[发明专利]一种基于斑马鱼应激反应的水质预警检验方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于斑马鱼应激反应的水质预警检验方法及系统，其基于一平行双通道试验监测箱，S1、将清洁水加入对照区，将待测水源经预处理后加入检测区，再将无损伤光照条件下筛选出的斑马鱼分别、等量的投入到对照区和检测区；S2、采集所述对照区和检测区中各个斑马鱼的连续图像序列帧，再计算出两个箱体中各个斑马鱼的运动参数；S3、根据所述运动参数初步认定检测区的斑马鱼是否出现异常行为，检测区的待测水源是否发生污染；S4、对斑马鱼进行无损伤性声音刺激再判断检测区的待测水源发生污染的预判是否真实。解决了现有技术通过斑马鱼行为响应信息对水质在线监测时，误报警率高、稳定性差的问题。

技术领域

本发明涉及水环境污染监测技术领域，尤其涉及一种基于斑马鱼应激反应的水质预警检验方法及系统。

背景技术

近年来频繁发生的水污染事件给社会安定和经济发展带来了巨大影响。随着“水十条”、“河长制”和“环保督查”等政策法规的出台和深入推进，能够预报重大或流域性水质污染事故、解决跨行政区域的水污染纠纷以及监督排放达标的水质在线预警技术的发展显得尤为重要。

现有的理化在线设备仅能分析几十项化学或水质综合类指标，相比全国至少2500～2900种/年有毒化学品的生产使用存在的潜在威胁，这些指标涵盖的范围实在有限。水质生物监测大大弥补了这方面的不足，可从生物学角度反映大部分化学品污染引起的水体综合环境的变化。其中，基于计算机视觉技术获取斑马鱼行为响应信息的水质在线监测研究受到广泛关注。这种信息获取方式对斑马鱼无干扰，可持续不断的获取行为数据实现水质在线监测，相比于其他生物，斑马鱼是国际标准组织ISO推荐的标准模式生物，具有毒理学数据丰富、对广泛的毒性物质敏感、续航能力强和运行成本低等优点。但在实际使用中存在误报警率高、稳定性差的问题。化学品暴露下斑马鱼的行为响应明显，且暴露水平与异常行为特征呈现出良好的剂量—效应关系，是建立水质预警模型的基础。然而，在实际使用中斑马鱼的行为亦受其他非化学品暴露因素的干扰，使行为响应信息离散度大，影响系统的稳定性。将可控因素包括水温、pH、光照、噪音、信号采集模式和进水流速等控制在一定范围，可有效地减少对斑马鱼行为信息的干扰。但仍无法避免斑马鱼的自然行为或其他不可控因素引起的随机变化，出现与化学品暴露相似的异常行为特征，这些异常行为未经检验而直接引入水质预警模型计算是导致系统误报的主要原因。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于斑马鱼应激反应的水质预警检验方法及系统，以解决现有技术通过斑马鱼行为响应信息对水质在线监测时，误报警率高、稳定性差的问题。

本发明采用以下技术方案：一种基于斑马鱼应激反应的水质预警检验方法，其特征在于，其基于一平行双通道试验监测箱，所述平行双通道试验监测箱具有并排设置、且互不相通的两个箱体：对照区和检测区；所述对照区和检测区内均设置有一声音发生器和一光照发生器；

所述水质预警检验方法包括以下内容：

S1、将清洁水加入对照区，将待测水源经预处理后加入检测区，并且使清洁水和待测水保持持续循环状态；再将无损伤光照条件下筛选出的斑马鱼分别、等量的投入到对照区和检测区；

S2、采集所述对照区和检测区中各个斑马鱼的连续图像序列帧，再对所述连续图像序列帧依次进行平滑、阈值分割和去噪处理后，计算出两个箱体中各个斑马鱼的运动参数；所述运动参数包括速度因子、轨迹因子和状态因子；

S3、根据所述运动参数分别计算所述对照区和检测区的综合的变异系数和并进行以下判断：如果则初步认定检测区的斑马鱼出现异常行为，检测区的待测水源发生污染；反之，则认定检测区的斑马鱼未出现异常行为，检测区的待测水源未发生污染；

S4、当初步认定斑马鱼出现异常行为时，则开启分别设置在对照区和检测区的两个声音发生器，以对斑马鱼进行无损伤性声音刺激；