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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