RU2437093C1 - System for rapid biological monitoring and indication - Google Patents
System for rapid biological monitoring and indication Download PDFInfo
- Publication number
- RU2437093C1 RU2437093C1 RU2010118938/15A RU2010118938A RU2437093C1 RU 2437093 C1 RU2437093 C1 RU 2437093C1 RU 2010118938/15 A RU2010118938/15 A RU 2010118938/15A RU 2010118938 A RU2010118938 A RU 2010118938A RU 2437093 C1 RU2437093 C1 RU 2437093C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- parameters
- water
- organisms
- measuring
- computer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Farming Of Fish And Shellfish (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области биологии (океанологии, гидробиологии), экологии и охране окружающей среды и предназначено для непрерывного биологического мониторинга и биологической оценки (индикации) качества как морских, так и пресных вод, включая питьевую и сточные воды в естественных или искусственных условиях в режиме реального времени.The invention relates to the field of biology (oceanology, hydrobiology), ecology and environmental protection and is intended for continuous biological monitoring and biological assessment (indication) of the quality of both marine and fresh waters, including drinking and wastewater in natural or artificial conditions in real time time.
Известны датчики физиологической активности беспозвоночных с жестким наружным покровом (патенты РФ на полезные модели №52190 от 03.11.05 г., №61431 от 25.08.06 г.), содержащие источник оптического (инфракрасного) излучения, и система биологического мониторинга окружающей среды, содержащая компьютер и вышеуказанные датчики для измерения физиологической активности водных животных, применяемая в настоящее время для измерения частоты и амплитуды сердечных сокращений пресноводных раков в контролируемых и лабораторных условиях. Датчики содержат источник оптического излучения, волоконно-оптическиий разветвитель, N корпусов с элементами установки на теле тестируемого беспозвоночного, N приемных оптических волокон и N приемников оптического излучения. Системы с их использованием содержат компьютер, N аналого-цифровых преобразователей и усилителей, и N датчиков. Системы с использованием волоконно-оптических датчиков сложны в изготовлении, неприменимы для реальных природных условий. Такие системы могут быть использованы только в искусственных, достаточно выровненных, специальных условиях. Заложенная в программу оценка состояния воды по одному физиологическому параметру ненадежна. Не определены возможности применения систем кардио-мониторов для оценки (индикации) токсичности воды (в том числе водопроводной) при низких (менее 50 ПДК) концентрациях различных токсичных веществ и диапазон реакций на нетоксичные вещества и раздражители.Sensors of physiological activity of invertebrates with a hard outer cover are known (RF patents for utility models No. 52190 dated November 3, 05, No. 61431 dated August 25, 06) containing a source of optical (infrared) radiation, and a biological environmental monitoring system containing a computer and the above sensors for measuring the physiological activity of aquatic animals, currently used to measure the frequency and amplitude of heart contractions of freshwater cancers in controlled and laboratory conditions. The sensors contain an optical radiation source, a fiber optic splitter, N housings with mounting elements on the body of the tested invertebrate, N receiving optical fibers and N optical radiation receivers. Systems using them contain a computer, N analog-to-digital converters and amplifiers, and N sensors. Systems using fiber-optic sensors are difficult to manufacture, not applicable to real environmental conditions. Such systems can only be used in artificial, fairly aligned, special conditions. Estimated water condition in the program according to one physiological parameter is unreliable. The possibilities of using cardio-monitor systems for assessing (indicating) the toxicity of water (including tap water) at low (less than 50 MAC) concentrations of various toxic substances and the range of reactions to non-toxic substances and irritants have not been determined.
Известна система физиологического мониторинга сердечных сокращений, потенциально пригодная для биомониторинга водной среды (Depledge M.H., Andersen В.В. A computer-aided physiological monitoring system for continuous, long-term recording of cardiac activity in selected invertebrates. - Сomp. Biochem. PhysioL, Vol.96A, 1990, № 4, p.p.473-477), содержащая датчик регистрации сердечных сокращений крабов, приклеиваемый на карапаксе краба, содержащий светодиод, фоторезистор, аппаратуру для усиления и обработки электрического сигнала, соединенный с компьютером, имеющим соответствующую программу. Данной системе присущи все недостатки описанной выше системы. Кроме того, использование данной системы приводит как к ошибкам из-за стресса испытуемого животного (краба, рака) вследствие ограничения его естественных движений в аквариуме, а также из-за прикрепления оптоволокна и достаточно значительного веса датчика, так и к ухудшению состояния и частой гибели (замене) животного, что повышает стоимость и усложняет эксплуатацию системы, крайне затрудняет ее использование в природных условиях.A well-known physiological monitoring system for heart contractions, potentially suitable for biomonitoring the aquatic environment (Depledge MH, Andersen B.V. A computer-aided physiological monitoring system for continuous, long-term recording of cardiac activity in selected invertebrates. - C omp. Biochem. PhysioL Vol.96A, 1990, No. 4, pp473-477), comprising a crab heartbeat sensor glued to a crab carapace, comprising an LED, a photoresistor, and an apparatus for amplifying and processing an electrical signal connected to a computer having a corresponding program. This system has all the disadvantages of the system described above. In addition, the use of this system leads to errors due to the stress of the test animal (crab, cancer) due to the restriction of its natural movements in the aquarium, as well as due to the attachment of optical fiber and a sufficiently significant weight of the sensor, and to deterioration and frequent death (replacement) of the animal, which increases the cost and complicates the operation of the system, extremely complicates its use in natural conditions.
Наиболее близкой является биологическая система оповещения, разработанная в Нидерландах и производимая под торговой маркой Musselmonitor (originally in Dutch Mosselmonitor: De Zwart, D., K.J.M. Kramer & H.A. Jenner (1995), Practical experiences with the biological early warning system 'Mosselmonitor', Environ. Toxicol. Water Qual. 10: 237-247), применяемая во многих странах мира для контроля пресных и, изредка, прибрежных морских вод, а также в водопроводе Будапешта, Венгрия, для контроля качества хлорированной питьевой воды путем мониторинга степени раскрытия раковин двустворчатых моллюсков. Musselmonitor (мюссельмонитор) представляет собой коробчатый корпус, в котором размещены несколько моллюсков (например, 8 экз. дрейссены, Dreissena polymorpha), на обе створки каждой особи приклеено по электромагнитному датчику, строго навстречу друг другу, чтобы производить измерение расстояния между двумя створками раковин, которое пропорционально изменениям магнитного поля створок. Сигналы от датчиков поступают в компьютер и с помощью специального программного обеспечения анализируются и визуализируются в виде графиков. При достижении порогового значения определенных параметров (величина открытия створок, продолжительность времени закрытия и открытия в минуту или др.), определяемого экспертом, генерируется сигнальное сообщение о том, какое отклонение параметра вызвало тревогу. До настоящего времени система использовалась только в ограниченных условиях, достаточно выровненных (таких, как питьевая вода; отводы речных вод и стоков по специальным лоткам-желобам) и спокойных (в тихих прибрежных местах, на специальных станциях). Недостатками системы Musselmonitor, как и других известных «систем раннего предупреждения» (early warning systems, включая указанные выше) в отношении применения в реальных природных условиях, являются: пороги срабатывания устанавливаются пользователем-экспертом, их определение требует значительного опыта, а также времени на калибровку шкалы. При этом не учитывается природная изменчивость поведенческих или других регистрируемых реакций в естественной среде, в то время как пороговые значения в разных местах и в разных условиях одного места могут сильно отличаться (например, по сезонам). В результате, естественно-природные изменения факторов среды могут приводить к таким же изменениям параметров (вызывая стресс), как и антропогенные (токсические) воздействия, что неизбежно провоцирует генерацию сигналов ложной тревоги; система становится экологически неадекватной.The closest is the biological alert system developed in the Netherlands and manufactured under the brand name Musselmonitor (originally in Dutch Mosselmonitor: De Zwart, D., KJM Kramer & HA Jenner (1995), Practical experiences with the biological early warning system 'Mosselmonitor', Environ (Toxicol. Water Qual. 10: 237-247), used in many countries around the world for the control of fresh and, occasionally, coastal sea waters, as well as in the Budapest water supply system, Hungary, for controlling the quality of chlorinated drinking water by monitoring the degree of opening of bivalve mollusk shells . Musselmonitor (musselmonitor) is a box-shaped case in which several mollusks are placed (for example, 8 specimens of zebra mussel, Dreissena polymorpha), glued on both flaps of each individual by an electromagnetic sensor, strictly facing each other, to measure the distance between two shell flaps, which is proportional to changes in the magnetic field of the valves. The signals from the sensors arrive at the computer and are analyzed and visualized in the form of graphs using special software. Upon reaching the threshold value of certain parameters (the value of the opening of the leaves, the duration of the closing and opening times per minute, etc.) determined by the expert, an alarm message is generated indicating which deviation of the parameter caused the alarm. Until now, the system has been used only in limited conditions, sufficiently leveled (such as drinking water; river water and sewage outflows on special gutter trays) and calm (in quiet coastal places, at special stations). The disadvantages of the Musselmonitor system, as well as other well-known "early warning systems" (early warning systems, including the ones mentioned above) with respect to real-world applications, are: thresholds are set by an expert user, their determination requires considerable experience, as well as time to calibrate scales. In this case, the natural variability of behavioral or other recorded reactions in the natural environment is not taken into account, while the threshold values in different places and in different conditions of one place can vary greatly (for example, by season). As a result, natural changes in environmental factors can lead to the same changes in parameters (causing stress), as well as anthropogenic (toxic) effects, which inevitably provokes the generation of false alarms; the system is becoming environmentally inadequate.
Задачей заявляемой системы является развитие и совершенствование системы для осуществления способа биологического мониторинга и оперативной биоиндикации по патенту №2357243 и заявке на выдачу патента №2009112433 от 03.04.2009 г.The objective of the claimed system is the development and improvement of the system for implementing the method of biological monitoring and operational bioindication according to the patent No. 2357243 and the application for the grant of patent No. 2009112433 of 04/03/2009.
Техническим результатом системы оперативного биомониторинга и индикации (системы ОБИ) является обеспечение непрерывного измерения текущих колебаний функциональной активности организмов-биосенсоров как в искусственных, так и в любых природных условиях, и выявление степени их отклонений от нормы в целях повышения точности и достоверности индикации экологически опасных изменений окружающей среды, в первую очередь, токсического загрязнения. Техническим результатом системы является также обеспечение непрерывной индикации экологического качества вод в местах освоения нефтегазовых и иных месторождений (буровые платформы), транспортировки-перегрузки углеводородов и других полезных ископаемых или веществ (терминалы), а также в местах сброса сточных вод.The technical result of the operational biomonitoring and indication system (OBI system) is to continuously measure current fluctuations in the functional activity of biosensor organisms in both artificial and any natural conditions, and to identify the degree of their deviations from the norm in order to increase the accuracy and reliability of the indication of environmentally hazardous changes environment, primarily toxic pollution. The technical result of the system is also to provide continuous indication of the ecological quality of water in places of development of oil and gas and other fields (drilling platforms), transportation and transshipment of hydrocarbons and other minerals or substances (terminals), as well as in places of wastewater discharge.
Технический результат достигается тем, что система состоит из измерительно-регистрирующего, аналитического и сигнального блоков, измерительно-регистрирующий блок представляет собой n средств измерений реакций водных организмов-индикаторов, где n=2, 3, 4, для двух или более аквариумов с находящимися в них организмами-индикаторами, в которые постоянно или циклично из аквариума-распределителя поступает вода, закачиваемая насосом с тестируемого подводного горизонта водного объекта или из водопровода, система или ее измерительно-регистрирующий блок размещены на стационарных плавучих или на гидротехнических сооружениях, или на станциях водоснабжения, параметры функциональных характеристик организмов-индикаторов вычисляются по сигналам средств измерений, поступающих в аналитический блок, представляющий собой программно-аппаратное устройство, включающее компьютер с программным обеспечением, содержащим базу данных параметров состояния функциональных характеристик различных организмов-индикаторов в норме, выполненную с возможностью ее постоянного пополнения и редактирования, значения измеренных параметров обрабатываются компьютером непрерывно в режиме реального времени, индивидуально для каждой особи организма-индикатора, при превышении степени отклонения их средних значений от нормы автоматически включается сигнальный блок и производится генерация сигнала тревоги трех ступеней - при отклонении от нормы по одному параметру, по трем параметрам и по всем параметрам.The technical result is achieved by the fact that the system consists of measuring and recording, analytical and signal units, the measuring and recording unit consists of n measuring instruments for the reactions of aquatic indicator organisms, where n = 2, 3, 4, for two or more aquariums with indicator organisms into which water is pumped continuously or cyclically from the distributor aquarium, pumped from the tested underwater horizon of the water body or from the water supply system, or the system or its measurement is recorded The main unit is located at stationary floating or hydraulic structures, or at water supply stations, the parameters of the functional characteristics of indicator organisms are calculated by the signals of measuring instruments supplied to the analytical unit, which is a hardware-software device that includes a computer with software containing a database of parameters the state of the functional characteristics of various indicator organisms is normal, made with the possibility of its constant replenishment and editing The values of the measured parameters are processed by the computer continuously in real time, individually for each individual organism of the indicator, when the degree of deviation of their average values from the norm is exceeded, the alarm unit automatically turns on and the alarm signal is generated in three stages - when one parameter deviates from the norm, in three parameters and in all parameters.
В качестве средств измерений могут быть использованы датчики Холла, плетизмографы, тензометры, волоконно-оптические датчики, стационарные видеокамеры и/или веб-камеры наружного и/или подводного видеонаблюдения за поведением водных организмов. Измерительно-регистрирующий блок может быть размещен на плавучих или на стационарных плавучих, или на гидротехнических сооружениях, или на станциях водоснабжения, а аналитический и сигнальный блоки могут быть размещены в береговом комплексе.As measuring instruments, Hall sensors, plethysmographs, tensometers, fiber-optic sensors, stationary video cameras and / or web cameras for outdoor and / or underwater video monitoring of the behavior of aquatic organisms can be used. The measuring and recording unit can be placed on floating or stationary floating, or in hydraulic structures, or at water supply stations, and the analytical and signal units can be placed in the coastal complex.
Выполнение системы ОБИ из трех отдельных блоков - измерительно-регистрирующего (ИРБ), аналитического (АБ) и сигнального (СБ), обеспечивает разнообразие (многовариантность) конструктивного исполнения системы с возможностью размещения всей системы или ее части (ИРБ) на различных стационарных, гидротехнических или иных сооружениях, а также на станциях водоснабжения для выявления любых изменений окружающей среды, индикации не только токсических воздействий и определения влияния на окружающую среду какого-либо загрязнения, но и отклонений параметров от статистической нормы в чистых естественных условиях, под влиянием природных факторов.The implementation of the OBI system of three separate blocks - measuring and recording (RBI), analytical (AB) and signal (SB), provides a variety (multivariance) of the structural design of the system with the possibility of placing the entire system or its part (RBI) on various stationary, hydraulic or other facilities, as well as at water supply stations, to detect any environmental changes, indicate not only toxic effects and determine the environmental impact of any pollution, but also deviations on the statistical parameters of the norm in clean natural environment, under the influence of natural factors.
Выполнение измерительно-регистрирующего блока в виде n средств измерений реакций водных организмов-индикаторов для двух или более аквариумов с находящимися в них организмами-индикаторами, в которые постоянно или циклично из аквариума-распределителя поступает вода, закачиваемая насосом с тестируемого подводного горизонта водного объекта или из водопровода, размещенного на стационарных плавучих или гидротехнических сооружениях, или на станциях водоснабжения, обеспечивает возможность непрерывного измерения текущих колебаний функциональной активности организмов-биосенсоров как в искусственных, так и в любых природных условиях, повышение точности и достоверности биоиндикации, а также многовариантность конструктивного исполнения системы ОБИ за счет использования различных средств измерений в зависимости от поставленных целей, задач и возможностей, в том числе обеспечение непрерывной индикации качества вод в местах освоения нефтегазовых и иных месторождений (буровые платформы), а также транспортировки-перегрузки углеводородов и других полезных ископаемых или веществ в море (терминалы).Implementation of a measuring and recording unit in the form of n measuring instruments for the reactions of aquatic indicator organisms for two or more aquariums with indicator organisms in them, into which water is pumped continuously or cyclically from the distributor aquarium, pumped from a test underwater horizon of a water body or from a water supply system located at stationary floating or hydraulic structures, or at water supply stations, provides the possibility of continuous measurement of current fluctuations of the the total activity of biosensor organisms in both artificial and any natural conditions, increasing the accuracy and reliability of bioindication, as well as the multivariate design of the OBI system through the use of various measuring instruments depending on the goals, objectives and capabilities, including ensuring continuous indication of water quality in places of development of oil and gas and other fields (drilling platforms), as well as transportation and handling of hydrocarbons and other minerals or things natures at sea (terminals).
Выполнение аналитического блока в виде программно-аппаратного устройства, включающего компьютер с соответствующим программным обеспечением и содержащего базу данных параметров состояния функциональных характеристик различных организмов-индикаторов в норме, с непрерывной обработкой значений измеренных параметров в режиме реального времени, индивидуально для каждой особи организма-индикатора, обеспечивает возможность выявления степени отклонений функциональной активности организмов-биосенсоров от нормы в целях немедленной и достоверной индикации экологически опасных изменений окружающей среды, в первую очередь, токсического загрязнения, а также повышает точность и достоверность биоиндикации.The execution of the analytical unit in the form of a hardware-software device that includes a computer with appropriate software and contains a database of state parameters of the functional characteristics of various indicator organisms is normal, with continuous processing of the values of the measured parameters in real time, individually for each individual indicator organism, provides the ability to identify the degree of deviation of the functional activity of biosensor organisms from the norm in order to immediately and reliable indication of environmentally hazardous changes in the environment, primarily toxic pollution, and also increases the accuracy and reliability of bioindication.
Анализ выявленных при поиске источников информации показал, что заявляемая совокупность существенных признаков неизвестна из уровня техники, что подтверждает соответствие заявленного решения критерию «новизна».An analysis of the sources of information revealed during the search showed that the claimed combination of essential features is unknown from the prior art, which confirms the compliance of the claimed solution with the criterion of "novelty."
Поскольку заявляемая совокупность существенных признаков позволяет получить новый технический результат, отличный от того, что обеспечивают известные способы, можно утверждать, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».Since the claimed combination of essential features allows you to get a new technical result, different from what the known methods provide, it can be argued that the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step".
Изобретение поясняется с помощью схем, на которых представлены: на фиг.1 - общая блок-схема заявляемой системы ОБИ; на фиг.2 - схема системы ОБИ с размещением всех трех блоков на стационарных плавучих или гидротехнических сооружениях, или на станциях водоснабжения; на фиг.3 - схема системы ОБИ с размещением ИРБ на стационарных плавучих или гидротехнических сооружениях, или на станциях водоснабжения, АБ и СБ - в удаленном от ИРБ месте.The invention is illustrated using the schemes in which are presented: in Fig.1 is a General block diagram of the inventive system OBI; figure 2 - diagram of the OBI system with the placement of all three blocks on a stationary floating or hydraulic structures, or at water supply stations; figure 3 - diagram of the OBI system with the placement of RBI on stationary floating or hydraulic structures, or at water supply stations, AB and SB - in a place remote from the RBI.
Система оперативной биоиндикации состоит (см. фиг.1) из измерительно-регистрирующего 1 (ИРБ1), аналитического 2 (АБ2) и сигнального 3 (СБЗ) блоков. Сигнальный блок СБЗ может являться частью аналитического блока АБ2 и представлять собой встроенное в него световое, звуковое или иное сигнальное устройство или блок (на схеме не показано). АБ2 представляет собой программно-аппаратное устройство, включающее компьютер с соответствующим программным обеспечением. В качестве компьютера может быть использован как современный ПК с соответствующими возможностями, так и специализированный компьютер с многопроцессорной архитектурой, позволяющий принимать одновременно несколько потоков данных и выполнять параллельно несколько фрагментов одной задачи. ИРБ1 представляет собой несколько - n средств измерений, в качестве которых могут быть использованы, например, датчики Холла, мюссельмонитор, плетизмографы или другие волоконно-оптические датчики и иные подобные устройства, или разработанный автором тензометр (на схеме не показаны). ИРБ1 может содержать также стационарные видео-камеры и/или веб-камеры подводного видеонаблюдения за поведением водных организмов. ИРБ1 может быть размещен вместе с АБ2 и СБЗ или отдельно от них.The operational bioindication system consists (see Fig. 1) of measuring and recording 1 (IRB1), analytical 2 (AB2) and signal 3 (SBZ) blocks. The SBZ signal unit can be part of the AB2 analytical unit and can be a light, sound, or other signal device or unit built into it (not shown in the diagram). AB2 is a hardware-software device that includes a computer with appropriate software. As a computer, you can use either a modern PC with the corresponding capabilities, or a specialized computer with a multiprocessor architecture that allows you to receive multiple data streams at the same time and simultaneously execute several fragments of the same task. IRB1 is a few - n measuring instruments, for which, for example, Hall sensors, mussel monitors, plethysmographs or other fiber-optic sensors and other similar devices, or a tensometer developed by the author (not shown) can be used. IRB1 may also contain stationary video cameras and / or underwater video surveillance web cameras for the behavior of aquatic organisms. IRB1 can be placed together with AB2 and SBZ or separately from them.
Система ОБИ может размещаться на стационарных плавучих или гидротехнических сооружениях, например, на стационарных портовых, нефтяных или иных терминалах, или на буровых платформах, или на водосбросных, причальных сооружениях, или на дебаркадерах, или на станциях водоснабжения, имеющих источник переменного тока для питания всех блоков и устройств системы, и передатчик данных. Возможны различные варианты исполнения системы в зависимости от мест размещения ее блоков ИРБ1, АБ2 и СБЗ. Ниже приведены конкретные (не исчерпывающие объем правовой охраны) примеры вариантов выполнения системы по заявляемому изобретению.The OBI system can be located on stationary floating or hydraulic structures, for example, on stationary port, oil or other terminals, or on drilling platforms, or on spillways, berthing structures, or on landing stages, or at water supply stations that have an alternating current source to power all blocks and devices of the system, and a data transmitter. There are various options for the execution of the system, depending on the locations of its blocks IRB1, AB2 and SBZ. The following are specific (not exhaustive legal protection) examples of embodiments of the system according to the claimed invention.
В основном варианте исполнения системы она состоит (см. фиг.2) из ИРБ1, АБ2 и СБЗ, размещенных на стационарных плавучих или гидротехнических сооружениях, например, на стационарных портовых и/или нефтяных, или иных терминалах, или на буровых платформах, или на водосбросных, причальных сооружениях, или на дебаркадерах, или на станциях водоснабжения. ИРБ1 состоит из n - 4, 5, 6 (в данном случае) средств измерений для двух или более (трех, например), аквариумов 6, 7, 8 с находящимися в них водными организмами-индикаторами (биосенсорами), в которые постоянно или циклично (с установленным интервалом) поступает вода с тестируемого подводного горизонта (с выбранной глубины). Вода закачивается насосом 9 в аквариум-распределитель 10, чем обеспечивается равномерность ее поступления в аквариумы 6, 7, 8 с животными-индикаторами, в которых, при необходимости, может достигаться термостатирование (подогрев или охлаждение воды) и/или добавка культуры водорослей для кормления животных-сестонофагов. Непрерывная запись поведенческих реакций двустворчатых моллюсков (мидия, модиолус, гребешок, кардиум, дрейссена, беззубка и др. - в зависимости от условий) в каждом аквариуме 6, 7, 8 производится ИРБ1 с помощью таких средств измерений, например, как датчики Холла 4, 5 и тензометр 6. ИРБ1 может содержать также плетизмографы, т.е. волоконно-оптические датчики физиологической активности беспозвоночных с жестким наружным покровом, работающие на основе ИК-излучения и производящие запись сердечных сокращений животных-биосенсоров.In the main embodiment of the system, it consists (see figure 2) of IRB1, AB2 and SBZ located on stationary floating or hydraulic structures, for example, on stationary port and / or oil, or other terminals, or on drilling platforms, or spillways, berthing facilities, or at landing stages, or at water supply stations. IRB1 consists of n - 4, 5, 6 (in this case) measuring instruments for two or more (three, for example),
В следующем варианте выполнения системы ОБИ стационарная система может дополнительно включать подводное видеонаблюдение за поведением животных (мидии, модиолуса, мии, гребешка, кардиума, голотурии, краба, беззубки и др. гидробионтов) с помощью стационарных видео-камер и/или веб-камер 11 (web-camera); их оптические сигналы в АБ2 преобразуются в цифровые и затем производится их дальнейшая обработка.In the next embodiment of the OBI system, the stationary system may additionally include underwater video monitoring of the behavior of animals (mussels, modiolus, mia, scallop, cardium, holothuria, crab, toothless, and other aquatic animals) using stationary video cameras and / or webcams 11 (web-camera); their optical signals in AB2 are converted to digital and then further processed.
Информация со всех приборов ИРБ1 и/или камер 11 поступает в аналитический блок АБ2, включающий компьютер с соответствующим программным обеспечением, содержащим пополняемую базу данных параметров состояния функциональных характеристик различных организмов-индикаторов в норме. Программа выявления и генерации отклонений измеряемых параметров выполнена с возможностью изменения ее настроек в процессе эксплуатации. При превышении пороговых показателей информация передается в СБЗ, который представляет собой блок оповещения о ненормальных (опасных, патологичных) изменениях измеряемых параметров по нескольким ступеням тревоги, с формированием и передачей сигналов тревоги в режиме он-лайн.Information from all the IRB1 devices and / or cameras 11 enters the analytical unit AB2, which includes a computer with appropriate software containing an updated database of parameters of the state of the functional characteristics of various indicator organisms in normal conditions. The program for identifying and generating deviations of the measured parameters is made with the possibility of changing its settings during operation. When threshold indicators are exceeded, the information is transmitted to the SBZ, which is a notification unit about abnormal (dangerous, pathological) changes in the measured parameters at several alarm levels, with the formation and transmission of alarms online.
Первая ступень тревоги - сигнал «предупреждение» - возникает при отклонении от нормы по одному параметру, второй - «опасность» - при отклонении от нормы по 3 и более параметрам, третий - «тревога», - при отклонении от нормы по всем параметрам и статистическим критериям у всех особей. Сигналы передаются в цифровом формате, уровень тревоги определяется программой, дублируется графически на мониторе, в случае опасности (тревоги определенного уровня) генерируются световые и звуковые сигналы.The first stage of alarm - the warning signal - occurs when one parameter deviates from the norm, the second - “danger” - when 3 or more parameters deviate from the norm, the third - “alarm”, when all parameters and statistical abnormalities occur criteria for all individuals. The signals are transmitted in digital format, the alarm level is determined by the program, duplicated graphically on the monitor, in case of danger (alarms of a certain level) light and sound signals are generated.
Сигналы с АБ2 непрерывно или по выбранным критериям (при достижении пороговых значений параметра 1 функции) могут передаваться по Интернет/Интранет или спутниковой связи (с помощью соответствующего передатчика) в центр 12 сбора информации и принятия решений.Signals from AB2 continuously or according to the selected criteria (upon reaching the threshold values of parameter 1 of the function) can be transmitted via the Internet / Intranet or satellite communications (using the appropriate transmitter) to the information collection and decision-making center 12.
В определенных случаях (следующий вариант выполнения системы) на стационарной платформе может находиться только ИРБ1 (см. фиг.3), а АБ2 и СБЗ могут быть размещены в другой точке (например, на береговом комплексе или в центре 12 сбора информации), сигналы от ИРБ1 при этом передаются для обработки в АБ2 и СБ2 дистанционно.In certain cases (the next embodiment of the system), only IRB1 can be located on the stationary platform (see Fig. 3), and AB2 and SBZ can be placed at another point (for example, on the coastal complex or in the center 12 for collecting information), signals from In this case, RBI1 are transferred for processing to AB2 and SB2 remotely.
Такая система ОБИ представляется наиболее эффективной в отношении акваторий нефтяных платформ, терминалов и других стационарных плавучих или гидротехнических сооружений вдоль береговой полосы, а также на станциях водоснабжения; при этом достоверность и точность биоиндикации возрастают, наилучшее качество результатов достигается при наименьших затратах.Such an OBI system appears to be most effective for the areas of oil platforms, terminals and other stationary floating or hydraulic structures along the coastal strip, as well as at water supply stations; at the same time, the reliability and accuracy of bioindication increase, the best quality of the results is achieved at the lowest cost.
Впервые система биологического мониторинга с биоиндикацией с закачиванием воды в аквариум-распределитель или резервуар 13 (см. фиг. 4) и распределением ее по аквариумам 14, 15, 16 с находящимися в них водными животными 17 применялась в Дальних Зеленцах (Баренцево море) в 1990-е годы. Вода поступала непосредственно из подповерхностного слоя губы Дальняя Зеленецкая. Стационарный насос 18 закачивал воду круглосуточно с 15 минутным интервалом. Отключение/включение насоса 18 производилось поплавковым реле по наполнению/опорожнению аквариума-распределителя 13 от установленного уровня. Поступление воды в рабочие аквариумы 14, 15, 16 происходило самотеком, так как резервуар-распределитель 13 находился на 5 м выше уровня аквариумов. Вода из аквариумов 14, 15, 16 вытекала по резиновым трубкам 19 в специальный коллектор 20, выводящий воду наружу (в море). Экологический мониторинг качества воды осуществлялся по поведенческим реакциям мидий 17 с использованием механических актографов-самописцев 21, 22, 23 для получения суточных и недельных записей (актограмм). Мониторинг за изменениями поведения мидий осуществлялся полуавтоматически, оператором. В рабочее время частота наблюдений за самописцем была ежечасной, анализ записей за ночное время производился утром. Таким образом, частота (дискретность) биомониторинга составляла 1 раз/час и 1 раз в 12 час, что оказалось вполне достаточно для достоверного экологического контроля качества воды в условиях обычно чистой губы Дальняя Зеленецкая. Общая продолжительность такого биосенсорного экологического мониторинга протекающей через аквариумы морской воды составила более 2 лет непрерывных записей на 50 экз. моллюсков. Это была первая попытка проведения непрерывного биомониторинга с оперативной биоиндикацией. Дальнейшая отработка данной системы была прервана и возобновилась в 2005-2008 гг. в полевых экспедициях на Баренцевом море в Дальних Зеленцах и Гаджиево (Сайда-губа) с использованием погружного насоса типа «Ручеек». В качестве резервуара в Дальних Зеленцах использовалась открытая пластиковая ванна на 2 м3, из которой вода самотеком поступала в небольшие аквариумы объемом по 10 л, расположенные ниже по склону берега. Насос включался на несколько часов в сутки в дни экспериментов (летом).For the first time, a biological monitoring system with bioindication with pumping water into a distribution aquarium or tank 13 (see Fig. 4) and distributing it to
Во Вьетнаме в 2010 г. данная система применялась в аквариальных условиях, в том числе для биотестирования воды и грунтов. Резервуаром служил (см. фиг. 5) 300 л аквариум-распределитель (резервуар) 24, в который насосом 25 периодически закачивалась вода. Резервуар 24 был расположен на 1 м выше аквариумов 26, 27 с водными животными-биосенсорами 28. Из аквариума-распределителя 24 вода самотеком поступала в 20 л аквариумы 26, 27 с аэрацией, а из них вытекала по трубкам 29 в бак 30. Вода была привозная, поэтому скорость протока в аквариумах была ограничена (зажимами) до 50-100 мл/мин. Здесь применялась электронная система регистрации поведения моллюсков, включающая ИРБ 31 с усилителем и АЦП 32 и датчиками 33, 34 тензометра, АБ (компьютер 35) и СБ 36, представляющий собой встроенный в компьютер 35 световой блок. Датчики 33,34 соединялись с верхними створками тестируемых моллюсков 28. Сигналы датчиков поступали на вход компьютера 35, оснащенного специализированным программным обеспечением, содержащим базу данных параметров состояния функциональных характеристик различных организмов-индикаторов в норме. Значения измеренных параметров обрабатывались компьютером 35 непрерывно в режиме реального времени. Текущие отклонения от нормы индицировались на мониторе красным цветом - происходило изменение цвета тех частей кривой колебаний УРС (из черного цвет становился красным), которые выходили за рамки нормального варьирования параметров.In Vietnam in 2010, this system was used in aquarium conditions, including for biotesting water and soil. The reservoir (see Fig. 5) was a 300 liter aquarium-distributor (reservoir) 24, into which water was periodically pumped with a
В Кольском заливе в марте 2011 г. (г. Полярный) испытана аналогичная система оперативного биомониторинга и индикации, включающая ИРБ 37 (см. фиг.6), АБ 38 и СБ 39. Управление и мониторинг ИРБ 37 осуществлялся в режиме реального времени с удаленного компьютера 38, находящегося в Мурманске в здании ММБИ. ИРБ 37 представляет собой два датчика 40, 41, соединенных с усилителем и АЦП 42. Оцифрованные сигналы с датчиков 40, 41 поступали в компьютер 38 посредством Интернет (с использованием мобильного модема). Параллельно осуществлялась непрерывная запись океанологических параметров при помощи СТД-зонда 43, которая также отслеживалась в Мурманске. Вода из моря закачивалась насосом 47 в аквариум-распределитель 48, а из него в аквариумы 44, 45 с моллюсками 46. Из аквариумов 44, 45 вода вытекала наружу в море в стороне от места закачки. В дальнейшем работа по практическому осуществлению заявленного изобретения с отработкой различных вариантов исполнения данной системы будет продолжена.In Kola Bay in March 2011 (Polyarny), a similar operational biomonitoring and indication system was tested, including RBI 37 (see Fig. 6),
Возможно осуществление изобретения в следующем варианте исполнения системы. Система состоит из ИРБ 50, размещенного на стационарном гидротехническом сооружении, например, на пирсе или на нефтяном терминале, и АБ 51 и СБ 52, размещенных в центре сбора информации 53, находящегося, например, в здании ММБИ. Закачивание воды в аквариум-распределитель 54 (см. фиг. 7) и распределение ее по аквариумам 55, 56, 57 с находящимися в них водными животными 58 осуществляется насосом 59 с тестируемого подводного горизонта. ИРБ 50 состоит из электромагнитного датчика 60, датчиков 61, 62 тензометра, соединенных с усилителем и АЦП 63, и видео-камеры 64 подводного видеонаблюдения за поведением водных организмов, находящихся непосредственно в воде в природных условиях. Вода из аквариумов 55-57 сливается обратно в море в стороне от места закачки. АБ 51 представляет собой компьютер со специальным программным обеспечением. СБ 52 представляет собой встроенное в компьютер 46 цветовое или звуковое сигнальное устройство.The invention may be implemented in the following embodiment of the system. The system consists of
В отличие от других систем биоиндикации заявляемая система ОБИ направлена на выявление любых изменений окружающей среды, на индикацию не только токсических воздействий и определение влияния на окружающую среду какого-либо загрязнения, но и отклонений параметров от статистической нормы как в чистых естественных условиях, под влиянием природных факторов, так и в искусственных, например, на станциях водоснабжения.Unlike other bioindication systems, the claimed OBI system is aimed at detecting any environmental changes, indicating not only toxic effects and determining the environmental impact of any pollution, but also deviations of the parameters from the statistical norm in pure natural conditions, under the influence of natural factors, as well as in artificial ones, for example, at water supply stations.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010118938/15A RU2437093C1 (en) | 2010-05-11 | 2010-05-11 | System for rapid biological monitoring and indication |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010118938/15A RU2437093C1 (en) | 2010-05-11 | 2010-05-11 | System for rapid biological monitoring and indication |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2437093C1 true RU2437093C1 (en) | 2011-12-20 |
Family
ID=45404440
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010118938/15A RU2437093C1 (en) | 2010-05-11 | 2010-05-11 | System for rapid biological monitoring and indication |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2437093C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2507156C1 (en) * | 2012-09-24 | 2014-02-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Энергетические Системы, Монтаж И Сервис" | System for control of water discharges from objects of industrial and household purposes, method of controlling water discharges and robot-sampler for method realisation |
RU2570375C2 (en) * | 2014-01-10 | 2015-12-10 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЭКОЛОГИИ И ЭВОЛЮЦИИ им. А.Н. СЕВЕРЦОВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИПЭЭ РАН) | Method to monitor water quality and device for its realisation |
RU2618861C1 (en) * | 2015-12-28 | 2017-05-11 | ООО "Ассоциация инженеров и учёных по водоснабжению и водоотведению" | Method for controlling drainage of settlement subscribers |
DE202021104009U1 (en) | 2021-07-28 | 2021-08-17 | Ecosoph Gmbh | Large-scale ecotoxicological early warning system with a freely movable bio-indicator and a compact electronic measuring and transmitting device |
RU2755407C1 (en) * | 2020-12-15 | 2021-09-15 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Институт природно-технических систем" (ИПТС) | Method for monitoring water quality and a two-channel biosensor installation for its implementation |
RU2779728C1 (en) * | 2021-08-16 | 2022-09-12 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Институт природно-технических систем" (ИПТС) | Automated biosensor early warning complex for environmental monitoring of an aquatic environment |
-
2010
- 2010-05-11 RU RU2010118938/15A patent/RU2437093C1/en active
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2507156C1 (en) * | 2012-09-24 | 2014-02-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Энергетические Системы, Монтаж И Сервис" | System for control of water discharges from objects of industrial and household purposes, method of controlling water discharges and robot-sampler for method realisation |
RU2570375C2 (en) * | 2014-01-10 | 2015-12-10 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЭКОЛОГИИ И ЭВОЛЮЦИИ им. А.Н. СЕВЕРЦОВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИПЭЭ РАН) | Method to monitor water quality and device for its realisation |
RU2618861C1 (en) * | 2015-12-28 | 2017-05-11 | ООО "Ассоциация инженеров и учёных по водоснабжению и водоотведению" | Method for controlling drainage of settlement subscribers |
RU2755407C1 (en) * | 2020-12-15 | 2021-09-15 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Институт природно-технических систем" (ИПТС) | Method for monitoring water quality and a two-channel biosensor installation for its implementation |
DE202021104009U1 (en) | 2021-07-28 | 2021-08-17 | Ecosoph Gmbh | Large-scale ecotoxicological early warning system with a freely movable bio-indicator and a compact electronic measuring and transmitting device |
DE102021129084A1 (en) | 2021-07-28 | 2023-02-02 | Ecosoph Gmbh | Large-scale ecotoxicological early warning system with a freely movable bio-indicator and a compact electronic measuring and transmitting device |
RU2779728C1 (en) * | 2021-08-16 | 2022-09-12 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Институт природно-технических систем" (ИПТС) | Automated biosensor early warning complex for environmental monitoring of an aquatic environment |
RU2779728C9 (en) * | 2021-08-16 | 2023-05-25 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Институт природно-технических систем" (ИПТС) | Automated biosensor early warning complex for environmental monitoring of an aquatic environment |
RU220427U1 (en) * | 2022-06-15 | 2023-09-13 | ООО "Подводная робототехника" | Device for assessing and measuring biofouling |
RU2807720C1 (en) * | 2023-05-17 | 2023-11-21 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Институт природно-технических систем" (ИПТС) | Automated early notification biosensor complex for ecological monitoring of water environment with condition diagnostics |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101970303B1 (en) | Automatic feeding method through the analysis of fish moving pattern in the classified water depth using a fishfinder | |
US6119630A (en) | Installation for in situ monitoring the quality of habitat of aquatic organisms | |
US8805618B2 (en) | Method and apparatus for monitoring offshore contamination | |
RU2437093C1 (en) | System for rapid biological monitoring and indication | |
Fabi et al. | An assessment of biomass and diel activity of fish at an artificial reef (Adriatic Sea) using a stationary hydroacoustic technique | |
US20120046882A1 (en) | Method of detecting contamination of water using living organisms | |
EA014762B1 (en) | A method of determining the effect of a spill on a marine environment | |
Lembke et al. | Using three acoustic technologies on underwater gliders to survey fish | |
CN114492973A (en) | Method for predicting marine organisms in peripheral sea area of nuclear power plant | |
RU101838U1 (en) | AUTONOMOUS SYSTEM OF OPERATIONAL BIOLOGICAL MONITORING AND INDICATION (OPTIONS) | |
RU2395082C1 (en) | Rapid bioindication method | |
Lattemann et al. | Marine monitoring surveys for desalination plants—a critical review | |
Deák et al. | Research on sturgeon migration behaviour using a new monitoring, control and alarming system | |
Runcie et al. | Continuous fluorescence-based monitoring of seawater pH in situ | |
Cranford et al. | Aquaculture organic enrichment of marine sediments: assimilative capacity, geochemical indicators, variability, and impact classification | |
Ahmed et al. | Dynamical model identification of population of oysters for water quality monitoring | |
RU2779728C1 (en) | Automated biosensor early warning complex for environmental monitoring of an aquatic environment | |
RU2779728C9 (en) | Automated biosensor early warning complex for environmental monitoring of an aquatic environment | |
CA2238160A1 (en) | Installation for in situ monitoring the quality of habitat of aquatic organisms | |
RU2807720C1 (en) | Automated early notification biosensor complex for ecological monitoring of water environment with condition diagnostics | |
Velo et al. | Advancing real-time pH sensing capabilities to monitor coastal acidification as measured in a productive and dynamic estuary (Ría de Arousa, NW Spain) | |
RU69256U1 (en) | AUTOMATIC WATER QUALITY CONTROL SYSTEM AT A WATER PIPELINE STATION | |
Noonsang et al. | Wireless Sensor Network for Ocean Observatory | |
Wortman et al. | Lake Erie’s seasonal dissolved oxygen problem: state of the science and approaches to best inform future understanding | |
Daigle | Hydroacoustic Assessment of Fish Community Size Spectra & Refinement of Hydroacoustic Estimates of Size |