JPH06324031A - 魚類の行動パターンに基づく水質監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】異常水質に反応する魚類の異常な行動パターン
を簡単な信号処理システムで的確に把握して異常水質を
検知できるようにした魚類の行動パターンに基づく水質
監視装置を提供する。 【構成】原水を連続的に流す監視水槽１と、ドラム内周
側に魚捕捉羽根２ａを備え、その中に供試魚１１を入れ
て監視水槽内に浸漬配置した回転式金網ドラム２と、該
回転金網ドラムを定方向に回転する駆動部３と、回転式
金網ドラムに対しその中央領域をカバーして魚影の有無
を検知するよう光センサを配列した魚影検知部４と、光
センサの出力信号を基に原水の正常／異常を判定する信
号処理部５とから成り、異常水質に反応して「鼻上
げ」，「狂奔，忌避」行動を示す供試魚を前記の魚捕捉
羽根にてドラム外周域に捕捉し、回転式金網ドラムの中
央領域から全ての魚影が消えた条件で異常水質と判定し
て警報を出すようする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、浄水場の水質監視支援
システムとして適用する魚類の行動パターンに基づく水
質監視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】浄水場における水質監視手段として、現
在では化学的分析法による水質監視システムを補完して
水の安全性を総合的に判定するために、水棲生物，特に
魚類が水中に混入した毒性物質に敏感に反応して行動変
化を起こす習性を利用して異常水質を検知するようにし
た水質監視方法が用いられており、その具体的な実施方
法について、「水道維持管理指針」（厚生省環境衛生局
水道部監修）で規定されている。

【０００３】すなわち、河川などから取水した浄水場の
原水に毒性物質（例えばシアン）が混入して異常水質と
なった場合に、魚類はこの水質異常に反応して水面近く
に上昇，浮遊する「鼻上げ」行動，あるいは狂ったよう
に泳ぎ回る「狂奔，忌避」行動の習性を示し、さらに時
間の経過とともに遊泳能力が低下すると水面に腹を横に
して漂い、遂には致死に至ることが知られている。

【０００４】そこで、複数尾の供試魚を入れた監視水槽
に浄水状の原水を連続的に供給し、この供試魚の行動変
化を監視することにより、毒性物質の混入による水質異
常を逸早く知ることができる。なお、魚の異常行動から
異常水質を検知した場合には、浄水場への取水を直ちに
停止するとともに、管理者は速やかに原水の化学分析を
行って水質異常の原因を確かめるようにしている。

【０００５】一方、前記した供試魚の行動を人の目で目
視監視することは時間的な制約もあって困難であること
から、最近では供試魚の行動変化を光学的な手法で監視
するようにした各種の水質監視方式が提唱されている。
また、その代表的な方式として、監視水槽内に入れた供
試魚の遊泳状況をＩＴＶカメラなどで画像認識し、さら
に画像処理システムでの解析により得た魚の行動パター
ン（水槽内に入れた供試魚の位置分布，遊泳速度分布な
ど）から水質の正常／異常を判定するようにした水質監
視システムの研究報告がなされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した従
来の水質監視方式では、監視水槽内に入れた供試魚の行
動パターンを指標化して定量的に求めるに大掛りな画像
処理システムが必要であり、さらに水槽内における供試
魚の経時的な位置分布，遊泳速度分布を計算して水質の
正常／異常を判定するために複雑な画像処理フローが必
要となる。

【０００７】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、異常水質に反応する魚類の異常な行動パターン
を簡単な信号処理システムで的確に把握して異常水質を
検知できるようにした新規かつ有効な魚類の行動パター
ンに基づく水質監視装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の水質監視装置は、原水を連続的に流す監視
水槽と、ドラムの内周側に魚捕捉羽根を備え、その中に
供試魚を入れて監視水槽内に浸漬配置した回転式金網ド
ラムと、該回転金網ドラムを定方向に回転する駆動部
と、回転式金網ドラムに対し前記魚捕捉羽根より内周側
の中央領域をカバーして魚影の有無を検知する魚影セン
サと、魚影センサの出力信号を基に原水の正常／異常を
判定する信号処理部とから成り、異常水質に反応して
「鼻上げ」，「狂奔，忌避」行動を示す供試魚を回転式
金網ドラムの魚捕捉羽根にてドラム外周域に捕捉し、回
転式金網ドラムの中央領域から全ての魚影が消えた条件
で異常水質と判定して警報を出すよう構成するものとす
る。

【０００９】また、前記構成の水質監視装置は、具体的
に次記のような態様で実施することができる。 （１）魚捕捉羽根を回転式金網ドラムの回転方向に向け
て前面を開口したポケット状の金網体で作り、かつ複数
の魚捕捉羽根を回転式金網ドラムの周上に振り分けて分
散配備する。

【００１０】（２）魚影センサとして投光器と受光器を
組とする複数組の透過型光センサを用い、回転式金網ド
ラムを挟んで監視水槽の両側に各組の投光器，受光器を
個々に光軸を合わせて配列する。 （３）前項（２）の魚影センサに対し、常時は魚影セン
サの全ての投光器を投光状態にして魚影有無を検知し、
全ての受光器がＯＮとなった条件で次に各組の投光器を
順に個別投光に切換え、ここで全ての受光器がＯＮとな
った条件で水質異常と判定する。

【００１１】

【作用】上記の構成において、回転式金網ドラムには数
尾（例えば４尾程度）の供試魚を入れておき、水質監視
中に回転式金網ドラムを低速で連続回転させておく。こ
の状態で監視水槽に導入した原水が正常水質であれば、
供試魚は回転式金網ドラムの周面，魚捕捉羽根から避け
るようにドラム内の中央領域に集まって遊泳する。した
がって、この場合にはドラムの中央周域をカバーするよ
うに複数組の光センサを配列した魚影センサに対して、
供試魚がいずれかのセンサの光路を横切るために、各セ
ンサの出力が全てＯＮ（センサの光路を魚が横切ると光
が遮光されて受光器の出力がＯＦＦとなる）になること
がなく、この条件では水質が正常であると判定される。

【００１２】一方、原水に毒性物質などが混入して監視
水槽内の水が異常水質に変わると、供試魚はこの毒性物
質に敏感に反応して先記した「鼻上げ」，「狂奔，忌
避」行動を示し、回転式金網ドラムの囲いから外へ逃げ
る，あるいは水面に浮上しようとしてドラムの中央領域
から外周側に移動する。なお、このような習性は実験か
らも確認されている。しかして、供試魚がドラムの周域
に移動すると、回転式金網ドラムと一緒に回転して来た
魚捕捉羽根により掬い取られてそのポケット内に捕捉さ
れ、以降は毒性による遊泳能力の低下も加わって供試魚
は魚捕捉羽根に捕捉さたまま回転式金網ドラムとともに
回転するようになる。したがって、この状態になるとド
ラム内の中央領域（魚影センサの検知領域）から魚の姿
が消えるので各センサの出力が全てＯＮとなるととも
に、この信号条件で信号処理部は原水が異常水質に変化
したと判定し、外部に警報（警報ランプ，ブザーなど）
を発する。

【００１３】したがって、供試魚の行動パターンを位置
分布，遊泳速度分布などから求める複雑な画像処理が一
切必要なく、回転式金網ドラムの中央領域をカバーする
よう配列した魚影センサのＯＮ，ＯＦＦ状態を確認する
だけで水質の正常／異常を的確に判定することができ
る。一方、魚影センサとして多数組の光センサを近接し
て並置配列すると、隣接するセンサの間で光路が干渉し
て誤動作するおそれがある。かかる点、常時は魚影セン
サの全ての投光器を投光状態にして魚影有無を検知し、
全ての受光器がＯＮとなった条件で次に各組の投光器を
順に個別投光に切換え、ここで全ての受光器がＯＮとな
った条件で水質異常と判定する方式を採用すれば、セン
サの誤動作による判定ミスを防ぐことかできる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は水質監視装置の全体構成を示すもの
であり、図において、１は監視水槽、２は水槽内に浸漬
配備した横軸形の回転式金網ドラム、３は金網ドラム２
の駆動モータ、４は回転式金網ドラム２を挟んで監視水
槽１の両側に配置した投光部４ａと受光部４ｂとの組か
らなる魚影検知部、５は魚影検知部４に組み込んだ光セ
ンサ（光センサについては後述する）の信号処理部であ
り、これらを主要部品として水質監視装置を構成してい
る。

【００１５】ここで、前記の監視水槽１は透明ガラス製
であり、原水はろ過水槽６を経て給水管７ａより水槽１
に導入され、その底部側から排水管７ｂを通じて排水さ
れる。なお、水槽１への流入水量は先記の「水道維持管
理指針」に基づいて例えば２〜３リットル／分，３０〜
４０分程度で水槽内の水が入れ替わるように定めて連続
供給される。また、回転式金網ドラム２はその周面を金
網で囲った円筒形のドラムであって、その周縁が支持ロ
ーラ８を介して水槽内の定位置に回転可能に支持されて
おり、かつ駆動ローラ９，チェーン機構９ａを介して水
槽上部に設置した駆動モータ３により矢印Ｐ方向に低速
で回転駆動される。なお、回転式金網ドラム２の左右端
面は必要により後記する魚影センサの機能を阻害しない
程度の細い金網で覆っている。また、回転式金網ドラム
２の内周側には図２で明示されているように、周面４箇
所に分散して金網で作られた魚捕捉羽根２ａを備えてい
る。この魚捕捉羽根２ａはそれ自身が断面が鉤形を成し
た樋状体であり、その入口を回転式金網ドラム２の回転
方向に向けてドラムの内周面に固定されている。

【００１６】一方、回転式金網ドラム２に対し、図３で
示すように魚捕捉羽根２ａよりも内周側の中央領域（半
径Ｄ）を魚影検知範囲として、この領域をカバーするよ
うに碁盤目状に配列した多数組の透過型光センサ（投光
器と受光器との対からなる）１０を用いて先記した魚影
検知部４を構成しており、光センサ１０の投光器，受光
器が各組ごとに光軸を合わせて投光部４ａ，受光部４ｂ
に組み込まれている。なお、信号処理部５は前記した各
組の光センサ１０の出力信号を基に原水水質の正常／異
常を判定し、水質が異常と判定された際に警報ランプ，
ブザーなどを作動させて警報を出す機能を備えたもので
ある。

【００１７】次に、前記構成による原水の水質監視動作
を図４に表した検知フローチャートに基づいて説明す
る。まず、図１で示すように回転式金網ドラム２の中に
は体長を揃えて４尾程度の供試魚１１を収容し、この状
態で回転式金網ドラム２を駆動モータ３により比較的遅
い速度で矢印Ｐ方向に回転するとともに、魚影検知部４
に組み込んだ各組の光センサ１０に対し、全投光システ
ムを「入」にする。この全投光システムとは、図５
（ａ）で表すように各光センサ１０（＃１〜＃ｎ）の投
光器１０ａを一斉に投光（点線Ａは投光器から出射した
光線を表す）させた状態で魚影検知を行うものである。
ここで、原水が正常水質であれば供試魚１１は回転式金
網ドラム２の周面，魚捕捉羽根２ａを避けるようにドラ
ム内の中央周域に集まって遊泳する。したがって、回転
式金網ドラム２の中央周域をカバーするよう分散配列し
た光センサ１０に対し供試魚１１がいずれかの光センサ
の光路を横切って投光器から出射した光線を遮光するた
めに、各光センサ１０の受光器出力が全てＯＮ（センサ
の光路を魚が横切ると光が遮光されて受光器がＯＦＦと
なる）になることがなく、この信号条件では水質が正常
であると判定される。

【００１８】一方、原水に毒性物質などが混入して監視
水槽１の水が異常水質に変わると、供試魚１１はこの毒
性物質に反応して「鼻上げ」，「狂奔，忌避」行動を示
し、回転式金網ドラム２の囲いから外へ逃げようとして
ドラムの中央領域から外周側に移動するとともに、この
際に回転式金網ドラム２一緒に回転して来た魚捕捉羽根
２ａにより掬い取られてそのポケット内に捕捉され、以
降は毒性による遊泳能力の低下も加わって供試魚は魚捕
捉羽根に捕捉さたまま回転式金網ドラムとともに回転す
るようになる。なお、致死に至って浮上しようとする供
試魚も当然のことながら魚捕捉羽根２ａに取り込まれた
まま回転式金網ドラム２と一緒に回転する。

【００１９】したがって、この状態になると回転式金網
ドラム２の中央領域（魚影センサの検知領域）から全て
の魚影が消えるので、光センサ１０の受光器出力が全て
ＯＮとなるとともに、図４の検知フローチャートでは前
記の信号条件（全ての光センサＯＮ）に続き、確認タイ
マＴの支援を受けながら各組の光センサ１０に対して次
に個別投光システムを「入」にする。この個別投光シス
テムとは、図５（ｂ）で表すように光センサ１０の投光
器１０ａを＃１から＃ｎまで順番に１組当たり１００ｍ
ｓc 程度ずつ投光し、各組の受光器が誤動作してないか
チエックするものである。そして、この個別投光システ
ム「入」でも全ての光センサ出力がＯＮであれば、信号
処理部５は原水が異常水質に変化したと判定し、外部に
警報（警報ランプ，ブザーなど）を発する。なお、隣合
う光センサ同士の間で投光の干渉，誤動作のおそれがな
い場合には、前記した個別投光システムを省略し、全投
光システム「入」の状態で全ての光センサ出力がＯＮと
なった条件で警報を出すように実施できる。

【００２０】

【発明の効果】本発明による水質監視装置は、以上説明
したように構成されているので、次記の効果を奏する。 （１）監視水槽内に魚捕捉羽根を付設した回転式金網ド
ラムを設置し、かつドラムの中央領域に対応して魚影検
知用の光センサを配列した構成を採用することにより、
異常水質に反応して「鼻上げ」，「狂奔，忌避」などの
異常行動をとる供試魚をドラム周上の魚捕捉羽根により
捕捉し、速やかに魚影検知センサの検知領域外に排除す
ることができる。

【００２１】（２）したがって、従来方式のように水槽
内における供試魚の行動パターンを位置分布，遊泳速度
分布などから求める複雑な画像処理が一切必要なく、回
転式金網ドラムの中央領域をカバーするよう配列した光
センサのＯＮ，ＯＦＦ状態を確認するだけの簡単な信号
処理システムで水質の正常／異常を的確に判定すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による水質監視装置の全体構成
図

【図２】図１における回転式金網ドラムの断面図

【図３】図１における魚影検知部の光センサ配列図

【図４】異常水質検知のフローチャートを表す図

【図５】図４における投光システムの説明図であり、
（ａ）は全投光システム「入」の状態図、（ｂ）は個別
投光システム「入」の状態図

【符号の説明】

１ 監視水槽 ２ 回転式金網ドラム ２ａ 魚捕捉羽根 ３ 駆動モータ ４ 魚影検知部 ４ａ 投光部 ４ｂ 受光部 ５ 信号処理部 ６ ろ過水槽 １０ 透過型光センサ １０ａ 投光器 １１ 供試魚

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅岡 幸博 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】異常水質に反応する魚類の行動変化を利用
   して原水の水質異常を検知する水質監視装置であって、
   原水を連続的に流す監視水槽と、ドラムの内周側に魚捕
   捉羽根を備え、その中に供試魚を入れて監視水槽内に浸
   漬配置した回転式金網ドラムと、該回転金網ドラムを定
   方向に回転する駆動部と、回転式金網ドラムに対し前記
   魚捕捉羽根より内周側の中央領域をカバーして魚影の有
   無を検知する魚影センサと、魚影センサの出力信号を基
   に原水の正常／異常を判定する信号処理部とから成り、
   異常水質に反応して「鼻上げ」，「狂奔，忌避」行動を
   示す供試魚を回転式金網ドラムの魚捕捉羽根にてドラム
   外周域に捕捉し、回転式金網ドラムの中央領域から全て
   の魚影が消えた条件で異常水質と判定して警報を出すよ
   うにしたことを特徴とする魚類の行動パターンに基づく
   水質監視装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の水質監視装置において、魚
   捕捉羽根が回転式金網ドラムの回転方向に向けて前面を
   開口したポケット状の金網体であり、かつ複数の魚捕捉
   羽根を回転式金網ドラムの周上に振り分けて分散配備し
   たことを特徴とする魚類の行動パターンに基づく水質監
   視装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の水質監視装置において、魚
   影センサとして投光器と受光器を組とする複数組の透過
   型光センサを用い、回転式金網ドラムを挟んで監視水槽
   の両側に各組の投光器，受光器を個々に光軸を合わせて
   配列したことを特徴とする魚類の行動パターンに基づく
   水質監視装置。
4. 【請求項４】請求項１，３記載の水質監視装置におい
   て、常時は魚影センサの全ての投光器を投光状態にして
   魚影有無を検知し、全ての受光器がＯＮとなった条件で
   次に各組の投光器を順に個別投光に切換え、全ての受光
   器がＯＮとなった条件で水質異常と判定することを特徴
   とする魚類の行動パターンに基づく水質監視装置。