鱼类行为语义模型与水质预警

本书介绍了鱼类行为自动识别和建模所涉及的技术，以及如何利用鱼类行为的语义监测水质变化。主要内容涉及单条鱼、多条鱼和鱼群目标的识别与建模，鱼类行为的量化参数及语义建模，水质变化下的鱼类异常行为分析，以及城市饮用水质检测平台的典型案例和部署方案。本书可为水环境、人工智能、计算机信息等方面的科研人员提供参考，也可作为水环境相关专业的研究生教材。

《智能科学技术著作丛书》序
前言
第1章 绪论 1
1.1 水体污染与水资源安全 1
1.2 常见水质监测方法 4
1.2.1 水质的理化分析法 4
1.2.2 水质的生物式监测法 7
1.3 基于鱼类行为分析的水质监测方法 10
1.3.1 水体污染物对鱼类行为的影响 11
1.3.2 用于监测水质的常用鱼 14
1.4 生物式水质监测系统 17
1.5 小结 18
参考文献 19
第2章 鱼类行为语义模型 24
2.1 引言 24
2.2 鱼类个体语义行为建模 24
2.2.1 单条鱼行为模型 24
2.2.2 单条鱼决策模型 27
2.3 鱼类群体语义行为建模 31
2.3.1 群体行为的定义和功能 31
2.3.2 群体行为数学模型 34
2.4 小结 36
参考文献 36
第3章 鱼类目标识别与跟踪 39
3.1 引言 39
3.2 鱼体目标识别方法 39
3.2.1 鱼体图像预处理 39
3.2.2 滤波方法 40
3.2.3 二维Otsu鱼体图像分割算法 44
3.2.4 基于颜色聚类的二次分割算法 47
3.3 鱼体骨架中心线识别方法 49
3.3.1 骨架中心线拟合 49
3.3.2 鱼体坐标的建立 49
3.3.3 鱼体运动速度的获取 50
3.3.4 鱼体运动轨迹 51
3.4 鱼类目标跟踪方法 51
3.4.1 粒子滤波跟踪原理 52
3.4.2 鱼类目标动态模型 58
3.4.3 鱼类目标观测模型 61
3.4.4 鱼类目标跟踪算法实现 64
3.5 小结 68
参考文献 68
第4章 鱼类个体行为预警方法 70
4.1 引言 70
4.2 单条鱼行为识别方法 70
4.2.1 状态池神经网络 71
4.2.2 轨迹预测模型 72
4.2.3 鱼行为轨迹预测结果及其应用 74
4.3 单条鱼行为决策模型 79
4.3.1 动力学决策模型 79
4.3.2 邻近个体数量 84
4.3.3 邻近个体活跃度 86
4.3.4 个体数量与活跃度的交互 87
4.4 基于尾频的预警方法 89
4.4.1 尾频建模 89
4.4.2 鱼撞壁行为建模 91
4.4.3 尾频和撞壁反映水质变化 92
4.4.4 鱼尾频在水质监测中的应用 97
4.5 基于鱼类游动轨迹的水质预警方法 99
4.5.1 轨迹相似性度量 99
4.5.2 鱼类行为轨迹建模 102
4.5.3 轨迹建模在水质监测中的应用 108
4.6 小结 110
参考文献 110
第5章 鱼类群体行为预警方法 114
5.1 引言 114
5.2 基于图论的鱼群目标分割 114
5.2.1 图论算法原理 114
5.2.2 改进的群目标分隔算法 116
5.3 群聚行为量化模型 119
5.3.1 鱼群的三角网格模型 122
5.3.2 群聚半径和群聚数 125
5.4 基于群聚参数的水质预警方法 130
5.4.1 群聚参数的阈值 131
5.4.2 污染物对群聚行为的影响 134
5.5 群体行为量化指标 135
5.5.1 平均游动速度 136
5.5.2 极化值 137
5.5.3 最近邻距离 139
5.6 小结 141
参考文献 142
第6章 基于免疫模型的水质安全预警系统 143
6.1 引言 143
6.2 生物免疫系统原理 144
6.2.1 生物免疫系统的组织结构 144
6.2.2 生物免疫机制 146
6.2.3 生物免疫系统特征 148
6.2.4 水质预警免疫模型 150
6.3 基于克隆选择原理的目标鱼分割算法 155
6.3.1 克隆选择原理 155
6.3.2 基于克隆选择的图像分割算法 157
6.3.3 分割实验与结果分析 160
6.4 基于否定选择原理的水质监测方法 162
6.4.1 构建基因库 163
6.4.2 计算重叠率 165
6.4.3 算法实现与实验结果 166
6.5 小结 168
参考文献 168
第7章 水质在线检测预警系统设计与应用 171
7.1 引言 171
7.2 系统总体规划 171
7.2.1 系统运行流程 171
7.2.2 软件系统主要功能 172
7.2.3 系统硬件平台 173
7.2.4 系统监测水箱 174
7.3 系统软件开发 176
7.3.1 系统开发环境 177
7.3.2 数据库设计 178
7.4 系统功能介绍 178
7.4.1 系统界面 178
7.4.2 系统设置 179
7.5 小结 185