[发明专利]一种水生动物行为信息驱动的水质预警装置及方法

权利要求书

1.一种水生动物行为信息驱动的水质预警装置，其特征在于：所述水质预警装置由内到外分为三层，分别是活动舱、防水夹层、浮力环，所述活动舱的顶面和底面都均匀布有小孔，保证箱体内外水流通畅，且顶面为一可打开的闸门；所述防水夹层放置有摄像头、电池、视频处理模块和无线传输模块，所述视频处理模块用于将摄像头采集到的视频进行裁剪处理，所述无线传输模块与PC端无线连接，将视频处理模块的信息传输给PC端。

2.根据权利要求书1所述的水质预警装置，其特征在于：所述小孔的直径为1cm，其上下、左右间隔均为5cm。

3.一种水生动物行为信息驱动的水质预警方法，其特征在于包括以下操作步骤：

（1）将待测鱼体放入活动舱中并将整个装置投入正常水质水中；打开摄像头，记录鱼体运动画面，设定视频处理模块的时间间隔，定时抽取摄像头对鱼体的运动画面；并由无线传输模块将图像传输给PC机；

（2）基于SVM的定位跟踪法来实现对鱼体实时、准确的定位跟踪，获取多组鱼体坐标点，之后建立一个三维坐标；采用非线性最小二乘法，确定拟合曲线的函数；然后，求每一个坐标点的残差，并对所有的残差求和，将所得值设为Q；

（3）重复步骤（2），将所有得到的Q值进行对比，取最小的Q值所对应的函数，并在坐标轴中做出其曲线；并通过正则化，优化所得的函数曲线；则由此得到一条合适拟合的正常运动轨迹曲线，保存轨迹数据；（4）将待装置投入待测水质中；让装置在水中试运行几天，让鱼体适应水质环境，直到鱼体的运动轨迹接近于正常水质中训练得出的鱼的运动轨迹；

（5）在待装置运行稳定后，设定阈值，重新采集鱼的实时运动坐标点，计算坐标点与所得曲线的残差，并判断残差是否在合理区间内；

（6）设定速度区间；再划分一个时间区间，对鱼体实时运动坐标和相应的时间节点采用逐差法，得出该时间区间内的平均速度，并判断平均速度是否在划分的区间内；

（7）综合步骤（5）和步骤（6）的结果，判断水质是否出现问题，若出现问题，则通过PC发出警报。

4.根据权利要求书3所述的水质预警方法，其特征在于：步骤（2）中通过SVM算法来实现对鱼体实时、准确的定位跟踪的具体过程是：首先对图片进行灰度化、二值化、梯度锐化、去噪、归一化等预处理；再提取图片颜色特征和纹理特征，通过SVM算法训练一个分类器，再标记鱼的运动位置。