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 - рекламно-информационный проспект общества с ограниченной ответственностью «Конструкторское бюро морской электроники «Вектор» (000 «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 по своему назначению и технической сущности к заявляемой ИАИМС, принятым в качестве ближайшего аналога-прототипа, является информационно-аналитическая и имитационно-моделирующая система (см. патент РФ №105471 на полезную модель, МПК G01S 15/96; опубл. 10.06.2011 г.).
Указанная ИАИМС содержит модуль интерфейса пользователя, банк данных по добывающим судам, гидрологическим показателям и типам грунта каждого района, подрайона и зоны промысла, характеристикам объектов лова и нормированным показателям, модуль обмена данными, базовый модуль и имитационно-моделирующий модуль, блок логического вывода, блок визуализации имитируемой гидроакустической информации и моделируемых режимов работы рыбопоисковой аппаратуры, а также представления результатов расчетов и отчетов.
Недостатками указанного ближайшего аналога (прототипа) являются ограниченные сервисные возможности и неудобство работы при проведении экспертных оценок конкретных марок исследуемых эхолотов и гидролокаторов.
Предлагаемая полезная модель направлена на устранение указанных недостатков, включая повышение сервисных возможностей и удобство работы в процессе проведения аналитических и имитационно-моделирующих экспериментов, позволяющих производить экспертную оценку, а также расчеты технического уровня, промысловой эффективности, экономичности эксплуатации и перспективности любой конкретной марки эхолота и гидролокатора с привязкой их к конкретному промысловому району.
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, характеристикам объектов лова и нормированным показателям, модуль обмена данными, базовый модуль и имитационно-моделирующий модуль, блок логического вывода, блок визуализации имитируемой гидроакустической информации и моделируемых режимов работы рыбопоисковой аппаратуры, а также представления результатов расчетов и отчетов, в отличие от прототипа, дополнительно снабжена блоком создания и хранения сценариев в составе электронного механизма внесения локальных изменений, выполненного таким образом, что последний исключает возврат к первоначальному шагу алгоритма ввода данных при необходимости только частичной замены значений параметров по отдельным компонентам, при этом базовый модуль и имитационно-моделирующий модуль, взаимодействуют между собой посредством упомянутого блока создания и хранения сценариев.
По сути, для достижения поставленной цели в конфигурацию ИА-ИМС добавлен блок создания и хранения сценариев, серьезно улучшающий процедуру (удобство) работы с базами данных. Введенный электронный механизм создания и сохранения параметров рыбопоискового оборудования позволяет устанавливать значения всех показателей внутри сценария в любом сочетании и не затрагивая справочные характеристики этого оборудования.
Следствием включения в систему нового электронного блока создания и хранения сценариев явилось:
- перепроектирование структуры полей таблиц с данными;
- перепроектирование структуры полей таблиц с данными;
- переиндексирование полей и выбор первичного ключа для таблицы;
- переработка структуры связей между таблицами - схемами данных;
- дополнительное введение псевдонимов полей данных;
- переработка принципов ввода и отбора технических характеристик гидроакустического рыбопоисковой аппаратуры, судов и районов промысла;
- модернизация функций приложения-клиента;
- переработка структуры запросов для приложения-клиента;
- переработка дизайна пользовательского интерфейса базового модуля.
Внесенные в систему технические изменения существенно расширяют возможности выработки многовариантных решений задачи по оценке конкурентоспособности различных видов и типов гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры применительно к конкретным добывающим судам и районам, подрайонам и зонам промысла Мирового океана.
Кроме использования нового электронного механизма создания и хранения сценариев, поставленная цель достигается благодаря существенной доработке блока визуализации информационно-аналитической и имитационно-моделирующей системы. Последний качественно изменяет в предлагаемой информационно-аналитической и имитационно-моделирующей системе принципы взаимодействия модуля интерфейса пользователя, банка данных по добывающим судам, гидрологическим показателям и типам грунта каждого района, подрайона и зоны промысла, объектам лова и нормированным показателям, а также соединенных между собой базового модуля, имитационно-моделирующего модуля и модуля обмена данными, блока логического вывода и блока визуализации имитируемой гидроакустической информации, 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 и 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 и соединен с базовым модулем, а блок логического вывода соединен с базовым модулем и блоком визуализации результатов расчета.
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.
Иными словами, модернизированная 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), блок создания и хранения сценариев, 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, т.е. с блоком создания и сохранения сценариев, блоком визуализации, банком данных и модулем интерфейса пользователя.
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.
Также для повышения удобства работы, в т.ч. большей наглядности и обоснованности оценки, модуль интерфейса пользователя снабжен электронной схемой одновременного вывода на экран эхограммы нескольких гидроакустических средств данного назначения, полученных в результате эхолокации в одних и тех же условиях и по одним и тем же объектам лова.
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.
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, блока создания и хранения сценариев 4, имитационно-моделирующего модуля (ИММ) 5, модуля обмена 6 данными между БМ и ИММ, компонента электронной картографии 7, блока логического вывода 8 и блока визуализации результатов расчета и представления отчетов 9.
Модуль интерфейса пользователя 1, обеспечивающий обмен данными между оператором и Системой, соединен с банком данных 2, базовым модулем 3 и имитационно-моделирующим модулем 5 через блок создания и хранения сценариев 4. Взаимодействие БМ и ИММ, на основе выбранных значений характеристик, показателей и параметров, осуществляется с помощью модуля обмена данными 6. При этом предоставляется возможность отображения на экране монитора блока визуализации результатов расчетов и представления отчетов 9 типового индикатора рыбопоискового гидролокатора или эхолота, со стандартным набором органов управления, позволяющая не только наблюдать процесс моделирования, но и воздействовать на него в ходе исследования РПА.
Банк данных 2 соединен с модулем 1, базовым модулем 3, блоком создания и хранения сценариев 4, имитационно-моделирующим модулем 5, компонентом электронной картографии 7, также блоком визуализации результатов расчета и представления отчетов 9 и состоит из следующих баз данных:
- типы судов и их технико-эксплуатационные характеристики;
- фирмы-изготовители эхолотов;
- районы, подрайоны и зоны промысла;
- характеристики водной среды и 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 выходных параметров, задаваемые пользователем и формируемых блоком создания и хранения сценариев 4, которые передаются в базовый модуль 3 и имитационно-моделирующий модуль 5. 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, блоком создания и хранения сценариев 4, а также ИММ 5 через модуль обмена 6, блоком логического вывода 8 и блоком визуализации 9, 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.
Блок создания и хранения сценариев 4, содержащий электронный механизм (на чертеже не показан) внесения локальных изменений, соединен с банком данных 2, модулем интерфейса пользователя 1, базовым модулем 3 и компонентом электронной картографии 7. Разработанный в составе блока 4 инструментарий исключает возврат к первоначальному шагу алгоритма ввода данных при необходимости замены не всего сценария (всех параметров), описывающих условия работы РПА, а лишь некоторых значений параметров по отдельным компонентам. Кроме того, данный механизм не требует повторного ввода всех данных при возникновении необходимости показа результатов оценки и моделирования работы конкретной марки рыбопоискового гидролокатора или эхолота, промоделированные ранее, поскольку все вводимые при этом данные хранятся в описанном блоке. Созданный механизм позволяет сохранить любой сценарий в виде файла для дальнейшей его загрузки на другом компьютере с установленным ПО.
Имитационно-моделирующий модуль (ИММ) 5, как отмечено ранее, соединен с модулем интерфейса пользователя 1, блоком создания и хранения сценариев 4, получает через модуль обмена данными 6 от базового модуля 3 конкретные показатели для подтверждения тактико-технических характеристик аппаратуры путем проведения расчетов основных параметров и моделирования ее работы с визуализацией отображаемой гидроакустической информации. ИММ 5 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 5 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 5 на соответствующие параметры для расчета и моделирования осуществляют с помощью программного обеспечения Delhpi.
Компонент электронной картографии 7 соединен с банком данных 2, модулем интерфейса пользователя, блоком создания и хранения сценариев 4, а также базовым модулем 3 и блоком визуализации 9, представляет собой специализированное программное обеспечение для IBM PC совместимой ПЭВМ работающей под управлением ОС MS Windows.
Блок логического вывода 8 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.
Новая версия программного обеспечения блока визуализации результатов расчета 9 имеет непосредственную связь с блоком логического вывода и обеспечивает графическое отображение результатов произведенных исследований и оценок в виде гистограмм. Обновленная версия программного обеспечения блока 9 позволяет одновременно отображать работу нескольких гидроакустических средств данного назначения, а не одного оцениваемого образца РПА. Такое техническое решение обеспечивает синхронное отображение эхограмм нескольких рыбопоисковых средств, полученных в результате эхолокации в одних и тех же условиях и по одним и тем же объектам лова и, как следствие, возможность наглядного представления разницы качества работы РПА, подтверждающего справедливость выполненных аналитических расчетов и экспертных оценок.
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.).
Блок создания и хранения сценариев 4 выбирает из банка данных 2 соответствующую информацию, необходимую для проведения экспертных расчетов коэффициентов качества, интегрированного коэффициента эффективности (конкурентоспособности) РПА, энергетической дальности обнаружения выбранного объекта лова с учетом его силы цели и направляет эти данные в базовый модуль 3. Последний, после экспертной проверки, передает их через модуль обмена БМ и ИММ 6 в модуль ИММ 5. При этом данные для отображения карты районов, подрайонов и зон промысла, содержащие информации о границах и идентификаторах, выбираются либо из таблицы, либо с помощью компонента электронной картографии 7.
Имитационно-моделирующий модуль (ИММ) 5 обрабатывает полученную из блока создания и хранения сценариев 4 и переданную через модуль обмена 6 информацию, необходимую для определения дальности обнаружения, посылает через этот же модуль 6 в базовый модуль 3 результаты расчета и одновременно производит аналитические расчеты основных тактико-технических характеристик аппаратуры и недостающих параметров для последующего моделирования работы анализируемой аппаратуры в ИММ 5, с визуализацией гидроакустический информации. При этом оператору предоставляется возможность вмешиваться в имитационно-моделируемый процесс, обеспечиваемый модулем ИММ 5 (задать недостающие данные, прекратить процесс, в случае неудачного исхода или эксперимента и т.д.).
Расчетные значения, полученные в ходе проведения эксперимента в модуле 5, 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 9. Сравнение нескольких прототипов РПА и выбор наиболее предпочтительного оборудования осуществляют системой после настройки ее на задаваемые экспертом правила принятия решений и введения соответствующих показателей.