JP3108925U - 魚類による水質監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原水の有毒物質の混入を魚類の行動解析で水質監視を行う装置であって、異常行動の判別の困難さや、飼育水槽の水流の不適格や、水質の劣化や死んだ魚類や糞や塵の誤認識や、結露や藻が付着による見誤り、見損い、魚類の生息環境の不良で魚類の安易な死亡で判別の不正確さを防ぐなどを可能とする。
【解決手段】原水に含まれる有毒物質の混入を魚類の行動で監視する飼育水槽１において、飼育水槽を水路状とし、その水路の入水口から排水口の途中に少なくとも数箇所に遊泳エリヤ２，３，４を設けた、また、魚類による水質監視装置用の飼育水槽容器において、水路の数箇所の遊泳エリヤを１台もしくは数台の監視カメラで撮像し、遊泳エリヤ内に魚類の遊泳を画像処理装置で解析し、水質の正常か異常かを判別し警報を段階的に出力する。
【選択図】図１

Description

本考案は、河川水や地下水や工業用水などの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によって常時監視し、その魚類の異常行動を解析する画像処理装置を使用することで、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魚類によ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。

そのため水道法では、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。また米国の同時テロを契機とする国内におけるテロ事件発生の可能性に関して、新たに厚生労働省の通達で、本考案の学術的呼称であるバイオアッセイによる水質管理の徹底が明記された。

初期の頃は、管理者の魚類の目視監視が主であったが、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飼育水槽に通過させ、その飼育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して、その原水が用水に適さないものであると判別するに供するように考案された装置である。
特開２００２−３５０４２３号公報 実願２００３−００００６４号

しかし、従来の魚類による水質監視装置は以下の問題があった。
（１） 有毒物質の混入時の魚類の異常行動の判別が困難であつた。
（２） 飼育水槽の水流が魚類の生息環境の活性化に有効に作用するが、水流が適切でなく魚類が弱ったり死んだりした。
（３） 飼育水槽に魚類の糞や塵が底部に沈殿し水質の劣化の原因になった。
（４） 死んだ魚類や糞や塵が飼育水槽内で浮揚して動いているのを魚類が生きて泳いでいると誤認識した。
（５） 従来は飼育水槽の側面から監視をしたため、側面に結露や藻が付着して見誤ったり、見損なったりした。
（６） 魚類の生息環境が考慮されていなかったために魚類が安易に死んだ、そのため本来の監視目的の有毒物質の混入で死んだのか判別に不正確さが生じていた。

前記、目的を解決するための手段として、請求項１記載の考案は、原水に含まれる有毒物質の混入を魚類の行動で監視する飼育水槽において、飼育水槽を水路状とし、その水路の入水口から排水口の途中に少なくとも数箇所に遊泳エリヤを設けたことを特徴とする。
また、請求項２記載の考案は、請求項１に記載した魚類による水質監視装置用の飼育水槽容器において、水路の数箇所の遊泳エリヤを１台もしくは数台の監視カメラで撮像し、遊泳エリヤ内に魚類の遊泳を画像処理装置で解析し、水質の正常か異常かを判別し、警報を段階的に出力することを特徴とする。

上述したように本考案の魚類による水質監視装置によれば、原水に含まれる有毒物質の混入を魚類の行動で監視する飼育水槽において、飼育水槽を水路状とし、その水路の入水口から排水口の途中に少なくとも数箇所に遊泳エリヤを設けた、また上記水路の数箇所の遊泳エリヤを１台もしくは数台の監視カメラで撮像し、遊泳エリヤ内に魚類の遊泳を画像処理装置で解析し、水質の正常か異常かを判別し、警報を段階的に出力することで効果を奏する。

飼育水槽を水路状とし、その水路の入水口から排水口の途中に少なくとも数箇所に遊泳エリヤを設けた、また上記水路の数箇所の遊泳エリヤを１台もしくは数台の監視カメラで撮像し、遊泳エリヤ内に魚類の遊泳を画像処理装置で解析し、水質の正常か異常かを判別し、警報を段階的に出力することで実現した。

以下、この考案に係わる魚類による水質監視装置及び魚類による水質監視装置用の飼育水槽容器の実施例を添付図面の図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９に基づいて詳細に説明をする。
図１は、この考案に係わる魚類による水質監視装置の飼育水槽容器、自動給餌器、監視カメラ、画像処理装置、警報出力の構成を示した斜視図である。
また、図２、図３は、図１に示した飼育水槽容器を上部から見た平面図である。
また、図４、図５、は監視カメラと画像処理装置の接続図である。
また、図６、図７、図８、図９は飼育水槽容器の実施例の平面図である。

図２は本実施のための水路状飼育水槽１（以後、飼育水槽容器を水路状飼育水槽と表する）と水路の途中の遊泳エリヤを示すａ遊泳エリヤ２、ｂ遊泳エリヤ３、ｃ遊泳エリヤ４、であり、水中ポンプ５、ネット６、魚類７、入水口８、排水口９、原水１０、原水１０の流れは矢印で示している。

図２の水路状飼育水槽１において、魚類７は少なくとも数匹から十数匹を常時飼育している、魚類７は長期飼育を可能にするために餌や水温、酸素、水流などの生息環境が考慮されている、生息環境を考慮しなければならないのは、魚類７が安易に死亡すれば有毒物質の混入による死亡か自己の健康障害が原因の死亡なのかが判別できなくなるためである。

魚類７は、例えばメダカなどの小さな魚類を使用する方が、水路状飼育水槽１をコンパクトに軽量、安価に製作することができるメリットがある。しかし水路状飼育水槽１の設計次第では、メダカより大型の魚類を使用しても支障はない。

魚類７は水中ポンプ５の吐出口に一番近いａ遊泳エリヤ２に正常時は遊泳する要因が考案されている、まず一つ目の要因はａ遊泳エリヤ２には水中ポンプ５から原水１０が常時吐出している、吐出す水圧は魚体を刺激する、水圧は魚類７の生命力を高めるので魚類７が好む。

次に二つ目の要因として、自動給餌器１０から餌１１はａ遊泳エリヤ２に落下するように考案されている、この食性の本能の応用がａ遊泳エリヤ２に常時遊泳させる要因をつくる。

三つ目の要因は、入水口８から常時新鮮な原水１０が流れ出ることも魚類７が好む要因である。

さらに四つ目の要因として、ａ遊泳エリヤ２は他の遊泳エリヤより大きく造られて魚類７の快適スペースを確保している。

前記の説明によって、図２によれば、原水１０に有毒物質の混入のない正常な場合は、魚類７はａ遊泳エリヤ２以外の他のｂ遊泳エリヤ３やｃ遊泳エリヤ４、での遊泳は行わない。

ａ遊泳エリヤ２で遊泳する魚類７は常に新しい原水１０に曝されることで有毒物質の混入にいち早く曝されることになる。

原水１０は常に入水口８から水中ポンプ５の吐出により水路状飼育水槽１の経路を通って排水口９から排水される、そのため死んだ魚類や魚類の糞や塵が底部に沈殿することなく、水路を流れていくため水質の劣化を解決し、また死んだ魚類や糞や塵を生きている魚類と誤判別する原因を排除した。

本考案は有毒物質の特定を目的にするのではなく、有毒物質の混入をいち早く見つけることが目的である、本装置を導入する水道施設は多量の水を連続的に処理して住民に供給するプロセスで、原水の一部をバイパスで本考案装置に引き込むことで連続水の有毒物質の混入をいち早く見つけることができる、連続水はサンプリング検査では対応できない、魚類を常時監視することで連続水の有毒物質の混入をいち早く見つけることが可能になる。

図３において、有毒物質の混入した原水１０が水中ポンプ５から吐出されたとき、ａ遊泳エリヤ２に遊泳していた魚類７は有毒物質に曝露されることになる、魚類７は本能的な忌避行動でａ遊泳エリヤ２以外のｂ遊泳エリヤ３やｃ遊泳エリヤ４、に移動する。

有毒物質の混入時の魚類の異常行動は、前記忌避行動以外に鼻上げ行動、横転行動、狂奔行動、などがある。

図１において、遊泳エリヤの３箇所にそれぞれ監視カメラを具備している、監視カメラの映像信号は画像処理装置１５に入力されて三段階のアラームを出すように考案されている。

アラームは三段階より少なくても良いし多くても良い、監視カメラで遊泳エリヤを撮像するために照明装置を設けることもある、監視カメラ１台で遊泳エリヤ３箇所を監視することもある。

図１において、監視カメラ１２はａ遊泳エリヤ２を撮像し、監視カメラ１３はb遊泳エリヤ3を撮像し、監視カメラ１４はc遊泳エリヤ４を撮像している。監視カメラ１２、監視カメラ１３、監視カメラ１４、のそれぞれの映像信号は画像処理装置１５に入力されて魚類７がどの遊泳エリヤで遊泳しているかが画像解析される。

画像解析の結果、ａ遊泳エリヤ２で魚類７が遊泳していると解析されれば正常と判別され、ａ遊泳エリヤ２で遊泳が認められず、b遊泳エリヤ3またはc遊泳エリヤ４で遊泳が認められれば、有毒物質の混入ありの異常と判別される。

またａ遊泳エリヤ２、b遊泳エリヤ3、c遊泳エリヤ４のいずれにも遊泳が認められない場合も前記同様に有毒物質の混入ありの異常と判別される。

画像解析の方法は二値化処理や輝度解析などがあり、動体の検知方法はマーカー検知、ドット検知、ブロック検知、エリヤ検知などがある。ドット検知とブロック検知を組み合わせて遊泳エリヤの魚類の数をカウントすることもできる。モーションディテクターと言われる任意の位置にマーカーを設置して検知する方法もある。

前記、画像解析の方法で、例えば次のような具体的な方法がある。

監視カメラのビデオ信を映像入力切替回路と映像出力切替回路に分けて送り、それぞれの映像入力信号は０．５秒間隔で切り替える。

カラーバースト除去回路でカラー信号を取り除く、近年カラー監視カメラが多く普及しているため、カラー信号を取り除いて処理すれば回路設計が簡単で安価に仕上がるメリットがある。

次にクランプ回路に入れるが、クランプ回路は画像の変化によってシンクレベルが変化しないようにビデオ信号をペデスタルクランプして電圧を一定にして、輝度信号を出力する、クランプ回路によって整えられた信号は入力同期分離回路とＡＤ変換回路（ＡＤ変換回路とはアナログ信号をデジタルのビット変換する回路のこと）に送られる。

入力同期分離回路によって水平同期信号と垂直同期信号に分離されてＣＰＬＤ（ＣＰＬＤとはＰＬＤよりゲート規模の大きなプログラムマブル・ロジックで一般に多入力ＡＯ（ＡＮＤ、ＯＲ）に接続されたマクロ・セルを複数もち、それぞれのマクロ・セルを接続する内部配線を変更することによって多様な論理を実現するデバイスのこと）に送られる。

またクランプで整えられた信号はＡＤ変換回路によってアナログ信号がデジタル信号に変換されてＣＰＬＤで制御されメモリに送られる。

水平、垂直同期信号に基づいてＣＰＬＤでアドレスを生成し、１フィ−ルド（１画面）の垂直方向を任意のドットに分割し、これにより１画面に水平と垂直の検知ドットが設定される、同時にワンチップ・マイコン（以後マイコンという）にアドレスとして割り付け、全部の検知ドットの数と配置を記憶させる。

全部の検知ドットを任意の数ごとにまとめてブロックとし、検知ドットの数やブロックの配置や数はあらかじめマイコンに内蔵されたＲＯＭにプログラムされており、マイコンによってデ−タを処理してアラ−ムを出す。

例えば検知ドット数とブロック数は、モニタテレビ画面全面に検知ドット数は縦５６個で横６４個の合計３５８４個配置されている、この検知ドットの１個１個が検知センサーで魚類が触れると検知する、この検知ドットの縦８個と横８個で１ブロックを構成している、ブロック数はモニタテレビ画面全面に縦７個と横８個の合計５６個が配置されている。１ブロックの中に魚類が入ると１匹としてカウントする。

スイッチ機能によってブロックごとに感知機能を持たせたり持たせなかったりをマイコンで行う、またブロック内の検知するドットの数の指定も同じように行う、さらにスイッチ操作はテレビモニタ画面に操作の手順の文字出力をスーパーインポーズ回路で設定する、スーパーインポーズで出力された文字は映像出力回路によって合成されてモニタテレビの画面上に出力ができる。

前記、ブロック内の検知するドットの数の指定は魚類の大きさに応じて設定する。

以上のように、ドット検知とブロック検知を組み合わせて遊泳エリヤの魚類の数をカウントすることができる。

ＡＤ変換器（ＡＤ変換器とはアナログ信号をデジタルのビット変換する専用のＩＣをいう）はアナログ信号である輝度信号をデジタル信号に変換して３Ｖ〜5Ｖの範囲で８ビットに割り付ける、マイコンは順次入力する１フイ−ルド分の８ビットのデジタル信号をサンプリングデ−タとして記憶すると共に、設定により２〜１４フイールド毎（動体のスピードに合わせた設定機能）に一回のタイミングで２枚のサンプリングデ−タを比較しながらデータ処理をする。

デ−タの比較動作が行われてアラ−ムとすべきかどうかを判別する、ＲＡＭに書き込まれたデ−タを常にマイコンは確認しながら輝度レベルの変化が設定された範囲であればアラ−ムとせず、設定された範囲以外であればアラ−ムとする。

接点入出力により監視カメラの切り換えやセンサー機能の入り切りや感度調整をＰＣ（パソコン）のパラレルボードやＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）から操作ができる。またマイコンとのシリアル２進データ伝送方式であるＲＳ−２３２Ｃ規格のインターフェースでＰＣと接続し、監視カメラの切り換えやセンサー機能の入り切り、及び感度調整をＰＣで操作できる。

図２、図３において、図１の画像処理装置１５によって画像解析された結果、水質の異常と判別し、警報を段階的に出力する手段は、例えばａ遊泳エリヤ２に魚類７の認識が無く、b遊泳エリヤ3又はc遊泳エリヤ４で魚類７の認識されたときは、軽微のアラーム１６を出す。

更に、ａ遊泳エリヤ２に魚類７の認識が無く、b遊泳エリヤ3にも魚類７の認識が無く、c遊泳エリヤ４のみ魚類７が認識されたときは、中程度のアラーム１７を出す。

更に、ａ遊泳エリヤ２に魚類７の認識が無く、b遊泳エリヤ3にも魚類７の認識が無く、c遊泳エリヤ４にも魚類７の認識が無いときは、魚類７が全匹死亡したと判別し、重度のアラーム１８を出す、水路状飼育水槽１に遊泳している魚類７は水中ポンプ５とネット６によって水路状飼育水槽１内に閉じ込めてあるので外部に逃げ出すことはできない、故に魚類７が全匹死亡と判別することができる。

警報の段階的な出し方において、例えば遊泳エリヤをａ遊泳エリヤ２とb遊泳エリヤ3の2箇所の場合は、ａ遊泳エリヤ２で魚類７を認識しているときは正常とし、ａ遊泳エリヤ２で魚類７の認識が無く、b遊泳エリヤ3で魚類７が認識されたときは、軽微のアラーム１６を出し、ａ遊泳エリヤ２に魚類７の認識が無く、b遊泳エリヤ3にも魚類７の認識が無いときは重度のアラーム１８を出す二段階の警報にしてもよい、また逆に遊泳エリヤを３箇所以上に増やしてアラームの段階を多くしても良い。

また、例えば遊泳エリヤをａ遊泳エリヤ２とb遊泳エリヤ3の２箇所の場合で、ａ遊泳エリヤ２で魚類７の一部を認識し、b遊泳エリヤ3でも魚類7の一部が認識されたとき、正常のときの魚類の全匹と異常時の残存魚類数を差し引くアルゴリズムでより詳細な警報を出すことができる。

図５は監視カメラ１台で３箇所の遊泳エリヤを監視し、アラームを三段階に出す接続図である、ａ遊泳エリヤ２、b遊泳エリヤ3、c遊泳エリヤ４を１台の監視カメラ１９で撮像し、監視カメラ１９の映像信号を映像分配器２０に入力し、映像分配器２０で同一映像を３分岐して画像処理装置１５に入力する。

画像処理装置１５によって画像解析された結果、例えばａ遊泳エリヤ２に魚類７の認識が無く、b遊泳エリヤ3又はc遊泳エリヤ４で魚類７が認識されたときは、軽微のアラーム１６を出し、ａ遊泳エリヤ２に魚類７の認識が無く、b遊泳エリヤ3にも魚類７の認識が無く、c遊泳エリヤ４のみ魚類７が認識されたときは、中程度のアラーム１７を出す、更に、ａ遊泳エリヤ２に魚類７の認識が無く、b遊泳エリヤ3にも魚類７の認識が無く、c遊泳エリヤ４にも魚類７の認識が無いときは、魚類７が全匹死亡したと判別し、重度のアラーム１８を出すことができる。

水路状飼育水槽１に生息している魚類７は水中ポンプ５とネット６によって水路状飼育水槽１内に閉じ込めてあるので外部に逃げ出すことはできない、故に魚類７が全匹死亡と判別することができる。

以上のように監視カメラ１９が１台であっても、警報は三段階の軽微のアラーム１６、中程度のアラーム１７、重度のアラーム１８の段階的な警報が出せる、遊泳エリヤの数に相当する映像を映像分配器２０で分配し、画像処理装置１５に入力することで監視カメラは１台で可能となる、軽微のアラーム１６、中程度のアラーム１７、重度のアラーム１８の名称は必要に応じて変更しても良い。

図４は監視カメラ３台で３箇所の遊泳エリヤを監視し、アラームを三段階に出す図である、監視カメラ１２はａ遊泳エリヤ２を撮像し、監視カメラ１３はb遊泳エリヤ3を撮像し、監視カメラ１４はc遊泳エリヤ４を撮像して、それぞれの映像信号を画像処理装置１５に入力する。

画像処理装置１５によって画像解析された結果、例えばａ遊泳エリヤ２に魚類７の認識が無く、b遊泳エリヤ3又はc遊泳エリヤ４で魚類７が認識されたときは、軽微のアラーム１６を出す。

ａ遊泳エリヤ２に魚類７の認識が無く、b遊泳エリヤ3にも魚類７の認識が無く、c遊泳エリヤ４のみ魚類７が認識されたときは、中程度のアラーム１７を出す。

更に、ａ遊泳エリヤ２に魚類７の認識が無く、b遊泳エリヤ3にも魚類７の認識が無く、c遊泳エリヤ４にも魚類７の認識が無いときは、魚類７が全匹死亡したと判別し、重度のアラーム１８を出すことができる、水路状飼育水槽１に生息している魚類７は水中ポンプ５とネット６によって水路状飼育水槽１内に閉じ込めてあるので外部に逃げ出すことはできない、故に魚類７が全匹死亡と判別することができる。

以上のように監視カメラ１２、監視カメラ１３、監視カメラ１４の３台の監視カメラで警報を三段階の軽微のアラーム１６、中程度のアラーム１７、重度のアラーム１８の段階的な警報が出せる。

軽微のアラーム１６、中程度のアラーム１７、重度のアラーム１８の名称は必要に応じて変更しても良い。

従来の飼育水槽は、市販用の魚類飼育水槽のイメージの四角形の箱状のものであった、そのため有毒物質の混入時の魚類の異常行動である忌避行動や狂奔行動や横転行動の判別が難しかった、実施例の図２、図３、図６、図７、図８、図９にあるように水路状にすることで、忌避行動や狂奔行動や横転行動の判別が容易にできる。

また、市販用の魚類飼育水槽のイメージの四角形の箱状のものは、透明のガラスケースや透明のプラスチックケースで製作されていたため、ケースの側面からケース板を通して監視カメラで撮像していた、しかし温度差による結露や日時の経過でケース板の内面に藻が付着して、見誤ったり、見損なったりの不都合な問題が生じていた、本考案は飼育水槽の上部から水面を透して撮像するためこれらの問題を解決した。

遊泳エリヤは丸みを持たせたほうが水流の抵抗が少ないので好ましい、水路の幅や長さは魚類の大きさに応じて決められる、また図２、図３、図６、図７、図８、図９のいずれもａ遊泳エリヤ２は他の遊泳エリヤより大きなスペースで構成されている。

水道事業体以外にも飲料水メーカー、医薬品メーカー、食品メーカー、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。

この考案に係わる魚類による水質監視装置の斜視図である。 図１による飼育水槽容器を上部から見た平面図である。 図１による飼育水槽容器を上部から見た平面図である。 図１による監視カメラと画像処理装置の接続図である。 監視カメラと画像処理装置の接続図である。 飼育水槽容器の実施例の平面図である。 飼育水槽容器の実施例の平面図である。 飼育水槽容器の実施例の平面図である。 飼育水槽容器の実施例の平面図である。

符号の説明

１ 水路状飼育水槽
２ a遊泳エリヤ
３ b遊泳エリヤ
４ c遊泳エリヤ
５ 水中ポンプ
６ ネット
７ 魚類
８ 入水口
９ 排水口
１０ 自動給餌器
１１ 餌
１２ 監視カメラ
１３ 監視カメラ
１４ 監視カメラ
１５ 画像処理装置
１６ 軽微のアラーム
１７ 中程度のアラーム
１８ 重度のアラーム
１９ 監視カメラ
２０ 映像分配器

Claims (2)

1. 原水に含まれる有毒物質の混入を魚類の行動で監視する飼育水槽において、飼育水槽を水路状とし、その水路の入水口から排水口の途中に少なくとも数箇所に遊泳エリヤを設けたことを特徴とする魚類による水質監視装置用の飼育水槽容器。
2. 請求項１に記載した魚類による水質監視装置用の飼育水槽容器において、水路の数箇所の遊泳エリヤを１台もしくは数台の監視カメラで撮像し、遊泳エリヤ内に魚類の遊泳を画像処理装置で解析し、水質の正常か異常かを判別し、警報を段階的に出力することができる魚類による水質監視装置。

Images