专利名称：水质自动监视装置和关于水质自动监视装置的低浓度有毒物质检测方法
技术领域：
本发明涉及水质自动监视装置的技术，它是当河水和湖水、地下水、泉水、排水等任何水中含有有害物质时通过平时在监视水槽中饲养红鏘鱼等小型鱼类并利用图像处理检测红鏘鱼等小型鱼类的活动来自动发出警报的装置，用于市民的生命和安全以及环境保护等。
背景技术：
在世界上发生了有毒物质混入河水和湖水、地下水、泉水、排水等任何水中的事故。有毒物质是PCB(多氯联苯)等的有机氯系化合物、汞、镉、铅、锌、六价铬等有害重金属、被称为有史以来最恶的二噁英、为急性毒物的氰酸钾和农药等，还有未知的毒物和复合的有毒物质，据说世上的有毒物质有970种，而鱼类对其中的97%有反应，因为与使用试剂的化学分析法相比，成本也低、反应结果也快并且能连续检查水样，所以使用鱼类的生物检定法被众所周知，平时在监视水槽中饲养鱼类并连续供给水样地自动监视水样水质的装置被投入实用当中。专利文献1 特开平63-169559号公报专利文献2 特开平07-063747号公报专利文献3 特开平09_2四924号公报专利文献4 特开2002-257815号公报专利文献5 特开2004-125753号公报专利文献6 特开2008-131119号公报
发明内容
但是，在监视水槽中饲养鱼类来自动监视水质的传统装置中存在以下问题关于对有毒物质做出反应的鱼类的异常行为，过去，对以下行为发出警报对于急性毒物的氰系氰酸钾，鱼类的呼吸器官受到损伤并因此浮到水面来呼吸空气的称为张嘴呼吸的动作；在农药杀虫剂情况下，杀螟松等使神经系统器官受到损伤并因而在水中乱窜的乱窜动作和死亡沉底的停止动作等，这些行为都是因为鱼类在有毒物质浓度高的情况下身体被毒性损伤所造成的行为。为此，对于被稀释的弱毒性，没有表现出异常行为，生物检定法比使用试剂的化学分析法差。本发明要解决的问题是，提供一种关于也能检测出被稀释的低浓度毒性的水质自动监视装置的低浓度毒性检测方法和一种水质自动监视装置。为解决上述问题，权利要求1所述的关于水质监视装置的低浓度毒性检测方法所采取的手段是，其特征是利用红鏘鱼等小型鱼类具有防止被大型鱼类捕食的捕食防御本能和在感到危险时聚群的生态本能，借助设在监视水槽外面的CCD摄像机拍摄在监视水槽内的小型鱼类活动，通过图像处理从影像中检测小型鱼类的聚群状态，由此检测低浓度有毒物质混入水样。此外，权利要求7所述的水质自动监视装置所采取的手段是，其特征是它具有集群饲养红鏘鱼等小型鱼类的监视水槽；在监视水槽内连续供应水样的供水机构；从外部拍摄在监视水槽内的小型鱼类活动的CXD摄像机；通过图像处理从由CXD摄像机所拍摄的影像中检测小型鱼类的聚群状态并由此检测低浓度有毒物质混入水样的图像处理机构。在本发明中如上所述地取得以下效果，通过设置在监视水槽外面的CXD摄像机拍摄在监视水槽内的小型鱼类活动，通过图像处理从影像中检测小型鱼类的聚群状态，利用红鏘鱼等小型鱼类具有防止被大型鱼类捕食的捕食防御本能和在感到危险时聚群的生态本能，也能检测被稀释的低浓度毒性。就是说，在世上有毒物质据说有970种的传统毒性检测中，使用试剂的抽样检查为主，如果加入进行连续水检查的装置，则花费无法相比的巨额费用。而且，空间也需要广大的面积，因此是抽样检查为主。例如，自来水是在净水厂制造并且原水被连续引入净水厂，经过过滤池和沉沙池等，形成人可饮用的洁净水，为了不中断地供应自来水，必须将原水连续引入净水厂。依据自来水法的水质检查项目有50项，如果加入如上所述地检查连续水的装置，就必然需要超额费用和空间，因此目前是每月1次的抽样检查。虽然在连续引水途中安置监视水槽来监视鱼类能够补足在抽样检查中的漏检，但不是平时人眼检查监视水槽的鱼类，就是用自动检查装置进行监视。人眼平时检查让精神和肉体都痛苦不堪，当然也会发生漏检和看错。自动监视装置为此被投入实用中，但过去在毒性浓度高的场合这些装置能利用监视鱼类身体因损伤而做出反应来检测，但如果是毒性浓度低的场合，则身体损伤轻微而难以判定，如果想勉强发出警报，则与正常行为没什么区别地发出误判所引发的误报。根据本发明，因为小型鱼类在感到被大型鱼类捕食时的危险时聚群的捕食防御生态本能，利用对低浓度毒性也感到危险而聚群的特性，也可以检测被稀释的低浓度毒性并发出警报。
图1是本发明实施例的水质自动监视装置中的监视水槽的斜视图。图2是本发明实施例的水质自动监视装置中的监视水槽的平面图。图3是本发明实施例的监视水槽的捕网的斜视图。图4是本发明实施例的水质自动监视装置的系统图。图5是本发明实施例的水质自动监视装置的外观图。图6是表示本发明试验例的在监视电视画面图像上重叠配置的传感器块组的平面图。图7是一个传感器块的传感器点的放大视图。图8是本发明实施例的水质自动监视装置的水质异常监视流程图。图9是本发明实施例的水质自动监视装置的水质注意3监视流程图。图10是本发明实施例的水质自动监视装置的水质注意2监视流程图。图11是本发明实施例的水质自动监视装置的水质注意1监视流程图。图12是在监视电视画面上反映本发明试验例的在监视水槽内的20条红鏘鱼暴露于0. 02毫克/升氰酸钾之前的红鏘鱼群活动状况的图像。
图13是通过本发明试验例的根据图12的图像处理检测红鏘鱼活动的传感器点所对应的传感器块被重叠显示在监视电视画面上的图像。图14是在监视电视画面上反映本发明试验例的在监视水槽内的20条红鏘鱼暴露于0. 02毫克/升氰酸钾之后红鏘鱼群凭借捕食防御本能聚集于中心的状况的图像。图15是检测本发明试验例的根据图14的图像的聚群红鏘鱼的一部分的红鏘鱼活动的传感器块被重叠显示在监视电视画面上的图像。图16是表示本发明其它实施例的斜视图。图17是表示本发明其它实施例的斜视图。
具体实施例方式以下，将根据附图来说明本发明的实施例。首先，根据附图来说明实施例1的水质自动监视装置。图1和图2中，水槽整体1由盛水槽2和泵水槽3和监视水槽4构成。首先，原水6中的原水6a从供水口 5被供应，到达盛水槽2。在盛水槽2中设有分段开设的多个供水口 7，对应于水位高低地，原水6b从分段开设的供水口 7被供给泵水槽 3。在供水口 5的供水量比由供水口 7供给泵水槽3的水量多的场合下，原水6a从盛水槽溢水管15排走。当被供给泵水槽3的原水6b达到潜水泵8的5厘米可运行水位以上时， 吸入原水6c，原水6d势必喷出向监视水槽4的内壁面。在四角形监视水槽4的除潜水泵8喷出口的一角之外的三个角上，安装有挡板9a、 挡板9b和挡板9c。挡板9a、挡板9b和挡板9c呈月牙状，所以原水不会滞留在四角形的角落地在监视水槽4内回流。原水6d成为原水6e，碰到最先的挡板9a，沿监视水槽5的内壁面回流。例如，如果不安装挡板9，则原水滞留于角落，发生腐败，氨等的产生成为红鏘鱼早死的原因。由潜水泵8喷出的原水6d首先碰到第一挡板9a，原水6e成为顺畅回流地碰到第二挡板％，原水6e成为顺畅回流地碰到第三挡板9c。原水6e变成原水6g，成为回流地与最初的原水6d合流，在监视水槽4内回流。对于沿监视水槽4的内壁面回流的原水6d和原水6e和原水6g，具有逆流游动习性的红鏘鱼群在没有有害物质混入的正常情况下游动到行动场所，不滞留于一定的地方。挡板9c具有多个孔10a，原水6f平时从挡板9c的多个孔IOa流入，例如当监视水槽4的水位达到8厘米以上时，原水6f从在挡板9c的对面的溢流管12排出。挡板9c的多个孔IOa中的一个孔的直径小于红鏘鱼11，因此红鏘鱼11不会通过所述多个孔IOa的孔。水位调节管13连接到溢流管12的下部，水位调节管13的延长配管和排水口 17 的延长配管是在监视水槽4的5厘米下限水位位置处连接的配管，当达到5厘米下限水位以下时，原水6f和原水他的排水停止，保持5厘米下限水位。因为监视水槽4保持5厘米最低水位，所以不会发生红鏘鱼群枯水而死的现象。回流的原水6e成为原水6g并沿监视水槽4的内壁面回流，原水6g流过捕网16 的网格16e，与原水6d汇合。原水6g的一部分从监视水槽4和泵水槽3之间的隔板14的多个孔IOb流入到泵水槽3。隔板14的多个孔IOb的一个孔的直径小于红鏘鱼11，所以红鏘鱼11不会通过多个孔IOb的孔。在监视水槽4的8厘米上限水位的情况下设定下限水位为5厘米，5厘米下限水位的设定是红鏘鱼可生存的最低水位。泵水槽3的5厘米下限水位是防止潜水泵8运行故障的最低运行水位。例如水位达到5厘米以下时，潜水泵8空运转，潜水泵齿轮发热而停止运行。因为保持5厘米下限水位，所以例如即便停止从供水口 5供应原水6a，潜水泵8也能持续运行，监视水槽4内的回流也会持续，红鏘鱼群可以生存。此外，监视水槽4的8厘米上限水位和5厘米下限水位符合鏘鱼在田地和小河的浅水中良好生息的习性。而且，自然界的鏘鱼具有群居生息的习性，具有有水流过的田地和小河是良好的生息环境和习性，本实施例的监视水槽4大约集群饲养20条红鏘鱼，监视水槽4内的水位浅，原水通常回流。在图3中，捕网16将网格16e系固在支柱16a上，网格16e周边用布边16b、布边 16c、布边16d附着，因此网格16e在水流中没有改变形状地被加强。捕网16的网格16e允许原水6g通过，也允许红鏘鱼11通过，体弱的红鏘鱼和死亡的红鏘鱼在打横状态下挂在捕网16上，由此被捕获。支柱16a固定在支柱固定管16f上，网16g附着在支柱固定管16f上以防止红鏘鱼11通过，支柱固定管16f覆盖在设于监视水槽4的底部中心的排水口 17上。布边16d紧贴着监视水槽4的底部，布边16b位于与监视水槽4的8厘米上限水位相同的位置，布边16c挂在隔板14上，因此红鏘鱼11不会从捕网16的间隙中通过。原水6d、原水6e、原水6g—边在监视水槽4中回流，一边排出相同的水量，通常在红鏘鱼群暴露于新鲜原水的状态，可检测原水中是否含有毒物。例如当原水中含有毒物和有害物质时，红鏘鱼被水中所含的毒性侵害，被监视水槽4内的回流冲漂，挂在捕网16上。但红鏘鱼Ild并非死了，而是在回流水压作用下在挂于捕网16的状态下被捕获。监视水槽4中的红鏘鱼群的饵料通过投饵器C每天1到2次地自动电动投放。通过监视摄像机18拍摄监视水槽4的红鏘鱼11，为了加强拍摄效果，5瓦小型荧光灯DM小时连续点亮。通过5瓦小型荧光灯，抑制了光合成，能够抑制监视水槽4内的藻类生成。在图4至图7中，在本实施例的水质自动监视装置中设有以下主要部件集群(在这个实施例中大约20条)饲养红鏘鱼11的监视水槽4 ；从监视水槽4的上部俯拍监视水槽4内的红鏘鱼11的活动的CXD摄像机18 ；CXD摄像机18所拍摄的影像被分配给4个相同影像(用于“异常”，用于“注意3”， 用于“注意2”，用于“注意1”)的影像分配部E ；图像处理部F，其中，由影像分配部E所分配的4个影像通过定时器控制部H按照用于“异常”、用于“注意3”、用于“注意2”、用于“注意1”的顺序以0. 5秒间隔被依次读�。� 从所读取的各影像中分别通过图像处理如此检测低浓度有害物质混入水样，纵横配置按照每64个感器点的方式分割设在监视水槽4整面上的共3584个传感器点s而形成的传感器块S，当监视水槽4内的红鏘鱼11活动并触碰各传感器块S内的传感器点s时，计数该传感器块S，被计数的传感器块数在由定时器控制部H预定的检测时间(用于“异常”的为75秒，用于“注意3”的为60秒，用于“注意2”的为45秒，用于“注意1”的为30秒)里连续小于预设的设定块数(用于“异常”的为4，用于“注意3”的为6，用于“注意2”的为8，用于“注意1”的为10)时，检测出低浓度有害物质混入水样；CXD摄像机18所拍摄的红鏘鱼影像和在该影像中被计数的传感器块S形成影像地被重叠显示的监视电视J ；用于在通过图像处理部F检测低浓度有毒物质混入原水时分别发出“异常”、“注意 3”、“注意2”和“注意1 ”警报的警报输出部G ；分别独立显示由警报输出部G所输出的警报的显示部I。就是说，例如当低浓度有毒物质混入原水6时，根据在图像处理部F中被计数的传感器块S数来自动分级发出警报。自动分级报警是事前报警“注意1”、“注意2”和“注意 3”和紧急应对的“异常”的4级。在此实施例中，为检测低浓度有害物质例如氰酸钾(0.02 毫克/升)的混入，被计数的传感器块S数在预定检测时间内连续为10以下时，判断为“注意1”，为8以下时，判断为“注意2”，为6以下时，判断为“注意3”，为4以下时，判断为“异常”，4级的设定块数(10、8、6、4)是预设的。例如，当低浓度有害物质混入原水6中且在图像处理部F中被计数的传感器块S 数在用于“异常”的设定检测时间(75秒)里连续为针对“异常”所设定的设定块数以下时，判断为“异常”，作为紧急对策，在警报输出部G中，在打开电磁阀A以便在集水容器B 中自动保存监视水槽4的原水6以供检查的同时，通过显示面板I的“异常”等闪烁和蜂鸣器发声以及外部输出K来通知管理者。而且，显示面板I除了水质警报输出G外作为装置警报L也单独显示漏水、水位异�：陀獾泼鸬龋┧ㄔ诼┧ǖ穆┧衅鞑饬壳榭鱿路⒊雎┧ǎ灰斐＞ㄔ诎沧坝诩嗍铀�4内的水位传感器测量情况下发出水位异常警报，荧光灯灭警报是在通电传感器检测情况下发出荧光灯灭警报，水位传感器安置在盛水槽2的内壁上，装置警报L也由外部输出K对外发出信号。接着，基于图8至图11的水质监视流程图说明水质监视控制内容。而且图8是“异常”监视流程图，图9是“注意3”监视流程图，图10是“注意2”监视流程图，图11是“注意 1”监视流程图。在这四幅水质监视流程图中，当确认红鏘鱼11行动时，从待机模式转至监视模式，进入监视状态。在开始监视时，在步骤Si、SlU S21、S31中同时启动监视定时器，在此时刻，步骤 S2、S12、S22、S32的用于“异常”的图像处理、用于“注意3”的图像处理、用于“注意2”的图像处理和用于“注意1”的图像处理的图像处理信息分别是有效的。再有，在定时器控制部H中设定了，该图像处理按照步骤Sl的用于“异常”的图像处理、步骤Sll的用于“注意 3”的图像处理、步骤S21的用于“注意2”的图像处理、步骤S31的用于“注意1”的图像处理的顺序每0. 5秒被连续启动。接着，在步骤S3、S13、S23、S33中判断被计数的传感器块数是否(传感器块判定) 分别为4、6、8、10以下(是)，如果不是(分别大于4、6、8、10)，则在步骤S4、S14、S24、S34 中完成定时器归零后，返回到步骤Si、Sll、S21、S31。如果在步骤S3、S13、S23、S33中的判断为是(分别为4、6、8、10以下)，则2秒后进至步骤S5、S15、S25、S35，再判断被计数的传感器块数是否(传感器块判断)分别为4、6、8、10以下(是)。就是说，所述再判断每2秒(0.5X4)执行一次，当在预定的检测时间 75秒、60秒、45秒、30秒里继续被计数的传感器块数分别大于4、6、8、10时，在步骤S4、S14、 S24、S34中完成定时器归零后，返回到步骤Si、Sll、S21、S31。此外，当被计数的传感器块数分别为4、6、8、10以下(是)时，在进至步骤S6、S16、 S26、S36且分别到时后，进入步骤S7、S17、S27、S37，分别检测到“异常”、“注意3”、“注意2” 和“注意1”并发出警报。在“注意3”、“注意2”和“注意1”的场合中，都是连续发出警报并返回初始监视状态，在“异常”场合中，不返回监视状态。接着，基于表1、2和图12至图15来说明试验例。表 权利要求
1.一种关于水质自动监视装置的低浓度有毒物质检测方法，该水质自动监视装置是在监视水槽内集群饲养红鏘鱼等小型鱼类并给该监视水槽连续供应水样来连续监视有毒物质混入该水样的水质自动监视装置，其特征是，利用红鏘鱼等小型鱼类具有防止被大型鱼类捕食的捕食防御本能和在感到危险时聚群的生态本能，通过设置在该监视水槽外面的 CCD摄像机拍摄在该监视水槽内的小型鱼类活动，通过图像处理从该影像中检测小型鱼类的聚群状态，由此检测低浓度有毒物质混入水样。
2.根据权利要求1所述的关于水质自动监视装置的低浓度有毒物质检测方法，其特征是，在检测出低浓度有毒物质混入水样时发出警报。
3.根据权利要求1或2所述的关于水质自动监视装置的低浓度有毒物质检测方法，其特征是，通过设置在该监视水槽上部的CCD摄像机俯拍在该监视水槽内的小型鱼类活动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的关于水质自动监视装置的低浓度有毒物质检测方法，其特征是，利用传感器点通过图像处理从该CCD摄像机所拍摄的影像中检测小型鱼类的聚群状态，由此检测低浓度有毒物质混入水样。
5.根据权利要求4所述的关于水质自动监视装置的低浓度有毒物质检测方法，其特征是，通过图像处理从该CCD摄像机所拍摄的影像中如此检测，在将每个有一定数量的传感器点地纵横模块化形成的多个传感器块配置在该监视水槽的整面上并且当该监视水槽内的小型鱼类活动并触碰各传感器单元的传感器点时计数该传感器块地编成的算法中，当被计数的传感器块数在预定的设定块数以下时，检测出低浓度有害物质混入水样。
6.根据权利要求5所述的关于水质自动监视装置的低浓度有毒物质检测方法，其特征是，分多级设定该设定块数，当被计数的传感器块数不到最小设定块数时，检测出由低浓度有害物质混入引起的水质异常并发出警报，当传感器块数在大于最小设定块数的设定块数以下时，分级检测出注意状态并发出注意警报。
7.一种水质自动监视装置，其特征是，它具有集群饲养红鏘鱼等小型鱼类的监视水槽；在该监视水槽内连续供应水样的供水机构；从外部拍摄在该监视水槽内的小型鱼类活动的CCD摄像机；从由该CCD摄像机所拍摄的影像中通过图像处理检测小型鱼类的聚群状态并由此检测到低浓度有毒物质混入水样中的图像处理机构。
8.根据权利要求7所述的水质自动监视装置，其特征是，该水质自动监视装置具有当由该图像处理机构检测到低浓度有毒物质混入水样时发出警报的报警机构。
9.根据权利要求7或8所述的水质自动监视装置，其特征是，该CXD摄像机设置在监视水槽的上部并俯拍在监视水槽内的小型鱼类活动。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的水质自动监视装置，其特征是，该图像处理机构通过用传感器点从由CCD摄像机所拍摄的影像中借助图像处理检测小型鱼类的聚群状态，由此检测低浓度有毒物质混入水样。
11.根据权利要求10所述的水质自动监视装置，其特征是，该图像处理机构如此通过图像处理从CCD摄像机所拍摄的影像中检测，在将每个有一定数量的传感器点地纵横模块化形成的多个传感器块配置在该监视水槽的整面上并且当该监视水槽内的小型鱼类活动并触碰各传感器单元的传感器点时计数该传感器块地编成的算法中，当被计数的传感器块数在预定的设定块数以下时，检测出低浓度有害物质混入水样。
12.根据权利要求11所述的水质自动监视装置，其特征是，该图像处理机构分多级设定该设定块数，并且在传感器块数不到最小设定块数时，检测出由低浓度有害物质混入引起的水质异常并发出警报，在被计数的传感器块数在大于最小设定块数的设定块数以下时，分级检测出注意状态并发出注意警报。
全文摘要
提供一种利用即使是被稀释的低浓度毒性也能被检测出来的水质自动监视装置的低浓度毒性检测方法和水质自动监视装置。在监视水槽(4)内集群饲养红鳉鱼等小型鱼类的情况下连续供应水样到监视水槽(4)中并连续监视有毒物质混入该水样的水质自动监视装置中，利用红鳉鱼等小型鱼类有防止被大型鱼类捕食的捕食防御本能和在感到危险时聚群的生态本能，通过设置在监视水槽(4)上部的CCD摄像机(18)拍摄在监视水槽(4)内的红鳉鱼(11)活动，通过图像处理从该影像中检测红鳉鱼(11)的聚群状态，由此检测低浓度有毒物质混入水样。
文档编号G01N33/18GK102565295SQ20111034030
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月1日 优先权日2010年11月2日
发明者山本隆洋 申请人:山本隆洋, 环境电子株式会社
专业数控铣床产品供应商
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