JP6051368B1 - 小型魚類を用いた急性毒の監視方法及び監視装置 - Google Patents

Abstract

急性毒について適切なタイミングで警報を行うことができる監視方法及び監視装置を提供する。水槽１１の水平面全体を小型魚類の水平像よりも小さな複数の検知ブロックＢに予め区分し、水槽１１の水平面全体をカメラ装置１３によって所定時間毎に撮影し、水槽１１の撮影画像から検知ブロックＢの各々について小型魚類の存在を判定して、存在が判定された存在検知ブロック数を監視履歴として蓄積し、監視履歴を参照して、存在検知ブロック数が所定期間に警報基準を下回ったときに急性毒を警報するように構成する。

Description

本発明は、小型魚類が放たれた水槽に水源から常時給水しその小型魚類を監視して急性毒を警報する急性毒の監視方法及び監視装置に関する。

従来、河川、貯水池、ダム等の水源の水質を監視する方法としては化学試薬等を用いる検査法が一般的である。しかしながら試薬で検出できる有害物質は限られており、試薬の取扱い等に専門知識も必要とされるから、この方法で日常的に水質を監視するのは難しいという問題があった。

これに対して近時、より簡単かつ多様な有害物質を検出可能な方法として、ヒメダカ等の小型魚類を用いるバイオアッセイが注目されている。バイオアッセイでは水源から採取した水を入れた水槽に放たれた魚類の状態を監視するものである。これに関連する先行技術の例として例えば次のような特許文献が挙げられる。
特許文献１、２には、水槽に設定した監視範囲内の魚類の数を監視して監視数が変動したときアラーム信号を出力することが記載されている。

特開２００２−２５７８１５号公報 特開２００３−１３９７６４号公報

しかしながら前記特許文献１、２に記載されている監視方法では、魚類の下流側への移動行動等によって水質に変動があったときにアラーム信号が出力されるが、水質がどの程度変動したときにアラーム信号が出力されるか必ずしも明確でないため、熟練した係員が水槽を現場確認する等して最終判断を下す必要があった。
本発明はこのような問題に着目してなされたものであり、特に急性毒について適切なタイミングで警報が発報される監視方法及び監視装置を提供することを目的としている。

本発明による急性毒の監視方法は、複数の小型魚類が放たれた水槽に水源から原水を常時給水して水槽内を循環する渦流を生じさせ、この渦流の流路中に死魚捕集ネットを設置し、前記水槽の水平面全体を小型魚類よりも小さな複数の検知ブロックに区分し、更に前記死魚捕集ネットの設置領域を小型魚類の存在判定処理から除外すべき除外ブロックとして選択する操作を受け付け、前記水槽の水平面全体をカメラ装置によって所定時間毎に撮影し、前記水槽の撮影画像から、前記除外ブロックとして選択されていない検知ブロックの各々について小型魚類の存在を判定し、存在が判定された存在検知ブロック数を監視履歴として蓄積し、前記監視履歴から急性毒による死亡率の判定基準を逐次算出して、前記存在検知ブロック数がその判定基準を下回ったときに、急性毒を警報することを特徴とする。

また本発明による急性毒の監視装置は、複数の小型魚類が放たれた水槽と、水源の原水を前記水槽に常時給水して当該水槽内を循環する渦流を生じさせる給水手段と、前記渦流の流路中に設置される死魚捕集ネットと、前記水槽の水平面全体を小型魚類よりも小さな複数の検知ブロックに区分し、更に前記死魚捕集ネットの設置領域を小型魚類の存在判定処理から除外すべき除外ブロックとして選択する操作を受け付ける操作部と、所定時間毎に前記水槽を撮影するカメラ装置と、前記水槽の撮影画像から、前記除外ブロックとして選択されていない検知ブロックの各々について小型魚類の存在を判定し、存在が判定された存在検知ブロック数を監視履歴として蓄積する監視記録部と、前記監視履歴から急性毒による死亡率の判定基準を逐次算出して、前記存在検知ブロック数がその判定基準を下回ったときに、急性毒を警報する警報部とを備えたことを特徴とする。

本発明では、例えば前記所定期間は９６時間とし、存在検知ブロック数が所定期間に半数以下に減少したときに、急性毒を警報するように構成できる。この場合、急性毒警報は、水槽の水に９６時間における半数致死濃度程度の急性毒が存在することを示す明確なシグナルになる。また検知ブロックは小型魚類の水平像よりも小さな寸法にしているので、同一の小型魚類が複数の検知ブロックで同時に存在判定されることになり、小型魚類の見落としがなく、個体数について検知誤差が抑えられる。

実施形態の一例とされる急性毒の監視装置の基本構成を示すブロック図である。 前記監視装置の具体例を示す全体斜視図である。 （ａ）は前記監視装置を構成する水槽の具体例を示す斜視図、（ｂ）、（ｃ）はいずれも給水手段の基本作用を説明する平面図である。 （ａ）は水槽の水平面を複数の検知ブロックに区分設定する工程を説明する平面図、（ｂ）、（ｃ）はいずれも検知ブロックにおける小型魚類の存在の具体的な判定例を示す平面図である。 （ａ）は水槽の撮影画像の一例、（ｂ）はその撮影画像から小型魚類の存在を判定したその判定結果の一例を示す平面図である。 小型魚類の個体数を監視した結果の一例を示すグラフである。 小型魚類の個体数を監視する基本手順の一例を説明するフローチャートである。 （ａ）は水槽の撮影画像の他例、（ｂ）はその撮影画像から小型魚類の検知ブロックへの進入を判定したその判定結果の一例を示す平面図である。 小型魚類の活動量を監視した結果の一例を示すグラフである。 小型魚類の活動量を監視する基本手順の一例を説明するフローチャートである。 監視履歴の表示画面の具体例である。 監視履歴の表示画面の他例である。 （ａ）は急性毒の警報基準によって規格化された個体数のグラフ、（ｂ）は急性毒の警告基準によって規格化された個体数のグラフ、（ｃ）は活動量急減の警告基準によって規格化された活動量のグラフ、（ｄ）は活動量急増の警告基準によって規格化された活動量のグラフである。

図１は実施形態の一例とされる急性毒の監視装置を示している。この監視装置は小型魚類を用いるバイオアッセイにより監視対象の水源、例えば、河川、貯水池、ダム等の水質、特に急性毒を監視するものであり、小型魚類としてはヒメダカ（体長２．５センチメートル以上）を想定している。ヒメダカは生後１年程で体長２．５センチメール程度まで成長するのであるが、この監視装置ではそのようなヒメダカを１０〜１２匹程使用し、死亡したヒメダカの補充は、その死亡から９６時間が経過した以降にする。

まずこの監視装置の基本構成を説明する。
監視装置１０は水質監視に係る要素として、水源から常時給水され、かつ複数の小型魚類が放たれる水槽１１と、水槽１１の水平面全体に小型魚類の水平像よりも小さな複数の検知ブロックを区分設定する操作を受け付ける操作部１２と、所定時間毎に水槽１１を撮影するカメラ装置１３と、カメラ装置１３の撮影画像から検知ブロックの各々について小型魚類の存在を判定して、存在が判定された存在検知ブロック数を監視履歴として蓄積する監視記録部１４と、監視履歴を参照して、存在検知ブロック数が所定期間に警報基準を下回ったときに、急性毒を警報する警報部１５と、監視履歴を表示する表示部１６とを備える。監視装置１０は更に、水源から取水された水を水槽１１に時間当たり一定量ずつ給水する給水手段１７、水槽１１に定期的に給餌する自動給餌装置（図示なし）や、水槽１１を照明するＬＥＤランプ（図示なし）等を備える。

水槽１１は、広さ２０×３０センチ四方〜２５〜３５センチ四方、深さ４センチ〜５センチ程度の薄型のものとすれば、小型魚類を７匹〜１５匹程維持でき、その水平面全体を上方からカメラ装置１３で撮影することも容易である。
操作部１２は例えばタッチパネル、キーボード等で構成できる。なおＵＳＢメモリ、メモリカード、あるいはネットワーク等から検知ブロックの区分情報や他の初期設定情報を読み込むように構成してもよい。
カメラ装置１３は、ＣＭＯＳセンサ又はＣＣＤセンサを用いた一般的なものでよい。またその撮影画像はカラーであってもモノクロームであってもよい。
監視記録部１４は例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータ装置を用いて構成すればよい。そうすれば監視履歴を内蔵ハードディスク等に格納し、その格納したデータをＵＳＢメモリ、メモリカード等に書き出すことも可能になる。また遠隔地の通信端末とネットワーク接続すれば、その通信端末等からリモート操作を受けたり、急性毒の検出を移報したりすることも可能になる。
警報部１５は急性毒の検出を係員に知らせるためのものであり、例えばブザー、サイレン等によって警報音を鳴動するように構成してもよいし、パトランプ等によって警報表示するように構成してもよい。あるいは外部機器に移報するように構成してもよい。
表示部１６は、液晶パネルあるいはＣＲＴによって構成できる。タッチパネルを用いれば操作部１２と兼用できて装置の小型化が図れる。
給水手段１７は電動ポンプあるいは電磁弁等によって構成できる。また自動給餌装置、ＬＥＤランプは一般に市販されているものを用いればよい。

図２は前記監視装置の具体例を示す斜視図である。
監視装置１０は、前面扉２０ａ、２０ａ等によって開閉自在な暗箱２０に水槽１１、監視記録部１４等を収容した基本構成とし、パトランプからなる警報部１５を暗箱２０の上面に設けている。詳細に説明すれば、暗箱２０の上段に監視記録部１４を収容し、中段に水槽１１を収容し、下段にサンプル水タンク２１や、原水供給ポンプ、熱交換器（図示なし）等を収容している。カメラ装置１３、ＬＥＤランプ、自動給餌装置（図示なし）は水槽１１の上方に配置している。更に、水温が高いときに水槽１１の水面に吹き付けるファン装置等（図示なし）を設けてもよい。
水槽１１は給水手段１７を構成する沈殿槽１１ａと一体に形成されており、この沈殿槽１１ａの外壁面にカメラ装置１３、ＬＥＤランプが下向きに固定されている。監視記録部１４は、筐体前面に操作部１２を構成するテンキーと、表示部１６を構成するタッチパネルを備えている。カメラ装置１３、ＬＥＤランプ、自動給餌装置、原水供給ポンプ、熱交換器等は、監視記録部１４によって制御される。
このように監視装置１０全体を暗箱２０に収容してＬＥＤランプによって内部照明する構成とすれば、水槽１１のみを照明し他の部分を暗いまま保てるので、藻類や植物性プランクトンの発生、増殖を抑える効果が得られる。この効果は、水槽１１全体を低光反射性の樹脂等で形成すれば一層優れたものになる。なおＬＥＤランプは基本的に光を一方向に照射するので、水槽１１のみを照明することが可能であり、しかも照射光による水槽１１の水温上昇も僅かである。

図３（ａ）は水槽の具体例を示す斜視図、図３（ｂ）、（ｃ）はいずれも給水手段の基本作用を説明する平面図である。
図３（ａ）に示すように、水槽１１は沈殿槽１１ａ及び汚物槽１１ｂと一体化されている。沈殿槽１１ａは水槽１１への給水から沈殿物及び浮遊物を予め除去する槽であり、汚物槽１１ｂは水槽１１を清潔に保つため小型魚類の排泄物を移動蓄積させる槽である。
水槽１１は対向する２側面の一方に設けられた給水口１１ｃ、１１ｃを通じて沈殿槽１１ａに連通し、他方に設けられた出水口１１ｄによって汚物槽１１ｂに連通している。水槽１１の底面は給水口１１ｃ、１１ｃから出水口１１ｄに向かって下方向に緩く傾斜しており、給水口１１ｃ、１１ｃから出水口１１ｄに向かう水流によって排泄物を汚物槽１１ｂに送り出すように構成されている。なお出水口１１ｄには小型魚類の脱出を防止するためにネット等を設けるとよい。
沈殿槽１１ａは４槽式であり、第一の槽の上部に注水口１１ｅが設けられ、第四の槽の上部には高水面オーバーフロー口１１ｆと低水面オーバーフロー口１１ｇとが設けられている。第一〜第四の槽は隣の槽と隔壁の下端部または上端部で連通するように構成されている。オーバーフロー口１１ｆ、１１ｇはそれぞれ配管によって水槽１１の給水口１１ｃ、１１ｃに接続されている。低水面オーバーフロー口１１ｇと給水口１１ｃとを接続する配管には電磁弁１１ｈが設けられている。
電磁弁１１ｈが閉じているときには沈殿槽１１ａは高水面オーバーフロー口１１ｆからオーバーフローした水を給水口１１ｃから吐出させて、図３（ｂ）に示すように水槽１１内に一方方向の渦流を生じさせることができる。一方電磁弁１１ｈが開いているときには低水面オーバーフロー口１１ｇからオーバーフローした水を給水口１１ｃから吐出させて、図３（ｃ）に示すように水槽１１内に逆方向の渦流を生じさせることができる。一方向の渦流だけでは水槽１１の底面半分からしか汚物を流し出せないが、電磁弁１１ｈの制御によって水槽１１内の渦流の方向を適宜切り替えることで、水槽１１の底面全体から汚物を流し出すことが可能になる。
水槽１１の四隅は曲面とし、水槽１１の中央部には渦流安定柱１１ｉを立設している。そのため安定した渦流が得られ、水槽１１内で水が淀むこともない。更に渦流安定柱１１ｉと水槽１１の周壁との間に死魚捕集ネット１１ｊが張られている。死魚捕集ネット１１ｊは小型魚類が泳ぎ抜ける可能な程度の目を持たせる。死魚は渦流によって運ばれて死魚捕集ネット１１ｊで横向きに引っかかり捕集される。
汚物槽１１ｂは隔壁１１ｍによって水槽１１に近い区画と遠い区画とに区分され、その区画のそれぞれに排水口１１ｋ、１１ｋが設けられている。排水口１１ｋ、１１ｋの高さは水槽１１の水面を規定する。隔壁１１ｍの高さは排水口１１ｋ、１１ｋよりも若干低く設定する。水槽１１から遠い区画の底面には、サンプル水タンク２１に連通するサンプル水採取口１１ｎが設けられている。サンプル水タンク２１に繋がる配管には電磁弁等を設ける。サンプル水採取口１１ｎから水槽１１の水を採取する場合、隔壁１１ｍがあるため水槽１１の水面が下がりすぎるという問題が生じない。

次いで前記監視装置の基本作用を説明する。
この監視装置１０による急性毒の監視方法は、複数の小型魚類が放たれた水槽１１に水源から常時給水し、水槽１１の水平面全体を小型魚類の水平像よりも小さな複数の検知ブロックに予め区分し、水槽１１の水平面全体をカメラ装置１３によって水槽１１を所定時間毎に撮影し、水槽１１の撮影画像から検知ブロックの各々について小型魚類の存在を判定して、存在が判定された存在検知ブロック数を監視履歴として蓄積し、この監視履歴を参照して、存在検知ブロック数が所定期間に警報基準を下回ったときに、急性毒を警報するという手順からなる。

例えばＯＥＣＤテストガイドライン２０３に定められた魚類急性毒性試験の方法では、化学物質に９６時間暴露した際の魚類に及ぼす影響として、魚類が半数死亡する濃度を半数致死濃度（ＬＣ５０）としている。
よって好適な具体例として、前記所定期間は９６時間とし、存在検知ブロック数がその所定期間に半数以下に減少したときに、急性毒を警報するように構成すれば、この急性毒警報は、水槽の水に９６時間における半数致死濃度程度の急性毒が存在することを示す明確なシグナルになる。また小型魚類はいずれも体長２〜３センチのものとし、検知ブロックの各々は同一の小型魚類が２〜３又は２〜４の隣接した検知ブロックで同時に存在判定される広さとすれば、小型魚類の見落としがなく、個体数について検知誤差が抑えられる。
小型魚類が９６時間に半数以下に減少したか否かの判定は、例えば個体数の９６時間移動平均値の５０％を急性毒の警報基準として、現時点の個体数をその警報基準と比較する方法で実行する。なお変形例として、現時点から９６時間前の個体数の５０％を急性毒の警報基準として、現時点の個体数をその警報基準と比較してもよい。

水槽１１の水平面を複数の検知ブロックに区分設定する工程は、操作部１２で所定操作を受けたときに監視記録部１４によって実行される。例えばカメラ装置１３の撮影範囲が水槽１１の水平面全体と一致するように、カメラ装置１３の撮影方向、倍率等を手動調節し、水槽１１の撮影画像を見ながら、操作部１２で所定操作をすることによって、検知処理で除外扱いすべき除外ブロックＮＢを任意に選択設定する。

図４（ａ）は水槽の水平面を複数の検知ブロックに区分設定する工程を説明する平面図である。検知ブロックＢとしてカメラ装置１３の撮影範囲を２４×３２ブロックに区分している。カメラ装置１３の撮影範囲が水槽１１の水平面全体と一致するようにカメラ装置１３の撮影方向、倍率等を調節すれば、図示のように、水槽１１の水平面全体が複数の検知ブロックＢに区分される。除外ブロックＮＢとして水槽１１の四隅、渦流安定柱１１ｉの部分、死魚捕集ネット１１ｊの部分を選択することで、生存している小型魚類のみを存在判定の対象とすることが可能になる。すなわち渦流安定柱１１ｉ、死魚等を、小型魚類として誤判定するおそれがなくなる。なお水槽１１が広さ２４×３２センチであれば、カメラ装置１３の撮影範囲が水槽１１の水平面全体と一致するように調節したとき、検知ブロックＢは約１センチメール四方になる。これに対して小型魚類は体長２．５センチ以上を想定しているから、１匹の小型魚類が、２〜４の検知ブロックＢで同時に検知されることになり、小型魚類の検知漏れが抑えられる。

水槽１１の水平面をカメラ装置１３によって所定時間毎に撮影する工程は、例えば０．２〜２秒毎に実行すればよい。

水槽１１の撮影画像から検知ブロックＢの各々について小型魚類の存在を判定して、存在が判定された存在検知ブロック数を監視履歴として蓄積する工程は、監視記録部１４によって実行される。ここでは一定以上の大きさのものを小型魚類とみなすことで、小さな浮遊物等を小型魚類であると誤判定することを防止することが望ましい。
具体的には、例えば検知ブロックＢの各々を５×５の検知点Ｓで構成し、その内の１３以上の検知点Ｓで何らかの物体が同時に撮影されたとき、その物体を小型魚類であると見なしてその存在を判定するとよい。図４（ｂ）、（ｃ）にその具体的な判定例を示す。
図４（ｂ）の場合、検知ブロックＢを構成する５×５の検知点Ｓの内、１４の検知点Ｓで小型魚類Ｆの一部が撮影されている。これは前記小型魚類の条件を満たすから、この検知ブロックＢについては小型魚類の存在が判定される。
図４（ｃ）の場合、検知ブロックＢを構成する５×５の検知点Ｓの内、８の検知点Ｓで浮遊物Ｕが撮影されている。これは前記小型魚類の条件を満たさないから、この検知ブロックＢについては小型魚類の存在は判定されない。なおここで説明した検知ブロックＢを構成する検知点Ｓの数、小型魚類と推定する条件は一つの例示であって、これに限定されるわけではない。
図５（ａ）、（ｂ）に水槽の撮影画像の一例と、その撮影画像から小型魚類の存在を判定した判定結果の一例を示す。図５（ｂ）において除外ブロックＮＢは白枠によって、小型魚類の存在検知ブロックＥＢはハッチングされた枠によって示している。
死魚捕集ネット１１ｊに引っかかった死魚ＤＦは除外ブロックＮＢによって検知対象から自動的に除外される。生存している小型魚類Ｆは１１匹であり、存在検知ブロック数は３７個であるから、１匹当たりの存在検知ブロック数は約３．４ということになる。
なお小型魚類Ｆの数が同一であっても、撮影画像毎に存在検知ブロック数は一定範囲でばらつくはずであるから、存在検知ブロック数としては短時間移動平均値を算出してそれを採用することが望ましい。具体的には、例えば水槽１１の水平面を０．５秒毎に撮影し、その撮影画像から検知ブロックＢの各々について小型魚類の存在を判定し、存在検知ブロックＥＢの１分間移動平均値を算出して、その値を現時点の存在検知ブロック数として採用する等である。なお存在検知ブロック数は、存在検知ブロックＥＢの１分間移動平均値に限定されず、例えば３０秒間移動平均値としてもよく、３分間移動平均値としてもよい。
このようにして求めた現時点での存在検知ブロック数を監視履歴として蓄積すればよい。

監視履歴を参照して、存在検知ブロック数が所定期間に警報基準を下回ったときに急性毒を警報する工程は、監視記録部１４と警報部１５とによって実行される。
具体的な処理としては、現時点の存在検知ブロック数を１分間移動平均として算出するのと同時に、存在検知ブロック数の９６時間移動平均値を算出し、この９６時間移動平均値の５０％を急性毒の警報基準として、存在検知ブロック数がその警報基準を下回ったときに、急性毒警報を発報させてもよい。９６時間移動平均値は、小型魚類Ｆが次々と死亡していくような状況でもゆっくりと変化するので、その９６時間移動平均値の５０％をその時々の急性毒の警報基準としても、急性毒警報が遅延する等の不具合は生じない。また存在検知ブロック数が警報基準を下回った時点で監視タイマーによる計時を開始し、その後所定時間（例えば３分間）が経過するまで、存在検知ブロック数が警報基準を下回った状態が継続したことを条件として急性毒警報を発報させてもよい。もちろんその所定時間が経過する前に存在検知ブロック数が警報基準を回復したのならば急性毒警報の発報は中止する。こうすれば誤報を抑えることができる。

図６は前記方法によって小型魚類の個体数を７日間（１６８時間）監視した結果を示すグラフである。グラフＧ１の縦軸は存在検知ブロック数（個体数）としている。なお小型魚類の当初個体数は１２匹としている。また７日間という期間は例示であり、水質監視は長期間継続して行うことが一般的である。
グラフＧ１において実線は存在検知ブロック数を示している。存在検知ブロック数は、時々の小型魚類の死亡に合わせて段階的に減少している。
破線は、存在検知ブロック数の９６時間移動平均値を示しており、存在検知ブロック数に遅れて穏やかに減少している。
一点鎖線は、９６時間移動平均値の５０％を示しており、これは各時刻における急性毒による半数死亡の判定基準、すなわち急性毒警報基準とされるものである。存在検知ブロック数がこの警報基準を下回った時点で、急性毒警報が発報される。この時点で水槽の水の一部をサンプル水タンクに移して保存するとよい。
二点鎖線は、９６時間移動平均値の７５％を示しており、これは各時刻における急性毒による１／４死亡の判定基準、すなわち急性毒警告基準とされるものである。存在検知ブロック数がこの警告基準を下回った時点で、急性毒注警告が発報されることになる。このように急性毒警報よりも早い時点で急性毒注警告を発報する構成にすれば、急性毒に関する対策等の準備が余裕を持って行えるようになる。
この例では、２６時間目に一匹が死亡しており、１１１時間目に計４匹が死亡した時点で急性毒警告が発報されている。また１４０時間目に計８匹が死亡した時点で急性毒警報が発報されている。

図７は前記方法の基本手順の一例を説明するフローチャートである。ここでは、水槽の水平面全体を複数の検知ブロックに区分する工程は既に実行済みと想定して監視の実手順のみを説明する。
ステップ１００、１０１は、水槽の水平面全体をカメラ装置によって所定時間（例えば０．５秒）毎に撮影する工程である。
ステップ１０２、１０３は、水槽の撮影画像から検知ブロックの各々について小型魚類の存在を判定して、存在検知ブロック数を監視履歴として蓄積する工程である。
ステップ１０４〜１０８は、監視履歴を参照して、存在検知ブロック数が所定期間に警報基準を下回ったときに、急性毒を警報する工程である。
具体的には、ステップ１０４で存在検知ブロック数の１分間移動平均値を算出する。この平均値を現時点の存在検知ブロック数として扱うことで、検知のばらつきによる影響を抑えている。
ステップ１０５では存在検知ブロック数の９６時間移動平均値を算出する。この平均値の５０％を急性毒の警報基準とし、７５％を急性毒の警告基準とする。
ステップ１０６、１０７では、現時点の存在検知ブロック数を急性毒の警報基準と比較し、存在検知ブロック数がこの警報基準を下回っていれば急性毒警報を発報させる。急性毒警報を発報させた時点でこの基本手順は終了するが、終了とせずステップ１００に戻してもよい。
ステップ１０８、１０９では、現時点の存在検知ブロック数を急性毒の警告基準と比較し、存在検知ブロック数がこの警告基準を下回っていれば急性毒警告を発報させる。このあとはステップ１００に戻る。

次いで個体数の監視とともに実行すると有益な活動量の監視について説明する。これは要するに小型魚類は急性毒等に反応して挙動が変化する性質を示すことから、小型魚類の活動量を監視して急性毒の予測に役立てようというものである。例えば水中に急性毒が混入し始めた段階では小型魚類の活動量は急増する傾向がある（狂乱行動）。また急性毒の濃度が高くなると小型魚類の活動量は急減する傾向がある（緩慢行動）。そのような挙動変化を警告すれば、急性毒の予想に大いに役立つ。またこのような挙動変化があった日時を記録しておけば、その後小型魚類の半数以上が死亡する急性毒が検出されたときに、その急性毒が生じ始めた日時、急性毒の濃度が高くなった日時等を分析するための有益な手掛かりになる。

活動量の監視方法は、前記個体数の監視方法に類似している。
すなわち監視装置１０による活動量の監視方法は、水槽１１の水平面全体をカメラ装置１３によって所定時間毎に撮影し、水槽１１の撮影画像から検知ブロックＢの各々について小型魚類の当該ブロックへの進入を判定して、進入が判定された進入検知ブロック数を監視履歴として蓄積し、監視履歴を参照して、進入検知ブロック数が警告基準に達したときに、活動異常を警告するという基本手順からなる。検知ブロックＢは、個体数監視用のものがそのまま利用できる。

水槽１２の撮影画像から検知ブロックＢの各々について小型魚類の当該ブロックへの進入を判定して、進入が判定された進入検知ブロック数を監視履歴として蓄積する工程は、監視記録部１４によって実行される。
具体的には、直近の連続した２つの撮影画像から、検知ブロックＢの各々について、小型魚類の存在をそれぞれ判定し、それらの判定結果を対比することで、小型魚類の検知ブロックＢへの進入を判断する。すなわち、前回は小型魚類の存在が判定されず、今回は小型魚類の存在が判定された検知ブロックＢについて、小型魚類の進入を判定すればよい。

図８（ａ）、（ｂ）に水槽の撮影画像の一例と、その撮影画像から小型魚類の進入を判定した判定結果の一例を示す。
図８（ａ）では、連続する２つの撮影画像のうち今回の撮影画像における小型魚類Ｆを実線によって示し、前回の撮影画像における小型魚類Ｆを点線によって示している。つまり前回の撮影画像で点線の位置にいた小型魚類が今回の撮影画像では実線の位置まで移動していることになる。
進入検知ブロックＭＢは、前回において小型魚類の存在が判定されず、今回において小型魚類の存在が判定されたブロックであるから、図８（ａ）における実線で示された小型魚類の位置と点線で示された小型魚類の位置とを対比すればわかるように、進入検知ブロックＭＢは図８（ｂ）においてハッチングされた枠によって示されるものになる。
この例では生存している小型魚類Ｆは計１１匹であるが、進入検知ブロック数は計１４個である。進入検知ブロック数は、前回撮影と今回撮影との時間差が小さい、つまりその時間差での小型魚類Ｆの移動距離が短くなれば（小型魚類の全長未満）、小型魚類Ｆ全体の活動量に比例したものになると考えられる。例えばその時間差として０．５秒を採用すれば良好な検出結果が得られる。このようにして求めた進入ブロック数の例えば１分間移動平均値を現時点での進入ブロック数の値として扱うとようにしてもよい。

監視履歴を参照して、進入検知ブロック数が警告基準に達したときに、活動異常を警告する工程は、監視記録部１４と警報部１５とによって実行される。
ここに云う警告基準に特段の制限はないが、監視履歴から所定期間の活動量の移動平均値を求め、その値を基にして活動量急増の警告基準値、活動量急減の警告基準値を定めてもよい。
具体的には、前記のように現時点での進入検知ブロック数として１分間移動平均値を算出するのと同時に、進入検知ブロック数の９６時間移動平均値も算出し、その値の１５０％を活動量急増の警告基準、その値の５０％を活動量急減の警告基準として、現時点での進入検知ブロック数が活動量急増の警告基準を上回ったとき、又は活動量急減の警告基準を下回ったときに、活動異常を警告する等である。なお進入検知ブロック数が活動量急増の警告基準を上回った、又は活動急減の警告基準を下回った時点で監視タイマーによる計時を開始し、その後所定時間（例えば３分間）が経過するまで、進入検知ブロック数が活動量急増の警告基準を上回った、又は活動急減の警告基準を下回った状態が継続したことを条件として活動異常警告を発報してもよい。もちろんその所定時間が経過する前に進入検知ブロック数が警報基準を回復したのならば活動異常警告の発報は中止する。こうすれば誤報を抑えることができる。
またこのような挙動変化が起きるのは、急性毒が生じ始めた日時、急性毒の濃度が高くなったときであることから、存在検知ブロック数及び進入検知ブロック数の推移に基づいて急性毒の強さを判定することも可能である。これは、急性毒の警報と活動異常（活動量急増）の警告との時間差は、小型魚類の半数が死亡するのに要した時間に概ね一致するので、その時間差に基づいて急性毒の強さを推定できるという考察によるものである。例えば急性毒を警報したとき、その前の４８時間前に活動異常（活動量急増）の警告していた場合、９６時間半数致死濃度よりも約２倍強い急性毒が混入したと推定できる。
よって監視装置１０は、少なくとも急性毒を警報した場合には、監視履歴を参照して、存在検知ブロック数及び進入検知ブロック数の推移に基づいて急性毒の強さを推定し、表示部１６に表示する構成にするとよい。
なおこのような挙動変化は、水質異常だけでなく、小型魚類が何かに驚いたとき、例えば大きな音がした、水槽が揺れた等のとき等でも普通に発生する。また給水が止まる、あるいは水温が振れたとき等にも生じる。よって騒音を検知するマイク、振動を検知する加速度計等を設け、これらのセンサが異常を検知したとき、あるいは給水が止まったときには、一定時間、活動異常警告の発報をしないようにしてもよい。

図９は、前記活動量の監視方法によって小型魚類の活動量を７日間（１６８時間）監視した結果を示すグラフである。グラフＧ２の縦軸は進入検知ブロック数としている。
グラフＧ２において実線は進入検知ブロック数（活動量）を示している。進入検知ブロック数は監視開始後１５時間目から急増し、いったん元に戻った後、８４時間目に急減し、その後再び元に戻っている。進入検知ブロック数は現実には変動が大きいが、ここでは簡単のため段階的に変化したものとしている。
破線は、進入検知ブロック数の９６時間移動平均値を示しており、進入検知ブロック数に遅れて穏やかに減少している。
一点鎖線は、９６時間移動平均値の５０％を示しており、これは各時刻における活動量急減の警告基準とされるものである。進入検知ブロック数がこの警告基準を下回った時点で、活動量急減警告が発報される。
二点鎖線は、９６時間移動平均値の１５０％を示しており、これは各時刻における活動量急増の警告基準とされるものである。進入検知ブロック数がこの警告準値を上回った時点で、活動量急増警報が発報される。
この例では、１５時間目に活動量急増警告が発報されている。この警告は急性毒の混入等の水質異常の発生を示唆する。また８４時間目に活動量急減警告が発報されている。この警告は水質異常の深刻化を示唆する。

図１０は、前記活動量の監視方法の基本手順の一例を説明するフローチャートである。ここでは、水槽の水平面全体を複数の検知ブロックに区分する工程は実行済みと想定して監視の実手順のみを説明する。
ステップ２００、２０１は、水槽１１の水平面全体をカメラ装置によって所定時間（例えば０．５秒）毎に撮影する工程である。
ステップ２０２、２０３は、水槽の撮影画像から検知ブロックの各々について小型魚類の進入を判定して、進入が判定された進入検知ブロック数を監視履歴として蓄積する工程である。
ステップ２０４、２０５は、監視履歴を参照して、存在検知ブロック数が所定期間に警報基準を下回ったときに急性毒を警報する工程である。
具体的には、ステップ２０４で進入検知ブロック数の１分間移動平均値を算出する。この平均値を現時点の進入検知ブロック数として扱うことで、検知のばらつきによる影響を抑えることができる。
ステップ２０５では進入検知ブロック数の９６時間移動平均値を算出する。この平均値の５０％を活動量急減の警告基準とし、１５０％を活動量急増の警告基準とする。
ステップ２０６、２０７では、現時点の進入検知ブロック数を活動量急増の警告基準と比較し、進入検知ブロック数がこの警告基準を上回っていれば活動量急増警告を発報させる。このあとはステップ２００に戻る。
ステップ２０８、２０９では、現時点の進入検知ブロック数を活動量急減の警告基準と比較し、進入検知ブロック数がこの警告基準を下回っていれば活動量急減警告を発報させる。このあとはステップ２００に戻る。

監視装置１０は前記のようにして急性毒を警報したり、小型魚類の活動異常を警報したりするのであるが、監視中はその監視履歴を表示部にリアルタイム表示するとよい。以下にその監視履歴の表示の具体例を説明する。

図１１は、監視履歴の表示画面の具体例である。
この表示画面Ｗ１は、小型魚類の個体数、活動量等の監視データ表示欄Ｓ１と、小型魚類の個体数、活動量等の監視データのグラフ表示欄Ｓ２と、水槽１１の撮影画像表示欄Ｓ３とが設けられている。
監視データ表示欄Ｓ１は、監視履歴から時刻毎の個体数、活動量等を読み出して数値表示すればよい。時刻単位は特に制限されず、２時間毎、１時間毎、１０分毎、１分毎等を自由に選択できるようにするとよい。ここでは１時間毎の個体数、活動量、及び当該時刻に発生した警報、発報された警告等をスロットにまとめて、１２時間分を表形式で表示している。表Ｔ１の表示範囲はスクロール操作等によって移動できるようにするとよい。
グラフ表示欄Ｓ２は、監視履歴から時刻毎の個体数、活動量等を読み出してグラフ表示すればよい。グラフ表示する期間は、７日分、３日分、１日分等を自由に選択できるようにするとよい。グラフの表示範囲はスクロール操作等によって自由に移動できるようにするとよい。ここでは個体数、活動量をそれぞれ独立したグラフＧ３、Ｇ４として表示している。
グラフＧ３では、６／４〜６／１０の７日分について、個体数、９６時間移動平均、急性毒の警報基準（９６時間移動平均の５０％）、急性毒の警告基準（９６時間移動平均の７５％）を表示している。
またグラフＧ４では、６／４〜６／１０の７日分について、活動量、９６時間移動平均、活動量急減の警告基準（９６時間移動平均の５０％）、活動量急増の警告基準（９６時間移動平均の１５０％）を表示している。
撮影画像表示欄は、監視データ表示欄で所定操作によって選択された日時の撮影画像又はグラフ表示欄で所定操作によって選択された日時の撮影画像Ｐ１を切換え表示するようにする。
グラフＧ３、Ｇ４のような表示態様とすれば、グラフＧ３、Ｇ４を見ただけで、小型魚類の個体数、活動量の推移が把握できる。
なお日付指定操作等を受け付けて、対応した日付の日報データ、すなわちその１日分の監視履歴を監視データ表示欄Ｓ１、グラフ表示欄Ｓ２に呼び出せるようにすると利便である。

図１２は、監視履歴の表示画面の他例である。この表示画面Ｗ２は、図１１に示した表示画面Ｗに対して、グラフ表示欄Ｓ２に表示するグラフの態様が異なっている。これ以外の共通する要素には同一の参照符号を付けて説明を省略する。
ここでのグラフＧ５は、急性毒の警報基準に対しての個体数、急性毒の警告基準に対しての個体数、活動量急減の警告基準に対しての活動量、活動量急増の警告基準に対しての活動量をそれぞれ独立した線として、急性毒の警報基準、急性毒の警告基準、活動量急減の警告基準、活動量急増の警告基準が同一位置にくるように、それらの線を一画面に重ね合わせて表示している。
グラフＧ５のような表示態様とすれば、各線がそれぞれの基準を下回った時点（活動量急増は基準を上回った時点）で対応した警報、警告が発報されることから、グラフＧ５を見ただけで警報、警告が発報される時期等を予測できるようになる。

前記グラフＧ１についてより詳細に説明する。
図１３（ａ）〜（ｄ）は、急性毒の警報基準に対しての個体数、急性毒の警告基準に対しての個体数、活動量急減の警告基準に対しての活動量、活動量急増の警告基準に対しての活動量を独立したグラフとして示したものである。
例えば図１１のグラフＧ３において、個体数を急性毒の警報基準によって規格化する、つまり各時刻において個体数を急性毒の警報基準によって除算すると、除算されたあとの個体数は急性毒の警報基準に対する相対値になる。よって急性毒の警報基準を水平線になるようにその相対値をグラフ化すれば、図１３（ａ）に示すグラフＧ６が得られる。
急性毒の警告基準に対しての個体数、活動量急減の警告基準に対しての活動量、活動量急増基準に対しての活動量についても図１１のグラフＧ３から同様にして図１３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すようなグラフＧ７、Ｇ８、Ｇ９が得られる。
図１３（ａ）〜（ｄ）に示したグラフＧ６〜Ｇ９を、急性毒の警報基準、急性毒の警告基準、活動量急減の警告基準、活動量急増の警告基準が同一位置にくるように重ね合わせれば、図１２に示すグラフＧ５のようになる。

なお前記のように水槽の撮影画像を解析して小型魚類の個体数、活動量を監視する方法では、水槽の水が一定以上濁っていると正常な監視結果が得られなくなる。よって小型魚類の監視中、水の濁度も監視するようにして、濁度が所定の基準を超えている間は、前記警報、警告の発報を禁止してもよい。
濁度は、水槽の撮影画像全体の平均明るさ等から容易に数値化できる。例えば水槽の撮影画像全体の平均明るさを所定時間毎に測定して監視履歴に蓄積し、監視履歴を参照して現時点の平均明るさが、所定期間から算出される明るさ基準を下回ったときに、高濁度を判定して、前記警報、警告の発報を禁止してもよい。これによって誤報がかなり抑えられる。
また濁度データは、前記監視履歴の表示画面において、小型魚類の個体数、活動量等の監視データと同様に数値表示、グラフ表示させてもよい。

１０ 監視装置
１１ 水槽
１３ カメラ装置
１２ 操作部
１４ 監視記録部
１５ 警報部
Ｂ 検知ブロック
ＥＢ 存在検知ブロック
Ｆ 小型魚類
ＭＢ 進入検知ブロック

Claims (13)

1. 複数の小型魚類が放たれた水槽に水源から原水を常時給水して水槽内を循環する渦流を生じさせ、この渦流の流路中に死魚捕集ネットを設置し、
   前記水槽の水平面全体を小型魚類よりも小さな複数の検知ブロックに区分し、更に前記死魚捕集ネットの設置領域を小型魚類の存在判定処理から除外すべき除外ブロックとして選択する操作を受け付け、
   前記水槽の水平面全体をカメラ装置によって所定時間毎に撮影し、
   前記水槽の撮影画像から、前記除外ブロックとして選択されていない検知ブロックの各々について小型魚類の存在を判定し、存在が判定された存在検知ブロック数を監視履歴として蓄積し、
   前記監視履歴から急性毒による死亡率の判定基準を逐次算出して、前記存在検知ブロック数がその判定基準を下回ったときに、急性毒を警報する小型魚類を用いた急性毒の監視方法。
2. 請求項１に記載の小型魚類を用いた急性毒の監視方法において、
   前記急性毒による死亡率の判定基準は、存在検知ブロック数の所定時間の平均値から決定することを特徴とする小型魚類を用いた急性毒の監視方法。
3. 請求項２に記載の小型魚類を用いた急性毒の監視方法において、
   前記急性毒による死亡率の判定基準は、存在検知ブロック数の９６時間移動平均値の５０％であることを特徴とする小型魚類を用いた急性毒の監視方法。
4. 請求項１に記載の小型魚類を用いた急性毒の監視方法において、
   前記急性毒による死亡率の判定基準は、前記存在検知ブロック数の９６時間前の値の５０％であることを特徴とする小型魚類を用いた急性毒の監視方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の小型魚類を用いた急性毒の監視方法において、
   前記検知ブロックの各々について小型魚類の当該ブロックへの進入を判定し、進入が判定された進入検知ブロック数を監視履歴として更に蓄積し、
   所定期間の監視履歴から活動量急増、急減の判定基準を逐次算出して、前記進入検知ブロック数がその活動量急増の判定基準を上回ったとき、又は活動量急減の判定基準を下回ったときに、活動異常を警告する小型魚類を用いた急性毒の監視方法。
6. 請求項５に記載の小型魚類を用いた急性毒の監視方法において、
   前記活動量急増、急減の判定基準はいずれも、進入検知ブロック数の所定時間の平均値から決定することを特徴とする小型魚類を用いた急性毒の監視方法。
7. 請求項６に記載の小型魚類を用いた急性毒の監視方法において、
   前記活動量急増、急減の判定基準は、進入検知ブロック数の９６時間移動平均値の１５０％、５０％であることを特徴とする小型魚類を用いた急性毒の監視方法。
8. 請求項５乃至７のいずか一項に記載の小型魚類を用いた急性毒の監視方法において、
   活動異常を警告した時点と、その後に急性毒を警報した時点との時間差に基づいて急性毒の強さを推定し表示することを特徴とする小型魚類を用いた急性毒の監視方法。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の小型魚類を用いた急性毒の監視方法において、
   前記検知ブロックの各々は、所定数の検知点を配列させており、
   検知ブロックの各々についての小型魚類の存在の判定は、当該ブロック内の小型魚類を検知した検知点の数に基づいて行うことを特徴とする小型魚類を用いた急性毒の監視方法。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の小型魚類を用いた急性毒の監視方法において、
    前記水槽の撮影画像から原水の濁度を判定し、この濁度が基準を超えている間は急性毒の警報を禁止することを特徴とする小型魚類を用いた急性毒の監視方法。
11. 請求項５乃至７のいずれか一項に記載の小型魚類を用いた急性毒の監視方法において、
    急性毒による死亡率の判定基準線に対する存在検知ブロック数の履歴を示すグラフと、
    活動量急増の判定基準線に対する進入検知ブロック数の履歴を示すグラフと、
    活動量急減の判定基準線に対する進入検知ブロック数の履歴を示すグラフとを、
    前記急性毒による死亡率の判定基準線、前記活動量急増の判定基準線及び前記活動量急減の判定基準線が同一直線となるように、一画面に重ねて合わせて表示することを特徴とする急性毒の監視方法。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の急性毒の監視方法において、
    日付指定操作を受け付けると、対応した日付の１日分の監視履歴を日報として表示することを特徴とする急性毒の監視方法。
13. 複数の小型魚類が放たれた水槽と、
    水源の原水を前記水槽に常時給水して当該水槽内を循環する渦流を生じさせる給水手段と、
    前記渦流の流路中に設置される死魚捕集ネットと、
    前記水槽の水平面全体を小型魚類よりも小さな複数の検知ブロックに区分し、更に前記死魚捕集ネットの設置領域を小型魚類の存在判定処理から除外すべき除外ブロックとして選択する操作を受け付ける操作部と、
    所定時間毎に前記水槽を撮影するカメラ装置と、
    前記水槽の撮影画像から、前記除外ブロックとして選択されていない検知ブロックの各々について小型魚類の存在を判定し、存在が判定された存在検知ブロック数を監視履歴として蓄積する監視記録部と、
    前記監視履歴から急性毒による死亡率の判定基準を逐次算出して、前記存在検知ブロック数がその判定基準を下回ったときに、急性毒を警報する警報部とを備えたことを特徴とする急性毒の監視装置。

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