基于鱼类心电的水体突发污染在线监测方法、装置及系统与流程

本公开属于水质评价的技术领域，涉及一种基于鱼类心电的水体突发污染在线监测方法、装置及系统。

背景技术：

随着人类改造社会的能力增强以及工业化、农业化的不断发展，水体环境污染愈加严重，环境问题严峻，突发污染事故频发。水体突发污染事故是水资源水质在短期内恶化速率突然加大的水污染现象，由于其没有固定的排放途径，且突发、凶猛，往往在短时间内排放大量有害污染物，因此对人类健康及生命安全会造成威胁，制约着生态与经济的可持续发展。因此实现对水体突发污染事故的在线监测与评估是十分重要的。

目前，针对水体突发污染事故主要有试纸法、便携式仪器分析法和实验室系统分析法等。但是试纸法误差较大，容易受检验人员主观影响以及容易受环境因素变化的影响；便携式仪器专用性强，但是其价格较高。其中检测环境中重金属污染物的方法有伏安电极法，伏安电极法测定性质差别大的参数时要频繁更换电极，且检测结果易受样品基数效应的影响。便携式气质联用仪是检测环境中有机物污染物的，它将气相色谱的高分辨能力和质谱检测器能对不同结构分子显示较强的定性能力相结合。

然而，这些方法都只是在发生突发污染事故后进行评估，不能实现水体突发污染事故的在线监测，不能及时迅速地对水污染突发事故进行评估，不能最大可能的降低水体突发污染对经济、社会和自然环境的造成的损失。因此，实现对水体突发污染事故在线监测与评估十分重要，从而及时地对水体突发污染事故进行预警与评估，尽可能降低经济与自然环境的损失。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本公开提供了一种基于鱼类心电的水体突发污染在线监测方法、装置及系统，基于在保持鱼类正常游动状态下实时连续在线心电采集的鱼类心电和各种水质参数传感器采集的水质参数，在线综合分析水质情况，对水体突发污染进行在线监测与评估，本公开具有普适性，可以广泛应用于水体突发污染事故在线监测与评估。

本公开的一个或多个实施例提供一种基于鱼类心电的水体突发污染在线监测方法。

一种基于鱼类心电的水体突发污染在线监测方法，该方法包括：

获取鱼类接触待测水质前鱼体心电信号以及鱼类接触待测水质后若干特定时间点的鱼体心电信号；

分别提取获取的各个鱼体心电信号qrs间期时长和qt间期时长的心电指标；

分析鱼类接触待测水质前以及鱼类接触待测水质后若干特定时间点的心电指标的变化，若变化超过预设阈值，则判断污染物种类，并获取水质参数传感器采集的水质参数，否则，待测水体合格；

根据水质参数传感器采集的水质参数进一步确定具体污染物种类和污染量范围。

进一步地，在本方法中，分别获取若干条鱼类接触待测水质前鱼体心电信号以及接触待测水质后若干特定时间点的鱼体心电信号。

进一步地，该方法还包括：对鱼体心电信号进行预处理，所述预处理包括滤波和去除干扰处理。

进一步地，所述水质参数包括温度、浊度、ph、电导率、氨氮、总磷、总氮、toc、cod、叶绿素、cd、cr、cu、fe、zn、pb和mn。

进一步地，在该方法中，同时获取鱼类接触待测水质前鱼体心电信号以及鱼类接触待测水质后若干特定时间点的鱼体心电信号和水质参数传感器采集的水质参数，用于进行水体突发污染在线监测。

根据本公开的一个或多个实施例的另一个方面，还提供一种计算机可读存储介质。

一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种基于鱼类心电的水体突发污染在线监测方法。

根据本公开的一个或多个实施例的另一个方面，还提供一种终端设备。

一种终端设备，采用互联网终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述一种基于鱼类心电的水体突发污染在线监测方法。

根据本公开的一个或多个实施例的另一个方面，还提供一种基于鱼类心电的水体突发污染在线监测系统。

一种基于鱼类心电的水体突发污染在线监测系统，该系统基于一种基于鱼类心电的水体突发污染在线监测方法实现，包括：

鱼类心电实时采集装置、信号接收器、水质参数传感器和计算终端设备；

所述鱼类心电实时采集装置通过契合鱼类外形的载体安装于鱼体上，所述载体实现载体与鱼类心电实时采集装置的重力与浮力相等状态；

所述鱼类心电实时采集装置包括防水外壳，所述防水外壳内固定放置微型心电信号处理装置、与其连接的存储装置和电池，所述微型心电信号处理装置通过导线连接电极，所述防水外壳底端设置引出电极的电极引出口，电极刺入鱼体围心腔内采集原始心电信号，并将心电信号通过导线传输至所述微型心电信号处理装置进行处理；所述防水外壳侧面设置用于放置信号发射器的通孔，所述信号发射器发射端由所述防水外壳主体内穿过通孔且与通孔密封连接，所述信号发射器分别与电池和微型心电信号处理装置连接，发射处理后的心电信号至与其配合的信号接收器，完成鱼类实时心电信号采集；

所述信号接收器安装于水槽侧壁，用于接收处理后的心电信号，并将接收的心电信号发送至计算终端设备；

所述水质参数传感器接收计算终端设备的采集信号，用于采集水质参数发送至计算终端设备，所述水质参数包括温度、浊度、ph、电导率、氨氮、总磷、总氮、toc、cod、叶绿素、cd、cr、cu、fe、zn、pb和mn。

进一步地，所述水质参数传感器包括温度传感器、浊度传感器、ph传感器、电导率传感器、氨氮传感器、总磷传感器、总氮传感器、toc传感器、cod传感器、叶绿素传感器和重金属传感器；所述重金属传感器包括镉传感器、铬传感器、铜传感器、铁传感器、锌传感器、铅传感器和锰传感器。

进一步地，该系统的所述电极包括采集电极和参考电极，所述采集电极埋入待采集鱼体心电信号的鱼类的围心腔内，所述参考电极埋入待采集鱼体心电信号的鱼类的泄殖孔附近，所述采集电极与所述参考电极埋入鱼体内的长度相等。

本公开的有益效果：

本公开所述的一种基于鱼类心电的水体突发污染在线监测方法、装置及系统，将基于鱼类心电指数在线监测水体突发污染事故和水质参数分析评估技术结合起来，心电异常是其他水质监测仪表的启动开关，只有心电参数异常，才开始监测分析，有效节约了电能，通过监测分析平台发现心电参数异常，就会对水质进行实时在线采样，并进一步集合水质参数重金属传感器的具体监测结果，或者toc与cod的在线分析结果，从而进一步确定具体污染物种类和污染量范围，从而及时高效准确地实现针对水体污染事故的在线监测与评估，确保了对水体突发污染事故监测的及时监测与评估反馈，将生物监测与理化监测相结合。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本公开一个或多个实施例中的一种基于鱼类心电的水体突发污染在线监测方法流程图；

图2为本公开一个或多个实施例中的一种基于鱼类心电的水体突发污染在线监测系统原理图；

图3为本公开一个或多个实施例中的一种基于鱼类心电的水体突发污染在线监测系统结构示意图；

其中，1是防水外壳，2是电池，3是信号发射器，4是微型心电信号处理装置，5是导线，6是电极，7是载体，8是鱼体，9是水槽，10是信号接收器，11是计算机。

具体实施方式：

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本实施例使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要注意的是，附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施例的方法和系统的可能实现的体系架构、功能和操作。应当注意，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分可以包括一个或多个用于实现各个实施例中所规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为备选的实现中，方框中所标注的功能也可以按照不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，或者它们有时也可以按照相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。同样应当注意的是，流程图和/或框图中的每个方框、以及流程图和/或框图中的方框的组合，可以使用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以使用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

基于鱼类心电分析可以对水质进行实时地监控，从而及时地对水体突发污染事故进行预警与评估，尽可能降低经济与自然环境的损失。本发明为了克服现有技术中无法将实时监测水质与对水体突发污染事故在线评估的问题，提供一种在保持鱼类正常游动状态下实时连续在线心电采集装置以及将其作为各种水质参数传感器的启动装置保证水体突发污染事故在线监测与评估及时有效的方法。

本公开的一个或多个实施例提供一种基于鱼类心电的水体突发污染在线监测方法。

如图1所示，一种基于鱼类心电的水体突发污染在线监测方法，该方法包括：

获取鱼类接触待测水质前鱼体心电信号以及鱼类接触待测水质后若干特定时间点的鱼体心电信号；

分别提取获取的各个鱼体心电信号qrs间期时长和qt间期时长的心电指标；

分析鱼类接触待测水质前以及鱼类接触待测水质后若干特定时间点的心电指标的变化，若变化超过预设阈值，则判断污染物种类，并获取水质参数传感器采集的水质参数，否则，待测水体合格；

根据水质参数传感器采集的水质参数进一步确定具体污染物种类和污染量范围。

进一步地，在本方法中，分别获取若干条鱼类接触待测水质前鱼体心电信号以及接触待测水质后若干特定时间点的鱼体心电信号。

进一步地，该方法还包括：对鱼体心电信号进行预处理，所述预处理包括滤波和去除干扰处理。

进一步地，所述水质参数包括温度、浊度、ph、电导率、氨氮、总磷、总氮、toc、cod、叶绿素、cd、cr、cu、fe、zn、pb和mn。

进一步地，在该方法中，同时获取鱼类接触待测水质前鱼体心电信号以及鱼类接触待测水质后若干特定时间点的鱼体心电信号和水质参数传感器采集的水质参数，用于进行水体突发污染在线监测。

进一步地，在该方法中，常规五参数(温度、浊度、ph、电导率、氨氮)的传感器正常运行，然后心电异常是其他水质监测仪表的启动开关(也就是说除了五参数，其他参数接电但不工作，只有ecg异常，才开始监测分析)。

根据本公开的一个或多个实施例的另一个方面，还提供一种计算机可读存储介质。

一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种基于鱼类心电的水体突发污染在线监测方法。

根据本公开的一个或多个实施例的另一个方面，还提供一种终端设备。

一种终端设备，采用互联网终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述一种基于鱼类心电的水体突发污染在线监测方法。

这些计算机可执行指令在设备中运行时使得该设备执行根据本公开中的各个实施例所描述的方法或过程。

在本实施例中，计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本公开的各个方面的计算机可读程序指令。计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、静态随机存取存储器(sram)、便携式压缩盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能盘(dvd)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

本文所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本公开内容操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(isa)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如c++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“c”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(fpga)或可编程逻辑阵列(pla)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开内容的各个方面。

根据本公开的一个或多个实施例的另一个方面，还提供一种基于鱼类心电的水体突发污染在线监测系统。

对保持鱼类正常游动状态下实时连续在线心电采集，同时对各项水质指标进行在线监测：温度、浊度、ph、电导率、氨氮、总磷、总氮、toc、cod、叶绿素以及各种重金属传感器(cd,cr，cu，fe，zn，pb，mn，等)的监测，并且配备实时在线水质采样技术。其中各种水质参数通过监测分析平台进行统一决定。如果在水质监测过程中心电参数发生异常，那么心电参数异常是实时在线水质采样技术和除常规五参数外的参数的运行的启动开关。因此，本技术将基于鱼类心电参数分析监测和水质参数分析评估结合起来，可以及时迅速地对水体突发污染事故进行评估，降低危害。

如图2-图3所示，一种基于鱼类心电的水体突发污染在线监测系统，该系统基于一种基于鱼类心电的水体突发污染在线监测方法实现，包括：

鱼类心电实时采集装置、信号接收器、水质参数传感器和计算终端设备；

所述鱼类心电实时采集装置通过契合鱼类外形的载体安装于鱼体上，所述载体实现载体与鱼类心电实时采集装置的重力与浮力相等状态；

所述鱼类心电实时采集装置包括防水外壳，所述防水外壳内固定放置微型心电信号处理装置、与其连接的存储装置和电池，所述微型心电信号处理装置通过导线连接电极，所述防水外壳底端设置引出电极的电极引出口，电极刺入鱼体围心腔内采集原始心电信号，并将心电信号通过导线传输至所述微型心电信号处理装置进行处理；所述防水外壳侧面设置用于放置信号发射器的通孔，所述信号发射器发射端由所述防水外壳主体内穿过通孔且与通孔密封连接，所述信号发射器分别与电池和微型心电信号处理装置连接，发射处理后的心电信号至与其配合的信号接收器，完成鱼类实时心电信号采集；

所述信号接收器安装于水槽侧壁，用于接收处理后的心电信号，并将接收的心电信号发送至计算终端设备；

所述水质参数传感器接收计算终端设备的采集信号，用于采集水质参数发送至计算终端设备，所述水质参数包括温度、浊度、ph、电导率、氨氮、总磷、总氮、toc、cod、叶绿素、cd、cr、cu、fe、zn、pb和mn。

所述水质参数传感器包括温度传感器、浊度传感器、ph传感器、电导率传感器、氨氮传感器、总磷传感器、总氮传感器、toc传感器、cod传感器、叶绿素传感器和重金属传感器；所述重金属传感器包括镉传感器、铬传感器、铜传感器、铁传感器、锌传感器、铅传感器和锰传感器。

该系统的所述电极包括采集电极和参考电极，所述采集电极埋入待采集鱼体心电信号的鱼类的围心腔内，所述参考电极埋入待采集鱼体心电信号的鱼类的泄殖孔附近，所述采集电极与所述参考电极埋入鱼体内的长度相等。

心电信号采集存储器可以采集鱼体的心电信号，通过滤波技术把干扰信号过滤掉，并将过滤后的信号存储起来，具有采集功能、滤波功能与存储信号功能。

信号发射器可以将采集到的心电信号发射出去，信号经过水体和空气，发射到信号接收器，信号接收器可以接收经过水体以及空气的心电信号。

导线与心电信号采集存储器相连接，主要用来传输信号，从防水外壳的一端发出，导线一共三根，均由铜丝制作而成，外皮用tpe热塑型橡胶包覆。

电极均接在三根导线的末端，以银制细针制备，银质针直径为0.25mm，并带有针尖，以便刺入鱼体围心腔内。

在心电采集存储器的另一端具有与电池接触的金属对应接口，以便于连接电池，供应采集器通电。

防水外壳是由金属合金制成，将心电采集存储器与电池密封包裹起来，密封处是设计为螺纹连接结构，方便拆卸以更换电池等。

鞍状载体选用低密度材质，由3d打印机打印而成，与装置契合后放在水里能够不至于下沉，也不会上浮，达到刚好其重力与浮力相等的状态，避免给鱼体造成负重，影响鱼的正常游动。

其中，为保障对针对水体突发污染事故的在线监测与分析，本水质在线监测与评估系统分为两种运行模式：第一种该系统中各仪表可以正常运行对水质进行监测，各种水质指标实时在线监测，保证对水质的监测全面具体。但该种模式相对地较耗费电力资源等。第二种模式是常规五参数即温度、浊度、ph、电导率、氨氮正常运行对水质进行监测，如果心电指标发生异常，他水质监测仪表的启动就会启动，开始全面监测分析。

在不同的重金属污染物胁迫下，斑马鱼的心电会出现不同的变化。qrs间期和重金属污染物胁迫有明显的相关性，通过研究观察和分析qrs间期可以监测水质中重金属污染物。qt间期和有机污染物胁迫有明显的相关性，通过研究观察和分析qt间期可以监测水质中有机污染物。因此我们可以结合心电参数的异常来判断污染物的种类是有机物还是重金属。并且进一步集合水质参数重金属传感器的具体监测结果，以及toc与cod的在线分析结果，从而进一步确定具体污染物种类和污染量范围，从而及时高效准确地实现针对水体污染事故的在线监测与评估。其中我们配备实时在线水质采样技术，心电异常是水质自动采样的开关。这样一旦我们通过监测分析平台发现心电参数异常，就会对水质进行实时在线采样。

以污染物为有机污染物溴氰菊酯为例，该系统第一种模式运行时，化学指标监测系统与生物指标监测系统以及水质评价系统都是正常运行，实时监测水质。若出现有机物溴氰菊酯时，则各项化学指标会发生变化，同时心电通过分析数据表明，斑马鱼的心电各参数，随着溴氰菊酯的浓度升高，p波、q波、r波、s波和t波的振幅呈减小的趋势，而pr间期、qrs间期、st间期和qt间期的时长随溴氰菊酯的浓度的升高而增加。其中基于线性回归的qt间期与环境压力(e)的相关分析表明，p波和r波与溴氰菊酯环境压力(e)存在显著相关，而qt间期与环境压力(e)具有极显著相关，因此qt间期和有机污染物胁迫有明显的相关性。qt间期可以监测水质中有机污染物。因此我们可以结合心电参数的异常来判断污染物的种类是有机物还是重金属。

并且进一步集合水质参数重金属传感器的具体监测结果，或者toc与cod的指标会发生值偏高的在线分析结果，从而进一步确定具体污染物种类，和污染量范围，从而及时高效准确地实现针对水体污染事故的在线监测与评估。同时心电指标一旦异常，就会启动水质自动采样，采集水样，对水样进行分析，综合检测突发污染事故的污染物种类。该系统第二种模式运行时，如果水质正常没有污染时，只有常规五参数即温度、浊度、ph、电导率、氨氮正常运行对水质进行监测，但是其余化学指标监测并不运行。如果心电指标发生异常，他水质监测仪表和水质自动采样就会启动，开始全面监测分析水质。

qrs间期和重金属污染物胁迫有明显的相关性，通过研究观察和分析qrs间期可以监测水质中重金属污染物。qt间期和有机污染物胁迫有明显的相关性。qt间期可以监测水质中有机污染物。因此我们可以结合心电参数的异常来判断污染物的种类是有机物还是重金属。并且进一步集合水质参数重金属传感器的具体监测结果，或者toc与cod的在线分析结果，从而进一步确定具体污染物种类，和污染量范围，从而及时高效准确地实现针对水体污染事故的在线监测与评估。其中我们配备实时在线水质采样技术，心电异常是实时在线采样的开关。这样一旦我们通过监测分析平台发现心电参数异常，就会对水质进行实时在线采样。并且进一步集合水质参数重金属传感器的具体监测结果，或者toc与cod的在线分析结果，从而进一步确定具体污染物种类和污染量范围，从而及时高效准确地实现针对水体污染事故的在线监测与评估。其中我们配备实时在线水质采样技术，心电异常是水质自动采样的开关。这样一旦我们通过监测分析平台发现心电参数异常，就会对水质进行实时在线采样。

本公开的有益效果：

本公开所述的一种基于鱼类心电的水体突发污染在线监测方法、装置及系统，将基于鱼类心电指数在线监测水体突发污染事故和水质参数分析评估技术结合起来，心电异常是其他水质监测仪表的启动开关，只有心电参数异常，才开始监测分析，有效节约了电能，通过监测分析平台发现心电参数异常，就会对水质进行实时在线采样，并进一步集合水质参数重金属传感器的具体监测结果，或者toc与cod的在线分析结果，从而进一步确定具体污染物种类和污染量范围，从而及时高效准确地实现针对水体污染事故的在线监测与评估，确保了对水体突发污染事故监测的及时监测与评估反馈，将生物监测与理化监测相结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。因此，本公开将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。