[發明專利]一種基于斑馬魚應激反應的水質預警檢驗方法及系統

有效

• 申請號: 202110294892.0
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN112881640B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 黃毅;蘆玥同;武軍旭
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: G01N33/18
• 分類號: G01N33/18
• 代理公司: 西安維賽恩專利代理事務所(普通合伙) 61257
• 代理人: 劉春

本發明公開了一種基于斑馬魚應激反應的水質預警檢驗方法及系統，其基于一平行雙通道試驗監測箱，S1、將清潔水加入對照區，將待測水源經預處理后加入檢測區，再將無損傷光照條件下篩選出的斑馬魚分別、等量的投入到對照區和檢測區；S2、采集所述對照區和檢測區中各個斑馬魚的連續圖像序列幀，再計算出兩個箱體中各個斑馬魚的運動參數；S3、根據所述運動參數初步認定檢測區的斑馬魚是否出現異常行為，檢測區的待測水源是否發生污染；S4、對斑馬魚進行無損傷性聲音刺激再判斷檢測區的待測水源發生污染的預判是否真實。解決了現有技術通過斑馬魚行為響應信息對水質在線監測時，誤報警率高、穩定性差的問題。

技術領域

本發明涉及水環境污染監測技術領域，尤其涉及一種基于斑馬魚應激反應的水質預警檢驗方法及系統。

背景技術

近年來頻繁發生的水污染事件給社會安定和經濟發展帶來了巨大影響。隨著“水十條”、“河長制”和“環保督查”等政策法規的出臺和深入推進，能夠預報重大或流域性水質污染事故、解決跨行政區域的水污染糾紛以及監督排放達標的水質在線預警技術的發展顯得尤為重要。

現有的理化在線設備僅能分析幾十項化學或水質綜合類指標，相比全國至少2500～2900種/年有毒化學品的生產使用存在的潛在威脅，這些指標涵蓋的范圍實在有限。水質生物監測大大彌補了這方面的不足，可從生物學角度反映大部分化學品污染引起的水體綜合環境的變化。其中，基于計算機視覺技術獲取斑馬魚行為響應信息的水質在線監測研究受到廣泛關注。這種信息獲取方式對斑馬魚無干擾，可持續不斷的獲取行為數據實現水質在線監測，相比于其他生物，斑馬魚是國際標準組織ISO推薦的標準模式生物，具有毒理學數據豐富、對廣泛的毒性物質敏感、續航能力強和運行成本低等優點。但在實際使用中存在誤報警率高、穩定性差的問題?；瘜W品暴露下斑馬魚的行為響應明顯，且暴露水平與異常行為特征呈現出良好的劑量—效應關系，是建立水質預警模型的基礎。然而，在實際使用中斑馬魚的行為亦受其他非化學品暴露因素的干擾，使行為響應信息離散度大，影響系統的穩定性。將可控因素包括水溫、pH、光照、噪音、信號采集模式和進水流速等控制在一定范圍，可有效地減少對斑馬魚行為信息的干擾。但仍無法避免斑馬魚的自然行為或其他不可控因素引起的隨機變化，出現與化學品暴露相似的異常行為特征，這些異常行為未經檢驗而直接引入水質預警模型計算是導致系統誤報的主要原因。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于斑馬魚應激反應的水質預警檢驗方法及系統，以解決現有技術通過斑馬魚行為響應信息對水質在線監測時，誤報警率高、穩定性差的問題。

本發明采用以下技術方案：一種基于斑馬魚應激反應的水質預警檢驗方法，其特征在于，其基于一平行雙通道試驗監測箱，所述平行雙通道試驗監測箱具有并排設置、且互不相通的兩個箱體：對照區和檢測區；所述對照區和檢測區內均設置有一聲音發生器和一光照發生器；

所述水質預警檢驗方法包括以下內容：

S1、將清潔水加入對照區，將待測水源經預處理后加入檢測區，并且使清潔水和待測水保持持續循環狀態；再將無損傷光照條件下篩選出的斑馬魚分別、等量的投入到對照區和檢測區；

S2、采集所述對照區和檢測區中各個斑馬魚的連續圖像序列幀，再對所述連續圖像序列幀依次進行平滑、閾值分割和去噪處理后，計算出兩個箱體中各個斑馬魚的運動參數；所述運動參數包括速度因子、軌跡因子和狀態因子；

S3、根據所述運動參數分別計算所述對照區和檢測區的綜合的變異系數和并進行以下判斷：如果則初步認定檢測區的斑馬魚出現異常行為，檢測區的待測水源發生污染；反之，則認定檢測區的斑馬魚未出現異常行為，檢測區的待測水源未發生污染；

S4、當初步認定斑馬魚出現異常行為時，則開啟分別設置在對照區和檢測區的兩個聲音發生器，以對斑馬魚進行無損傷性聲音刺激；