目錄 《智能科學技術著作叢書》序 前言 第1章 緒論 1 1.1 水體污染與水資源安全 1 1.2 常見水質監測方法 4 1.2.1 水質的理化分析法 4 1.2.2 水質的生物式監測法 7 1.3 基于魚類行為分析的水質監測方法 10 1.3.1 水體污染物對魚類行為的影響 11 1.3.2 用于監測水質的常用魚 14 1.4 生物式水質監測系統 17 1.5 小結 18 參考文獻 19 第2章 魚類行為語義模型 24 2.1 引言 24 2.2 魚類個體語義行為建模 24 2.2.1 單條魚行為模型 24 2.2.2 單條魚決策模型 27 2.3 魚類群體語義行為建模 31 2.3.1 群體行為的定義和功能 31 2.3.2 群體行為數學模型 34 2.4 小結 36 參考文獻 36 第3章 魚類目標識別與跟蹤 39 3.1 引言 39 3.2 魚體目標識別方法 39 3.2.1 魚體圖像預處理 39 3.2.2 濾波方法 40 3.2.3 二維Otsu魚體圖像分割算法 44 3.2.4 基于顏色聚類的二次分割算法 47 3.3 魚體骨架中心線識別方法 49 3.3.1 骨架中心線擬合 49 3.3.2 魚體坐標的建立 49 3.3.3 魚體運動速度的獲取 50 3.3.4 魚體運動軌跡 51 3.4 魚類目標跟蹤方法 51 3.4.1 粒子濾波跟蹤原理 52 3.4.2 魚類目標動態模型 58 3.4.3 魚類目標觀測模型 61 3.4.4 魚類目標跟蹤算法實現 64 3.5 小結 68 參考文獻 68 第4章 魚類個體行為預警方法 70 4.1 引言 70 4.2 單條魚行為識別方法 70 4.2.1 狀態池神經網絡 71 4.2.2 軌跡預測模型 72 4.2.3 魚行為軌跡預測結果及其應用 74 4.3 單條魚行為決策模型 79 4.3.1 動力學決策模型 79 4.3.2 鄰近個體數量 84 4.3.3 鄰近個體活躍度 86 4.3.4 個體數量與活躍度的交互 87 4.4 基于尾頻的預警方法 89 4.4.1 尾頻建模 89 4.4.2 魚撞壁行為建模 91 4.4.3 尾頻和撞壁反映水質變化 92 4.4.4 魚尾頻在水質監測中的應用 97 4.5 基于魚類游動軌跡的水質預警方法 99 4.5.1 軌跡相似性度量 99 4.5.2 魚類行為軌跡建模 102 4.5.3 軌跡建模在水質監測中的應用 108 4.6 小結 110 參考文獻 110 第5章 魚類群體行為預警方法 114 5.1 引言 114 5.2 基于圖論的魚群目標分割 114 5.2.1 圖論算法原理 114 5.2.2 改進的群目標分隔算法 116 5.3 群聚行為量化模型 119 5.3.1 魚群的三角網格模型 122 5.3.2 群聚半徑和群聚數 125 5.4 基于群聚參數的水質預警方法 130 5.4.1 群聚參數的閾值 131 5.4.2 污染物對群聚行為的影響 134 5.5 群體行為量化指標 135 5.5.1 平均游動速度 136 5.5.2 極化值 137 5.5.3 *近鄰距離 139 5.6 小結 141 參考文獻 142 第6章 基于免疫模型的水質安全預警系統 143 6.1 引言 143 6.2 生物免疫系統原理 144 6.2.1 生物免疫系統的組織結構 144 6.2.2 生物免疫機制 146 6.2.3 生物免疫系統特征 148 6.2.4 水質預警免疫模型 150 6.3 基于克隆選擇原理的目標魚分割算法 155 6.3.1 克隆選擇原理 155 6.3.2 基于克隆選擇的圖像分割算法 157 6.3.3 分割實驗與結果分析 160 6.4 基于否定選擇原理的水質監測方法 162 6.4.1 構建基因庫 163 6.4.2 計算重疊率 165 6.4.3 算法實現與實驗結果 166 6.5 小結 168 參考文獻 168 第7章 水質在線檢測預警系統設計與應用 171 7.1 引言 171 7.2 系統總體規劃 171 7.2.1 系統運行流程 171 7.2.2 軟件系統主要功能 172 7.2.3 系統硬件平臺 173 7.2.4 系統監測水箱 174 7.3 系統軟件開發 176 7.3.1 系統開發環境 177 7.3.2 數據庫設計 178 7.4 系統功能介紹 178 7.4.1 系統界面 178 7.4.2 系統設置 179 7.5 小結 185