Биофизические процессы в системах управления ловом рыбы

УДК 639.2.081

А. В. Мельников, А. И. Лихтер

Кафедра промышленного рыболовства Астраханский государственный университет

БИОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ЛОВОМ РЫБЫ

Эффективность лова рыбы во многом зависит от особенностей воздействия физических полей на объект лова. Соответственно биофизические процессы занимают важное место в анализе и оптимизации процессов лова.

Биофизические исследования в рыболовстве в современных условиях целесообразно строить на системном кибернетическом подходе. В этом случае лов рыбы рассматривают как процесс управления техническими средствами лова, объектом лова и условиями внешней среды в системе управления ловом с учетом взаимосвязи физических и биологических процессов. Такой подход соответствует общему принципу рыбохозяйственных исследований (Мельников В. Н., Мельников А. В. 1998).

Целью систем управления является повышение эффективности лова (производительности, уловистости, селективности, экономических показателей) с учетом заданных критериев эффективности. Эта цель может быть достигнута управлением отдельными элементами систем. Так, в системах управления объектом лова управляющая подсистема включает орудия лова и другие технические средства лова, управляемая - объект лова. В системах управления процессом лова в качестве управляемых могут выступать отдельные технические средства, объект лова и даже водная среда в водоеме.

Все промысловые системы принято различать по характеру изменения регулируемых показателей и принципу действия (Мельников, 1975). По первому признаку различают промысловые системы стабилизации, программные и следящие, а по второму - различные варианты разомкнутых систем и систем с обратной связью. Все виды систем так или иначе находят применение в рыболовстве, хотя использование некоторых из них, например следящих, самонастраивающихся, пока ограничено, в частности, из-за сложности и неблагоприятных условий для самообучения.

При системном подходе имеет значение не только изучение отдельных элементов системы управления процессом лова или объектом лова, но и исследование взаимосвязи и взаимодействия этих элементов.

Каждый из элементов рассматриваемых систем управления и их взаимосвязи имеют прямое отношение к биофизическим исследованиям. Так, технические средства лова, прежде всего орудия лова, являются источниками различных физических полей - световых полей контрастов, гидродинамических, акустических и т. д.

Объект лова способен воспринимать физические поля различной модальности, накапливать и перерабатывать информацию, которую они несут.

Внешняя среда в водоеме служит источником образования различных физических полей и средством передачи сигналов различной физической природы от одного элемента системы к другому.

Из краткого анализа свойств элементов орудий лова следует их глубокая взаимосвязь, прежде всего на основе биофизических процессов.

Биофизические исследования в промышленном рыболовстве связаны с решением ряда серьезных задач, которые должны решать ученые различного профиля - физики, биологи, биофизики, математики, специалисты в области управления процессами, теории операций, промышленного рыболовства и т. д. Основные задачи биофизических исследований:

- анализ физических полей, действующих на объект лова в процессе лова;

- исследование особенностей рецепции промысловых рыб;

- изучение особенностей действия физических полей на рыбу;

- исследование особенностей ориентации рыбы в физических полях с учетом свойств физических полей и особенностей их восприятия;

- оценка размеров, формы и структуры зоны действия физических полей по различным признакам;

- изучение поведения рыбы в физических полях различной интенсивности, структуры и положения в водоеме;

- качественная оценка управляющего действия физических полей на рыбу;

- разработка и анализ систем управления объектом лова и процессом лова с учетом особенностей образования и существования физических полей и их действия на рыбу;

- количественная оценка элементов систем управления объектом лова и их взаимодействия;

- разработка методов расчета и проектирования устройств для образования физических полей с необходимыми параметрами;

- уточнение параметров устройств для образования физических полей с учетом других видов обоснования устройств для образования физических полей;

- разработка способов и области применения устройств для образования физических полей с учетом условий внешней среды в промысловых водоемах и других факторов;

- исследование влияния физических полей на параметры орудий лова (кроме параметров технических средств для образования физических полей);

- оценка влияния биофизических процессов на эффективность лова, прежде всего уловистость, производительность и селективность лова.

В наиболее общем случае задача биофизических исследований возникает при разработке новых способов лова с применением физических раздражителей, когда необходимо решать практически все перечисленные задачи. В остальных случаях круг решаемых задач уже, но так или иначе он связан с изучением физических полей и их воздействия на объект лова.

Тесно связаны с биофизическими биомеханические процессы (их иногда относят к биофизическим), обусловленные перемещением объекта лова относительно орудия лова.

Основные задачи биомеханических исследований:

- исследование водоема как среды, в которой происходит перемещение орудия лова и объекта лова;

- изучение плавательной способности рыб;

- оценка порогов чувствительности и реакций рыбы на действие гидродинамических полей;

- исследование зоны действия гидродинамических полей в связи с задачами биомеханических исследований;

- исследование показателей перемещения орудий лова;

- исследование особенностей перемещения объекта лова относительно орудия лова;

- исследование влияния биомеханических процессов на параметры орудий лова;

- оценка влияния биомеханических процессов на эффективность лова, в том числе уловистость, производительность и селективность лова.

Решение биофизических задач промышленного рыболовства во многом зависит от характеристики элементов промысловых систем лова с учетом специфики составляющих этих систем - технических средств лова, объекта лова и условий внешней среды в водоеме.

Технические средства лова в общем случае включают исполнительные устройства (орудие лова, средства механизации, промысловые суда); измерительные устройства - для получения данных о показателях процесса лова, например физических полей, скорости перемещения орудия лова; устройства сравнения данных о действительных и необходимых показателях процесса; усилительные устройства, которые результаты рассогласования между действительными и необходимыми показателями процесса подают на исполнительные устройства для изменения их параметров, положения, ориентации.

Все элементы технических средств характеризуются рядом параметров и показателей. В нашем случае технические средства выступают как источники физических полей и средства перемещения рыболовной системы. Источником физических полей являются не только элементы орудия лова, но и суда. Частично или полностью физические поля судов находятся в зоне действия орудия лова. Остальные элементы технических средств служат в основном для оценки поведения, распределения и состояния объекта лова, поддержания необходимых параметров физических полей, их положения и временных показателей работы, закона перемещения орудия лова и т. д. Одной из важнейших задач технических средств лова является выработка управляющего сигнала для поддержания необходимых показателей объекта лова или эффективности лова.

В простых системах управления объектом или процессом лова для выработки соответствующих управляющих воздействий используются непосредственно данные о положении, параметрах перемещения и состояния объекта лова. В более сложных системах, как показано выше, применяют устройства сравнения для оценки рассогласования действительных и наиболее рациональных значений показателей физических полей, пере-

мещения технических средств, показателей объекта лова. Весьма сложной задачей является выработка управляющего сигнала по результатам рассогласования. Задачи сравнения и рассогласования наиболее эффективно можно решить только с применением управляющих вычислительных машин.

Объект лова как звено системы управления ловом можно считать биологической адаптивной системой с соответствующими входами и выходами, которая под влиянием внешних воздействий (прежде всего физических полей) изменяет физиологическое состояние, поведение, распределение, состав, численность, чтобы поддержать свою жизнеспособность.

Объект лова как элемент системы управления при биофизических исследованиях отличается следующими свойствами:

- реакция рыб на внешние воздействия зависит от физиологического состояния рыб, условий внешней среды, биотических взаимоотношений и в общем случайна;

- наиболее часто объект лова является совокупностью рыб, внешние воздействия на которых неодинаковы, переменны во времени и пространстве;

- иногда не известен механизм действия физических полей на рыбу, что затрудняет выработку соответствующих управляющих воздействий;

- в общем случае в процессе лова на рыбу действуют физические поля различной физической природы, соотношение между действием которых на рыбу часто изменяется в пространстве и времени;

- одна из сложностей оценки реакции рыбы на действие различных физических полей заключается в перемещении рыбы в пространстве и времени;

- физические поля могут оказывать на объект лова энергетическое и информационное воздействие, при этом соотношение между их влиянием на объект лова не всегда возможно разделить;

- физические поля иногда одновременно влияют на несколько возбудимых органов и тканей рыб, а объект лова как биологическая система характеризуется несколькими показателями, что затрудняет функциональное расчленение рыбы на составные части и раздельное их изучение;

- характер и степень воздействия физических полей на рыбу зависят не только от интенсивности, но и продолжительности воздействия, скорости изменения в пространстве и времени, особенности действия полей по различным направлениям;

- объект лова как сложная биологическая система часто отличается нелинейностью и может выступать как усилительное звено, звено с запаздыванием, апериодическое, инерционное, интегрирующее звено.

Внешняя среда в водоеме - пространство, где происходит процесс управления ловом, значительно реже она служит управляемым элементом, если ее параметры изменяют.

Будучи полем управления, внешняя среда выступает как источник физических полей и как канал для передачи внешних воздействий на объект лова или элементы технических средств. Во втором случае при решении биофизических задач управление параметрами внешней среды направлено на улучшение её характеристик, которое приводит к повышению качества физических полей и условий передачи управляющих сигналов.

Важно также, что к управлению параметрами условий внешней среды можно условно отнести также выбор времени, места и глубины лова с учетом необходимых свойств внешней среды.

Внешнюю среду можно считать функциональным звеном с различным соотношением между входными и выходными сигналами. Так, при лове с применением электрических и световых полей внешняя среда выступает как усилительное звено, при образовании гидродинамических полей, полей растворенных и взвешенных веществ - как запаздывающее звено, так как выходной сигнал, по сравнению с входным, запаздывает на некоторое время. При неизменных условиях внешней среды и положении источников поля до рассматриваемой точки водоема поле управления считают статическим звеном.

Если же в процессе лова условия внешней среды и положение объекта лова относительно источника поля изменяются, то поле управления считают нестационарным звеном с переменными параметрами. Если физическое поле образовано несколькими источниками, то поле выступает как нелинейное звено, часто с сочетанием характеристик других видов звеньев.

Рассмотренные особенности биофизических проблем промышленного рыболовства и систем управления лова рыбы позволяют уточнить методы математического описания процессов лова и их эффективность.

СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ

1. Мельников В. Н. Основы управления объектом лова. - М. : Пищ. пром-сть, 1975. - 378 с.

2. Мельников В. Н., Мельников А. В. Рыбохозяйственная кибернетика. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 1998. - 312 с.

Получено 17.01.04

BIOPHYSICAL PROCESSES IN THE SYSTEM OF FISHING CONTROL

A. V. Melnikov, A. I. Likhter

It is shown that it is expediently to construct biophysical investigations in fisheries on the systematic cybernetic approach under present-day conditions, studying fishing as the process of control over technical means of fishing, object of fishing and external surroundings in the system of fishing control with regard to interconnection of physical and biological processes.

The structure of control system over the object of fishing and processes of fishing was considered and role of biophysical processes was shown in such systems. The qualities of separate elements were considered in these systems. The role of biophysical processes was described under interaction of these elements. Characteristic features of biophysical problems of commercial fishing and the system of control over fishing were discussed and it will help to refine the methods of mathematical description of fishing processes and to raise their effectiveness.