JP4712908B1 - 水質自動監視装置及び低濃度毒性検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】希釈された低濃度の毒性でも検出することができる水質自動監視装置における低濃度毒性検知方法及び水質自動監視装置の提供。
【解決手段】ヒメダカ１１等の小型魚類を監視水槽４内に群れで飼育しておき、その監視水槽４に試料水を連続給水し、その試料水への有毒物質の混入を連続的に監視する水質自動監視装置において、ヒメダカ１１等の小型魚類は大型魚類から捕食される捕食防御本能があり危険を感知すると群れで固まる生態本能を利用し、監視水槽４の上部に設置したＣＣＤビデオカメラ１８で監視水槽４内のヒメダカ１１の動きを撮影し、この映像から画像処理によってヒメダカ１１が群れで固まる状態を検知することで試料水への低濃度有毒物質の混入を検知するようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、河川水や湖沼水、地下水、湧水、排水などのあらゆる水に有害物質が含有したとき、ヒメダカなどの小型魚類を監視水槽に常時飼育しヒメダカ等の小型魚類の動きを画像処理により検知し自動で警報を発報する装置であって、市民の生命と安全、環境保護などのための水質自動監視装置の技術に関する。

河川水や湖沼水、地下水、湧水、排水などのあらゆる水に有毒物質が混入する事故が世界的に起こっている。
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、六価クロムなどの有害重金属、史上最悪といわれるダイオキシン、急性毒物であるシアン化カリウムや農薬などあり、また未知の毒物や複合した有毒物質であり、人間の有毒物質は９７０種で魚類はこのうち９７％は反応すると言われており、試薬を使う化学分析法に比べてコストも安く、反応結果も早く、試料水を連続で検査できることから魚類を使ったバイオアッセイ法が広く認知され、魚類を監視水槽に常時飼育して試料水を連続給水してその水質を自動で監視をする装置が実用に供されている。

特開平６３−１６９５５９号公報 特開平０７−０６３７４７号公報 特開平０９−２２９９２４号公報 特開２００２−２５７８１５号公報 特開２００４−１２５７５３号公報 特開２００８−１３４１１９号公報

しかし、従来の魚類を監視水槽に飼育して水質を自動で監視をする装置には以下の問題があった。
有毒物質に反応する魚類の異常行動としては、従来、急性毒物のシアン系のシアン化カリウムに対しては魚類の呼吸器官が損傷を受けるため水面上に浮き上がって空気呼吸をする鼻上行動と言われる行動や農薬の殺虫剤でフェニトロチオンなどでは神経系の器官に損傷を受けるため水の中を狂奔する狂奔行動や死んで底部に沈む停止行動などを警報としていたが、これらの行動はいずれも有毒物質の濃度が高く魚類が毒性に身体的損傷を受けた結果の行動であった。
そのため稀釈された薄い毒性に対しては異常行動は現れずバイオアッセイ法が試薬を使う化学分析法に比べて劣るとされていた点であった。

本発明の解決しようとする課題は、希釈された低濃度の毒性でも検出することができる水質自動監視装置における低濃度毒性検知方法及び水質自動監視装置を提供することにある。

上記課題を解決するため請求項１記載の低濃度毒性検知方法は、
ヒメダカ等の小型魚類は大型魚類から捕食される捕食防御本能があり危険を感知すると群れで固まる生態本能から低濃度の毒性でも危険を感じて群れで固まる性質を利用し、監視水槽の外側に設置したＣＣＤビデオカメラで監視水槽内の小型魚類の動きを撮影し、この映像から画像処理によって小型魚類が群れで固まる状態を検知することで試料水への低濃度有毒物質の混入と判定するようにしたことを特徴とする手段とした。

また、請求項７記載の水質自動監視装置は、
ヒメダカ等の小型魚類を群れで飼育する監視水槽と、
前記監視水槽内に試料水を連続供給する給水手段と、
前記監視水槽内の小型魚類の動きを外部から撮影するＣＣＤビデオカメラと、
前記ＣＣＤビデオカメラで撮影した映像から画像処理によって小型魚類が群れで固まる状態を検知することで試料水への低濃度有毒物質の混入と判定する画像処理手段と、
前記画像処理手段で試料水への低濃度有害物質混入の混入と判定すると警報を表示する表示手段と、
を備えていることを特徴とする手段とした。

本発明では、上述のように、監視水槽の外側に設置したＣＣＤビデオカメラで監視水槽内の小型魚類の動きを撮影し、この映像から画像処理によって小型魚類が群れで固まる状態を検知することで、ヒメダカ等の小型魚類が大型魚類から捕食される捕食防御本能があり危険を感知すると群れで固まる生態本能から低濃度の毒性でも危険を感じて群れで固まる性質を利用し、希釈された低濃度の毒性でも検出することができるようになるという効果が得られる。

即ち、人間の有毒物質が９７０種と言われる毒性の従来検査は、試薬を使ったサンプリング検査が主であり、連続水の検査をする装置を導入しようとすれば費用は比べようもない膨大な費用がかかる。しかもスペースも広大な面積を必要とするためサンプリング検査が主である。
例えば水道水は浄水場で製造されるが浄水場は連続的に原水を導水して、ろ過池や沈砂池等を通過しながら人が飲める浄水をつくるが、水道水を断水させることなく給水するためには原水を連続的に浄水場に導水する必要がある。
水道法による水質検査項目は５０品目あるが、前記したように連続水の検査をする装置を導入しようとすれば多額の費用とスペースを必要とするため、月１度のサンプリング検査が現状である。

連続導水の途中に監視水槽を置いて魚類監視をすることはサンプリング検査で見落としを補完できるが、監視水槽の魚類を常時人が目視するか自動検査装置で監視をするかどちらかである。
人が常時目視することは精神的にも肉体的にも苦痛が伴い、見落としや見誤りも当然起こってくる。そのため自動監視装置が実用に供されてきたが、従来は毒性の濃度が高い場合は監視魚類の身体の損傷による反応でこれらの装置は検出できたが、毒性濃度の薄いものでは身体の損傷が軽く判定が難しく、無理に警報を出そうとすれば正常行動との違いが余りなく誤判定による誤発報を出していた。
本発明によれば、小型魚類が大型魚類に捕食される時の危険を感じた時の群れが固まる捕食防御の生態本能から、低濃度の毒性でも危険を感じて群れで固まる性質を利用することで希釈された低濃度の毒性でも検出し、警報を発報することが可能になる。

本発明実施例の水質自動監視装置における監視水槽の斜視図である。 本発明実施例の水質自動監視装置における監視水槽の平面図である。 本発明実施例の監視水槽の捕獲ネットの斜視図である。 本発明実施例の水質自動監視装置のシステム図である。 本発明実施例の水質自動監視装置の外観図である。 本発明実験例におけるモニターテレビの画面の映像に重畳配置されるセンサーブロック群を示す平面図である。 一つのセンサーブロックのセンサードットを示す拡大図である。 本発明実施例の水質自動監視装置における水質異常監視フローチャートである。 本発明実施例の水質自動監視装置における水質注意３監視フローチャートである。 本発明実施例の水質自動監視装置における水質注意２監視フローチャートである。 本発明実施例の水質自動監視装置における水質注意１監視フローチャートである。 本発明実験例におけるシアン化カリウムの０．０２ｍｇ／Ｌを監視水槽内のヒメダカ２０匹に曝露する前のヒメダカの群で動く様子をモニターテレビ画面に映しだした映像である。 本発明実験例における図１２の画像処理によりヒメダカの動きを検知したセンサードットの所属するセンサーブロックがモニターテレビ画面に重畳表示された映像である。 本発明実験例におけるシアン化カリウムの０．０２ｍｇ／Ｌを監視水槽内のヒメダカ２０匹に曝露後のヒメダカの群が捕食防御本能で中心部に固まっている様子をモニターテレビ画面に映しだした映像である。 本発明実験例における図１４の映像の固まったヒメダカの一部のヒメダカの動きを検知したセンサーブロックがモニターテレビ画面に重畳表示された映像である。 本発明の他の実施例を示す斜視図である。 本発明の他の実施例を示す斜視図である。

以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。

まず、この実施例１の水質自動監視装置を図面に基づいて説明する。

図１、２において、水槽全体１は受水槽２とポンプ水槽３と監視水槽４で構成されている。

まず原水６は給水口５から原水６ａが給水され、受水槽２に溜まる。受水槽２には階段式に開孔された数個の給水孔７があり、水位状態に応じて階段式に開孔された給水孔７からポンプ槽３に原水６ｂを給水する。
給水口５の給水量が給水孔７からポンプ槽３に給水する水量より多い場合は、原水６ａは受水槽オーバーフロー管１５から排水される。
ポンプ水槽３に給水された原水６ｂは、水中ポンプ８の運転可能水位５センチメートル以上になると原水６ｃを吸込み、勢いよく原水６ｄを監視水槽４の内壁面に向かって噴出する。

四角形の監視水槽４の水中ポンプ８の噴出口の一角以外の三角に、つば板９ａ、つば板９ｂ、つば板９ｃが装着される。
つば板９ａ、つば板９ｂ、つば板９ｃは三日月形状で形成されているため原水は四角形の角に滞留せずにスムーズに監視水槽４内を回流する。
原水６ｄは原水６ｅとなり、最初のつば板９ａにあたり監視水槽４の内壁面に沿って回流する。
例えば、つば板９を装着しなければ角に原水が滞留し腐敗を起こし、アンモニア等の発生でヒメダカの早期の死亡原因につながる。

水中ポンプ８で噴出された原水６ｄはまず一番目のつば板９ａにあたり、原水６ｅはスムーズな回流となって二番目のつば板９ｂにあたる。原水６ｅはスムーズな回流となって三番目のつば板９ｃにあたる。原水６ｅは原水６ｇとなり、回流となって最初の原水６ｄに合流して監視水槽４内を回流する。

監視水槽４の内壁面に沿って回流する原水６ｄや原水６ｅや原水６ｇに対して、水流に向かって行動する習性をもつヒメダカ群は、有害物質が混入していない正常時は一定の場所に留まるのではなく行動する場所を移動する。

つば板９ｃは多数孔１０ａを具備する。つば板９ｃの多数孔１０ａからは原水６ｆが常時流れ込み、例えば監視水槽４の水位が８センチメートル以上になると、つば板９ｃの対面のオーバーフロー管１２から原水６ｆが排水される。
つば板９ｃの多数孔１０ａの一つの孔の直径はヒメダカ１１より小径であるためヒメダカ１１が多数孔１０ａの孔を通過することはない。

オーバーフロー管１２の下部に水位調整管１３が接続され、水位調整管１３の延長配管と排水口１７の延長配管を監視水槽４の下限水位５センチメートルの位置で連結配管したため、下限水位５センチメートル以下になると原水６ｆと原水６ｈは排水を停止し、下限水位５センチメートルを保持する。
監視水槽４は最低水位５センチメートルを保持するため、ヒメダカ群が乾水で死亡することはない。

回流する原水６ｅは原水６ｇとなり、監視水槽４の内壁面に沿って回流し、原水６ｇは捕獲ネット１６の網目１６ｅを通過して原水６ｄに合流する。
原水６ｇの一部は監視水槽４とポンプ水槽３間の仕切板１４の多数孔１０ｂからポンプ水槽３に流れ込む。仕切板１４の多数孔１０ｂの一つの孔の直径はヒメダカ１１より小径であるためヒメダカ１１が多数孔１０ｂの孔を通過することはない。

監視水槽４の上限水位は８センチメートルで下限水位は５センチメートルで設定されているが、下限水位５センチメートルの設定は、ヒメダカの生存可能最低水位である。

ポンプ水槽３の下限水位５センチメートルは、水中ポンプ８の空運転故障防止の最低運転可能水位でもある。例えば水位が５センチメートル以下になると、水中ポンプ８は空運転となり、水中ポンプの歯車が加熱し回転停止となる。
下限水位５センチメートルが保持されているため、たとえ給水口５から原水６ａの給水が停止しても水中ポンプ８は運転を持続し、監視水槽４内の回流も持続することでヒメダカ群は生存が可能となる。

また監視水槽４の上限水位８センチメートル下限水位５センチメートルは、メダカが田圃や小川の浅い水位を好んで生息する習性に合わせている。
また自然界のメダカは、群れで生息する習性をもち、水の流れがある田圃や小川を好んだ生息環境と習性をもつため、本実施例の監視水槽４は約２０匹のヒメダカを群で飼育し、監視水槽４内の水位を浅くして、原水を常に回流している。

図３において、捕獲ネット１６は支柱１６ａに網目１６ｅを繋着し、網目１６ｅの周辺を縁布１６ｂ、縁布１６ｃ、縁布１６ｄで付着することで網目１６ｅを水流で形状が変化しないように強化している。
捕獲ネット１６の網目１６ｅは、原水６ｇは通過し、ヒメダカ１１ｄも通過可能であるが、弱ったヒメダカや死亡したヒメダカは横向きの状態で捕獲ネット１６に掛止した状態で捕持される。

前記支柱１６ａは支柱固定管１６ｆに固着され、支柱固定管１６ｆは網１６ｇを付着してヒメダカ１１の通過を防止し、支柱固定管１６ｆは監視水槽４の底部の中心部に具備した排水口１７に冠着する。

縁布１６ｄは監視水槽４の底部に密着し、縁布１６ｂは監視水槽４の上限水位８センチメートルと同じ位置にあり、縁布１６ｃは仕切板１４に掛着するため、ヒメダカ１１ｄが捕獲ネット１６の隙間から通過することはない。

監視水槽４を原水６ｄ、原水６ｅ、原水６ｇは回流しながら給水量と同じ水量を排水して常に新しい原水にヒメダカ群を曝す状態で原水中の毒物含有の監視を可能とする。

例えば、原水に毒物や有害物質が含有すると、ヒメダカは含水中の毒性に侵され監視水槽４内の回流に流され捕獲ネット１６に掛止する。ヒメダカ１１ｄは死亡しているわけではないが、回流の水圧によって捕獲ネット１６に掛止した状態で捕持される。

監視水槽４のヒメダカ群の餌は採餌器Ｃから自動的に毎日１〜２回電気的に給する。

監視水槽４のヒメダカ１１を監視カメラ１８で撮影するが、撮影効果を上げるために５Ｗの小型の蛍光灯Ｄが２４時間連続点灯している。
小型の５Ｗの蛍光灯によって光合成が抑制され監視水槽４内の藻の発生を抑えることができる。

図４〜７において、本実施例の水質自動監視装置には、
ヒメダカ１１を群れ（この実施例では約２０匹）で飼育する監視水槽４と、
監視水槽４内に原水６を連続供給する給水手段としての水中ポンプ８と、
監視水槽４内のヒメダカ１１の動きを監視水槽４の上部から俯瞰撮影するＣＣＤビデオカメラ１８と、
ＣＣＤビデオカメラ１８で撮影した映像を４つの同一映像（「異常」用、「注意３」用、「注意２」用、「注意１」用）に分配する映像分配部Ｅと、
映像分配部Ｅで分配された４つの映像をタイマー制御部Ｈにより「異常」用、「注意３」用、「注意２」用、「注意１」用の順に０．５秒間隔で順次取り込み、取り込まれた各映像をそれぞれ画像処理によって監視水槽４全面に総数３５８４個設定されたセンサードットｓを６４個のセンサードット毎に分割したセンサーブロックＳを縦横に配置し、監視水槽４内のヒメダカ１１が動いて各センサーブロックＳ内のセンサードットｓに触れるとセンサーブロックＳを計数し、計数されたセンサーブロック数が、タイマー制御部Ｈにより予め設定した検知時間（「異常」用は７５秒、「注意３」用は６０秒、「注意２」用は４５秒、「注意１」用は３０秒）連続して、予め設定した設定ブロック数（「異常」用は４、「注意３」用は６、「注意２」用は８、「注意１」用は１０）以下である時に試料水への低濃度有害物質の混入を検知する画像処理部Ｆと、
ＣＣＤビデオカメラ１８で撮影したヒメダカの映像と該映像に計数されたセンサーブロックＳを映像にして重畳表示するモニターテレビＪと、
前記画像処理部Ｆで原水への低濃度有毒物質の混入を検知すると「異常」、「注意３」、「注意２」、「注意１」の警報をそれぞれ発報する警報出力部Ｇと、
警報出力部Ｇで出力された警報をそれぞれ独立に表示する表示部Ｉと、
を主な構成として備えている。

即ち、例えば、原水６に低濃度の有毒物質が混入すると、画像処理部Ｆで計数されたセンサーブロックＳの数によって警報を段階的に自動発報する。段階的な自動発報は事前警報の「注意１」、「注意２」、「注意３」、と緊急対応の「異常」の４段階である。
なお、この実施例では、低濃度有害物質、例えば、シアン化カリウム（０．０２mg／Ｌ）の混入を監視するために、計数されたセンサーブロックＳの数が予め設定された検知時間連続して１０以下になると「注意１」、８以下になると「注意２」、６以下になると「注意３」、４以下になると「異常」と判定されるように、４段階の設定ブロック数（１０、８、６、４）が予め設定されている。

例えば、原水６に低濃度有害物質が混入し、画像処理部Ｆで計数されたセンサーブロックＳの数が予め設定された「異常」用検知時間（７５秒）連続して予め設定された「異常」用設定ブロック数（４）以下であると、「異常」と判定し、緊急対応策として、警報出力部Ｇでは、電磁弁Ａを開いて監視水槽４の原水６を検査水にするために採水容器Ｂに自動的に保管すると共に、表示パネルＩの「異常」のランプ点滅やブザー放鳴や外部出力Ｋで管理者に知らせる。

また、表示パネルＩは、水質の警報出力Ｇ以外に装置警報Ｌとして、漏水や水位異常や蛍光灯断なども個別に表示する、漏水警報は漏水パットの漏水センサーで感知して漏水警報とし、水位異常警報は監視水槽４に装着した水位センサーで感知して水位異常警報とし、蛍光灯断警報は通電センサーで感知して蛍光灯断警報とする、水位センサーは受水槽２の内壁に設置する、装置警報Ｌも外部出力Ｋから外部に発信する。

次に、図８〜１１の水質監視フローチャートに基づいて水質監視制御の内容を説明する。なお、図８は異常監視フローチャート、図９は注意３監視フローチャート、図１０は注意２監視フローチャート、図１１は注意１監視フローチャートである。
この４つの水質監視フローチャートにおいて、ヒメダカ１１の行動が確認されると、待機モードから監視モードへ移行し、監視状態に入る。

監視がスタートすると、ステップＳ１、Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１で監視タイマーが同時に起動し、この時点でステップＳ２、Ｓ１２、Ｓ２２、Ｓ３２の「異常」用映像処理、「注意３」用映像処理、「注意２」用映像処理、「注意１」用映像処理における画像処理情報がそれぞれ有効となる。
なお、この映像処理は、ステップＳ１の「異常」用映像処理、ステップＳ１１の「注意３」用映像処理、ステップ２１の「注意２」用映像処理、ステップ３１の「注意１」用映像処理の順で、０．５秒毎に連続してスタートするようにタイマー制御部Ｈで設定されている。

続くステップＳ３、Ｓ１３、Ｓ２３、Ｓ３３では、計数されたセンサーブロック数がそれぞれ４、６、８、１０以下（ＹＥＳ）であるか否か（センサーブロック判定）が判定され、ＮＯ（それぞれ４、６、８、１０より多い）である時は、ステップＳ４、Ｓ１４、Ｓ２４、Ｓ３４でそれぞれタイマーリセットした後、ステップＳ１、Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１に戻る。

ステップＳ３、Ｓ１３、Ｓ２３、Ｓ３３の判定がＹＥＳ（それぞれ４、６、８、１０以下）である時は、２秒後にステップＳ５、Ｓ１５、Ｓ２５、Ｓ３５に進み、計数されたセンサーブロック数がそれぞれ４、６、８、１０以下（ＹＥＳ）であるか否か（センサーブロック判定）が再判定される。
即ち、この再判定は２秒（０．５秒×４）毎に行われ、予め設定された検知時間７５秒、６０秒、４５秒、３０秒の時間継続して計数されたセンサーブロック数がそれぞれ４、６、８、１０より多い（ＮＯ）時は、ステップＳ４、Ｓ１４、Ｓ２４、Ｓ３４でそれぞれタイマーリセットした後、ステップＳ１、Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１に戻る。

また、計数されたセンサーブロック数がそれぞれ４、６、８、１０以下（ＹＥＳ）である時は、ステップＳ６、Ｓ１６、Ｓ２６、Ｓ３６に進んでそれぞれタイムアップした後、ステップＳ７、Ｓ１７、Ｓ２７、Ｓ３７に進み、水質の「異常」、「注意３」、「注意２」、「注意１」をそれぞれ検知して警報を発報する。「注意３」、「注意２」、「注意１」の場合は、何度も警報を連続発報し、元の監視状態に戻ることもあるが、「異常」の場合は、監視状態に戻ることはない。

次に、実験例を表１、２、図１２〜１５に基づいて説明する。

即ち、表１は、シアン化カリウムの０．０２ｍｇ／Ｌを監視水槽内のヒメダカ２０匹に曝露した時の警報の発報経過を試験した表である。
シアン化カリウムの０．０２ｍｇ／Ｌは水道法（厚生労働省所管の水道法）によるシアン化カリウムの許容量０．０１ｍｇ／Ｌの１段上の危険と認定された濃度であり０．０２ｍｇ／Ｌで検出できるのは、従来は試薬を使った化学分析法でバイオアッセイ法では検出できなかった。

表２は警報を「注意１」、「注意２」、「注意３」、「異常」の４段階に設定できる表を示す。
「注意１」は警報としては一番軽い警報で順次重い警報になり重大警報は異常で示す。例えば表２によれば注意１の警報は計数されたセンサーブロック数１０個、検知時間３０秒、動作時間０．５秒の設定であり、これはセンサーブロック１０個より多い数を検知時間３０秒以内で計数できなかったとき「注意１」の警報を発報することを指し示す。

映像のスキャン取り込みは０．５秒間隔で行われる。例えば監視水槽４内に２０匹のヒメダカが飼育されている場合は最大で２０個のセンサーブロックが計数される。「注意１」の警報が発報されても、発報後の次の３０秒以内にセンサーブロック１０個より多い数が計数できれば正常状態に自動復帰する。「注意２」、「注意３」も同様である。
しかし異常警報は一度発報すると正常状態に自動復帰できず、手動で復帰させなければならない。

各警報は計数されたセンサーブロックの設定ブロック数と検知時間の設定が自由にできる。本件試験によるシアン化カリウムの０．０２ｍｇ／Ｌの試験では、警報の「注意１」はセンサーブロック１０個、設定時間３０秒、動作時間０．５秒で設定し、警報の「注意２」はセンサーブロック８個、設定時間４５秒、動作時間０．５秒で設定、警報の「注意３」はセンサーブロック６個、設定時間６０秒、動作時間０．５秒で設定、異常警報はセンサーブロック４個、設定時間７５秒、動作時間０．５秒で設定した。

表１が示すように縦軸はヒメダカの活動数を表し、横軸は試験経過時間を表す。本件試験では監視水槽にヒメダカを２０匹入れ試験時間は２０時間までとした。
シアン化カリウムの濃度が高い時はヒメダカは順次死んでいくため２０匹の数が経過時間とともに右下がりで活動数が下がるが、本件試験のシアン化カリウムの０．０２ｍｇ／Ｌでは２０時間まで経過しても１匹も死んでいないことを横軸は示している、しかし経過時間で１時間後には注意１が発報し、２時間後には注意２が発報し、７時間後には注意３が発報し、１１時間後には重大警報の異常が発報していることが表で分かる。

図１２の写真は、本件試験におけるシアン化カリウムの０．０２ｍｇ／Ｌを監視水槽内のヒメダカ２０匹に曝露する前のヒメダカ群の動く様子をモニターテレビ画面に映しだした映像で、図１３の写真は、画像処理によりヒメダカの動きを検知したセンサードットの所属するセンサーブロックがモニターテレビ画面に重畳表示された映像である。

図１３の写真ではセンサーブロックが１２個表示されている。一番軽い注意１の警報はブロック１０個以内が警報の対象になるため、１２個では警報の対象にならない。

図１４の写真は、本件試験におけるシアン化カリウムの０．０２ｍｇ／Ｌを監視水槽内のヒメダカ２０匹に曝露後のヒメダカ群の動く様子をモニターテレビ画面に映しだした映像である。
監視水槽内のヒメダカの群れは表１が示すように２０時間経過しても１匹も死なないシアン化カリウムの０．０２ｍｇ／Ｌの希釈された毒性では捕食防御本能で群れが固まる生態本能を示す。

図１５の写真は、センサーブロックが４個しか表示されていないように、シアン化カリウム０．０２ｍｇ／Ｌの毒性で群れが捕食防御本能で固まり、センサーブロック４個しか表示されていないため異常警報の対象である。即ち、４個以下のセンサーブロック（４個、３個、２個、１個、０個）は異常警報の対象になる。ただし設定時間７５秒内に例えば４個より多い数が計数されれば異常警報は出ずに注意３の警報が発報されることになる。

次に、この実施例１の作用・効果を説明する。
この実施例１の水質自動監視装置では、上述のように、ヒメダカ１１等の小型魚類を群れで飼育する監視水槽４と、監視水槽４内に原水６を連続供給する水中ポンプ８と、監視水槽４内のヒメダカ１１の動きを上部から俯瞰撮影するＣＣＤビデオカメラ１８と、ＣＣＤビデオカメラ１８で撮影した映像から画像処理によってヒメダカ１１が群れで固まる状態を検知することで試料水への低濃度有毒物質の混入を検知する画像処理部Ｆと、を備える。
これにより、ヒメダカ等の小型魚類が大型魚類から捕食される捕食防御本能があり危険を感知すると群れで固まる生態本能を利用し、希釈された低濃度の毒性でも容易かつ連続的に検出することができるようになるという効果が得られる。

また、画像処理部Ｆで試料水への低濃度有毒物質の混入と判定すると警報を発報する警報出力部Ｇを備えることで、この警報により管理者に自動的に確実かつ迅速に知らせることができる。

また、ＣＣＤビデオカメラ１８は、監視水槽４の上部に備えられ、監視水槽４内のヒメダカ１１の動きを俯瞰撮影するようにしたことで、監視水槽の透明側壁を透して側面から撮影する方式に比べて透明側内壁に付着する藻により魚形の撮影が妨害される虞がない点で有利である。

また、画像処理部Ｆは、ＣＣＤビデオカメラ１８で撮影した映像から画像処理によってヒメダカ１１が群れで固まる状態をセンサードットｓで検知するもので、ＣＣＤビデオカメラ１８で撮影した映像から画像処理により監視水槽４全面に所定数のセンサードットｓ毎に縦横にブロック化した複数のセンサーブロックＳを配置し、監視水槽４内のヒメダカ１１が動いて各センサーブロックＳ内のセンサードットｓに触れるとセンサーブロックＳが計数される仕組みのアルゴリズムにおいて、計数されたセンサーブロック数が予め設定した設定ブロック数以下である時に試料水への低濃度有害物質の混入と判定するようにした。
これにより、ヒメダカ１１が群れで固まる状態を容易かつ確実に検知することができる。

また、画像処理部Ｆは、設定ブロック数を段階的に複数設定し、センサーブロック数が最少設定ブロック数に満たない時に低濃度有害物質の混入による水質異常を検知して警報出力部Ｇで異常警報を発報し、計数されたセンサーブロック数が最少設定ブロック数より多い設定ブロック数以下である時は段階的に注意状態を検知して警報出力部で注意警報を発報するようにした。
これにより、緊急対応である異常状態を検知する前に、事前に段階的に警報を発報することができ、これにより緊急時の対応を早めることができる。

また、１回の検知でセンサーブロックＳの計数が設定ブロック数（「異常」用は４、「注意３」用は６、「注意２」用は８，「注意１」用は１０）以下と判定しても、ヒメダカ１１は常に動いているため、一瞬だけかもしれないし、また、大きな音や振動で驚いて瞬間的に設定ブロック数以下になることもある。そのための確認機能としてタイマー制御部Ｈで、検知時間（「異常」用は７５秒、「注意３」用は６０秒、「注意２」用は４５秒、「注意１」用は３０秒）を設定し、この検知時間連続してセンサーブロックＳの計数が設定ブロック数以下となった場合に異常状態または注意状態を検出して警報を発報する。
この検知時間の設定により、信頼できる警報を発報することができる。
なお、注意警報の段階、設定ブロック数、検知時間等は、状況に応じて任意に設定することができる。

以上本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。

例えば、実施例では、ＣＣＤビデオカメラ１８は、監視水槽４の上部に備えられ、監視水槽４内のヒメダカ１１の動きを俯瞰撮影するようにしたが、その他に、例えば、図１６に示すように、ＣＣＤビデオカメラ１８ａで透明監視水槽Ｘの透明側壁を透して側面から撮影するようにしてもよい。

また、実施例では、ＣＣＤビデオカメラ１８で撮影した映像から画像処理によってヒメダカ１１が群れで固まる状態をセンサードットｓで検知するようにしたが、その他に、以下のような方法で検知することも可能である。
即ち、ＣＣＤビデオカメラ１８ａと画像処理(画像解析とも言う)の産業場の利用は、画像処理は本来製造ラインで使用される場合が大半で、例えば製品のラベルのゆがみや欠損や基板のハンダミス等を人間の目の変わりで見分けている。
解析方法は、ＣＣＤビデオカメラ１８ａの画総数が例えば４０万画素数あれば、１画素毎に０か１のデジタル処理を行い、黒を１、白を０として判定し１と０を計量する。
そのため外光の変化に大変弱く、照明照度を一定に保つことが重要である。
これを魚類を使った水質自動監視装置に利用するためには、図１７に示すように、透明監視水槽Ｘの側面から照明をあて、その影を透明監視水槽Ｘの反対側に白いスクリーン幕Ｗを設置して影絵をＣＣＤビデオカメラ１８ａで撮影し、撮影された影絵はデジタル処理で黒を１、白を０で判定軽量される。そして、黒の１と白の０の量はコンピューターＹで瞬時に計算される。ヒメダカ１１ｅを多数透明監視水槽Ｘに入れておけば位置の特定で固まりが判定され、固まりの移動も判定される。また魚類が死んだりして下に沈んだりすれば黒の１の量が減ることになり、それを警報とすることが可能である。

この発明に係る水質自動監視装置は、水道事業体以外にも飲料水メーカーや食品メーカーなど水を使用する全ての産業に利用が可能である。

１ 水槽全体
２ 受水槽
３ ポンプ水槽
４ 監視水槽
５ 給水口
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇ、６ｈ 原水
７ 給水口
８ 水中ポンプ
９、９ａ、９ｂ、９ｃ つば板
１０ａ、１０ｂ 多数孔
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ ヒメダカ
１２ オーバーフロー管
１３ 水位調整管
１４ 仕切板
１５ 受水槽オーバーフロー管
１６ 捕獲ネット
１６ａ 支柱
１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ 縁布
１６ｅ 網目
１６ｆ 支柱固定管
１６ｇ 網
１７ 排水口
１８、１８ａ ＣＣＤビデオカメラ
Ａ 電磁弁
Ｂ 採水容器
Ｃ 給餌器
Ｄ 蛍光灯
Ｅ 映像分配部
Ｆ 画像処理部
Ｇ 警報出力部
Ｈ タイマー制御部
Ｉ 表示パネル
Ｊ モニターテレビ
Ｋ 外部出力
Ｌ 装置警報
Ｓ センサーブロック
ｓ センサードット
Ｘ 透明監視水槽
Ｙ コンピューター
Ｚ 画像解析ボード
Ｌ ライト
Ｗ 白いスクリーン幕

Claims (12)

1. ヒメダカ等の小型魚類を監視水槽内に群れで飼育しておき、その監視水槽に試料水を連続給水し、その試料水への低濃度有毒物質の混入を連続的に監視して検知する低濃度有毒物質検知方法において、
   ヒメダカ等の小型魚類は大型魚類から捕食される捕食防御本能があり危険を感知すると群れで固まる生態本能から低濃度の毒性でも危険を感じて群れで固まる性質を利用し、監視水槽の外側に設置したＣＣＤビデオカメラで監視水槽内の小型魚類の動きを撮影し、この映像から画像処理によって小型魚類が群れで固まる状態を検知することで試料水への低濃度有毒物質の混入と判定するようにしたことを特徴とする低濃度有毒物質検知方法。
2. 請求項１記載の水質自動監視装置における低濃度有毒物質検知方法において、
   試料水への低濃度有毒物質の混入を検知すると警報を発報するようにしたことを特徴とする水質自動監視装置における低濃度有毒物質検知方法。
3. 請求項１または２に記載の低濃度有毒物質検知方法において、
   監視水槽の上部に設置したＣＣＤビデオカメラで監視水槽内の小型魚類の動きを俯瞰撮影するようにしたことを特徴とする低濃度有毒物質検知方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の低濃度有毒物質検知方法において、
   ＣＣＤビデオカメラで撮影した映像から画像処理によって小型魚類が群れで固まる状態をセンサードットで検知することで試料水への低濃度有毒物質の混入と判定するようにしたことを特徴とする低濃度有毒物質検知方法。
5. 請求項４に記載の低濃度有毒物質検知方法において、
   ＣＣＤビデオカメラで撮影した映像から画像処理により監視水槽全面に所定数のセンサードット毎に縦横にブロック化した複数のセンサーブロックを配置し、監視水槽内の小型魚類が動いて各センサーブロック内のセンサードットに触れるとセンサーブロックが計数される仕組みのアルゴリズムにおいて、計数されたセンサーブロック数が所定時間連続して予め設定した設定ブロック数以下である時に小型魚類が群れで固まる状態を検知することで試料水への低濃度有害物質の混入と判定するようにしたことを特徴とする低濃度有毒物質検知方法。
6. 請求項５に記載の低濃度有毒物質検知方法において、
   前記設定ブロック数を段階的に複数設定し、計数されたセンサーブロック数が所定時間連続して最少設定ブロック数に満たない時に低濃度有害物質の混入による水質異常を検知して異常警報を発報し、センサーブロック数が所定時間連続して最少設定ブロック数より多い設定ブロック数以下である時はその時の設定ブロック数に応じて段階的に注意状態を検知して注意警報を発報するようにしたことを特徴とする低濃度有毒物質検知方法。
7. ヒメダカ等の小型魚類を群れで飼育する監視水槽と、
   前記監視水槽内に試料水を連続供給する給水手段と、
   前記監視水槽内の小型魚類の動きを外部から撮影するＣＣＤビデオカメラと、
   前記ＣＣＤビデオカメラで撮影した映像から画像処理によって小型魚類が群れで固まる状態を検知することで試料水への低濃度有毒物質の混入と判定する画像処理手段と、
   前記画像処理手段で試料水への低濃度有害物質混入の混入と判定すると警報を表示する表示手段と、
   を備えていることを特徴とする水質自動監視装置。
8. 請求項７記載の水質自動監視装置において、
   前記画像処理手段で試料水への低濃度有毒物質の混入と判定すると警報を発報する警報手段を備えることを特徴とする水質自動監視装置。
9. 請求項７または８に記載の水質自動監視装置において、
   前記ＣＣＤビデオカメラは、監視水槽の上部に備えられ、監視水槽内の小型魚類の動きを俯瞰撮影するようにしたことを特徴とする水質自動監視装置。
10. 請求項７〜９のいずれかに記載の水質自動監視装置において、
    前記画像処理手段は、ＣＣＤビデオカメラで撮影した映像から画像処理によって小型魚類が群れで固まる状態をセンサードットで検知することで試料水への低濃度有毒物質の混入と判定するようにしたことを特徴とする水質自動監視装置。
11. 請求項１０記載の水質自動監視装置において、
    前記画像処理手段は、ＣＣＤビデオカメラで撮影した映像から画像処理により監視水槽全面に所定数のセンサードット毎に縦横にブロック化した複数のセンサーブロックを配置し、監視水槽内の小型魚類が動いて各センサーブロック内のセンサードットに触れるとセンサーブロックが計数される仕組みのアルゴリズムにおいて、計数されたセンサーブロック数が所定時間連続して予め設定した設定ブロック数以下である時に小型魚類が群れで固まる状態を検知することで試料水への低濃度有害物質の混入と判定するようにしたことを特徴とする水質自動監視装置。
12. 請求項１１記載の水質自動監視装置において、
    前記画像処理手段は、設定ブロック数を段階的に複数設定し、センサーブロック数が所定時間連続して最少設定ブロック数に満たない時に低濃度有害物質の混入による水質異常を検知して警報手段で異常警報を発報し、計数されたセンサーブロック数が所定時間連続して最少設定ブロック数より多い設定ブロック数以下である時はその時の設定ブロック数に応じて段階的に注意状態を検知して警報手段で注意警報を発報するようにしたことを特徴とする水質自動監視装置。