行特征提取，包括以下步骤：

5-1)对于所有已标注成某同一种类的过鱼图像，逐个提取其图像轮廓，即每一帧光栅点遮挡/通过的临界点，就是该过鱼的图像轮廓，轮廓上的每一个点都代表了一个栅格图的二维点坐标；

5-2)按照Hu氏不变矩定义，依次计算每个图像的7个Hu氏不变矩，形成该图像的一个七维特征向量；

5-3)根据该同一种类的所有过鱼图像的七维特征向量，依次求出每一维的一阶原点矩，构成此种类过鱼的七维特征向量；

5-4)计算该同一种类过鱼的所有图像的七维特征向量的集合到此种类过鱼的七维特征向量的欧氏距离的标准差。

前述的步骤6)对过鱼类型进行判别，包括以下步骤：