基于鱼类运动行为的水质异常评价因子研究

针对利用鱼类运动行为进行异常水质评价的问题,本文对如何选取具有普遍性、全面性、代表性等特点且能够反映水环境与鱼类运动特征参数之间的主要相关性的因子进行了研究。首先通过研究水质变化对红鲫鱼运动轨迹的影响,引入基于鱼类运动轨迹的曲率、邻近特征这两个特征参数;其次分别提取正常和异常水质中红鲫鱼的速度、加速度、曲率、邻近特征4个特征参数,建立水质异常评价因子数据库;最后将不同评价因子输入支持向量机(SVM)进行分类识别,且采用ROC曲线考察鱼类运动特征参数和水质安全定性关系的准确性。实验结果表明,曲率、邻近特征作为水质评价因子明显优于速度、加速度,不但异常水质识别率达到90%以上,而且通过ROC曲线可知其建立的模型具有稳健性、普适性、高效性。

基于生物模型和GPU加速的实时鱼类运动仿真

针对目前鱼类运动实时模拟系统计算量大、复杂度高、很难在普通PC上进行实时模拟等问题,提出了一种基于生物模型和硬件加速的鱼类运动实时模拟方法,该方法在对鱼类生物模型和运动进行分析的基础上,对鱼类进行模块化建模,同时对鱼的运动进行分解并设计了统一的鱼类运动函数,通过GPU进行并行加速处理,提高了算法的运算速度,实现了在普通PC上的鱼类实时运动模拟,并取得了较好的效果。

基于Unity3D的鱼类运动行为可视化研究

本文利用Veryengine引警和Unity3D虚拟仿真技术设计了水生态环境模型和鱼类运动轨迹模型,并将两个模型进行叠加,构建了由水质指标查询模块、污染物迁移过程仿真模块和鱼类运动轨迹仿真模块的可视化仿真系统,对污染物进入水体过程中鱼类的运动行为响应情况进行了动态模拟。根据鱼类在不同水生态环境中运动轨迹变化情况,确定鱼类运动行为响应指并根据指标对水质状况进行评价,为水生态健康评价以及水生态修复效果评价提供参考依据。

基于3D计算机视觉的鱼类行为分析研究

分析了现有鱼类生物监测系统不能全面精准地检测和描述鱼类的空间位置的缺陷,设计了一种基于3D计算机视觉的鱼类行为分析系统,以实现从三维视角对鱼类进行监测并分析鱼类的运动行为。该系统首先通过自组织背景建模方法对图像中鱼的前景进行提取,然后计算出鱼的质心位置,并由3D视觉装置的几何关系计算鱼在实际三维空间中的位置,通过跟踪得到鱼类运动的三维轨迹,最后根据鱼类运动轨迹数据计算出鱼的游动的速度和角速度,得到鱼类运动行为模式曲线。实验结果表明利用3D计算机视觉对鱼类行为进行跟踪与描述,能为鱼类活动量水平变化及鱼类活动模式改变的定量分析奠定坚实的基础。

鱼类行为监测技术应用研究

监测鱼类行为常用计算机视觉监测和声学信号监测技术两种方法,本文分析对比了这两种监测技术的应用。基于计算机视觉的鱼类行为监测技术是通过摄像机来记录鱼类的行为,但该方法存在数据处理难度大、误差大和数据不连续等缺点,主要以定性分析为主。声学标签系统是声学监测技术的一种主动识别方法,具有原位观察、定位准确、数据处理简单和数据连续性好等优点,可直接获得鱼类的二、三维运动轨迹等量化指标。基于声学标签系统的研究现状,提出了声学标签鱼类行为监测技术在渔业养殖、水利工程、水生态学等多门学科交叉的应用前景。

高速摄影技术分析射流式鱼泵流量对鱼运动规律影响

采用高速摄影技术初步研究了草鱼、团头鲂和鲫鱼等3种鱼类在射流式鱼泵内的运动规律,分析了鱼类逆流游动率、逆流游动过泵时间、姿态变化率及鱼类与泵壁面碰撞所受力与工作流体流量之间的关系。试验研究表明:在5种工作流体流量工况下,随着工作流体流量的增加,鱼类逆流游动率逐渐降低,过泵时间逐渐减少,姿态变化率逐渐升高,所受碰撞力逐渐升高;在工作流体流量较低时,鱼类逆流游动率超过85%,过泵时间均超过300ms,姿态变化率均小于6%,所受碰撞力在1~3N的范围内;在工作流体流量较高时,鱼类逆流游动率在50%~85%之间,过泵时间在125~175ms之间,大多数情况下姿态变化率9%~18%之间,所受碰撞力在5~7N的范围内;在试验所用3种试验鱼中,草鱼的过泵时间最长,姿态变化率最高,并在大部分工况中所受碰撞力最大。

基于嵌入式图像处理系统的鱼类轨迹跟踪

在信息化、集约化的现代水产养殖产业中,把握水质变化等信息能够保证鱼类高密度养殖的优质高产。鱼类的行为变化是监测由溶解氧等水质变化造成的鱼类应激反应指标。通过监测鱼类行为变化能够反映水质情况,为监控鱼类健康提供有效依据。本研究设计1种嵌入式系统结合图像处理技术,对实时采集的鱼类图像进行轨迹跟踪的方法。基本流程主要包括图像采集、图像预处理、目标分割、目标标记、目标跟踪以及输出轨迹等6个部分。设计了运动轨迹参数分析方法,分析在不同溶解氧情况下的鱼类运动速度、位移量的变化,试验证明通过监测鱼类行为变化能够反映养殖环境的变化。

ADCP在水域生态研究中的应用

声学多普勒剖面流速仪(ADCP)是一种利用声学多普勒原理测验水流剖面速度的新型仪器,与传统的流速测量方法相比,具有方便、快速、准确、不扰动流场等突出优点,并能够适应大尺度、长时间、复杂流态等情况下水域流态测量的需要,近年来在世界范围内被广泛采用。由于ADCP基于声学多普勒后散射原理,现已被广泛应用于水域中其它相关因素的研究,如在测流过程中能够测出鱼群的运动速度和方向,测流数据中的反向回波信号值被广泛应用于推算微小水生生物、温跃层和悬浮物等的分布情况,而由船速确定方式不同所造成的流速值差异还可用于推算底质推移速度的分布。

水生态环境健康评价方法研究

常用水生态健康评价方法选取的评价指标一般反映的是研究期间的实际情况,很难持续反映水生态环境的变化状况。水生态修复是一个漫长的动态过程,需要一种能够实时反映水生态环境健康状况及修复效果的理论技术和方法。本文在综述近几年水生态环境健康评价方法的基础上,提出对鱼类运动行为进行定性与量化,并以鱼类运动行为响应指标和鱼类敏感性水质指标作为富营养化水体的水生态修复效果评价指标,制定一套更加符合水生态环境实际情况的、有效的和可操作性强的水生态修复效果评价指标体系,为水生态环境的预警和修复效果评价提供科学参考依据。

串联扑翼流体动力特性的数值研究

该文对串联扑翼构型进行了动网格数值计算,研究了主从翼的流体动力特性。在雷诺数60000的情况下,对八种不同的相位差(0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°)和四种振幅(20°、30°、45°和60°)进行了数值模拟,研究结果表明:改变相位差会导致串联扑翼的飞行模式发生变化,牺牲升力来增加推力;随着振幅的增加,主从翼循环推力系数的总值基本上都会增加,主翼的最大升力增大,而从翼的最大升力减小,主翼和从翼的升力系数分别在60°振幅和20°振幅达到峰值。该文揭示了串联扑翼布置的复杂流体机理,这对设计性能优异的水下推进器至关重要。

前后排列柔性细丝在黏性流体中自主推进的稳定形态及动力学机制

鱼类集群运动行为蕴含着复杂的水动力学机制.针对一种简化的鱼类集群运动模型,利用浸没边界方法对黏性流体中做自主推进运动的两个前后排列柔性细丝进行数值模拟,对其稳定运动时的排列形态以及相应的涡相互作用模态开展研究.为保证进行长时间的自主推进运动,本文将流体和固体运动方程写在非惯性系下,通过基于投影思想的隐式动量力实现流固耦合,避免了自主推进运动对计算域尺寸要求过大的问题,可以有效节省计算量.通过改变前后细丝的初始水平间距和垂向偏移距离,发现了3种稳定排列形态:远距离前后排列、近距离前后排列和并行排列.对于远距离前后排列形态,后排细丝受垂向偏移距离的影响较小,始终会穿过前排细丝脱落的涡;对于近距离前后排列形态,前排细丝表面的剪切层在脱落成涡之前和后排细丝表面的剪切层合并,脱落成较强的涡,推进速度较快,前后细丝的运动和受力会有一定的相位差;当垂向偏移距离增大,后排细丝受前排细丝的影响减小,最终稳定于并行排列同步运动,上下细丝两侧的同号剪切层合并脱落成较强的涡,但由于迎风面积增大而推进速度变慢.