ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ И ИМИТАЦИОННО-МОДЕЛИРУЮЩАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ РЫБОПОИСКОВОЙ АППАРАТУРЫ

Полезная модель относится к области промышленного рыболовства, а именно к устройствам оценки эффективности гидролокаторов и эхолотов (гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры - РПА), которые могут быть использованы в качестве интеллектуального средства определения конкурентоспособности серийно изготавливаемых видов РПА, прогнозирования тактико-технических характеристик разрабатываемой РПА, проверки оптимальности инженерных решений на различных стадиях проектирования РПА, сопровождения при разработке технических требований к РПА нового поколения, подбора РПА под конкретное судно, а также в качестве тренажерного средства в ходе учебного процесса и средства информационной поддержки решений в процессе освидетельствования и одобрения типа РПА.
Полезная модель также может быть использована в различных областях науки, техники и промышленного производства, связанных со сложной и трудоемкой операторской или технологической деятельностью, в том числе предполагающих использование информационно-аналитических и имитационно-моделирующих систем (ИАИМС) или экспертных систем.
Известно несколько прототипов информационно-аналитических и имитационно-моделирующих систем, в которых достаточно условно может быть реализован способ оценки эффективности гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры, например рыбопоисковый тренажер тралового и кошелькового лова (см. Приложение 1 (1) - рекламно-информационный проспект общества с ограниченной ответственностью «Конструкторское бюро морской электроники «Вектор» (ООО «Вектор») "Рыбопромысловый тренажер", 347913, г.Таганрог, ул.Менделеева 6). Недостатком такой ИАИМС является ее ограниченные возможности, которые не выходят за рамки оценки эффективности маневрирования рыболовного судна на промысле с орудием лова (тралом или кошельковым неводом).
Наиболее близким техническим решением к заявляемой ИАИМС, принятым за прототип полезной модели, является информационно-аналитическая и имитационно-моделирующая система, реализованная в виде гидроакустического тренажера рыбопоискового комплекса "Сарган" (см. Приложение 1(2) - рекламно-информационный проспект Общества с ограниченной ответственностью «Конструкторское бюро морской электроники «Вектор» "Гидроакустический тренажер", 347913, г.Таганрог, ул.Менделеева 6, ООО КБМЭ "Вектор").
Данная ИАИМС содержит соединенные между собой модуль интерфейса пользователя (клавиатура с программным обеспечением), процессор, включающий имитационно-аналитический комплекс, блок визуализации и устройство регистрации, позволяющие воспроизводить на экране монитора ПЭВМ электронный индикатор эхолота или гидролокатора.
Недостатком указанного прототипа является невозможность его использования для решения большинства практических задач по оценке эффективности работы гидроакустической РПА, в связи с его жесткой "привязкой" к одному типу РПА и отсутствием в его составе картографических данных по районам, подрайонам и зонам промысла Мирового океана с информацией по каждому из них о границах и идентификаторах, а также других необходимых баз данных, базы знаний, экспертных функций и специального программно-методического обеспечения.
Предлагаемая полезная модель направлена на расширение аналитических и имитационно-моделирующих возможностей системы, позволяющих производить экспертную оценку и расчеты технического уровня, промысловой эффективности, экономичности эксплуатации и перспективности любой конкретной марки эхолота и гидролокатора с привязкой их к конкретному промысловому району их эксплуатации.
При этом решена задача создания информационно-аналитической и имитационно-моделирующей системы, позволяющей производить оценку конкурентоспособности различных видов и типов гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры применительно к конкретным добывающим судам и районам, подрайонам и зонам промысла Мирового океана.
Это достигается тем, что предлагаемая информационно-аналитическая и имитационно-моделирующая система оценки конкурентоспособности гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры, включающая взаимосвязанные между собой модуль интерфейса пользователя, банк данных по добывающим судам, гидрологическим показателям и типам грунта каждого района, подрайона и зоны промысла, объектам лова и нормированным показателям, базовый модуль, имитационно-модулирующий модуль и модуль обмена данными между базовым модулем и имитационно-модулирующим модулем, блок логического вывода и блок визуализации имитируемой гидроакустической информации, моделируемых режимов работы рыбопоисковой аппаратуры и результатов расчета и представления отчетов, причем модуль интерфейса пользователя выполнен с возможностью отображения на экране монитора внешнего вида типового индикатора рыбопоискового эхолота или гидролокатора со стандартным набором органов управления, в отличие от прототипа, дополнительно содержит компонент электронной картографии, представляющий собой электронную базу данных для формирования на экране монитора карт районов, подрайонов и зон промысла Мирового океана, включающих информацию по каждому из них о границах и идентификаторах, при этом компонент электронной картографии взаимосвязан с вышеупомянутым банком данных.
По сути, компонент электронной картографии представляет собой аппаратно-программное средство, хранящее электронную базу (например, на магнитных носителях) данных о границах и идентификаторах районов, подрайонов и зон промысла Мирового океана для формирования на экране монитора электронной карты в интерактивном режиме отображения.
Другими словами, предлагаемая информационно-аналитическая и имитационно-моделирующая система оценки конкурентоспособности гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры, включает взаимосвязанные и взаимодействующие между собой модуль интерфейса пользователя (стандартная клавиатура и мыши персонального компьютера с программным обеспечением), имитационно-моделирующий модуль (ИММ) и блок визуализации, банк данных, базовый модуль (БМ) с блоком обработки и управления данными и блоком оценки проблемно-ориентированных коэффициентов качества и обобщенного критерия конкурентоспособности рыбопоисковой аппаратуры, а также два монитора, позволяющие одновременно отображать работу двух типов РПА в одинаковых условиях. При этом упомянутые базовый и имитационно-моделирующий модули имеют глубокие горизонтальные и вертикальные связи не только между собой, но и блоком визуализации, банком данных и модулем интерфейса пользователя. Последний реализован в виде типового индикатора рыбопоискового эхолота или гидролокатора с возможностью отображения на экране монитора стандартного набора органов управления, а также изменения положений органов управления, режимов работы и основных параметров РПА в реальном масштабе времени.
Кроме того, с целью расширения функциональных возможностей системы, имитационно-моделирующий модуль снабжен блоком расчета и отображения гидроакустических компонент для любого сочетания параметров задаваемого сценария промысла.
Для большей наглядности и обоснованности оценки модуль интерфейса пользователя снабжен схемой одновременного вывода на экран изображения индикатора конкретного вида РПА и информации об условиях промысла, совмещенной с изображением последнего.
В основу логического подхода к расчету многофакторного показателя конкурентоспособности РПА положена методика оценки эффективности РПА по степени соответствия ее технико-экономических параметров четырем основным критериям:
- современному техническому уровню;
- задачам и функциям, выполняемым на промысле;
- допустимым расходам на эксплуатацию за время срока службы;
- перспективным требованиям к интеграции судового оборудования
Причем приоритетность каждого из указанных критериев определяется величинами их коэффициентов весомости, которые могут варьироваться в определенных пределах. Введение переменных коэффициентов весомости обусловлено тем, что роль гидролокатора и эхолота для решения задач на разных этапах промысла, имеет разную значимость. Кроме того, в зависимости от полноты данных, достоверность расчета соответствующего коэффициентов качества будет иметь разную ошибку.
Одновременно с помощью программы ИАИМС производится расчет и графическое представление характеристик РПА в зависимости от различных сочетаний технических параметров и вышеуказанных условий применения, обеспечивая использование ее в качестве программно-аналитического инструмента оператора-эксперта для оценки потенциальных возможностей анализируемой или предлагаемой к разработке аппаратуры.
По желанию оператора может быть построено семейство графиков до 8 кривых.
Задание характеристик районов промысла производится непосредственно с электронного аналога морской карты промысловых районов Мирового океана и внутренних морей России путем идентификации соответствующих районов, подрайонов и зон, а затем запроса из справочников соответствующих им гидрологических данных, а также указанием сезона, рабочей глубины хода трала и вида объекта промысла или стандартного эквивалента. Без использования упомянутой электронной карты промысловых районов ввод данных, по аналогичной номенклатуре показателей может осуществляться из таблиц справочников с помощью меню.
В конечном счете, ИАИМС обеспечивает воспроизведение технических возможностей оцениваемой РПА в условиях, приближенных к реальным и позволяет:
- моделировать основные компоненты эхо-сигналов РПА;
- создавать, корректировать и сохранять сценарии промысловых ситуаций;
- осуществлять расчеты коэффициентов качества с моделированием и без моделирования и имитации работы РПА;
- имитировать работу РПА в реальном масштабе времени с учетом ее тактико-технических характеристик и в контексте условий промысла при автоматическом (из справочников) или ручном вводе данных по эквивалентной цели;
- осуществлять управление работой аппаратуры с помощью манипулятора "мышь" или клавиатуры типового персонального компьютера;
- отображать гидроакустическую информацию в форме, близкой к ее традиционному виду для конкретного типа РПА.
С учетом вышеизложенного в состав исходных параметров и данных о промысловой ситуации, вводимой с помощью меню, входит информация о:
- выбранном районе, подрайоне и зоне промысла;
- гидрометеоусловиях в районе лова (коэффициент объемного рассеивания водной среды, соленость и температура воды в выбранном слое, скорость ветра и т.д.);
- видовом составе облавливаемых объектов на выбранной глубине и их отражательной способности;
- характеристиках рыбных скоплений и одиночной цели (диаметр косяка, глубина залегания центра ядра и его координаты, плотность и средний размер входящих в косяк рыб и т.д.);
- характеристиках оцениваемой РПА;
- сопутствующих показателях;
- положении основных органов управления РПА (с учетом выбранных характеристик оцениваемой модели);
- характеристиках промыслового судна.
Решение основного уравнения гидролокации и визуальная имитация гидроакустической информации в ИАИМС обеспечивается за счет энергетического суммирования следующих компонент:
- эхо-сигнала от рыбной стаи (косяка);
- эхо-сигнала от одиночной рыбы в разреженных рыбных слоях;
- эхо-сигнала от дна;
- эхо-сигнала от нижней подборы трала;
- эхо-сигнала от верхней подборы трала;
- эхо-сигнала от траловой доски;
- эхо-сигнала от траловых грузов;
- эхо-сигнала от встречного судна;
- эхо-сигнала от кильватерной струи (собственного и встречного судна);
- повторных эхо-сигналов от дна, возникающих при двукратном отражении от дна и однократном отражении от поверхности моря;
- реверберационного сигнала от глубинных неоднородностей водной среды (объемная реверберация);
- реверберационного сигнала от приповерхностного слоя воды, принимаемого по основному лепестку ХН антенны;
- реверберационного сигнала от дна, принимаемого по основному лепестку ХН антенны;
- реверберационного сигнала от дна, принимаемого по боковым лепесткам ХН антенны;
- акустических шумов собственного судна,
- помехи от зондирующего импульса собственного генератора РПА.
На основании произведенных расчетов в ИАИМС строятся диаграммы значений каждого коэффициента качества и общего коэффициента конкурентоспособности (эффективности) оцениваемой РПА по сравнению с величинами базовой модели или с существующими типами РПА.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором изображена структурная схема ИАИМС, состоящая из модуля интерфейса пользователя 1, банка данных 2, базового модуля (БМ) 3, имитационно-моделирующего модуля (ИММ) 4, модуля обмена 5 данными между БМ и ИММ, компонента электронной картографии 6, блока логического вывода 7 и блока визуализации результатов расчета и представления отчетов 8.
Модуль интерфейса пользователя 1 соединен с банком данных 2, базовым модулем 3 и имитационно-моделирующим модулем 4 с помощью модуля обмена данными между БМ и ИММ 5, обеспечивая обмен данными между оператором и Системой. При этом предоставляется возможность отображения на экране монитора блока визуализации результатов расчета и представления отчетов 8 типового индикатора рыбопоискового гидролокатора или эхолота, со стандартным набором органов управления, что позволяет не только наблюдать процесс моделирования, но и воздействовать на него в ходе исследования РПА.
Банк данных 2 соединен с модулем 1, а также базовым модулем 3, имитационно-моделирующим модулем 4 и компонентом электронной картографии 6 и состоит из следующих баз данных:
- типы судов и их технико-эксплуатационные характеристики;
- фирмы-изготовители эхолотов;
- районы, подрайоны и зоны промысла;
- характеристики водной среды промысловых районов Мирового океана и внутренних морей РФ;
- типы грунтов промысловых районов Мирового океана и внутренних морей РФ;
- типы эхолотов и гидролокаторов, их тактико-технические характеристики;
- виды объектов лова, их биофизические характеристики и отражательные свойства;
- типы и характеристики орудий лова;
- базовые и нормированные показатели;
- коэффициенты весомости.
Каждая из указанных баз данных содержит свой набор исходных параметров, необходимых для описания и моделирования промысловой обстановки, имитации гидроакустических сигналов, проведения аналитических и экспертных расчетов, формирования результатов оценок. Переменную информацию банка данных 2 представляют наименования и значения входных и формируемых имитационно-моделирующим модулем (ИММ) 4 выходных параметров, задаваемые пользователем. Создание и обновление (корректировка) банка данных обеспечивается средствами Microsoft SQL Server.
Базовый модуль 3, включающий блок процедур обработки данных и блок оценки коэффициентов качества и комплексного коэффициента конкурентоспособности, соединен с банком данных 2, ИММ 4, блоком логического вывода 7 и блоком визуализации 8, и представляет собой набор программных пакетов, предназначенных для обслуживания запросов на необходимую информацию и выполнения экспертных расчетов. В основном эти программы используют при определении значений входных параметров для моделирования физических процессов, происходящих на промысле, и формирования результатов исследования конкретной модели РПА, расчета коэффициентов качества и интегрированного коэффициента эффективности (конкурентоспособности) РПА.
Имитационно-моделирующий модуль (ИММ) 4, как отмечено ранее, соединен с модулем интерфейса пользователя 1 и через модуль обмена данными между 5 с базовым модулем 3, что обеспечивает подтверждение тактико-технических характеристик аппаратуры путем проведения расчетов основных параметров и моделирования ее работы с визуализацией отображаемой гидроакустической информации. ИММ 4 включает в себя блок программ аналитических расчетов основных параметров РПА и блок визуализации гидроакустической информации. Оба блока программ настраиваются на параметры исследуемой (анализируемой или проектируемой) рыбопоисковой аппаратуры, физические величины возмущающих воздействий, включая шумы судна и заглубление антенны, а также характеристики объектов лова и среды их обитания. В случае отсутствия необходимых данных экспертом задаются произвольные значения технических параметров на основе характеристик известных аналогов данной аппаратуры, фундаментальных знаний в области гидроакустики и промышленного рыболовства с учетом его опыта и квалификации. Исходные данные считываются из базы данных РПА или вводятся оператором с клавиатуры персонального компьютера в полном или частичном объеме. С помощью ИММ 4 производят экспертную оценку реальных эксплуатационных характеристик исследуемой аппаратуры в конкретных условиях ее применения (с учетом экономических, технических и физических характеристик РПА, типа судна, района промысла, объекта лова, сервисного обслуживания и т.д.). На основании этого определяют комплексный критерий (степень коммерческого риска при приобретении судовладельцем аппаратуры конкретной марки) для дальнейшей сравнительной оценки и выбора наиболее подходящего типа РПА. Настройку ИММ 4 на соответствующие параметры для расчета и моделирования осуществляют с помощью программного обеспечения Delhpi.
Компонент электронной картографии 6 соединен с базовым модулем 3 и представляет собой специализированное программное обеспечение для IBM PC совместимой ПЭВМ работающей под управлением ОС MS Windows.
Блок логического вывода 7 является инструментом оценки рассчитанных значений коэффициентов эффективности и конкурентоспособности оцениваемой модели РПА в базовом модуле 3, а также подготовки словесного заключения на основе правил принятия решений, сформулированных экспертами на этапе создания системы.
Блок визуализации результатов расчета 8 имеет непосредственную связь с блоком логического вывода и обеспечивает графическое отображение результатов произведенных исследований и оценок в виде гистограмм.
Устройство регистрации (на чертеже не показано) обеспечивает распечатку параметров и рассчитанных коэффициентов оцениваемой РПА.
Работа предлагаемой информационно-аналитической и имитационно-моделирующей системы по оценке конкурентоспособности гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры осуществляется следующим образом.
Первоначально оператор с клавиатуры модуля интерфейса пользователя 1 стандартной ПЭВМ задает режим ее работы (автоматический или ручной) и тип выполняемой операции (проведение расчетов, моделирование, имитация, оценка, создание базы данных и т.д.).
Базовый модуль 3 выбирает из банка данных 2 соответствующую информацию, необходимую для проведения экспертных расчетов коэффициентов качества и интегрированного коэффициента эффективности (конкурентоспособности) РПА, а также расчета энергетической дальности обнаружения выбранного объекта лова с учетом его силы цели и направляет эти данные через модуль обмена БМ и ИММ 5 в модуль ИММ 4. При этом данные для отображения карты районов, подрайонов и зон промысла, содержащие информации о границах и идентификаторах, выбираются с помощью компонента электронной картографии 6.
Имитационно-моделирующий модуль (ИММ) 4 выбирает из полученных данных от модуля обмена 5 соответствующую информацию, необходимую для определения дальности обнаружения и посылает через этот же модуль 5 в базовый модуль 3, а также производит аналитические расчеты основных тактико-технических характеристик аппаратуры и недостающих параметров для последующего моделирования в модуле ИММ 4 работы анализируемой аппаратуры с визуализацией гидроакустический информации. При этом оператору предоставляется возможность вмешиваться в имитационно-моделируемый процесс, обеспечиваемый модулем ИММ 4 (задать недостающие данные, прекратить процесс в случае неудачного исхода или эксперимента и т.д.).
Расчетные значения, полученные в ходе проведения эксперимента в модуле 4, в виде эксплуатационных характеристик РПА, переносятся в банк данных 2, после чего анализируются и оцениваются в базовом модуле 3. Результаты расчетов коэффициентов качества и интегрированного коэффициент конкурентоспособности, произведенные в базовом модуле 3, являясь результатом оценок в лингвистическом виде выдаются оператору через модуль логического вывода на экран монитора модуля визуализации 8. Сравнение нескольких прототипов РПА и выбор наиболее предпочтительного оборудования осуществляют системой после настройки ее на задаваемые экспертом правила принятия решений и введения соответствующих показателей.