АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ РЫБОЛОВНОГО СУДНА

Полезная модель относится к автоматизированным информационным системам лова рыбы и предназначена для автоматизации процесса управления движением рыболовного судна с орудиями рыболовства. Основной целью предлагаемой системы является выдача судоводителю информации необходимой для прицельного облова рыбных скоплений при траловом и кошельковом лове, а также для безопасного маневрирования судна с орудиями лова при работе в группе судов.
В процессе поиска и облова рыбных скоплений судоводителю приходится решать большое количество задач, для оптимального выполнения которых на рыболовных судах активно внедряются автоматизированные системы выполняющие задачи по управлению движением рыболовного судна, облегчающие судоводителю восприятие промысловой обстановки и оказывающие ему помощь в принятии правильных решений.
Наиболее известными системами, решающими задачи управления движением рыболовного судна при выполнении им промысловых задач являются:
- система кошелькового лова "Sonar Situation Display" фирмы "Simrad", предназначенная для автоматизации процессов обработки информации от судовых гидроакустических и навигационных приборов и воспроизведение на экране дисплея всей ситуации замета кошелькового невода;
- система тралового лова "Integer Data Display" фирмы "Simrad", предназначенная для автоматизации обработки данных и воспроизведения результирующей информации на экране дисплея при разноглубинном траловом лове;
- информационный комплекс тралового лова ИКТЛ, созданный фирмой Furuno по заданию Минрыбхоза СССР и представляющий собой совокупность взаимосвязанных процессоров, решающих задачи сбора, обработки и отображения данных, объединенных в единую вычислительную сеть. Данная система относится к классу информационных, и она оставляет за судоводителем функции принятия решений и управления судном и орудиями рыболовства;
- системы автоматизированного тралового лова «Атлант-1» (Атлант-2), а также система «САТЛ», являющаяся дальнейшим развитием системы «Атлант-2» и разработанная компанией FAS (Fishery Automation Systems, www.fasltd.ru), г. Калининград Россия. Эти системы кроме решения информационных задач осуществляют сбор и обработку промысловой информации, подготовку данных для решения задач управления судном, а также автоматическое или полуавтоматическое наведение разноглубинного трала на подвижный косяк в вертикальной плоскости.
Эти системы содержат блок управления, гидроакустический блок, навигационный блок и систему датчиков подсоединенных через последовательно соединенные интерфейсный и вычислительный блоки к блоку индикации, а в системах «Атлант» и «САТЛ» также к блоку выдачи рекомендаций и к блоку автоматического управления.
Аналогичные автоматизированные системы управления судами предложены также в патентах [1-14].
В патенте [15] предложена «Автоматизированная система управления движением рыболовного судна», реализующая ряд дополнительных функций:
- выполняет расчет дистанции "забега" (трал на борту) при траловом пелагическом лове с учетом координат и вектора скорости косяка;
- определяет безопасный курс судна с тралом при его расхождении с другим судном и позволяет выполнять безопасное маневрирование судна во время лова рыбы при работе в группе судов;
- выполняет построение 3D изображений подводной ситуации лова с одновременным изображением судна, трала, рыбного скопления и донной поверхности;
- позволяет использовать существующие электронные карты промысловых районов;
- выполняет сбор данных и ведение судовой электронной отчетности в виде «Электронного промыслового журнала».
Система содержит блок управления, гидроакустический блок, навигационный блок и систему датчиков, которые через последовательно соединенные интерфейсный и вычислительный блоки подсоединены к блоку автоматического управления, блоку выдачи рекомендаций и блоку индикации, который соединен также с блоком ввода и коррекции параметров судна и орудий лова, блоком решения навигационных задач, блоком построения 3D изображений подводной ситуации лова, блоком электронных карт и промысловых планшетов и блоком «Электронного промыслового журнала», соединенных также с вычислительным блоком.
Во всех данных системах, однако, отсутствует возможность проверки работоспособности, как отдельных блоков, так и всей системы в целом, что ограничивает их эксплуатационные возможности. Современные автоматизированные системы управления движением рыболовного судна (АСУ ДРС) принимают первичную информацию от различных систем судна: гидроакустического, радиолокационного, навигационного блоков, систем датчиков машинного отделения, датчиков состояния трала и других. При проверке работоспособности отдельных блоков АСУ ДРС приходится переводить в рабочий режим соответствующие системы судна с целью получения необходимых информационных сигналов поступающих в проверяемые блоки. При проверке работоспособности всей системы АСУ ДРС необходимо проведение реальной промысловой деятельности судна, что не всегда возможно. Кроме того при проведении судном промысловой деятельности не могут быть получены все возможные ситуации, которые могут возникнуть при различных условиях лова и разведки рыбы, что не позволяет выполнить проверку АСУ ДРС при всех возможных сочетаниях условий промысловой деятельности судна. В процессе эксплуатации АСУ ДРС необходимо проводить периодический контроль исправности ее отдельных блоков, а также всей системы в целом. Очевидно, что это возможно только при использовании некоторых дополнительных устройств, имитирующих сигналы, получаемые АСУ ДРС от реальных блоков и систем судна.
Эта задача решается в предлагаемом АСУ ДРС имеющем дополнительные встроенные блоки так называемого «виртуального полигона», выполняющего выработку имитационных сигналов, необходимых для проверки блоков АСУ ДРС, а также всей системы в целом при всем комплексе возможных условий эксплуатации.
Для этого в автоматизированную систему управления движением рыболовного судна, содержащую блок управления, гидроакустический блок, навигационный блок и систему датчиков, подсоединенных через последовательно соединенные интерфейсный и вычислительный блоки к блоку автоматического управления, блоку выдачи рекомендаций и блоку индикации, который соединен также с блоком ввода и коррекции параметров судна и орудий лова, блоком решения навигационных задач, блоком построения 3D изображений подводной ситуации лова, блоком электронных карт и промысловых планшетов и блоком «Электронного промыслового журнала», соединенных также с вычислительным блоком, дополнительно введен «виртуальный полигон», состоящий из блока моделирования рыболовного судна, блока моделирования промысловой ситуации, блока моделирования пульта судоводителя, блока моделирования пульта тралмастера, блока моделирования пульта старшего мастера по добыче, блока моделирования навигационных и рыбопоисковых систем, блока моделирования промысловых механизмов и орудий рыболовства, причем все блоки полигона соединены с интерфейсным блоком и вычислительным блоком.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 показана функциональная схема заявляемой автоматизированной системы управления движением рыболовного судна, на фиг. 2 показан один из возможных вариантов аппаратурно-программного построения виртуального полигона, на фиг. 3 приведена блок-схема варианта алгоритма работы имитационного комплекса полигона, на фиг. 4 - графическая панель по выбору проекта рыболовного судна, на фиг. 5 - лоцманская карточка судна, на фиг. 6 - панель ввода информации о циркуляции судна, на фиг. 7 - панель ввода тормозных характеристик судна, на фиг. 8 - панель ввода погодных условий, на фиг. 9 - панель ввода состояния атмосферы, на фиг. 10 - электронная карта района промысла с указанием четырех судов выполняющих траловый лов рыбы в этом районе, на фиг. 11 - зона навигационной безопасности для судна выполняющего кошельковый лов, при лове рыбы совместно с другими судами, на фиг. 12 показан пример изображения, получаемого на экране индикатора 9 при лове кошельковым неводом (цифрой 1 отмечена точка отдачи невода «ТОН», цифры 2 и 3 показывают расчетный курс судна, центр плотности косяка показан в виде заштрихованного кружка на окружности), на фиг. 13 показано объемное 3D изображение подводной части промыслового района с отображением судна и трала (в верхней части показана линия дна в плоскости по ходу судна, а также часть электронной карты района промысла).
Автоматизированная система управления движением рыболовного судна содержит блок управления 1, а также гидроакустический блок 2, навигационный блок 3 и систему датчиков 4, подсоединенные через последовательно соединенные интерфейсный 5 и вычислительный блоки 6 к блоку автоматического управления 7, блоку выдачи рекомендаций 8 и блоку индикации 9, который соединен также с блоком ввода и коррекции параметров судна и орудий лова 10, блоком решения навигационных задач 11, блоком построения 3D изображений подводной ситуации лова 12, блоком электронных карт и промысловых планшетов 13 и блоком «Электронного промыслового журнала» 14, соединенные также с вычислительным блоком 6, к которому подсоединены также блоки «виртуального полигона» 15, а именно - блок моделирования рыболовного судна 16, блок моделирования промысловой ситуации 17, блок моделирования пульта судоводителя для управления движением рыболовного судна 18, блок моделирования пульта тралмастера 19 для управления ваерной и кабельной лебедками при лове рыбы пелагическим тралом, блок моделирования пульта старшего мастера по добыче 20 для управления промысловой лебедкой при лове рыбы кошельковым неводом, блок моделирования навигационных и рыбопоисковых систем 21, блок моделирования промысловых механизмов и орудий рыболовства 22, причем все блоки полигона соединены также с интерфейсным блоком 5.
Результатом работы виртуального полигона является полная имитация возможных промысловых ситуаций в предварительно заданных районах Мирового океана, выбранных для тестового контроля, а также возможность испытаний на виртуальном полигоне любых АСУ движением рыболовных судов. Сам виртуальный полигон может состоять из сочетания, как отдельных аппаратурных реализаций систем судна, так и их моделей с соответствующим программным обеспечением. Так, на фиг. 2 показан один из возможных вариантов аппаратурно-программного построения виртуального полигона. Например, пульт управления судном и промысловыми механизмами, может быть виртуальной моделью представляющей собой изображения на экранах мониторов, или реальным пультом управления судном, подключенным к остальным блокам виртуального полигона. Этот принцип может быть использован и для других блоков полигона.
Виртуальный полигон проектируется как пространственно-распределенный технологический комплекс средств автоматизации малозатратного проектирования и испытаний оборудования интегрированных АСУ судовых систем путем программно-аппаратной адаптации и конфигурирования полигона под требования и особенности конкретного проекта судна.
При построении виртуального полигона использованы следующие основные стандартные решения:
- интеграция распределенных программных моделей судовых систем и виртуальных сред, программных компонент обеспечивающие работу полигона с использованием стандартов архитектуры RTI HLA (Run Time Infrastructure High Level Arhitecture) IEEE 1516 в пределах локальной вычислительной сети. Инфраструктура RTI HLA синхронного обмена информацией обеспечивает единое модельное время в полигоне и полный состав всей информации для каждого потребителя на каждый такт модельного времени. Протоколы пространственно-распределенных систем моделирования с использованием стандарта IEEE 1516 и его программной реализации - RTI (Run-Time Infrastructure - инфраструктура времени выполнения) обеспечивают информационное взаимодействие между компонентами полигона с использованием Ethernet и их комплексирование без изменения информационного интерфейса;
- интеграция пространственно-распределенных (территориально-удаленных) моделей судовых систем с использованием сетевых решений на базе Real-Time Ethernet в сети Интернет;
- синхронизация времени в вычислительных средствах полигона и испытываемой АСУ по протоколу РТР - IEEE 1588-2008 (Standard Precision Time Protocol);
- использование аппаратно-программных решений информационно-измерительных систем (NI - National Instruments, «Мера», ZETLAB) для реализации задач измерения и обработки входных/выходных аналоговых сигналов;
- использование графической среды разработки для комплексирования, визуализации и управления виртуальным судном и виртуальной внешней средой с использованием сенсорных мониторов;
- использование репозитария архивов (.zip) или образов (.iso, стандарт ISO-9660) проектов обеспечения испытаний АСУ с использованием программного обеспечения встроенного в операционную систему или программных решений от компании VMware, Inc.
При испытаниях и проектировании судовых АСУ в виртуальном полигоне решаются следующие задачи:
- обеспечение испытаний способов управления человеко-машинного интерфейса судовой АСУ;
- обеспечение испытаний базового (системного, интерфейсного) и прикладного ПО (БД и специальных задач) судовой АСУ;
- обеспечение тестирования и оптимизации прикладного программного обеспечения судовой АСУ;
- обеспечение испытаний системных, функциональных и эксплуатационных характеристик судовой АСУ;
- обеспечение испытаний радиоэлектронных компонентов интерфейсного оборудования внешнего взаимодействия судовой АСУ;
- планирование и управление процессом обеспечения испытаний, контроль его хода;
- имитация результатов работы (цифровая, аналоговая) технологических объектов управляемых и взаимодействующих с судовой АСУ;
- имитация внешней среды по отношению к испытываемой судовой АСУ;
- обеспечение верификации и валидации принятых проектных решений по реализации судовой АСУ;
- контроль функционирования объекта испытаний;
- обработка и документирование результатов обеспечения испытаний судовой АСУ, накопление и архивирование данных;
- обеспечение методологической поддержки испытаний судовой АСУ (хранение и учет нормативной документации, программ и методик обеспечения испытаний);
- обеспечение отработки эксплуатационных процедур и документации в части судовой АСУ;
- обеспечение отработки программ-методик пуско-наладочных работ судовой АСУ;
- обеспечение подготовки персонала пуско-наладочных организаций.
На фиг. 3 приведена блок-схема варианта алгоритма взаимодействия программных элементов имитационного комплекса полигона при его работе в составе судовой АСУ.
Блок загрузки сценария выполняет выбор необходимого файла сценария промысловой ситуации.
Блок сохранения параметров сохраняет в файл сценария параметры всех объектов промысловой ситуации. Файлы сценария содержат информацию обо всех объектах промысловой ситуации в бинарном формате.
Блоки ручного ввода параметров судна, траловой лебедки, надводных целей и рыбных скоплений осуществляют редактирование и ввод в математические модели параметров, соответствующих этим моделям.
Блок хранения параметров моделей промысловой ситуации хранит в оперативной памяти текущие данные математических моделей.
После запуска процесса имитации промысловой ситуации блок расчета параметров моделей промысловой ситуации производит расчет параметров математических моделей. Данные должны браться из блока хранения параметров моделей промысловой ситуации, по ним рассчитываются новые данные, и они добавляются в блок хранения параметров моделей промысловой ситуации.
Блок визуального отображения отображает символы судна, трала, надводных целей и рыбных скоплений в географическом масштабе и обновляет визуальную информацию в соответствии со временем обновления данных в математических моделях.
Блок настроек параметров NMEA предложений включает в себя индивидуальную настройку передаваемых сообщений для каждого имитируемого прибора. В настройки должны входить:
- возможность выбора перечня передаваемых NMEA предложений;
- возможность выбора номера канала связи, которым может быть RS-232, RS-432, USB или Ethernet;
- возможность выбора скорости передачи данных по каналу связи.
Блок генерации NMEA предложений состоит из набора таймеров, причем каждый таймер настроен на определенный период, который зависит от особенностей работы имитируемого прибора.
Для рыбопоисковых эхолота и гидролокатора данные из математической модели должны обновляться с частотой не менее 25-30 Гц, что связано с точностью моделирования промысловой ситуации с учетом движущегося судна с орудиями рыболовства.
Таймер поиска подводных целей должен работать с частотой 2 Гц, что соответствует характеристикам реальных гидроакустических приборов. Если цель попадает в область видимости гидроакустических приборов, для них рассчитываться период обновления данных в зависимости от ее положения относительно антенн приборов.
Таймер для сбора сообщения работает с частотой 50 Гц. Когда время между сборами сообщений превышает расчетное, должно формироваться новое сообщение, используя данные о цели из математической модели промысловой ситуации или данные, полученные расчетным путем.
Таймер для отправки сообщений срабатывает 1 раз в секунду, он необходим для отправки сформированных NMEA предложений в COM-порт или по сети Ethernet. Условием генерации NMEA предложений является нахождение косяка в зоне обнаружения эхолота.
Имитатор автоматической идентификационной станции и навигационной радиолокационной станции представляет собой в общем случае имитатор прибора, работающего в радиочастотном диапазоне, и алгоритм его работы является общим для всех судовых приборов аналогичного назначения. Если цель попадает в область видимости этих станций, для нее рассчитывается период передачи, в зависимости от скорости ее движения. Когда время между посылками сообщений превышает расчетное, формируется новое NMEA предложение, использующее данные о цели из математической модели промысловой ситуации.
Таймер для сбора и отправки сообщений тралового зонда работает с частотой 10 Гц. Новое NMEA предложение формируется, используя данные из математической модели промысловой ситуации, а также данные, полученные расчетным путем или введенные вручную. Аналогичным образом работают имитаторы и других судовых приборов, таких как:
- система определения положения трала Simrad ITI;
- система определения положения трала Notus TrawlMaster;
- система контроля орудий лова;
- датчик ваеров;
- относительный лаг;
- гирокомпас;
- спутниковая навигационная система;
- автоматическая метеостанция;
- индикатор течения;
- датчик качки.
Модуль имитации промысловой ситуации:
- запускает выбранные в редакторе сценариев математические модели объектов промысловой ситуации с периодичностью, достаточной для получения решений с заданной точностью;
- сохраняет текущие параметры моделируемой промысловой ситуации в специальном массиве данных.
Массив параметров объектов в моделируемой промысловой ситуации выступает в качестве хранилища промежуточных значений математических моделей. Также он является источником данных для генератора информационных сообщений.
Математические модели должны включать в свой состав:
- управляемую модель движения рыболовного судна;
- модель движения пелагического трала;
- модель движения кошелькового невода;
- модель движения судна-цели;
- модель движения косяка рыбы.
Редактор сценария предназначен для создания модели промысловой ситуации. Он должен обеспечивать:
- извлечение из базы данных электронных карт желаемого района плавания;
- отображение электронной карты;
- триангулирование выбранного района электронной карты;
- расстановку пассивных судов-целей и задание законов их движения;
- выбор типа орудия рыболовства и задание его параметров (конструкции и настройки);
- расстановку косяков и/или слоев рыб и задание их параметров (количество, координаты, глубины, размеры косяков и их плотности), и законов движения;
- определение погодных условий в выбранном районе и задание метеорологических и гидрологических параметров;
- сохранение сценариев и их повторное воспроизведение.
Виртуальный пульт управления движением рыболовного судна предназначен для имитации действий судоводителя при выполнении промысловых операций. Он должен обеспечивать:
- возможность выполнять маневры судна по курсу;
- возможность регулировать скорость хода судна;
- возможность ставить пелагический трал, отдавать и выбирать ваера;
- возможность ставить кошельковый невод;
- возможность управлять кабельной лебедкой тралового зонда.
Генератор информационных сообщений должен имитировать работу навигационных систем и приборов, рыбопоисковой аппаратуры, промысловых механизмов и орудий рыболовства в части подготовки информационных пакетов, содержащих данные от того или иного прибора или устройства (в виде NMEA сообщений), и передачи этих пакетов в испытываемую АСУ.
В качестве протокола обмена данными между имитационным комплексом и испытываемой АСУ выбран протокол NMEA 0183, который является международным стандартом для современной судовой аппаратуры.
В процессе проведения испытаний АСУ на виртуальном полигоне производится протоколирование событий, происходящих как в виртуальном полигоне, так и в испытываемой АСУ. Для обеспечения достоверности протоколируемой информации и однозначного отождествления событий, происходящих в полигоне и в АСУ, выполняется синхронизация времени испытываемой АСУ и виртуального полигона.
В структуре виртуального полигона присутствует модуль синхронизации времени, работающий на основе высокоточного протокола IEEE 1588-2008 Standard Precision Time Protocol (PTP) - для точной синхронизации данных по времени в сети Ethernet.
В полигоне также выполняются задачи по информационной защищенности испытываемых АСУ рыболовных судов, обеспечивающие:
- проведение испытаний АСУ в условиях отсутствия угроз со стороны полигона;
- безопасность полигона от угроз со стороны испытываемой АСУ;
- защищенность АСУ от внешних угроз.
В составе моделей полигона присутствует набор рыболовных судов разных типов для возможности проверки работы АСУ ДРС с каждым из этих типов судов. К минимальному набору типов рыболовных судов, который может пополняться, можно отнести:
- рыболовный траулер морозильно-консервный супер (РТМКС);
- большой морозильный рыболовный траулер (БМРТ);
- средний рыболовный траулер морозильный (СРТМ);
- сейнер-траулер рефрижераторный (СТР).
Аналогично имеются модели пелагических тралов, различающихся своими конструктивными особенностями и параметрами:
- проект 2439-01 «Севрыба»;
- проект 2499-00 «Севрыба»;
- проект 2444-00 «Севрыба»;
- проект 2214-01 НПО.
кошельковых неводов, различающихся длиной сетной части и высотой ее стенки, условно обозначаемые как «короткий», «средний» и «длинный»:
- «короткий» - 750×150 (м);
- «средний» - 940×100 (м);
- «длинный» - 1400×120 (м);
несколько основных районов промышленного рыболовства, отличающиеся друг от друга географическими, климатическими и промысловыми особенностями:
- «Готланд»;
- «Мавритания»;
- банка «Сапфир»;
модели промысловых рыб, различающиеся размерами тела и наличием или отсутствием плавательного пузыря и имеющие различную отражательную способность или силу цели:
- Whitefish/Атлантическая треска;
- Mackerel/Скумбрия;
- Herring/Сельдь;
- Anchovy/Килька.
Скопления промысловых рыб представлены в виде двух основных форм: рыбный косяк и рыбный слой.
С целью обеспечения ввода параметров виртуального судна, внешней среды и других элементов разработана специализированная графическая среда, позволяющая оператору выполнять эти операции с помощью визуальных инструментов.
Рассмотрим возможный вариант реализации процесса настройки на примере рыболовного судна. Пример операции по выбору проекта рыболовного судна из базы данных судов представлен на фиг. 4.
Должны задаваться следующие параметры судна:
- географические координаты судна (градусы);
- курс судна (градусы);
- доля мощности главного дизеля, отбираемая на собственные нужды (%);
- время погружения орудий лова и деталей их конструкции до глубины 50 м после попадания в воду (сек).
Детальные данные по выбранному проекту судна сгруппированы в так называемую лоцманскую карточку судна (или pilot card) - фиг. 5, где представлены основные размерения судна, тип и характеристики силовой установки, тип и характеристики рулевого оперения, основные ходовые характеристики. На фиг. 6 показана информация о зависимости радиуса циркуляции судна от начальной скорости и угла перекладки руля, а на фиг. 7 - тормозные характеристики судна.
Настройка модели внешней среды может быть сведена к операциям по выбору настроек внешней среды, просмотра и изменения ее параметров.
Пример операции по просмотру и настройке погодных условий представлен на фиг. 8, где:
- Wind - направление ветра (градусы) и величина его флуктуации (слабая, средняя, сильная);
- Sea state (force) - волнение моря (баллы);
- Radius - радиус области радиопомех от волнения моря (мили);
- Signal depletion - скорость затухания радиолокационного сигнала (дБ/мили);
- Fog - наличие тумана и дальность видимости (мили);
- Tide - величина прилива/отлива (метры);
- Current - течение. Должен обеспечиваться выбор типа течения: реального (если информация о реальных течениях присутствует в районе) или заданного вручную. При задании течения вручную в качестве поверхностного течения используются параметры, заданные в окне «Surface current». При выборе реального течения в качестве поверхностного течения используются реальные значения течения, выбранного из списка;
- Surface current - скорость (узлы) и направление (градусы) поверхностного течения;
- Deep current - скорость (узлы) и направление (градусы) глубинного течения.
Пример операции по просмотру и настройке атмосферных образований представлен на фиг. 9. Задаются:
- тип атмосферного образования (дождь, облако);
- географические координаты центра атмосферного образования (градусы);
- радиус образования (м);
- интенсивность дождя или плотность облака (слабая, средняя, сильная).
Предлагаемая АСУ ДРС в комплексе с виртуальным полигоном может работать в нескольких режимах:
- в режиме выполнения промысловых задач;
- в имитационном режиме.
Рассмотрим работу системы при выполнении судном промысловых задач. При этом информационные сигналы вырабатываются блоками и датчиками судна и поступают для обработки в автоматизированную систему.
Гидроакустический блок 2 в зависимости от класса и типа судна содержит различный набор гидроакустических систем, с помощью которых получают информацию об обнаруженных рыбных скоплениях, о состоянии орудий лова и о рельефе дна в районе промысла. Эта информация передается через интерфейсный блок 5 в вычислительный блок 6, где выполняется ее обработка по заданным алгоритмам.
Навигационный блок 3 содержит, как правило, гирокомпас, судовую радиолокационную станцию, лаг и спутниковую навигационную систему (GPS/ГЛОНАСС). Система датчиков 4 для разных судов может иметь различную комплектацию. Так, информационный комплекс тралового лова ИКТЛ содержит доплеровский индикатор течений CI-30, датчик наполнения трала NI-130, датчик и индикатор температуры поверхности воды TI-20, датчик и индикатор скорости ветра FW-200, датчик верхней подборы трала NP-170, датчик местоположения трала NP-110 с блоком обработки NP-120A, датчик длины вытравленных ваеров FW-1100.
Сигналы с навигационного блока 3 и системы датчиков 4 через интерфейсный блок 5 поступают в вычислительный блок 6, где выполняется их обработка по заданным алгоритмам.
Первым этапом алгоритмической обработки сообщений является их прием и проверка на истинность. Для этой цели по известному алгоритму (стандарт «NMEA 0183 Version 3.01») производится расчет контрольной суммы для принятого сообщения и ее сравнение с контрольной суммой, записанной в самом сообщении. Если суммы не совпадают, то это означает ложность принятого сообщения, и оно не обрабатывается далее.
Если сообщение истинно, оно подвергается разбору с целью определения имени устройства, от которого пришло сообщение, и извлечения данных, содержащихся в этом сообщении. Для различения данных от одного и того же устройства к ним добавляется метка текущего времени и данные заносятся в память для дальнейшего использования математическим обеспечением вычислительного блока 6.
Аппаратная часть интерфейса между устройством, выдающим NMEA-сообщения, и устройством, принимающим эти сообщения, содержит, как правило, элементы гальванической развязки электрических цепей и защитные цепи для ограничения тока, повышенного напряжения, напряжения обратного смещения и рассеиваемой мощности.
В вычислительный блок 6 с блока ввода и коррекции параметров судна и орудий лова 10 поступает также информация, определяющая режимы работы аппаратуры в зависимости от задач, выполняемых в данное время судном, а именно:
- поиск рыбы, лов рыбы кошельковым неводом, или тралом, выход на исходную точку отдачи невода, маневрирование судна при замете кошелькового невода, наведение разноглубинного трала на подвижный косяк, облов подвижного косяка;
- при опасном сближении с другим судном блок решения навигационных задач 11 выдает предупреждающий сигнал, и начинают отрабатываться процедуры, находящиеся в этом блоке, например, решается задача построения зоны безопасности для расхождения судна с поднятым тралом со вторым судном, которое может иметь поднятый или опущенный трал и др. При решении промысловых задач используются алгоритмы, разработанные конкретно для каждой процедуры. При замете кошелькового невода могут использоваться, например, алгоритмы, описанные в работе [16], при движении с тралом могут использоваться, например, алгоритмы работ [10, 11, 17-19];
Сигналы с вычислительного блока 6 поступают на блок автоматического управления 7, выдающего команды на исполнительные механизмы судна. Информация о выдаче этих команд с блока автоматического управления 7 поступает обратно в вычислительный блок, где осуществляется соответствующая коррекция параметров состояния судна. Автоматически, в зависимости от типа судна, могут выполняться следующие операции:
- автоматический вывод трала на заданную глубину;
- автоматическое вытравливание (выбирание) заданной длины ваеров;
- проводка трала на заданном расстоянии от грунта;
- автоматическое удержание трала на заданной изотерме;
- автоматический облов рыбных скоплений типа «лента»;
- автосопровождение рыбного косяка;
- регистрация данных для ведения электронных промыслового и вахтенного журналов.
С вычислительного блока 6 сигналы поступают также на блоки выдачи рекомендаций 8 и блок индикации 9, выдающие оператору необходимую информацию об обстановке в районе промысла и о состоянии судна, трала, невода. На основании этой информации оператор выполняет с помощью блока управления 1 необходимые операции по управлению судном, а также вводит в блок 10 откорректированные параметры судна и орудий лова. Для этого блок управления 1, а также блок автоматического управления 7 сопряжены с различным судовым оборудованием, например с системой управления винтом регулируемого шага, системой управления ваерными лебедками, системой управления главным двигателем и другими.
Для получения дополнительной информации между вычислительным блоком 6 и блоком индикации 9 установлены блок электронных карт и промысловых планшетов 13 и блок построения 3D изображений подводной ситуации лова 12.
В режиме навигации электронная картографическая система 13 выполняет следующие операции:
- прием и обработку информации о параметрах движения судна от спутниковой навигационной системы;
- контроль движения судна по маршруту (вычисление пеленга, дистанции, времени хода до поворотной точки, ожидаемого времени прибытия в нее, рекомендованной скорости движения и отклонения от линии заданного пути);
- расчет и отображение направления и дистанции до опасности;
- выдачу предупреждений в виде сообщений и звуковых сигналов;
- вычисление дистанции и пеленга до заданной точки;
- автоматическую регистрацию параметров движения судна с заданным временным интервалом.
Электронная картографическая система 13 интегрируется с блоком формирования промысловой отчетности в виде «Электронного промыслового журнала» 14 и блоком выдачи рекомендаций судоводителю 8. На фиг. 10 показана электронная карта района промысла с указанием четырех судов выполняющих траловый лов рыбы в этом районе. Для каждого из судов показан вектор скорости, а для судна с заявляемой системой штриховыми эллипсами три зоны - (начиная от судна) зона навигационной безопасности (ЗНБ), зона опасного сближения (ЗОС), зона свободного маневрирования (ЗСМ). Эти зоны используют для обеспечения безопасности судовождения и расхождении судов при групповом лове. На фиг. 11 показана зона навигационной безопасности для судна, выполняющего кошельковый лов, при лове рыбы совместно с другими судами.
Блок построения 3D изображений 12 выполняет представление подводной ситуации лова в трехмерном режиме с отображением судна, орудий лова, облавливаемого рыбного скопления и дна.
На фиг. 12 показан пример изображения, получаемого на экране индикатора 9 при лове кошельковым неводом (цифрой 1 отмечена точка отдачи невода «ТОН», цифры 2 и 3 показывают расчетный курс судна, центр плотности косяка показан в виде заштрихованного кружка на окружности). На фиг. 13 показано объемное 3D изображение подводной части промыслового района с отображением судна и трала. В верхней части показана линия дна в плоскости по ходу судна, а также часть электронной карты района промысла.
Судоводитель (оператор) выбирает желаемую проекцию представления или трехмерный вид промысловой ситуации. В последнем случае оператор имеет возможность менять положение и ориентацию камеры наблюдателя для выбора наиболее удобного варианта отображения судна, орудий лова и облавливаемого рыбного скопления.
Блок формирования промысловой отчетности в виде «Электронного промыслового журнала» 14 предназначен для автоматизированного формирования и ведения электронной промысловой отчетности с целью уменьшения ошибочных данных из-за наличия человеческого фактора, накопления промысловых данных для их последующего анализа и оперативной передачи промысловой информации в центр мониторинга "Рыболовство". Данные в электронный промысловый журнал поступают автоматически с вычислительного блока 6 или вводятся оператором. Окно промыслового журнала в блоке индикации 9 и его данные постоянно доступны оператору при выполнении промысловых операций для ввода и корректировки данных, заносимых вручную. В остальное время электронный промысловый журнал может вызываться на экран по необходимости. Блок сохраняет записи о произведенных промысловых операциях и воспроизводит их по требованию оператора в любой момент времени.
Таким образом, в рабочем режиме при выполнении промысловых задач автоматизированная система управления движением рыболовного судна позволяет выполнять следующие операции:
- сбор первичной информации с гидроакустического, навигационного блоков и с системы датчиков судна;
- обработку первичной информации в вычислительном блоке с учетом реальных корректируемых параметров судна, орудий лова, и состояния района промысла;
- решать навигационные задачи безопасного расхождения судов с орудиями рыболовства при работе в группе судов;
- выдавать оператору рекомендации по оптимальному проведению промысловых и навигационных задач;
- выдавать оператору предупреждения при наступлении предаварийной ситуации с орудиями лова или отдельными системами судна, угроз безопасности движения судна;
- выдавать оператору информацию по району промысла, включая построение электронных карт, и объемных 3D изображений;
- автоматизировать процесс сбора и хранения сведений для электронного промыслового журнала, вести электронный промысловый журнал и передавать необходимые сведения в центр мониторинга.
При работе автоматизированной системы управления движением рыболовного судна в имитационном режиме, информационные сигналы поступают в систему с «имитационного комплекса» 15, имитирующего работу судна в различных ситуациях.
Возможны различные варианты сочетаний режимов работы автоматизированной системы управления движением рыболовного судна:
- система работает постоянно и долговременно в одном из режимов. Переключение системы из одного режима в другой выполняется оператором, по командам подаваемым через блок управления 1 и вычислительный блок 6;
- система постоянно работает в рабочем режиме, а имитационный режим является фоновым, используемым для текущей (летучей) проверки нормальной работы блоков системы. Результаты реакции блоков системы на изменяющиеся параметры имитационного режима анализируются в блоке обработки и хранения результатов 20, и в случае получения неадекватной реакции отдельных систем и блоков, на блок индикации 9 выдается соответствующая информация, воспринимаемая оператором;
- система работает в имитационном режиме, выполняя перебор возможных сочетаний параметров промысловых режимов по заданной последовательности. Реакция блоков системы анализируется, и результаты хранятся в блоке обработки и хранения результатов 20. При получении неадекватной реакции информация автоматически передается в блок индикации 9 и воспринимается оператором;
- система работает в рабочем режиме и при этом выполняется автоматическое комплексирование виртуальной внешней среды, виртуального судна и наращивание соответствующего программного обеспечения.
В настоящее время в ООО «Конструкторское бюро морской электроники «Вектор», г. Таганрог, разработаны аппаратурные реализации и программные модули данной системы.
Источники информации
1. Патент RU 2133491, «Устройство управления движением судна», МПК G05D 1/02, В63Н 25/06, опубл. 20.07.1999.
2. Патент RU 2150409, «Устройство управления движением судна», МПК В63Н 25/00, опубл. 10.06.2000.
3. Патент RU 2036432, «Инерциально-спутниковый модуль и комплексная инерциально-спутниковая система навигации, связи, освещения обстановки, управления и контроля», МПК G01C 21/24, G01C 23/00, опубл. 27.05.1995.
4. Патент RU 2061369, «Способ определения положения трала относительно косяков рыбы в процессе траления», МПК A01K 73/10, опубл. 10.06.1996.
5. Патент RU 2221728, «Аппаратура автоматического управления движением судна», МПК B63H 25/04, опубл. 20.01.2004.
6. Патент RU 2223197, «Аппаратура автоматического управления движением судна», МПК В63H 25/04, опубл. 10.02.2004.
7. Патент RU 2292289, «Способ автоматического управления движением судна», МПК В63H 25/04, G05D 1/00, опубл. 27.01.2007.
8. Патент RU 2297362, «Способ управления движением судна», МПК В63H 25/00, опубл. 20.04.2007.
9. Патент RU 2306239, «Устройство управления движением судна», МПК В63H 25/06, B63G 8/14, опубл. 20.09.2007.
10. Патент RU 2309082, «Способ предотвращения опасного сближения двух судов в ограниченных водах без изменения линии движения», МПК В63B 43/18, опубл. 27.10.2007.
11. Патент RU 2364546, «Способ расхождения судна со встречными объектами», МПК В63H 25/04, опубл. 20.08.2009.
12. Патент RU 2463205, «Система автоматического управления движением судна», МПК В63H 25/04, опубл. 10.10.2012.
13. Патент RU 137145, «Бортовой центр управления научно-исследовательским судном росрыболовства», МПК G09B 9/01, опубл. 27.01.2014.
14. Патент RU 134897, «Распределенная вычислительная система управления движением для скоростных судов», МПК В63B 1/28, опубл. 27.11.2013.
15. Патент RU 99887, «Автоматизированная система управления движением рыболовного судна», МПК G08G 3/00, В63H 25/04, опубл. 27.11.2010.
16. Долгов А.Н., Зинченко В.П. «О способе замета кошелькового невода с использованием современной рыбопоисковой аппаратуры». Сб. Современные морские тренажеры - средство подготовки специалистов и инструментарий для создания перспективной рыбопоисковой аппаратуры. М.: Рыбное хозяйство. 1997, с. 46-51.
17. Соколов А.В. «Управление судном при выполнении поворотов на разноглубинном траловом лове», автореферат диссертации к.т.н., Ленинградское высшее инженерное морское училище им. адмирала С.О. Макарова, Ленинград, 1986.
18. Долгов А.Н., Зинченко В.П. «О способе последовательного маневрирования курсом и ваерами при наведении трала на подвижный косяк без «забега». Сб. Современные морские тренажеры - средство подготовки специалистов и инструментарий для создания перспективной рыбопоисковой аппаратуры. М.: Рыбное хозяйство. 1997, с. 41-46.
19. Соловьев А.А. «Теоретические принципы обеспечения безопасного маневрирования судна при прицельном траловом лове», автореферат диссертации д.т.н., Государственная морская академия им. адмирала С.О. Макарова, Санкт Петербург, 1999.