JP2007064783A - 魚類による水質監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】監視カメラと画像解析装置による魚類の自動監視の方法及び魚類の活動電位による有毒物質混入を検知する方法は、いずれも長所と短所があった。長所と短所を兼ね備えた、監視カメラによる魚類の自動監視の方法と魚類の活動電位による有毒物質混入を検知する方法の二つの機能を併せ持った一つのコンパクトな装置は、過去に実用化されていなかった。
【解決手段】監視カメラは魚類飼育水槽の魚類の行動を解析する画像解析装置を具備し、活動電位センサーは魚類飼育水槽の魚類の行動を解析する電極と増幅装置を具備する、また監視カメラ用の魚類飼育水槽と活動電位センサー用の魚類飼育水槽とを、それぞれ具備する、これらは一つの自立型キャビネットにコンパクトに収納されている、警報は単独で出すこともできるし、組み合わせて出すこともできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、河川水や地下水や工業用水などの原水中に有毒物質等が混入したとき、魚類の行動を自動判別してアラームを発する装置であって、飼育する魚類を監視カメラと活動電位センサーとによって常時監視し、その魚類の行動を解析する画像解析装置及び電極と増幅装置とを具備することで、長期間無人で連続した監視で省力化、監視精度の向上に寄与する水質監視装置に関する。

河川水や地下水や工業用水などを取水して利用する原水中に有毒物質が混入する事故が起こっている、有毒物質はＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニール）などの有機塩素系化合物、水銀、カドミュム、鉛、亜鉛などの有害重金属、史上最悪といわれるダイオキシン、急性有毒物質であるシアン化カリウムや農薬などである。そのため水道管理者は魚類による２４時間の監視業務が法的に義務付けられている。

初期は管理者の魚類の目視監視が主体であったが、見誤りや見損ない、夜間の目視の困難さなどから自動監視の必要性が望まれ、監視カメラによる遠隔監視から自動監視へと実用化されてきた。

監視カメラによる魚類の自動監視の方法は、取水した原水を連続的に水槽に通過させ、その水槽内で生息させた魚類を監視カメラで常時監視し、監視中の魚類が予め自動検出回路に設定した健全な行動パターンから外れた異常行動を検出する装置が実用化されている。また、魚類の活動電位による有毒物質混入を検知する装置も実用に供されている。
特開平２−６７５２号公報 特開平９−１０１３００号公報

しかし、これらの監視カメラによる魚類の自動監視の方法や魚類の活動電位による有毒物質混入を検知する方法は、いずれも長所と短所があった。

例えば監視カメラによる魚類の自動監視方法の長所は、人の目と同じように魚体の状態（活動している位置、移動スピード、活動の動き、活動している魚類数など）を画像解析で判別することができるが、短所は水が濁ったときは魚類を撮像できないし、画像解析で判別できないような微妙な魚体の異常は見分けることが困難であった。

他方、活動電位による有毒物質混入を検知する方法の長所は、取水した原水が濁っていても支障はないし、微妙な魚体の異常を検知することができるが、短所は魚類の平常時行動（集合行動、摂食行動、闘争行動、生殖行動、逃避行動、睡眠行動など）と有毒物質混入時の異常時行動との差異のアルゴリズムを判定するが難しく誤発報が多いことである。

長所と短所を兼ね備えた、監視カメラと画像解析による魚類の自動監視の方法と魚類の活動電位による有毒物質混入を検知する方法の二つの機能を併せ持った一つのキャビネットにコンパクトに収納された装置は、実用化されていなかった。

前記、目的を解決するための手段として本発明請求項１記載の発明は、取水した原水を連続的に魚類飼育水槽に通過させ、その水槽内で生息させた魚類を監視カメラと活動電位センサーとで常時監視し、原水中に有毒物質が混入したとき、魚類の異常行動を自動的に検知してアラームを発することを特徴とする。

また請求項２記載の発明は、監視カメラは魚類飼育水槽の魚類の行動を解析する画像解析装置を具備し、活動電位センサーは魚類飼育水槽の魚類の行動を解析する電極と増幅装置を具備することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、監視カメラは画像解析装置を具備し、活動電位センサーは電極と増幅装置を具備し、原水中に有毒物質が混入したとき、監視カメラと画像解析装置によって単独で警報を出すこともできるし、活動電位センサーの有毒物質混入の異常電位とを組み合わせて警報を出すことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、活動電位センサーは魚類飼育水槽の魚類の魚体や背びれや尾びれ等の動き及び心拍を活動電位とすることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、魚類飼育水槽の魚類の魚体や背びれや尾びれ等の動き及び心拍からの活動電位の異常電位を検知することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、魚類飼育水槽の魚類の魚体や背びれや尾びれ等の動き及び心拍からの活動電位を検知する電極を魚類飼育水槽の内壁面に装着することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、監視カメラ用の魚類飼育水槽と活動電位センサー用の魚類飼育水槽とを、それぞれ具備することを特徴とする。

請求項８記載の発明は、一つの自立型キャビネットにコンパクトに収納されていることを特徴とする。

上述したように本発明の魚類による水質監視装置は、取水した原水を連続的に魚類飼育水槽に通過させ、その水槽内で生息させた魚類を監視カメラと活動電位センサーとで常時監視し、原水中に有毒物質が混入したとき、魚類の異常行動を自動的に検知してアラームを発する。

監視カメラは魚類飼育水槽の魚類の行動を解析する画像解析装置を具備し、活動電位センサーは魚類飼育水槽の魚類の行動を解析する電極と増幅装置を具備する。

原水中に有毒物質が混入したとき、監視カメラと画像解析装置によって単独で警報を出すこともできるし、活動電位センサーの有毒物質混入の異常電位とを組み合わせて警報を出すこともできる。

活動電位センサーは魚類飼育水槽の魚類の魚体や背びれや尾びれ等の動き及び心拍を活動電位とする。

魚類飼育水槽の魚類の魚体や背びれや尾びれ等の動き及び心拍からの活動電位の異常電位を検知する。

魚類飼育水槽の魚類の魚体や背びれや尾びれ等の動き及び心拍からの活動電位を検知する電極を魚類飼育水槽の内壁面に装着する。

監視カメラ用の魚類飼育水槽と活動電位センサー用の魚類飼育水槽とを、それぞれ具備する。装置は一つの自立型キャビネットにコンパクトに収納されている。

長所と短所を兼ね備えた、監視カメラと画像解析装置による魚類の自動監視の方法及び魚類の活動電位による有毒物質混入を検知する方法の二つの機能を併せ持つことで実現した。

以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。

図１に、本発明の実施の形態に係わる魚類による水質監視装置の外観構成図を示す。

図２には、本発明の実施の形態に係わる魚類による水質監視装置の警報のシステム図を示す。

図１に示すように、本実施の形態の魚類による水質監視装置１は、自立型のキャビネット１８に機器が全てコンパクトに収納されている。

前記キャビネット１８にコンパクトに収納されている主な機器は、監視カメラ２、ａ魚類飼育水槽４、ｂ魚類飼育水槽５、電極６、増幅装置７、コントロール装置８、魚類９、モニターテレビ１０、蛍光灯１１、換気ファン１２、自動給餌器１３、電磁弁１４、検査水容器１５である。

監視カメラによる魚類の自動監視の方法の装置や魚類の活動電位による有毒物質混入を検知する方法の装置は、設置場所が電気室や監視室であるため、コンパクトで他の周辺機器との調和が望まれる、本発明装置は二つの機能を一つのキャビネットにコンパクトに収納し、キャビネット本体はＪＩＳ規格で設計されているため周辺機器と調和が図られている。

まず、入水口１６から取水した原水を連続的にａ魚類飼育水槽４及びｂ魚類飼育水槽５を通過させ排水口１７から入水した水量だけ自動的に排水口１７から排水される。

そのため、ａ魚類飼育水槽４及びｂ魚類飼育水槽５に飼育されている魚類９は常に新しい原水に曝される。

有毒物質が混入した原水が入水したとき魚類９は異常行動を起す、その異常行動を監視カメラ２と電極６と増幅装置７を具備した活動電位センサーとが、自動的に検知してアラームを発する。

ａ魚類飼育水槽４及びｂ魚類飼育水槽５の飼育水槽の魚類９は長期間生息をするために自動給餌器１３で給餌される。

監視カメラ２の撮像を良くするために蛍光灯１１で照明される。

キャビネット１８内の結露や過熱防止のための換気ファン１２が装着されている。

有毒物質が混入したときのａ魚類飼育水槽４及びｂ魚類飼育水槽５の原水を検査する検水を貯水する検査水容器１５が装備され、電磁弁１４によって自動的に貯水する。

監視カメラ２は監視カメラ用のａ魚類飼育水槽４の上部に設置し、ａ魚類飼育水槽４を俯瞰する。

監視カメラ２からａ魚類飼育水槽４の水面は透過を遮るものがないため、撮像が鮮明であり、自動給餌器１３からの餌の落下を可能とする。

ａ魚類飼育水槽４及びｂ魚類飼育水槽５には複数匹の魚類９が飼育されている。

例えば魚類はメダカでは常時２０匹程度飼育されている、メダカは魚体が小さいためａ魚類飼育水槽４及びｂ魚類飼育水槽５が小型に製作できる。

また、メダカは検査魚としては、ＯＥＣＤ（経済協力開発機構）の検査対象魚に指定されおり、個体差が少なく、反応パターンが一定で、学術的に生態が解明され、微量の毒にすばやく反応し、高精度の検査が可能であり、急性毒物試験の試験魚として一般的に使用され、繁殖が容易で入手が簡単などの理由で本発明装置に適した魚類である。

また他の魚類、例えばヤマメやグッピーやオイカワやファットヘットミノーなどの小型魚でも本発明装置は使用できる。

監視カメラ２で撮像された映像は画像解析装置３に入力される、画像解析装置３は監視カメラ２で撮像した１画面の輝度信号を水平と垂直のアドレスを付与した多数のドットに分割して検知可能なドットとなし、これを縦横に多数整列したブロックにまとめて記憶する、と共に同画面と任意時間経過後の画面との監視範囲内のブロック同士を比較させ、この輝度信号の変化のレベルが予め設定した範囲外であるときアラーム信号を出力する構造になっている。画像解析の詳細は既に本発明者が出願しているので省略する。

有毒物質が混入すると、魚類９の異常時行動である横転行動又は、停止行動は監視カメラで撮像され画像解析装置３で異常が確定され、アラーム信号がコントロール装置８に入力される、前記コントロール装置８は表示面のランプ点滅やブザー放鳴や電磁弁１４の開放及び外部出力などの警報信号を出力する。

前記、電磁弁１４の開放でａ魚類飼育水槽４及びｂ魚類飼育水槽５の原水は検査水容器１５に一定量貯水する、検査水容器１２は着脱が可能で、貯水は有毒物質の特定をする検査用に使用される。

活動電位センサーは電極６と増幅装置７を具備し、電極６と増幅装置７の間をケーブルで接続される。

ｂ魚類飼育水槽５は水槽内壁面に電極６が装着されている。

電極６はｂ魚類飼育水槽５の陽極（＋）と陰極（−）の２枚を装着する、電流は陽極（＋）と陰極（−）の間を流れる、平常時の電流の流れと有毒物質混入時の魚類９の横転行動や停止行動は電流の流れに変化をもたらす、この変化をアラームとするのが活動電位センサーである。

電極６で検知された活動電位約１０マイクロボルトはケーブルを伝って増幅装置７に送られ、約１０万倍に増幅されて１ボルトの単位で出力される。

電極６は銅板やアルミ板、ステンレス板、チタン板、金線、白金線、などが使用される。

既に記したが、ａ魚類飼育水槽４及びｂ魚類飼育水槽５は魚類の大きさや種類に応じて大きさが決められるが、例えば小型魚類のメダカ類などの場合は、ａ魚類飼育水槽４及びｂ魚類飼育水槽５は小さく製作することができ、電極も小さくてよい、本発明は一つのキャビネットにコンパクトに収納するために小型魚類が望ましい。

実施例の図１では、ａ魚類飼育水槽４はｂ魚類飼育水槽５の上部に描かれているが、例えばａ魚類飼育水槽４の横にｂ魚類飼育水槽５を並べても良いし、ａ魚類飼育水槽４とｂ魚類飼育水槽５を一緒にして一つの水槽にしても良い。

ａ魚類飼育水槽４及びｂ魚類飼育水槽５には入水口１６から配管されて原水が入水する。
ａ魚類飼育水槽４及びｂ魚類飼育水槽５には魚類が複数匹飼育される。

ａ魚類飼育水槽４及びｂ魚類飼育水槽５で飼育された複数匹の魚類は、有毒物質の混入によって異常時行動を起し、異常時行動を起した個体数に応じて段階的な警報を発する。

ａ魚類飼育水槽４及びｂ魚類飼育水槽５で飼育された複数匹の魚類の全てが異常時行動を起した時は、重大警報と見なす。

魚類の有毒物質の混入による異常時行動は毒物の種類や濃度で反応が違う。

水温によっても反応が違う、ＪＩＳ法やＯＥＣＤ（経済協力開発機構）法による魚類急性毒物試験法などでも水温の管理の必要性が述べられている、本発明装置に入水する水温も２０℃以上が望ましい、水温は加温器で暖められる。

水温以外に照明やエアレーションも必要であり、餌も定期的に給餌が必要で本発明装置にはこれ等のものが装備され、飼育水槽の魚類を長期に飼育する工夫がなされている。

魚類の行動は平常時行動と異常時行動の二つに分けられる。

魚類の平常時行動と言われるものは、集合行動、摂食行動、闘争行動、生殖行動、逃避行動、睡眠行動などである。

また有毒物質混入時の異常時行動と言われるものは、鼻上行動、狂奔行動、忌避行動、横転行動、停止行動である。

活動電位センサーは電極６と増幅装置７を具備し、魚類の正常時と異常時の活動電位に違いをアルゴリズムによって検知する。

本発明の実施例である、監視カメラ２に画像解析装置３を具備した有毒物質混入時の検出方法では、有毒物質の濃度が薄い場合は画像解析では判断できない場合がある。

例えば本発明者の実験ではメダカを水槽に泳がせて、シアン化カリウム２ｐｐｍを暴露したとき、メダカが水槽のどの位置（１６分割した水槽を表１）を泳ぐのか６回繰り返し平均値を表２で表した。シアン化カリウム２ｐｐｍ濃度は２４時間半数致死の濃度である。

その結果、３分以内に区画１−２が平均９回、区画１−２が１７回、区画１−３が１４回、区画１−４が３回、で他の区画と比較しても圧倒的に水槽の最上段をメダカが泳いでいることが確認できる。

有毒物質シアン化カリウムは生物の呼吸器官を損傷するため、有毒物質混入時の異常時行動である鼻上行動が起こっていることが検証される。

監視カメラに画像解析装置を具備した検出方法では、異常時行動である鼻上行動を平常時行動の摂食行動と誤認する可能性がある。

本発明者の別の実験ではメダカにシアン化カリウム２００ｐｐｍを暴露したとき１７分で死亡した。

その間、メダカは鼻上行動、狂奔行動、横転行動を繰り返し、本発明の監視カメラ２に画像解析装置３を具備した検出方法で有毒物質混入を認識し、警報を単独でも出力することができる。

活動電位センサーは魚類の正常時と異常時の活動電位に違いをアルゴリズムによって検知するが、魚類の正常時と異常時の魚類の行動は類似しているものが多い。

例えば類似行動は、集合行動と逃避行動は忌避行動と類似し、摂食行動は鼻上行動と類似し、闘争行動と生殖行動は狂奔行動と類似し、睡眠行動は横転行動や停止行動と類似している。

魚類の正常時と異常時の行動が類似していると言うことは誤警報する可能性があるということである。

この種の装置において、誤警報が出るということは装置の信頼性を損なう重要な問題と言える。

本発明はこれまで記したように、監視カメラによる魚類の自動監視の方法や魚類の活動電位による有毒物質混入を検知する方法は、いずれも長所と短所がある。

そのため、本発明は図２に示すように、監視カメラ２で撮像された映像は画像解析装置３に入力され、魚類９の異常時行動は画像解析装置３で確定され、アラーム信号がコントロール装置８に入力される、一方活動電位センサーは電極６から増幅装置７で異常行動と検知されコントロール装置８に入力される、コントロール装置８の切替スイッチ１９によってアンド警報が出力される。

警報の出力はシングル警報、アンド警報とも切替スイッチ１９で選択することができる。

本発明装置は、監視カメラによる魚類の自動監視の方法と魚類の活動電位による有毒物質混入を検知する方法を一つの装置の中に組み込んで、二つの方法で同時に検知されたときにアラームを出力するアンド警報で、誤警報を無くし装置の信頼性を高めるものである。

水道事業体以外にも飲料水メーカ、医薬品メーカ、食品メーカ、工場廃水監視など水に関連した産業に広く利用が可能である。

本発明の実施の形態に係わる魚類による水質監視装置の外観構成図を示す。 本発明の実施の形態に係わる魚類による水質監視装置の警報のシステム図を示す。

符号の説明

１ 魚類による水質監視装置
２ 監視カメラ
３ 画像解析装置
４ ａ魚類飼育水槽
５ ｂ魚類飼育水槽
６ 電極
７ 増幅装置
８ コントロール装置
９ 魚類
１０ モニターテレビ
１１ 蛍光灯
１２ 換気ファン
１３ 自動給餌器
１４ 電磁弁
１５ 検査水容器
１６ 入水口
１７ 排水口
１８ キャビネット
１９ 切替スイッチ

Claims (8)

1. 取水した原水を連続的に魚類飼育水槽に通過させ、その水槽内で生息させた魚類を監視カメラと活動電位センサーとで常時監視し、原水中に有毒物質が混入したとき、魚類の異常行動を自動的に検知してアラームを発することを特徴とする魚類による水質監視装置。
2. 請求項１記載の魚類による水質監視装置において、監視カメラは魚類飼育水槽の魚類の行動を解析する画像解析装置を具備し、活動電位センサーは魚類飼育水槽の魚類の行動を解析する電極と増幅装置を具備することを特徴とする魚類による水質監視装置。
3. 請求項１記載の魚類による水質監視装置は、監視カメラは画像解析装置を具備し、活動電位センサーは電極と増幅装置を具備し、原水中に有毒物質が混入したとき、監視カメラと画像解析装置によって単独で警報を出すこともできるし、活動電位センサーの有毒物質混入の異常電位とを組み合わせて警報を出すこともできることを特徴とする魚類による水質監視装置。
4. 請求項１に記載した魚類による水質監視装置において、活動電位センサーは魚類飼育水槽の魚類の魚体や背びれや尾びれ等の動き及び心拍を活動電位とすることを特徴とする魚類による水質監視装置。
5. 請求項１記載の活動電位センサーは、魚類飼育水槽の魚類の魚体や背びれや尾びれ等の動き及び心拍からの活動電位の異常電位を検知することを特徴とする魚類による水質監視装置。
6. 請求項１記載の活動電位センサーは、魚類飼育水槽の魚類の魚体や背びれや尾びれ等の動き及び心拍からの活動電位を検知する電極を魚類飼育水槽の内壁面に装着することを特徴とする魚類による水質監視装置。
7. 請求項１に記載した魚類による水質監視装置において、監視カメラ用の魚類飼育水槽と活動電位センサー用の魚類飼育水槽とを、それぞれ具備することを特徴とする魚類による水質監視装置。
8. 請求項１に記載した魚類による水質監視装置は、一つの自立型キャビネットにコンパクトに収納されていることを特徴とする魚類による水質監視装置。

Images