Информационно-аналитическая система мониторинга водных биологических ресурсов и способ ее использования
INFORMATION-ANALYTICAL SYSTEM FOR MONITORING OF AQUATIC BIOLOGICAL RESOURCES AND METHOD OF USE THEREOF

Группа изобретений относится к интеллектуальным информационно-аналитическим системам, интегрированным со средствами космической навигации и связи, различными источниками и потребителями информации.
Из уровня техники известны следующие технические решения известные из патентов на изобретения и полезные модели: CN 20 3 759 750 (Zhejiang Ocean University, 2014), CN 10 3 812 942 (Beijing CTTIC Xintong Science & Technology Dev. Company, 2014), CN 10 5 072 573 (Shanghai Pushi Navigation Technology Co. Ltd., 2015), CN 10 2 833 680 (East China Sea Fisheries Res. Inst. et al., 2012), CN 10 3 558 828 (Beijing Sifang Automation Co., 2014), которые направлены на обеспечение контроля рыбного промысла с использованием судовых технических средств на базе спутниковых систем навигации и связи, однако носят разрозненный фрагментарный характер на базе морально устаревших технологий, которые не обеспечивают в достаточной степени решение задач обеспечения достоверности навигационных данных мониторинга судов в период промысла.
Технические решения, аналогичные предлагаемому изобретению, описаны в патенте на изобретение US 20090187297 (опубликован 23.07.2009) наряду с низким уровнем защиты от нарушения информации и искажения данных судовой аппаратуры предоставляют ограниченные возможности использования систем спутниковой навигации (только GPS) и каналов космической связи, а также представлены в описании полезной модели (патент RU 117 196, публикация 20.06.2012), в котором расширены возможности по сбору, обработке и хранению навигационных данных о рыбопромысловой деятельности судов, усилены средства защиты и хранения информации, в том числе с использованием энергонезависимой памяти («чёрного ящика»), а также расширены возможности передачи информации в центр мониторинга по каналам спутниковой и/или наземной связи.
В прототипе, наиболее близком аналоге (патент на изобретение RU 2 624 361, опубликован 03.07.2017) представлен способ контроля промысла ВБР с использованием интегрированных многофункциональных судовых комплексов (ИМСК) на  промысловых судах и центра обработки данных (ЦОД) для осуществления способа, которые обеспечивали более эффективный контроль, на базе спутниковых навигационных данных о промысловых судах и улучшенных средств информационной безопасности с применением среды облачных вычислений и с возможностью динамического изменения средствами этой облачной среды состава центров обработки данных, перечня видов контрольной информации, характеризующей ход промысла на базе данных о промысловых судах, включая их местоположение, элементы движения, состояние некоторых видов технологического оборудования, сведения о разрешении/запрете промысла, идентификаторов искажения или неопределённости данных, и/или используемых систем связи подразделений Росрыболовства, а также других заинтересованных потребителей в соответствии с предоставленными правами доступа, посредством использования единого отраслевого навигационно-информационного ресурса в облачной среде.
Вместе с тем, функционал известного из RU 2 624 361 прототипа ограничен инженерно-техническими решениями отдельных задач борьбы с незаконным, несообщаемым и нерегулируемым (далее – ННН) промыслом, путём отраслевого, оперативного мониторинга с заданной степенью достоверности на базе программно-технических средств защиты информации и анализа навигационных данных от двух групп источников навигационных данных (глобальных навигационных спутниковых систем и традиционного судового навигационного оборудования, такого как: гирокомпас, лаг и др.). Навигационные данные и информация со средств видеоконтроля на борту рыбопромысловых судов фиксируется в электронном промысловом журнале (ЭПЖ) и в «чёрном ящике», а также передаётся через средства спутниковой связи и/или в прибрежной зоне с использованием наземной подвижной связи стандарта GSM, WiFi или WiMax в облачную среду, откуда информация поступает в центр приёма, обработки и распространения информации отраслевой системы мониторинга Росрыболовства, а также в соответствии с правом доступа другим потребителям.
В отличие от прототипа инженерно-технические решения, принятые в предлагаемом изобретении, обеспечивают, наряду с усилением контроля и повышением достоверности навигационной информации, значительное расширение диапазона возможностей мониторинга всего объёма промысловой деятельности и регулирования оборота ВБР на базе интеллектуальной информационно-аналитической системы в составе аппаратно-программных средств, обеспечивающих приём, аналитическую обработку, хранение и передачу больших объёмов информации и данных, характеризующих не только деятельность судов рыбопромыслового флота в районах промысла, но также контроль улова, экспертную оценку и информационно-аналитическое сопровождение производимой из него рыбопродукции на всех этапах перемещения, хранения, переработки и реализации в торговой сети. Основой интеллектуальной информационно-аналитической системы являются искусственные нейронные сети адаптивного резонанса, кластеризованные на множества в соответствии с установленными российским законодательством рыбохозяйственными бассейнами (федеральный закон от 20.12.2004 № 166-ФЗ «О рыболовстве и сохранении водных биологических ресурсов» с изменениями и дополнениями от 06.01.2012) и сформированные согласно функциональному назначению в подсистемах:
‒ объективного контроля и интеллектуального анализа навигационной информации, которая обеспечивает обработку и анализ данных, поступающих из единого навигационного пространства, созданного путём интеграции информационных технологий на базе ИМСК и судовых автоматических систем идентификации (АИС). При этом, в ИМСК анализируются и передаются через сегмент космической связи, а в прибрежной зоне через береговые станции сотовой связи GSM/GPRS,навигационные данные от глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) и штатного судового оборудования навигации и кораблевождения (гирокомпаса, лага и пр.), а информация от судовой аппаратуры АИС анализируется в сравнении с данными ИМСК и подтверждается навигационной информацией от аппаратуры АИС других судов, расположенных в двадцати мильной зоне;
‒ автоматического контроля и экспертной оценки показателей, характеризующих потребительские свойства ВБР от состояния сырья на этапе вылова до готовой продукции на этапе реализации.
Технический результат заключается в автоматизации на базе искусственной нейронной сети адаптивного резонанса процесса сквозного контроля и регулирования оборота водных биологических ресурсов (ВБР) на всех этапах от вылова до реализации аквапродукции в торговой сети.
Предлагаемые способ использования и интеллектуальная космическая система логистики водных биологических ресурсов представляют собой совокупность научно-технических решений, обеспечивающих кардинальное расширение по сравнению с техническими решениями аналогов и прототипа функциональных возможностей средств мониторинга, анализа и регулирования оборота ВБР на базе синтеза технологий космической навигации и связи, искусственных нейронных сетей, интеллектуальных информационно-аналитических и экспертных систем.
Заявленный технический результат достигается за счет создания и внедрения интеллектуальной космической системы (информационно-аналитической системы) мониторинга судов рыбопромыслового флота, вылова, переработки и транспортировки ВБР и производимой из них рыбопродукции, которая в соответствии с Доктриной продовольственной безопасности, утверждённой Указом Президента Российской Федерации от 30.01.2010 № 120 обеспечивает контроль законности и прозрачности процессов вылова, переработки, хранения и реализации водных биоресурсов. Таким образом, на новом технологическом уровне решается важная государственная задача по эффективной борьбе с ННН-промыслом и регулированию оборота ВБР с целью обеспечения продовольственной и экологической безопасности Российской Федерации, сохранения биологического многообразия национальной аквасреды.
Программно-техническая реализация предлагаемого изобретения обеспечивает минимизацию, а при выполнении ряда операций исключает полностью, участие человека в процессах мониторинга судов, контроля вылова, переработки, транспортировки и реализации ВБР. Для повышения уровня контроля и достоверности навигационной информации в облачной вычислительной среде сформирована искусственная нейронная сеть адаптивного резонанса, обеспечивающая классификацию ситуаций, связанных с промысловой деятельностью судов и технологическими процессами на всех этапах транспортировки, переработки, хранения, реализации и/или утилизации водных биологических ресурсов и произведённой из них продукции.
В частности, случаи искажения и/или попытки нарушения достоверности навигационной информации о местоположении и/или элементах движения рыбопромысловых судов (далее – события) выявляются путём автоматического анализа нисходящего множества навигационных данных, поступающих на вход нейронной сети в подсистеме объективного контроля и интеллектуального анализа навигационной информации
Наряду с мониторингом и анализом навигационной информации от различных источников в предлагаемом изобретении реализована экспертная система, обеспечивающая автоматический контроль и оценку состояния сырья и продукции, получаемой из водных биологических ресурсов. Предусмотрен автоматический режим контроля состояния промыслового сырья и продукции из него путём экспертной оценки текущих данных микробиологического, паразитологического и других видов контроля в сравнении с показателями нисходящих ожиданий (заданными) на паразитарные поражения, содержание токсических, микробиологических и других элементов, которые устанавливаются в соответствии с требованиями технического регламента Евроазиатского экономического союза «О безопасности рыбы и рыбной продукции» (ТР ЕАЭС 040/2016) от 2016 г. и действующих санитарных правил и нормативов.
Кроме того, в рассматриваемом изобретении важной особенностью программно-технических решений, повышающих информационные возможности ИМСК и оперативность получения данных контролирующими службами, является реализация функции санкционированного бесконтактного считывания по беспроводному каналу передачи данных(Wi-Fi) информации из «чёрного ящика» с помощью специализированного мобильного контрольного терминала (МКТ), разработанного на базе планшетного компьютера, информация с которого, при необходимости, может передаваться в облачную среду.
В составе системы можно выделить (см. фиг. 1):
1
2
3
‒ космический сегмент – 1 в составе: ГНСС ГЛОНАСС, GPS, GALILEO, BEIDOU – 1; многофункциональной системы персональной спутниковой связи (МСПСС) «Гонец» – 1 и космических аппаратов (КА) спутниковых систем широкополосной связи с бортовой аппаратурой АИС – 1 (в настоящее время – «Инмарсат», а в перспективе – «Сфера»);
1
2
3
‒ судовой сегмент – 2, который включает: ИМСК – 2, штатное судовое оборудование навигации и кораблевождения (гирокомпас, лаг и пр.) – 2, судовую аппаратуру АИС – 2, а также технические средства идентификации и контроля рыбопромыслового оборудования (сетей, крабовых ловушек и пр.);
1
2;
3
‒ береговой сегмент – 3 в составе: программно-технического комплекса функционального расширения оперативной системы мониторинга (ПТК ФР ОСМ) Росрыболовства – 3, который включает систему навигационно-информационного и аналитического обеспечения – 3систему отслеживания происхождения и состояния водных биоресурсов (СОП ВБР) – 3.
Космический сегмент системы ‒ 1 обеспечивает решение в режиме реального времени с заданной точностью навигационных задач определения местоположения и элементов движения судов рыбопромыслового флота, передачу навигационных данных и другой информации потребителям берегового сегмента.
Судовой сегмент – 2 в части ИМСК принимает навигационные сигналы от КА ГНСС, обрабатывает и вместе с другой значимой информацией передаёт судовым потребителям (в электронный бортовой журнал и «чёрный ящик») и через спутниковую систему связи «Гонец»‒ в единую интегрированную навигационно-информационную среду, сформированную на базе каналообразующих средств связи и программно-технического комплекса функционального расширения, откуда информация поступает в подсистему навигационно-информационного и аналитического обеспечения – 3 ОСМ Росрыболовства.
Объективный контроль и интеллектуальный анализ навигационной информации осуществляется путём обработки и анализа данных от ИМСК и АИС поступающих через единую интегрированную навигационно-информационную среду – 4 потребителям в соответствии с их правами доступа. При этом, в ИМСК анализируются навигационные данные от ГНСС и штатного судового оборудования навигации и кораблевождения (гирокомпаса, лага и пр.), а информация от судовой аппаратуры АИС анализируется в сравнении с данными ИМСК и получает, или не получает подтверждение достоверности навигационной информации от аппаратуры АИС других судов, расположенных в двадцатимильной зоне
Важной особенностью ГИАС является наличие в её составе стационарных и мобильных средств, обеспечивающих обработку отраслевых кодов для маркировки орудий лова, ВБР и рыбопродукции на базе RFID-технологий, обеспечивающих контроль перемещения контролируемых объектов на больших расстояниях.
Береговой сегмент взаимодействует со всеми элементами системы посредством единой интегрированной навигационно-информационной среды – 4, сформированной в облачной среде, интеллектуальная платформа которой аппроксимирована в виде архитектуры искусственной нейронной сети двух типов: адоптивного резонанса Гроссберга – Карпентера – обработка больших массивов навигационных данных и цифровой информации систем 5 и 6; симметричной матрицей связей, так называемая нейронная сеть Хопфилда – обработка больших массивов видеоданных, получаемых от технических средств видеоконтроля. На базе агрегатов сформированы кластеры нейронной сети облачной платформы системы, которые соответствуют типам и названиям рыбохозяйственных бассейнов: Азово-Черноморский, Байкальский, Волжско-Каспийский, Восточно-Сибирский, Дальневосточный, Западно-Сибирский, Западный, Северный.
Система через СОП ВБР взаимодействует с системами, направленными на пресечение незаконного оборота продукции из ВБР за счет обеспечения прослеживаемости происхождения и перемещения сырья и продукции ВБР, а именно: системой электронной ветеринарной сертификации и документации (эВСД) – 5, национальной системой цифровой маркировки и прослеживания товаров – 6, системой контроля условий транспортировки и хранения рыбопродукции – 7.
1
ПТК ФР –3 представляет собой программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий ОСМ Росрыболовства расширенным функционалом, необходимым для работы в составе системы.
ИМСК – 2 строится по модульному принципу, предусматривающему возможность дифференцированного подхода к оснащению судов в зависимости от его типа и размерности, и обеспечивает:
‒ функции технического средства аудио- и видеофиксации;
3
‒ видеонаблюдение в режиме онлайн с использованием каналов широкополосной связи – 1;
‒ контроль маркировки орудий лова (например, крабовых ловушек);
‒ контроль объема улова;
‒ контроль объема произведенной продукции;
‒ контроль маркировки товарно-транспортных упаковок с рыбопродукцией;
‒ функцию «черный ящик», обеспечивающую регистрацию всех собираемых данных в энергонезависимой памяти;
‒ сопряжение с судовым комплексом «Электронный промысловый журнал»;
‒ автоматическое выявление попыток искажения мониторинговой информации, несанкционированного вмешательства в работу оборудования и других нештатных ситуаций, а также передачу этих данных в центр мониторинга.
3
В состав СОП ВБР – 3входят:
‒ подсистема формирования, верификации и привязки отраслевых кодов (для маркировки орудий лова, ВБР и рыбопродукции) к данным эВСД и кодам цифровой маркировки;
‒ подсистема учета и контроля работы орудий лова;
‒ подсистема контроля и верификации объемов уловов ВБР и рыбопродукции;
‒ подсистема комплексной обработки данных о происхождении и перемещении ВБР и рыбопродукции;
‒ подсистема сопряжения с внешними системами контроля условий транспортировки и хранения рыбопродукции – 7;
‒ подсистема сопряжения со средствами считывания идентификаторов отраслевой маркировки;
‒ подсистема интеграции с Национальной системой цифровой маркировки и прослеживания товаров – 6;
‒ подсистема администрирования СОП ВБР;
‒ потребительские сервисы по отслеживанию ВБР и рыбопродукции для портала ОСМ Росрыболовства;
‒ сервис подготовки данных мониторинга промысловой деятельности судов для контрольно-надзорных органов (пограничного, таможенного, фитосанитарного и пр. контроля) – 8 и коммерческих потребителей – 9.
СОП ВБР обеспечивает:
‒ формирование отраслевых кодов для маркировки орудий лова, ВБР и рыбопродукции, а также привязку этих кодов к эВСД в системе электронной ветеринарной сертификации – 5и кодам цифровой маркировки в системе цифровой маркировки и прослеживания товаров – 6;
‒ учет и контроль работы легальных (маркированных) орудий лова, выявление фактов использования нелегальных орудий лова;
‒ учет объемов уловов ВБР и произведенной рыбопродукции на основе объективных данных, получаемых от ИМСК;
‒ комплексную обработку данных о происхождении и перемещении ВБР и рыбопродукции, используя данные, имеющиеся в системах электронной ветеринарной сертификации – 5 и цифровой маркировки и прослеживания товаров – 6;
‒ сопряжение с внешними системами контроля условий транспортировки и хранения рыбопродукции – 7;
‒ сопряжения со средствами считывания идентификаторов отраслевой маркировки;
‒ потребительские сервисы по отслеживанию ВБР и рыбопродукции для портала ОСМ Росрыболовства;
‒ сервис подготовки данных мониторинга промысловой деятельности судов для контрольно-надзорных органов – 8 и коммерческих потребителей – 9 в соответствии с их правами доступа.
ПТК ФР ОСМ Росрыболовства состоит из:
‒ подсистемы информационного взаимодействия с ИМСК;
‒ подсистемы интеграции с сопрягаемыми информационными системами контрольно-надзорных органов и органов исполнительной власти, а также коммерческих потребителей;
‒ подсистемы автоматизированного анализа фото/видеоматериалов;
‒ подсистемы «Электронный промысловый журнал»;
‒ подсистемы администрирования ПТК ФР;
‒ подсистемы обеспечения технологического развития ОСМ;
‒ комплекса технических средств (КТС) информационно-коммуникационной инфраструктуры ОСМ.
ПТК ФР обеспечивает:
2
3
‒ непосредственно информационное взаимодействие с ИМСК – 2 использованием каналов спутниковой связи -1, 1из состава космического сегмента – 1;
‒ интеграцию с сопрягаемыми информационными системами или автоматизированными рабочими местами (АРМ) контрольно-надзорных органов – 8 и АРМ коммерческих потребителей – 9;
‒ анализ получаемых от ИМСК фото- видеоматериалов;
‒ расширенные функции «Электронного промыслового журнала», с учетом получаемых от ИМСК данных объективного контроля объемов улова ВБР и произведенной продукции;
‒ анализ норм выработки продукции из добытых водных биоресурсов;
‒ возможность дальнейшего функционального развития и отработки новых сервисов в процессе эксплуатации;
‒ другие общесистемные функции.
Интеграция СОП ВБР и ПТК ФР ОСМ Росрыболовства в ГИАС предполагает использование общих компонентов:
‒ подсистемы управления справочниками;
‒ единой информационной базы;
‒ подсистемы обеспечения информационной безопасности.
Для обеспечения полноценного контроля происхождения и перемещения ВБР и рыбопродукции, каждая торгово-транспортная единица такой продукции будет промаркирована уникальным идентификатором. В системе в качестве элементов маркировки, выполняемой непосредственно на промысловых судах, используются RFID-метки, при этом сохраняется возможность традиционной маркировки упаковок рыбопродукции стандартными штрих-кодами или другими товарными идентификаторами. В базе данных системы обеспечивается взаимная привязка товарных идентификаторов (штрих-кодов) и RFID-меток. Благодаря двойному контролю маркировки (по товарному идентификатору и RFID-метке) на любом этапе перемещения продукции (хранение, перегрузка, транспортировка, складирование) оперативно выявляются факты фальсификации. При процедуре взвешивания на каждую взвешиваемую единицу продукции устанавливается RFID-метка. Кроме того, в зоне взвешивания размещается RFID-считыватель, подключенный к ИМСК, и видеокамера, фиксирующая процесс взвешивания. Таким образом, система получает полную информацию по каждому взвешиванию, включающую идентификатор взвешиваемой единицы (упаковки), вес, а также фотоснимок.