一种基于生物行为的在线水质监测系统及监测方法

本发明涉及环境监测，具体为一种基于生物行为的在线水质监测系统及监测方法。

背景技术：

1、目前，国内的高校和科研机构，针对水体污染的检测方法主要有以下几种：试纸法、便携式仪器分析法和实验室系统分析法以及在线生物监测法等。除在线生物监测法，其余诸如试纸法、便携式仪器分析法和实验室系统分析法大都只是在发生污染事故后进行评估，因此不能实现在线监测，不能及时、迅速、有效地对水污染事故进行评估，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经济失。因此在线生物监测法对于实现水体污染事故的监测与评估十分重要，并含有极高的经济价值和市场前景。

2、自1800年以来，经过两个世纪的发展，针对水体突发污染事件的在线生物监测技术越来越完善，应用最广泛，发展最完善的为基于生物行为指标的在线生物监测技术。水生生物在遭遇有毒化学物质污染或水质恶化时会自主发生行为学上的改变(如逃避)，当发生严重污染或人为投毒时其运动行为的强度会大幅度下降，甚至由于死亡而停止运动。

3、现有的基于生物行为指标的在线生物监测技术，主要在监测游行、呼吸等行为指标，代谢率等新陈代谢指标，或心电、脑电等生物电指标，整体监测的指标较为单一，对水质的监测还不够完善。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种基于生物行为的在线水质监测系统及监测方法，旨在解决现有技术中监测的指标较为单一，对水质的监测还不够完善的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提出一种基于生物行为的在线水质监测系统，包括：

3、生物传感装置，其包括至少一个生物行为传感器，所述生物行为传感器包括监测管和设置在所述监测管上的四极阻抗行为采集组件和三维示踪行为采集组件；

4、流水控制装置，其与所述监测管连通，用于实现所述监测管内水流的循环；

5、控制终端，其与所述生物行为传感器和所述流水控制装置电连接，且用于控制所述流水控制装置以及接收所述四极阻抗行为采集组件和所述三维示踪行为采集组件所采集的信息。

6、更优地，所述四极阻抗行为采集组件包括两对电极，每对电极包括信号发射电极和信号接收电极，所述信号发射电极和所述信号接收电极相对设置、且均设置在所述监测管内；所述信号发射电极和所述信号接收电极上均设有多个电极接点，所述电极接点通过信号线连接所述控制终端上的电极信号识别模块。

7、更优地，所述三维示踪行为采集组件包括两个摄像头，两个所述摄像头相互平行设置在所述监测管的正上方、且拍摄方向朝下，两个所述摄像头通过视频信号线连接所述控制终端上的视频信息解析模块。

8、更优地，所述监测管包括管体、顶盖和底盖，所述管体上下两端开口，所述顶盖和所述底盖分别设置在所述管体上下两端；所述顶盖设有溢流口，所述底盖开设有进水口，所述溢流口和所述进水口均与所述流水控制装置连通。

9、更优地，所述流水控制装置包括水槽和蠕动泵，沿水流方向，所述水槽、所述蠕动泵、所述监测管以及所述水槽依次连通形成回路。

10、更优地，所述流水控制装置还包括充氧泵，所述充氧泵与所述水槽连通以向所述水槽内的水泵入氧气。

11、更优地，所述生物行为传感器设有四个，所述流水控制装置还包括一分四分流器，所述一分四分流器设置在所述水槽和所述蠕动泵之间。

12、更优地，所述流水控制装置还包括四合一分流器，所述四合一分流器设置在所述生物行为传感器与所述水槽之间。

13、更优地，还包括框架，所述框架内部中空，所述生物传感装置安装在所述框架的侧边，所述流水控制装置设置在所述框架的内部，所述控制终端设置在所述框架的上端。

14、更优地，所述控制终端包括依次电性连接的数据接收模块、数据转化模块以及显示模块，所述数据接收模块与所述生物行为传感器和所述流水控制装置电连接，所述转化模块用于将所述数据接收模块所接收的鱼类行为活动信号转化为基于生物行为的具体数值，同时转化为可视信号，所述显示模块用于显示所述转化模块转化后的可视信号。

15、本发明还提出一种基于生物行为的在线水质监测方法，采用上述的在线水质监测系统，在线水质监测方法包括以下步骤：

16、s1，向监测管内加水；

17、s2，开启流水控制装置；

18、s3，将鱼体放入监测管内；

19、s4，开启四极阻抗行为采集组件和三维示踪行为采集组件；

20、s5，控制终端接收并显示四极阻抗行为采集组件和三维示踪行为采集组件所采集的信息。

21、更优地，流水控制装置包括水槽，在步骤s2之前，先往水槽内加入待测水源地的水，且所加入的水不超过水槽的2/3容量。

22、更优地，在步骤s2和s3之间，开启流水控制装置进行水流速度调节，之后空跑运行10～20分钟。

23、更优地，在步骤s3之前，选用健康状况良好的成年鱼体，在进行监测前1天停止对所需适用鱼喂食。

24、更优地，开启四极阻抗行为采集组件和三维示踪行为采集组件20～40分钟后，再进行步骤s5。

25、本发明一种基于生物行为的在线水质监测系统及监测方法，至少具有以下有益效果：基于四极阻抗与三维示踪印迹分析技术，构建水生生物个体识别与行为在线采集系统，实现受试生物个体的单一识别与行为分析。采用在线监测方式，数据采集实时精准。在应用中，可结合水质理化参数分析，构建水质监测综合评价系统，及时准确地了解水质的基本状况，可用于水体突发污染事故的安全预警。

技术特征：

1.一种基于生物行为的在线水质监测系统，其特征在于，包括

2.根据权利要求1所述的一种基于生物行为的在线水质监测系统，其特征在于，所述四极阻抗行为采集组件(12)包括两对电极，每对电极包括信号发射电极(121)和信号接收电极(122)，所述信号发射电极(121)和所述信号接收电极(122)相对设置、且均设置在所述监测管(11)内；所述信号发射电极(121)和所述信号接收电极(122)上均设有多个电极接点，所述电极接点通过信号线(123)连接所述控制终端(3)上的电极信号识别模块(31)；

3.根据权利要求1所述的一种基于生物行为的在线水质监测系统，其特征在于，所述流水控制装置(2)包括水槽(21)和蠕动泵(22)，沿水流方向，所述水槽(21)、所述蠕动泵(22)、所述监测管(11)以及所述水槽(21)依次连通形成回路。

4.根据权利要求3所述的一种基于生物行为的在线水质监测系统，其特征在于，所述流水控制装置(2)还包括充氧泵(23)，所述充氧泵(23)与所述水槽(21)连通以向所述水槽(21)泵入氧气。

5.根据权利要求3所述的一种基于生物行为的在线水质监测系统，其特征在于，所述生物行为传感器(1)设有四个，所述流水控制装置(2)还包括一分四分流器(24)和四合一分流器(25)，所述一分四分流器(24)设置在所述水槽(21)和所述蠕动泵(22)之间，所述四合一分流器(25)设置在所述生物行为传感器(1)与所述水槽(21)之间。

6.根据权利要求1所述的一种基于生物行为的在线水质监测系统，其特征在于，还包括框架(4)，所述框架(4)内部中空，所述生物传感装置安装在所述框架(4)的侧边，所述流水控制装置(2)设置在所述框架(4)的内部，所述控制终端(3)设置在所述框架(4)的上端。

7.根据权利要求1所述的一种基于生物行为的在线水质监测系统，其特征在于，所述控制终端(3)包括依次电性连接的数据接收模块、数据转化模块以及显示模块，所述数据接收模块与所述生物行为传感器(1)和所述流水控制装置(2)电连接，所述转化模块用于将所述数据接收模块所接收的鱼类行为活动信号转化为基于生物行为的具体数值，同时转化为可视信号，所述显示模块用于显示所述转化模块转化后的可视信号。

8.一种基于生物行为的在线水质监测方法，其特征在于，采用如权利要求1-7所述的在线水质监测系统，在线水质监测方法包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种基于生物行为的在线水质监测方法，其特征在于，流水控制装置(2)包括水槽(21)，在步骤s2之前，先往水槽(21)内加入待测水源地的水，且所加入的水不超过水槽(21)的2/3容量。

10.根据权利要求8所述的一种基于生物行为的在线水质监测方法，其特征在于，在步骤s2和s3之间，开启流水控制装置(2)进行水流速度调节，之后空跑运行10～20分钟。

技术总结
本发明涉及环境监测技术领域，具体为一种基于生物行为的在线水质监测系统及监测方法，在线水质监测系统包括：生物传感装置，其包括至少一个生物行为传感器，生物行为传感器包括监测管和设置在监测管上的四极阻抗行为采集组件和三维示踪行为采集组件；流水控制装置，其与监测管连通，用于实现监测管内水流的循环；控制终端，其与生物行为传感器和流水控制装置电连接，且用于控制流水控制装置以及接收四极阻抗行为采集组件和三维示踪行为采集组件所采集的信息。基于四极阻抗与三维示踪印迹分析技术，构建水生生物个体识别与行为在线采集系统，实现受试生物个体的单一识别与行为分析。采用在线监测方式，数据采集实时精准。

技术研发人员：任宗明,韦丹仙,于淼,刘琪,喻雅欣,汪海楠,陈国强,李斌
受保护的技术使用者：山东师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14