生物群体行为语义模型研究及应用

This project is for the basic application background of real-time detection of water quality and the breakthrough point of behavior perception analysis of water biota, in order to explore a real-time and robust semantic model of visual perception and to meet the application requirement of water quality early warning system.Based on the related theory, such as the semantic perception model, multi-object behavior model, digital video segmentation technology, pattern recognition, object tracking and so on, a method of group target motion detection, tracking and behavior modeling is proposed, for constructing visual perception biological monitoring theory system of the urban water supply security. Through the analysis of the difference between normal and abnormal behavior of water biota, the project will research the visual perception model of water biota group targets, search a analytical method of motion tracking and behavior feature of water biota, construct a model of multi-object interactive detection and tracking, and implement the accuracy and instantaneity of detection and tracking.The emphasis is to research the behavior pattern of fish group, design a visual perception method of normal and abnormal behavior, build semantic model of group behavior and implement a rapid, sensitive and accurate early warning system of water quality.

以水生物群目标行为感知分析为切入点，探索实时性和鲁棒性相融合的生物多目标视觉感知的语义模型，并结合基于水生物行为分析的水质预警系统的理论和应用需求。研究内容包括基于视觉感知的语义模型、多目标行为模型、数字视频分割技术、模式识别以及目标跟踪等学科的相关理论，提出面向水生物的群目标运动检测、跟踪与行为建模分析方法，构建面向城市供水安全的视觉感知生物监测理论体系。以水生物群目标的正常与异常行为差异性分析入手，建立水生物群体目标的运动视觉感知模型，发展多目标指示水生物的运动检测跟踪及行为特征分析方法，构建多目标交互检测与跟踪模型，实现检测跟踪的准确性与实时性。以研究鱼群目标感知行为模式为例，设计出多种水质条件下鱼群目标的视觉感知模型和群体行为语义模型，为实现快速、灵敏、准确的水质预警提供有参考价值的理论。

水为万物之需，是地球上一切以生命赖以生存的首要条件。但伴随着经济腾飞、工业发展的同时，水资源也遭到了严重的破坏和污染。无论是农业灌溉时流失的化肥农药，还是肆意排放的生活污水和工业废水，都使得水体污染状况日趋严重。水污染防治，除了着重于“防”之外，对水体出现污染后的及时、准确的预警也是急需破解的课题。.项目围绕如何通过监测生物行为进而对水质污染进行预警开展了深入研究。在提取和量化鱼类行为语义、鱼类行为语义与水质变化之间的映射关系，以及建立水质发生变化时鱼类的异常行为等方面取得了一系列研究成果。首先，我们确定了将红鲫鱼作为水质毒性的监测生物。首次提出通过鱼体的尾部摆动频率、鱼群群居半径等建立鱼类行为语义模型。提出了水质监测系统平台下的鱼体三维目标定位方法；提出了鱼群目标三维无遮挡跟踪算法；提出了基于三角网格划分的鱼群语义模型。此外，还提出了一个多局部搜索和自适应小生境方法的共识标准自动数据聚类算法；提出了自适应多群体竞争和基于群集的自动数据群集的多核算法。开发的基于鱼类行为的水质毒性预警系统已经在绍兴水务集团公司和萧山水务集团公司下属的自来水厂进行了试用。2016年杭州举行G20峰会期间，开发的水质毒性预警系统运行稳定，为G20期间该水厂的安全生产提供了安全保障。