СПОСОБ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОГО ВЫТЕСНЕНИЯ РЫБ В УСЛОВИЯХ ПРИМАНИВАЮЩЕГО СВЕТОВОГО ЭФФЕКТА
METHOD OF HYDROACOUSTIC DISPLACEMENT OF FISH IN CONDITION OF ALLURE LIGHT EFFECT

Изобретение относится к области биоакустики, в частности к управлению поведением рыб - гидроакустическому вытеснению рыб из данной водной акватории в условиях приманивающего светового эффекта: гидроакустическому вытеснению рыб от подводного аппарата (ПА) при включенном на нем подводном фонаре, гидроакустическому вытеснению рыб от специального подводного сооружения (СПС): водозаборного сооружения атомной электростанции (АЭС), блока насосных станций (БНС) системы мелиорации и др., в том числе при включенных осветительных прожекторах в ночное время на берегу вблизи водоема и т.д.
Известен способ управления поведением рыб, основанный на формировании, усилении и излучении в сторону скопления рыб гидроакустических энергетических сигналов /Протасов В.Р., Поддубный А.Г., Пятницкий и др. Способ отпугивания рыб // Авт. свид. СССР №454878, 1974/. К недостаткам данного способа относятся следующие.
1. Низкая эффективность из-за невозможности формирования и излучения энергетических сигналов (не имеющих информационное значение для рыб) во всем диапазоне акустической чувствительности рыб: от единиц Гц до нескольких (не менее двух) кГц.
2. Быстрая адаптация рыб к однотипным энергетическим (искусственным в относительно узком диапазоне частот) сигналам.
3. Негативное воздействие инфразвуковых частот - в диапазоне ниже 16-20 Гц, на обслуживающий персонал и случайно оказавшихся в воде людей: упавших за борт маломерного судна в процессе любительского рыболовства, дайвингистов (подводных пловцов), купающихся отдыхающих и др., а также на другие водные биологические объекты (ВБО) и окружающую природную среду (ОПС) в целом.
4. Невозможность акустического вытеснения рыб из данной водной акватории в условиях приманивающего светового эффекта и др.
Известен способ управления поведением рыб, основанный на формировании, усилении и излучении в сторону скопления рыб гидроакустических информационных сигналов - сигналов хищника /Богатырев П.Б., Пятницкий И.И., Протасов В.Р. Способ отпугивания рыб // Авт. свид. СССР №1118382, 1984/.
К недостаткам данного способа относятся следующие.
1. Низкая эффективность из-за невозможности точной имитации информационных сигналов - сигналов хищника - в широком: от десятков Гц до десятков кГц, диапазоне частот.
2. Быстрая адаптация рыб к однотипным информационным (искусственным в относительно узком диапазоне частот) сигналам.
3. Невозможность акустического вытеснения рыб из данной водной акватории в условиях приманивающего светового эффекта и др.
Наиболее близким к заявляемому является способ, выбранный в качестве способа-прототипа, гидроакустического вытеснения рыб, основанный на формировании, усилении и излучении в сторону скопления рыб гидроакустических информационных сигналов - сигналов хищника в широком диапазоне частот, а также на формировании, усилении и излучении в сторону скопления рыб энергетических сигналов в широком диапазоне частот /Трусканов М.Д., Ионкин Н.Н., Кондратьев В.И. Применение звуковых полей в рыболовстве на внутренних водоемах // Рыбное хозяйство. - М., 1977, №11, с.65-66/. К недостаткам способа-прототипа относятся следующие.
1. Недостаточная эффективность из-за невозможности точной имитации информационных сигналов - сигналов хищника в широком диапазоне частот, например имитации его перемещения по водоему и др.
2. Относительно быстрая адаптация рыб ко всем искусственным сигналам.
3. Негативное воздействие инфразвуковых частот на обслуживающий персонал и случайно оказавшихся в воде людей, а также на других ВБО и ОПС в целом.
4. Невозможность гидроакустического вытеснения рыб из данной водной акватории в условиях приманивающего светового эффекта и др.
Задача, которая решается изобретением, заключается в разработке способа, свободного от перечисленных выше недостатков.
Технический результат предложенного способа заключается в эффективном управлении поведением рыб - гидроакустическом вытеснении рыб из данной водной акватории в условиях приманивающего светового эффекта, экологически безопасным для других ВБО и ОПС в целом, медицински безопасным для обслуживающего персонала и случайно оказавшихся в воде людей, относительно простым в процессе реализации способом при минимальных финансово-временных затратах.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе гидроакустического вытеснения рыб, основанном на формировании, усилении и излучении в сторону скопления рыб гидроакустических информационных сигналов - сигналов хищника в широком диапазоне частот, а также на формировании, усилении и излучении в сторону скопления рыб энергетических сигналов в широком диапазоне частот, в качестве энергетических используют следующие виды сигналов: белый шум - равномерные по уровню элементарные сигналы в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц, которые близки к резонансным частотам внутренних воздушных полостей рыб, воздействуют на внутренние органы рыб с воздухом: желудок, плавательный пузырь и др., и вызывают болевые ощущения у рыб; резкие - в течение не более одной секунды и многократные - не менее двух раз в течение заданного интервала времени, изменения частоты от минимальной до максимальной в диапазоне максимальной акустической чувствительности рыб: от 20 Гц до 2 кГц; резкие - в течение не более одной секунды и многократные - не менее двух раз в течение заданного интервала времени, изменения уровня сигнала от минимального до максимального для всего диапазона частот максимальной акустической чувствительности рыб: от 20 Гц до 2 кГц, которые, по природе своего происхождения и назначению, непонятны рыбам и формируют у них чувство опасности, а также негативно воздействуют на все органы восприятия упругих колебаний рыб: боковая линия, плавательный пузырь и др.; в качестве информационных используют сигналы хищника в момент атаки на жертву, доминирующего в данной водной акватории, которые имеют доплеровское изменение частоты, имитирующее приближение хищника к жертве; дополнительно формируют и излучают биорезонансные тональные сигналы в диапазоне частот от 3 Гц до 12 Гц в виде модулирующих по амплитуде и фазе энергетических сигналов типа белый шум в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц, которые на модулирующих частотах от 3 Гц до 12 Гц воздействуют на биологическом уровне на нервную систему и сердце рыб; уровень сигналов: энергетических, информационных и биорезонансных, не менее чем на 6 дБ превышает уровень окружающих шумов природного и техногенного происхождения; при этом излучение энергетических, информационных и биорезонансных сигналов осуществляется по закону случайных чисел, чередуясь с различными по продолжительности интервалами времени, когда никакие сигналы не излучаются вообще, но которые (интервалы времени) по продолжительности не превышают времени повторного подхода рыбы к контролируемому водному рубежу.
На фиг.1-фиг.5 представлена структурная схема устройства, реализующего разработанный способ. При этом на фиг.1 иллюстрируется структурная схема устройства с точки зрения взаимного расположения объектов; на фиг.2 иллюстрируется структурная схема устройства преимущественно к общему принципу реализации разработанного способа; на фиг.3 иллюстрируется структурная схема устройства преимущественно к блоку формирования энергетических сигналов; на фиг.4 иллюстрируется структурная схема устройства преимущественно к блоку формирования информационных сигналов; на фиг.5 иллюстрируется структурная схема устройства преимущественно к блоку формирования биорезонансных сигналов.
На фиг.6-фиг.9 иллюстрируются результаты испытаний разработанного способа гидроакустического вытеснения рыб в условиях приманивающего светового эффекта. При этом на фиг.6 иллюстрируются аудиограммы - графические зависимости порогового уровня чувствительности (N, дБ) некоторых видов дальневосточных рыб от частоты (F, Гц); на фиг.7 иллюстрируется схема проведения одного из испытаний по оценке эффективности разработанного способа на озере Ханка (Приморский край); на фиг.8 иллюстрируются спектры сигнала хищника (типа белуха), излучаемого при помощи пневмоизлучателя; на фиг.9 иллюстрируется закономерность распределения рыб по условным зонам водного пространства, в интервале расстояний от 1 м до 50 м от блока излучателей, в процессе реализации способа-прототипа (пунктирная линия) и разработанного способа (сплошная линия) на Камчатке; на фиг.10, в виде гистограмм, иллюстрируется эффективность управления (по условной шкале 0-100%) поведением скопления рыб в зависимости от дистанции (в интервале от 1 м до 50 м) от блока излучателей в процессе реализации способа-прототипа (пунктирная линия) и разработанного способа (сплошная линия) на Камчатке; на фиг.11, в виде гистограмм, иллюстрируется эффективность управления (по условной шкале 0-100%) поведением скопления рыб в зависимости от времени суток для фиксированной дистанции 10 м от блока излучателей в процессе реализации способа-прототипа (пунктирная линия) и разработанного способа (сплошная линия).
*
**
Устройство содержит (фиг.1-фиг.5): скопление рыб (1) - объект гидроакустического воздействия, СПС (2), от которого в объеме воды, прилегающей к нему, требуется гидроакустически вытеснить скопление рыб (1) в условиях приманивающего светового эффекта, источник света (3): подводный фонарь (3), расположенный на ПА (4), прожектор (3), установленный на специальном надводном (5) сооружении (СНС): сторожевая вышка и т.д., который (источник света) напрямую (подводный фонарь) или косвенно (прожектор) непроизвольно приманивает рыб, особенно в темное время суток в освещаемую им часть водного пространства, (6) - гидроакустическое средство (ГАС), установленное на ПА (4), или непосредственно на дне вблизи СПС (2) и воздействующее на скопление рыб (1).
При этом ГАС (6) содержит блок (7) формирования энергетических сигналов (БФЭС), блок (8) формирования информационных сигналов (БФИС), блок (9) формирования биорезонансных сигналов (БФБС), блок (10) акустических излучателей, блок (11) электрического питания, блок (12) управления и блок (13) фиксации положения подводного оборудования стационарной ГАС (6) или всей ГАС (6) - в случае ее исполнения в автономном варианте, в водном пространстве: на дне, на ПА (4) и т.д.
В свою очередь БФЭС (7) содержит (фиг.3): первый канал (14) формирования сигналов типа белый шум в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц, канал (15) формирования резкого - в течение менее 1 сек и многократного - не менее двух раз изменяющихся по частоте сигналов максимального уровня в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц; канал (16) формирования резкого - в течение менее 1 сек и многократного - не менее двух раз изменяющихся по уровню - от минимального до максимального значения в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц.
В свою очередь БФИС (8) содержит (фиг.4) канал (17) формирования электроакустических сигналов хищников, доминирующих в данной водной акватории, и канал (18) формирования пневмоакустических сигналов хищников, доминирующих в данной водной акватории.
В свою очередь БФБС (9) содержит (фиг.5) второй канал (19) формирования сигналов типа белый шум в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц и модулятор (20), в котором гармонические (синусоидальные) сигналы в диапазоне частот от 3 до 12 Гц модулируют, с глубиной модуляции не менее 30% по амплитуде и частоте (фазе), несущие сигналы типа белый шум в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц.
В свою очередь блок (10) акустических излучателей содержит (фиг.2), в простейшем случае, соединенные параллельно друг с другом гидроакустический излучатель (21) и пневмоакустический излучатель (22).
В свою очередь блок (11) электрического питания содержит (фиг.2) аккумулятор (23), преобразователь напряжения (24) и коммутатор (25) режимов (от аккумулятора или от сети) электрического питания ГАС (6).
В свою очередь блок (12) управления содержит (фиг.2) генератор (26) случайных чисел, обеспечивающий излучение сигналов (различных энергетических, информационных и биоэнергетических) в разной последовательности и при различной длительности, а также коммутатор (27) режимов излучения и паузы.
При этом в БФЭС (7): первый канал (14) формирования сигналов типа белый шум в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц содержит последовательно электрически соединенные первый генератор (28) сигналов типа белый шум, первый усилитель (29) мощности сигналов типа белый шум и первое согласующее устройство (30); канал (15) формирования резкого - в течение менее 1 сек и многократного - не менее двух раз изменяющихся по частоте сигналов максимального уровня в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц содержит последовательно электрически соединенные генератор (31) сигналов пилообразной формы, усилитель (32) мощности сигналов пилообразной формы и второе согласующее устройство (33); канал (16) формирования резкого - в течение менее 1 сек и многократного - не менее двух раз изменяющихся по уровню - от минимального до максимального значения в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц сигналов содержит последовательно электрически соединенные второй генератор (34) сигналов типа белый шум, второй усилитель (35) мощности сигналов типа белый шум и третье согласующее устройство (36).
При этом в БФИС (8) канал (17) формирования электроакустических сигналов хищников, доминирующих в данной водной акватории, содержит последовательно электрически соединенные генератор (37) сигналов хищников, усилитель (38) сигналов хищников и четвертое согласующее устройство (39); канал (18) формирования пневмоакустических сигналов хищников, доминирующих в данной водной акватории, содержит последовательно функционально соединенные воздушный резервуар (40) для воздуха высокого давления, понижающий редуктор (41), рабочую воздушную камеру (42), электромагнит (43) и мембрану (44).
При этом в БФБС (9) второй канал (19) формирования сигналов типа белый шум в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц содержит последовательно электрически соединенные третий генератор (45) сигналов типа белый шум, третий усилитель (46) мощности сигналов типа белый шум и пятое согласующее устройство (47).
Устройство функционирует следующим образом (фиг.1-фиг.5).
*
**
*
**
В процессе выполнения различных подводно-технических работ (сварка или резка металла, установка или замена оборудования и др.) с использованием источников света (3): подводный фонарь (3), расположенный на ПА (4) и т.д.; надводно-охранных мероприятий (освещение в ночное время территории, прилегающей к воде, освещение водной поверхности над важным подводным объектом, установленном на дне и т.д.) и др., с помощью прожектора (3), установленного на СНС (5): служебное здание, охранная вышка и т.д., в определенной области водного пространства, в том числе непосредственно прилегающей к СПС (2): БНС, водозабор АЭС и т.д., напрямую (например, подводный фонарь 3) или косвенно (например, прожектор 3) непроизвольно приманивают скопление рыб (1), по причине их природного инстинкта, стремления особенно в темное время суток, в освещаемую источником света (3) часть водного пространства. Приманивающий эффект может дополнительно усиливаться напрямую - при наличии вибрации и (или) анодного потенциала на СПС (2) и т.д., а также усиливаться косвенно - при наличии искусственного течения по направлению к СПС (2): при работе БНС и т.д., или наличии естественного направления течения к СПС (2). При этом следует заметить, что в районах богатых ВБО: рыбой и др., актуальность проблемы возрастает.
В результате приманивающего эффекта скопление рыб (1), например, окружает СПС (2) и мешает пилоту ПА: перекрывает часть сектор обзора, закрывает системы визуального (видеокамера и др.) и технического (звуковизор и др.) наблюдения и т.д., выполнять какую-либо подводно-техническую операцию: установка или замена оборудования и др.
БШ1
В первом канале (14) формирования сигналов типа белый шум в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц БФЭС (7) ГАС (6) при помощи последовательно электрически соединенных первого генератора (28) сигналов типа белый шум, первого усилителя (29) мощности сигналов типа белый шум и первого согласующего устройства (30) формируют, усиливают до необходимого уровня и согласуют по входному сопротивлению (например, 50 Ом и т.д.) сигнал типа белый шум в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц F - для обеспечения максимального коэффициента полезного действия (КПД) гидроакустического излучателя (21) блока акустических излучателей (10).
Δf
В канале (15) формирования резкого - в течение менее 1 сек и многократного - не менее двух раз изменяющихся по частоте сигналов максимального уровня в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц БФЭС (7) ГАС (6) при помощи последовательно электрически соединенных генератора (31) сигналов пилообразной формы, усилителя (32) мощности сигналов пилообразной формы и второго согласующего устройства (33) формируют, усиливают до необходимого уровня и согласуют по входному сопротивлению сигнал F - для обеспечения максимального КПД гидроакустического излучателя (21) блока акустических излучателей (10).
ΔfI
В канале (16) формирования резкого - в течение менее 1 сек и многократного - не менее двух раз изменяющихся по уровню - от минимального до максимального значения в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц БФЭС (7) ГАС (6) при помощи последовательно электрически соединенных второго генератора (34) сигналов типа белый шум, второго усилителя (35) мощности сигналов типа белый шум и третьего согласующего устройства (36) формируют, усиливают до необходимого уровня и согласуют по входному сопротивлению сигнал F - для обеспечения максимального КПД гидроакустического излучателя (21) блока акустических излучателей (10).
ЭСХ
В канале (17) формирования электроакустических сигналов хищников, доминирующих в данной водной акватории, БФИС (8) ГАС (6) при помощи последовательно электрически соединенных генератора (37) сигналов хищников, усилителя (38) сигналов хищника и четвертого согласующего устройства (39) формируют, усиливают до необходимого уровня и согласуют по входному сопротивлению сигнал F - для обеспечения максимального КПД гидроакустического излучателя (21) блока акустических излучателей (10).
ПСХ
ПСХ
ПСХ
ПСХ
В канале (18) формирования пневмоакустических сигналов хищников, доминирующих в данной водной акватории, БФИС (8) ГАС (6) при помощи последовательно функционально соединенных воздушного резервуара (40) для воздуха высокого давления, понижающего редуктора (41), рабочей воздушной камеры (42), электромагнита (43) и мембраны (44) формируют и усиливают до необходимого уровня сигнал F. При этом воздушный резервуар (40) обеспечивает автономность работы канала (18), рабочая воздушная камера (42) обеспечивает требуемую интенсивность сигнала F, электромагнит (43), управляемый при помощи генератора (26) случайных чисел и коммутатора (27) блока управления (12) ГАС (6), обеспечивает требуемую длительность сигнала F, а мембрана (44) обеспечивает требуемую форму сигнала F.
БШ2
БШ2
БШ2
МБШ2
Во втором канале (19) формирования сигналов типа белый шум в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц БФБС (9) ГАС (6) при помощи последовательно электрически соединенных третьего генератора (45) сигналов типа белый шум, третьего усилителя (46) мощности сигналов типа белый шум и пятого согласующего устройства (47) формируют, усиливают до необходимого уровня и согласуют по входному сопротивлению сигнал типа белый шум в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц F - для обеспечения максимального КПД гидроакустического излучателя (21) блока акустических излучателей (10). С выхода пятого согласующего устройства (47) канала (19) БФБС (9) ГАС (6) сигнал F подают на вход модулятора (20) БФБС (9) ГАС (6), гармонические сигналы которого в диапазоне частот от 3 до 12 Гц модулируют сигнал типа белый шум в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц F с глубиной модуляции не менее 30%, по амплитуде и частоте (фазе). В результате такого преобразования (модуляции) получают сигнал F.
БШ1
Δf
ΔI
ЭСХ
ПСХ
МШ2
Сигналы: F - с выхода первого согласующего устройства (30), являющегося выходом канала (14) БФЭС (7); F - с выхода второго согласующего устройства (33), являющегося выходом канала (15) БФЭС (7); F - с выхода третьего согласующего устройства (36), являющегося выходом канала (16) БФЭС (7); F - с выхода четвертого согласующего устройства (39), являющегося выходом канала (17) БФИС (8); F - с выхода мембраны (44), являющейся выходом канала (18) БФБС (8); F - с выхода модулятора (20), являющегося выходом БФБС (9), подают на вход коммутатора (27) режимов излучения и паузы блока (12) управления ГАС (6).
БШ1
Δf
ΔI
ЭСХ
ПСХ
МШ2
Одновременно с этим в блоке (12) управления ГАС (6) при помощи генератора (26) случайных чисел обеспечивают формирование режимов излучения сигналов (F, F, F, F, F и F) в разной последовательности, при различной длительности интервалов излучений и пауз с возможностью одновременного излучения нескольких сигналов - для исключения привыкания к ним со стороны скопления рыб (1).
Одновременно с этим при помощи блока (11) обеспечивают электрическим питанием с заданными параметрами (напряжение и др.) все электрические приборы ГАС (6). При этом коммутатор (25) режимов электрического питания обеспечивает подключение преобразователя напряжения (24) - в штатном режиме, или аккумулятора (23) - в штатном режиме: при работе ГАС (6) в автономном варианте и в нештатном режиме - при аварийном отключении электрического питания от береговой сети.
БШ1
Δf
ΔI
ЭСХ
МШ2
ПСХ
При этом излучение сигналов: F, F, F, F, F и F, с заданной направленностью в вертикальной и горизонтальной плоскостях (задаваемой глубиной района, требуемой шириной озвучиваемого сектора и т.д., а также определяемой волновыми и линейными размерами гидроакустического и пневмоакустического излучателей) осуществляют, соответственно, при помощи гидроакустического излучателя (21) и пневмоакустического излучателя (22) блока (10) акустических излучателей.
БШ1
Δf
ΔI
ЭСХ
ПСХ
МШ2
Под воздействием излученных сигналов на частотах: F, F, F, F, F и F в разной последовательности, при различной длительности интервалов излучений и пауз с возможностью одновременного излучения нескольких (не менее двух) сигналов и т.д., скопление рыб (1) резко меняет свои поведенческие характеристики: двигательную активность, направление и скорость перемещения и др., и независимо от приманивающего светового эффекта, а также сопутствующего течения и т.д., заблаговременно - с расстояния в несколько (не менее двух) десятков метров активно и целенаправленно покидает озвученный объем водного пространства, непосредственно прилегающий к СПС (2).
В результате экологически безопасным - для других ВБО и ОПС в целом, медицински безопасным - для обслуживающего персонала и случайно оказавшихся в воде людей, относительно простым в процессе реализации способом при минимальных финансово-временных затратах осуществляется гидроакустическое вытеснение рыб из данной водной акватории в условиях приманивающего светового эффекта.
Таким образом:
1. Обеспечение требуемой эффективности управления поведением рыб - гидроакустическом вытеснении рыб из данной водной акватории в условиях приманивающего светового эффекта достигают за счет того, что:
- в качестве энергетических используют несколько различных, по диапазону частот, форме, степени воздействия на рыб и т.д., сигналов: белый шум - равномерные по уровню элементарные сигналы в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц, которые близки к резонансным частотам внутренних воздушных полостей рыб; резкие - в течение не более одной секунды и многократные - не менее двух раз в течение заданного интервала времени, изменения частоты от минимальной до максимальной в диапазоне максимальной акустической чувствительности рыб: от 20 Гц до 2 кГц; резкие - в течение не более одной секунды и многократные - не менее двух раз в течение заданного интервала времени, изменения уровня сигнала от минимального до максимального для всего диапазона частот максимальной акустической чувствительности рыб: от 20 Гц до 2 кГц;
- в качестве информационных используют сигналы хищника, доминирующего в данной водной акватории, в момент атаки на жертву, которые имеют доплеровское изменение частоты, имитирующее приближение хищника к жертве;
- в качестве биорезонансных используют тональные сигналы в диапазоне частот от 3 Гц до 12 Гц, модулирующих по амплитуде и фазе энергетические сигналы типа белый шум в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц;
- уровень сигналов: энергетических, информационных и биорезонансных, не менее чем на 6 дБ превышает уровень окружающих шумов природного и техногенного происхождения;
- излучение энергетических, информационных и биорезонансных сигналов осуществляют по закону случайных чисел, чередуя с различными по продолжительности интервалами времени, когда никакие сигналы не излучаются вообще, но которые (интервалы времени) по продолжительности не превышают времени повторного подхода рыбы к контролируемому водному рубежу и т.д.
2. Экологическую безопасность для скопления рыб, других ВБО и ОПС в целом обеспечивают за счет того, что:
- в качестве энергетических используют не гармонические инфразвуковые сигналы, находящиеся в диапазоне частот от 1 до 20 Гц, а сигнал на модуляционных частотах: несущая частота - сигнал типа белый шум в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц; модулирующая частота - гармонический сигнал в диапазоне частот от 3 Гц до 12 Гц, которая модулирует по амплитуде и фазе сигнал типа белый шум в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц;
- точно имитируют информационные сигналы хищника. При этом выбирается доминирующий в данном водоеме хищник, имитируется его движение - за счет доплеровского изменения частоты и перемещения по водоему - за счет периодического включения пространственно разнесенных блоков излучателей и т.д.;
- все типы сигналов (энергетические, информационные и биорезонансные) находятся в диапазоне максимальной акустической чувствительности рыб, являющихся объектом управления в данной водной акватории. В связи с этим рыбы при минимальном соотношении сигнал/помеха, т.е. на большом расстоянии от блока излучателей, заранее стараются покинуть дискомфортный (благодаря излучению энергетических и биорезонансных сигналов) и потенциально опасный (благодаря излучению информационных сигналов) объем водного пространства, даже несмотря на приманивающий световой эффект;
- уровень сигналов: энергетических, информационных и биорезонансных, незначительно (на 6 дБ или в два раза) превышает уровень окружающих шумов природного и техногенного происхождения;
- излучение энергетических, информационных и биорезонансных сигналов осуществляют по закону случайных чисел, чередуя с различными по продолжительности интервалами времени, когда никакие сигналы не излучаются вообще, т.е. скопления рыб, других ВБО и ОПС в целом не подвергается постоянному воздействию и др.
3. Медицинскую безопасность для обслуживающего персонала и случайно оказавшихся в воде людях обеспечивают за счет того, что:
- в качестве энергетических используют не гармонические инфразвуковые сигналы, находящиеся в диапазоне частот от 1 до 20 Гц, а сигнал на модуляционных частотах: несущая частота - сигнал типа белый шум в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц; модулирующая частота - гармонический сигнал в диапазоне частот от 3 Гц до 12 Гц, которая модулирует по амплитуде и фазе сигнал типа белый шум в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц;
- все типы сигналов (энергетические, информационные и биорезонансные) находятся в диапазоне акустической чувствительности человека. В связи с этим, рыбы при минимальном соотношении сигнал/помеха, т.е. на большом расстоянии от блока излучателей, случайно оказавшийся в воде человек постарается быстрее покинуть дискомфортный для себя объем водного пространства;
- уровень сигналов: энергетических, информационных и биорезонансных, незначительно (на 6 дБ или в два раза) превышает уровень окружающих шумов природного и техногенного происхождения;
- излучение энергетических, информационных и биорезонансных сигналов осуществляют по закону случайных чисел, чередуя с различными по продолжительности интервалами времени, когда никакие сигналы не излучаются вообще, т.е. для обслуживающего персонала, случайно упавшего в воду вблизи ОПС, или для случайно оказавшихся в воде людей: дайвингистов, пловцов, упавших за борт маломерного судна и т.д., постоянного воздействия не оказывают;
- излучение энергетических, информационных и биорезонансных сигналов осуществляют только в воде. Поэтому, вынырнув из воды на поверхность (высунув голову из воды), случайно оказавшийся в воде человек практически полностью прервет действие всех сигналов и т.д.
4. Простоту процесса реализации способа обеспечивают за счет того, что:
- формирование, усиление до необходимого уровня и излучение сигналов (энергетических, информационных и биорезонансных) осуществляют с помощью легкодоступных электронных блоков;
- блок акустических излучателей (и само ГАС) имеет незначительные габариты, и может быть установлен даже на ПА;
- управление работой ГАС осуществляют автоматически, поэтому не требуется присутствия обслуживающего персонала;
- легко сформировать ЗИП (запасное имущество и принадлежности);
- модульность построения ГАС позволяет легко производить ремонт и др.
5. Минимальные финансово-временные затраты при реализации способа обеспечивают за счет того, что:
- формирование, усиление до необходимого уровня и излучение сигналов (энергетических, информационных и биорезонансных) осуществляют с помощью серийно выпускаемых электронных блоков;
- управление работой ГАС осуществляют автоматически, поэтому не требуется присутствия обслуживающего персонала;
- малые весогабаритные показатели не требуют создания массивных подводных конструкций и др.
Отличительными признаками заявляемого способа являются следующие.
1. Реализация способа осуществляется на фоне приманивающего рыб светового эффекта, специально или непроизвольно формируемого в водной среде осветительными системами, необходимыми при выполнении различных видов работ: подводно-технических, надводно-охранных и др.
2. В качестве энергетических используют несколько различных, по диапазону частот, форме, степени воздействия на рыб и т.д. сигналов: белый шум - равномерные по уровню элементарные сигналы в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц, которые близки к резонансным частотам внутренних воздушных полостей рыб; резкие - в течение не более одной секунды и многократные - не менее двух раз в течение заданного интервала времени, изменения частоты от минимальной до максимальной в диапазоне максимальной акустической чувствительности рыб: от 20 Гц до 2 кГц; резкие - в течение не более одной секунды и многократные - не менее двух раз в течение заданного интервала времени, изменения уровня сигнала от минимального до максимального для всего диапазона частот максимальной акустической чувствительности рыб: от 20 Гц до 2 кГц.
3. В качестве информационных используют сигналы хищника в момент атаки на жертву, доминирующего в данной водной акватории, которые имеют доплеровское изменение частоты, имитирующее приближение хищника к жертве.
4. Дополнительно формируют и излучают биорезонансные тональные сигналы в диапазоне частот от 3 Гц до 12 Гц в виде модулирующих по амплитуде и фазе энергетических сигналов типа белый шум в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц.
5. Уровень сигналов, энергетических, информационных и биорезонансных, не менее чем на 6 дБ превышает уровень окружающих шумов природного и техногенного происхождения.
6. Излучение энергетических, информационных и биорезонансных сигналов осуществляется по закону случайных чисел, чередуясь с различными по продолжительности интервалами времени, когда никакие сигналы не излучаются вообще, но которые по продолжительности не превышают времени повторного подхода рыбы к контролируемому водному рубежу.
Наличие отличительных от прототипа признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию "новизна".
Анализ известных технических решений с целью обнаружения в них указанных отличительных признаков, показал следующее.
Признаки 1, 4 и 6 являются новыми и неизвестно их использование для гидроакустического вытеснения рыб в условиях приманивающего светового эффекта.
Признаки 2 и 3 являются новыми и неизвестно их использование для гидроакустического вытеснения рыб в условиях приманивающего светового эффекта. В то же время частично известно использование признаков 2 и 3 для формирования широкополосных и информационных сигналов соответственно.
Признак 5 является хорошо известным в гидроакустике.
Таким образом, наличие новых существенных признаков, в совокупности с известными, обеспечивает появление у заявляемого решения нового свойства, не совпадающего со свойствами известных технических решений - эффективно управлять поведением рыб: гидроакустически вытеснять рыб из данной водной акватории в условиях приманивающего светового эффекта экологически безопасным - для других ВБО и ОПС в целом, медицински безопасным - для обслуживающего персонала и случайно оказавшихся в воде людей, относительно простым в процессе реализации способом при минимальных финансово-временных затратах.
В данном случае мы имеем новую совокупность признаков и их новую взаимосвязь, причем не простое объединение новых признаков и уже известных, а именно выполнение операций в предложенной последовательности, и приводит к качественно новому эффекту.
Данное обстоятельство позволяет сделать вывод о соответствии разработанного способа критерию "существенные отличия".
Пример реализации способа.
Промышленные испытания разработанного способа проводились в период с 1983 по 2010 гг.: на озере Ханка - в период с 1983 по 1985 гг., Приморский край; на специальном геофизическом полигоне в б. Витязь залива Петра Великого - в период с 1994 по 1998 гг. Приморский край; на специальном рыбохозяйственном полигоне в б. Северная залива Петра Великого - в период с 1999 по 2001 гг., Приморский край; на ставных неводах р/к им. Бекерева - в период с 2002 по 2008 гг., Камчатка; на ставных неводах компании Sam Won - в период с 2004 по 2008 гг., Республика Корея; на водоемах для выращивания рыб - в Социалистической Республике Вьетнам (2008-2010 гг.).
Для примера на фиг.6 иллюстрируются аудиограммы акустической чувствительности некоторых видов дальневосточных рыб / Поленюк В.В., Кузнецов Ю.А., Сорокин М.А. Слуховые способности рыб и возможность использования акустических сигналов для управления их поведением на промысле. // Сб. научных трудов / ДВГТУ. - 2001. - Вып.128. - С.34-43/: Ряд 1 - восточного морского ерша (Sebastodes taczanowskii steind); Ряд 2 - японской скумбрии (Scomber japonicus); Ряд 3 - тихоокеанской сельди (Clupea harengus pallasi); Ряд 4 - тихоокеанской сардины (Sardinops sagax melanosticta); Ряд 5 - дальневосточной красноперки (Leuciscus brandti (dybouski); Ряд 6 - звездчатой камбалы (Pleuroneetes stellatus); Ряд 7 - южного одноперого терпуга (Pleurogrammus azonus). Используя данные, представленные на фиг.6, можно, в зависимости от видов рыб, доминирующих в данном водоеме, более точно выбрать диапазоны рабочих частот ГАС.
p
p
p
p
Известно /Вайтулевич С.Ф. О роли плавательного пузыря в слуховой функции рыб // Сенсорные системы. Морфофизиологические и поведенческие аспекты. - М.: Наука, 1977. - С.146-161/, что резонансная частота плавательного пузыря (ПП) является важным параметром в процессе гидроакустического вытеснения рыб. В процессе проведения испытаний разработанного способа в Дальневосточном регионе были предварительно обмерены ПП исследуемых видов рыб, выполнены необходимые расчеты и получены следующие значения резонансных частот ПП для рыб, находящихся на глубине 5 м: кета: f=120-180 Гц; горбуша: f=250-320 Гц; сельдь: f=350-420 Гц; сардина: f=450-510 Гц и т.д. При этом границы вычисленных значений резонансных частот соответствуют, соответственно, максимальным и минимальным размерам ПП, измеренным у рыб, а глубина 5 м соответствует среднему значению горизонта хода рыб, а также среднему значению глубины водоема в районе установки СПС: блока насосных станций и др.
На фиг.7 иллюстрируется схема проведения одного из испытаний на оз. Ханка (Приморский край) по оценке эффективности разработанного способа. Для информации. Астраханская насосная станция (АНС) предназначена для подачи воды из оз. Ханка на рисовые поля. По проведенным оценкам специалистов /Хоменко В.Т. и др. 1983. Об использовании инфразвуковых акустических колебаний для управления поведением рыб. - Отчет о НИР «Импульс 5», Вл-к: ГлавДальВодстрой, 137 с./ минимальный ущерб - гибель мальков рыб, наносимый АНС в 1983 г., составлял 746 особей за 1 мин. Если принять среднюю себестоимость воспроизводства одного малька рыбы 10 коп. (цены 1983 г.); продолжительность суточного ритма скатывания рыбной молоди в водозаборном канале АНС 10 ч; среднюю продолжительность работы АНС 4 месяца в год, то минимальная величина среднесуточного ущерба 447600 мальков рыб или 53 млн. особей - за сезон. Таким образом, исходя из затрат на воспроизводство мальков рыб, экономический ущерб составлял ~5,5 млн. руб. (цены 1983 г.).
БШ1
Δf
ΔI
ЭСХ
МШ2
ПСХ
p
т
Как видно из фиг.7, в 10-15 м от приемных камер АНС были установлены два блока излучателей (10) таким образом, чтобы излученные сигналы на частотах: F, F, F, F, F и F, с заданной направленностью в вертикальной и горизонтальной плоскостях (определяемой глубиной района ~10 м, требуемой шириной озвучиваемого сектора ~200 м и т.д.) распространялись вдоль канала по направлению к озеру. В 400 м от двух блоков излучателей (10) была установлена сеть с ячеей размером 8 мм. Между каждым крылом сети и соответствующей частью берега оставались не перекрытыми два участка водного пространства шириной 1,5 м и 2 м - для визуального контроля за движущимся со скоростью V скоплением рыб (1) против течения V, обусловленного работой АНС. При этом в районе установки блока акустических излучателей (10) водная поверхность и часть наземной территории, примыкающей к срезу воды, освещалась прожекторами, установленными на охранных вышках.
БШ1
Δf
ΔI
ЭСХ
ПСХ
МШ2
Под воздействием излучаемых (в течение 15 мин) сигналов на частотах: F, F, F, F, F и Fв разной последовательности, при различной длительности излучений и пауз, скопление рыб (1) резко изменило свои поведенческие характеристики: возросла активность, четко визуально прослеживалось направление движения в районе береговой черты (два участка водного пространства шириной 1,5 м и 2 м) от блока излучателей в сторону озера (установленной на удалении 400 м сети) и т.д. После 15-минутной работы двух блоков излучателей (10) сеть был выбрана. При этом в сети оказалось 16 промысловых особей рыб, 60 непромысловых особей рыб и 3,5 кг мальков (число особей не было подсчитано).
На фиг.8, для примера, представлен спектр сигнала хищника типа «белуха», излучаемого при помощи пневмоизлучателя. Как видно из фиг.8, информационный сигнал представлял собой набор отдельных гармонических сигналов, которые по уровню от 3 дБ до 20 дБ превышали уровень окружающих шумов естественного и техногенного происхождения.
На фиг.9 иллюстрируется закономерность распределения лососевых рыб (горбуша) по условным зонам водного пространства, в интервале расстояний от 0 м до 50 м по центральной оси от блока излучателей по направлению от моря в сторону берега (к крылу невода), а также в интервале расстояний от 0 м до 10 м слева и справа от блока излучателей в процессе реализации способа-прототипа (пунктирная линия) и разработанного способа (сплошная линия). Испытания проводили в 2002 г.на п-ове Камчатка в районе установки ставного невода р/к им. Бекерева в темное время суток (вечерние сумерки) при наличии осветительных фонарей на рыболовном катере, находящемся на якоре рядом со ставным неводом. При этом использовалась автономная ГАС, а с рыболовного катера, находящегося на расстоянии 25 м от блока излучателей ГАС (в середине зоны визуального наблюдения), и двух резиновых лодок осуществлялось визуальное наблюдение за численностью и поведенческими характеристиками скопления рыб (горбуши). Как видно из фиг.9, в процессе реализации способа-прототипа (пунктирная линия) отдельные особи рыб наблюдались на расстояниях 4-6 м слева-сзади и справа-сзади от блока излучателей, слева и справа от блока излучателей, на расстоянии от 3 м (единичные экземпляры) до расстояния 20 м (50% численности рыб - разреженное скопление), а также на удалении 23 м (100% рыб - плотное скопление) от него в сторону берега по центральной оси (в районе нахождения рыболовного катера). В то время как при реализации разработанного способа (сплошная линия) единичные экземпляры рыб наблюдались только на расстоянии 15 м по центральной оси и на дистанции 9-10 м слева и справа от блока излучателей. При этом на расстоянии 50 м и на дистанции 5 м слева и справа от центральной оси наблюдалось лишь разреженное скопление рыб (50% численности рыб).
Таким образом, очевидна более высокая эффективность разработанного способа (по дальности - вдоль центральной оси излучения: более чем в 2 раза, по сектору - слева и справа от центральной оси излучения: более чем в 2 раза) по сравнению со способом-прототипом.
На фиг.10, в виде гистограмм, иллюстрируется эффективность управления (по условной шкале 0 - 100%) поведением скопления рыб в зависимости от дистанции (в интервале от 1 м до 50 м) от блока излучателей в процессе реализации способа-прототипа (пунктирная линия) и разработанного способа (сплошная линия), а на фиг.11 в виде гистограмм иллюстрируется эффективность управления (по условной шкале 0-100%) поведением скопления рыб в зависимости от времени суток для фиксированной дистанции 10 м от блока излучателей в процессе реализации способа-прототипа (пунктирная линия) и разработанного способа (сплошная линия). Испытания также проводили в 2002 г. на п-ове Камчатка в районе установки ставного невода р/к им. Бекерева.
Как видно из фиг.10, эффективность управления поведением скопления рыб в заданном (ближнем) объеме водного пространства: 10 м - по глубине, 20 м - в ширину: по 10 м слева и справа от блока излучателей, и 15 м - в длину по центральной оси излучения составляет 100% у разработанного способа, в то время как у способа-прототипа как минимум в 2 раза хуже. При этом в сопредельном (прилегающему к заданному) объеме водного пространства: 10 м - по глубине, 20 м - в ширину и 50 м - в длину по центральной оси излучения, эффективность у разработанного способа составляет 50%, в то время как у способа-прототипа уже на 30 м она равна 0%. Хотя на этой же дистанции (30 м) эффективность у разработанного способа составляет 80%.
Как видно из фиг.11, эффективность управления поведением скопления рыб в заданном (ближнем) объеме водного пространства: 10 м - по глубине, 10 м слева и справа от блока излучателей и 10 м - в длину по центральной оси излучения у разработанного способа составляет: 100% - в интервале времени с 06:00 до 18:00 часов, 96% - в интервалах времени с 04:00 до 06:00 часов и с 20:00 до 22:00 часов, 92% - в интервале времени с 00:00 до 02:00 часов и 88% в интервале времени с 02:00 до 04:00 часов, в то время как у способа-прототипа составляет 70% (наилучший показатель) - в интервале времени всего с 10:00 до 16:00 часов (преимущество у разработанного способа составляет 40% - по эффективности и 6 часов по продолжительности), 0% - в интервалах времени с 04:00 до 06:00 часов (преимущество у разработанного способа составляет 96% - по эффективности), 5% - в интервале времени с 20:00 до 22:00 часов (преимущество у разработанного способа составляет 91% - по эффективности) и т.д. То есть очевидна более высокая (на 40% и более) эффективность у разработанного способа, как в светлое время суток (при отсутствии приманивающего светового эффекта), так и (91-96%) в темное время суток: с 20:00 до 22:00 часов и с 04:00 до 06:00 часов, соответственно (при наличии приманивающего светового эффекта).
Таким образом:
1. Обеспечение требуемой эффективности управления поведением рыб - гидроакустическом вытеснении рыб из данной водной акватории в условиях приманивающего светового эффекта было достигнуто за счет того, что:
- в качестве энергетических использовали несколько различных по диапазону частот, форме, степени воздействия на рыб и т.д. сигналов: белый шум - равномерные по уровню элементарные сигналы в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц, которые были близки к резонансным частотам внутренних воздушных полостей рыб; резкие и многократные изменения частоты от минимальной до максимальной в диапазоне максимальной акустической чувствительности рыб: от 20 Гц до 2 кГц; резкие и многократные изменения уровня сигнала от минимального до максимального для всего диапазона частот максимальной акустической чувствительности рыб: от 20 Гц до 2 кГц;
- в качестве информационных использовали сигналы хищника, доминирующего в данной водной акватории, в момент атаки на жертву, которые имели доплеровское изменение частоты, имитирующее приближение хищника к жертве;
- в качестве биорезонансных использовали тональные сигналы в диапазоне частот от 3 Гц до 12 Гц, которые модулировали по амплитуде и фазе энергетические сигналы типа белый шум в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц;
- уровень сигналов: энергетических, информационных и биорезонансных не менее чем на 6 дБ превышал уровень окружающих шумов природного и техногенного происхождения;
- излучение энергетических, информационных и биорезонансных сигналов осуществляли по закону случайных чисел, чередуя с различными по продолжительности интервалами времени, когда никакие сигналы не излучали вообще, но которые по продолжительности не превышали времени повторного подхода рыбы к контролируемому водному рубежу и т.д.
2. Экологическую безопасность для скопления рыб, других ВБО и ОПС в целом обеспечивали за счет того, что:
- в качестве энергетических использовали не гармонические инфразвуковые сигналы, находящиеся в диапазоне частот от 1 до 20 Гц, а сигналы на модуляционных частотах: несущая частота - сигнал типа белый шум в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц; модулирующая частота - гармонический сигнал в диапазоне частот от 3 Гц до 12 Гц, которая модулировала по амплитуде и фазе сигнал типа белый шум в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц;
- точно имитировали информационные сигналы хищника. При этом выбирали доминирующего в данном водоеме хищника, имитируя его движение - за счет доплеровского изменения частоты и перемещения по водоему - за счет периодического включения пространственно разнесенных блоков излучателей и т.д.;
- все типы сигналов (энергетические, информационные и биорезонансные) находились в диапазоне максимальной акустической чувствительности рыб. В связи с этим рыбы при минимальном соотношении сигнал/помеха, т.е. на большом расстоянии от блока излучателей, заранее старались покинуть дискомфортный и потенциально опасный объем водного пространства, даже несмотря на приманивающий световой эффект;
- уровень сигналов: энергетических, информационных и биорезонансных, незначительно (на 6 дБ) превышал уровень окружающих шумов природного и техногенного происхождения;
- излучение энергетических, информационных и биорезонансных сигналов осуществляли по закону случайных чисел, чередуя с различными по продолжительности интервалами времени, когда никакие сигналы не излучали вообще, т.е. скопления рыб, других ВБО и ОПС в целом не подвергали постоянному воздействию и др.
3. Медицинскую безопасность для обслуживающего персонала и случайно оказавшихся в воде людях обеспечивали за счет того, что:
- в качестве энергетических использовали не гармонические инфразвуковые сигналы, находящиеся в диапазоне частот от 1 до 20 Гц, а сигналы на модуляционных частотах: несущая частота - сигнал типа белый шум в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц; модулирующая частота - гармонический сигнал в диапазоне частот от 3 Гц до 12 Гц, которая модулировала по амплитуде и фазе сигнал типа белый шум в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц;
- все типы сигналов (энергетические, информационные и биорезонансные) находились в диапазоне акустической чувствительности человека. В связи с этим при минимальном соотношении сигнал/помеха, т.е. на большом расстоянии от блока излучателей, случайно оказавшийся в воде человек быстро покидал дискомфортный для себя объем водного пространства;
- уровень сигналов: энергетических, информационных и биорезонансных, незначительно (на 6 дБ) превышал уровень окружающих шумов природного и техногенного происхождения;
- излучение энергетических, информационных и биорезонансных сигналов осуществляли по закону случайных чисел, чередуя с различными по продолжительности интервалами времени, когда никакие сигналы не излучали вообще, т.е. для обслуживающего персонала, случайно упавших в воду вблизи ОПС, или для случайно оказавшихся в воде людей: дайвингистов, пловцов, упавших за борт маломерного судна и т.д., постоянного воздействия не оказывали;
- излучение энергетических, информационных и биорезонансных сигналов осуществляли только в воде. Поэтому, вынырнув из воды на поверхность (высунув голову из воды), случайно оказавшийся в воде человек практически полностью прерывал действие всех сигналов и т.д.
4. Простоту процесса реализации способа обеспечивали за счет того, что:
- формирование, усиление до необходимого уровня и излучение сигналов осуществляли с помощью легкодоступных электронных блоков;
- блок акустических излучателей (и само ГАС) имели незначительные габариты и могли быть установлены даже на ПА;
- управление работой ГАС осуществляли автоматически, поэтому не требовалось присутствия обслуживающего персонала;
- легко формировали ЗИП;
- модульность построения ГАС позволяла легко производить ремонт и др.
5. Минимальные финансово-временные затраты при реализации способа были достигнуты за счет того, что:
- формирование, усиление до необходимого уровня и излучение сигналов осуществляли с помощью серийно выпускаемых электронных блоков;
- управление работой ГАС осуществляли автоматически, поэтому не требуется присутствия обслуживающего персонала;
- малые весогабаритные показатели не требовали создания массивных подводных конструкций и др.