Автономный программно-аппаратный комплекс для фиксирования и оценки пространственного распределения биомассы рыб
SELF-CONTAINED SOFTWARE AND HARDWARE SYSTEM FOR FIXING AND ESTIMATING SPATIAL DISTRIBUTION OF FISH BIOMASS

Изобретение относится к рыбной промышленности, а именно к средствам мониторинга пространственного распределения водных биологических ресурсов (промысловой разведки), необходимого для рациональной организации промысла.
Известны устройства для поиска и оценки биомассы водных биологических ресурсов (объектов промысла) гидроакустическим методом: эхолоты и гидролокаторы. Эти устройства имеют бортовые или буксируемые, активные или пассивные, одно- или многолучевые антенны и в большинстве своем предназначены для эксплуатации с мобильной платформы (судна). Мониторинг пространственного распределения биомассы рыб проводят по результатам гидроакустической съемки по запланированной или случайной схеме разрезов. Для наблюдения пространственно-временной динамики биомассы с целью прогнозирования промысловой обстановки на контролируемой акватории необходимо провести серию последовательных съемок, что требует затрат времени и средств.
Известен многолучевой научный эхолот для учета водных биоресурсов (RU 178905 U1, G01S 15/96, 23.04.2018), который предназначен для лоцирования акваторий, поиска и подсчета количества рыбы, определения параметров отдельных рыб и рыбных скоплений. В результате применения многолучевой антенны устройство имеет значительно увеличенную зону обнаружения в сравнении с большинством эхолотов, имеющих однолучевые гидроакустические антенны. Анализ временной динамики пространственного распределения биомассы промысловых объектов по данным рассматриваемого устройства требует проведения учетной съемки в нескольких повторностях.
Известна гидроакустическая многолучевая система для определения численности и параметров рыб (RU 167164 U1, G01S 15/00, 27.12.2016), предназначенная для использования на судах рыболовного и научно-исследовательского флота. Система позволяет получать динамически изменяемые во времени значения количества обнаруженных рыб, а также параметры их движения и миграционного поведения.
Известна буксируемая пассивная гидролокационная система для обнаружения и пеленгирования гидробионтов (RU 138624 U1, G01S 15/96, 20.03.2014), предназначенная для рациональной организации промысла и экологического мониторинга. Система позволяет обнаруживать и лоцировать скопления гидробионтов в условиях внешних шумов от судна-буксировщика, благодаря подавлению мешающих сигналов техногенного характера, и тем самым повысить эффективность и эксплуатационные возможности системы.
Известно устройство для поиска рыб (RU 98087 U1, A01K 79/00, 10.10.2010), включающее в себя несколько буксируемых под водой эхолокационных датчиков вертикального зондирования в направлении дна и поверхности воды, за счет чего значительно увеличивается зона обнаружения рыб. Увеличение зоны обнаружения объектов промысла позволяет уменьшить количество обследуемых разрезов и сократить временные и материальные затраты на проведение разведки.
Вышеперечисленные устройства предполагают обязательное использование судна в качестве мобильной платформы, что зачастую приводит к недооценке биомассы ВБР (водных биологических ресурсов), поскольку известно явление распугивания объектов учета движущимся судном, что изучено на примере представителей отрядов лососеобразные и сельдеобразные [1, 2, 3]. Эксплуатация судна и регистрирующей аппаратуры во время проведения съемки требует участия экипажа (оператора), что приводит к дополнительным затратам.
Известны устройства для учета гидроакустическим способом проходящих на нерест ценных видов рыб, представляющие из себя гидроакустические излучатели, устанавливаемые стационарно на заякоренных придонных и плавучих платформах, и соединенные с береговой компьютеризированной контрольно-измерительной системой по проводной (RU 52647 U1, G06M 3/00, 10.04.2006) или беспроводной (RU 73747 U1, G06M 3/00, 27.05.2008; RU 82357 U1, G06M 3/00, 20.04.2009) линии связи. Удаление платформ с излучателями от берега ограничено длиной сигнального кабеля (в случае использования проводной линии связи) или дальностью приема связи по радиоканалу (в случае использования беспроводной линии связи). Автономность устройства ограничена емкостью используемых элементов питания, а также объемом хранилища регистрируемых данных.
Предлагаемый автономный программно-аппаратный комплекс для фиксирования и оценки пространственного распределения биомассы рыб предназначен для сбора и анализа информации о пространственном распределении и оценки биомассы рыбных скоплений на заданной акватории. Комплекс состоит из нескольких плавучих измерительных станций (ИС), стационарно расположенных (заякоренных) на контролируемой акватории, и базовой станции (БС), расположенной на берегу. ИС гидроакустическим методом определяют плотность распределения рыбных скоплений в точках их установки. Обработка первичной информации, поступающей с гидроакустического модуля (эхолота вертикального зондирования) производится непосредственно микроконтроллером ИС методом послойного эхоинтегрирования. По радиоканалу результаты измерений поступают от ИС к БС, где сохраняются в локальной базе данных, либо передаются по сети Интернет в базу данных на удаленном сервере. На основе данных из БД автоматически генерируется анимированная карта, визуально отображающая пространственно-временную динамику распределения биомассы рыб на контролируемой акватории.
ИС объединены в общую сеть и способны выполнять функции ретрансляторов радиосигнала от других ИС, значительно удаленных от БС и не имеющих с ней прямой радиосвязи, благодаря чему площадь контролируемой акватории может быть существенно увеличена. Выход из строя или потеря отдельных ИС не ведет к прекращению работы всего комплекса. Для эксплуатации в зонах интенсивного судоходства ИС опционально оснащаются системой оповещения судов о своем местоположении посредством передатчика АИС (автоматическая идентификационная система). ИС имеют систему самотестирования и обработки аварийных ситуаций, реализованную на отдельном микроконтроллере. Система электропитания ИС состоит из аккумуляторной батареи высокой емкости, что в совокупности с применением маломощных электронных компонентов и энергосберегающих алгоритмов функционирования позволяет автономно работать до нескольких месяцев. Система электропитания ИС и БС опционально оснащается солнечными батареями, предназначенными для подзарядки аккумуляторных батарей. Оснащение ИС солнечными батареями значительно продлевает срок ее автономной работы, особенно при эксплуатации в условиях длинного светового дня.
Предлагаемое изобретение позволяет осуществлять мониторинг пространственного распределения биомассы рыб на контролируемой акватории, не требует проведения съемок с судна, имеет длительный срок автономной работы, предусматривает возможность удаленного доступа к данным и управление настройками через сеть Интернет. Перечисленные характеристики комплекса позволяют существенно снизить стоимость проведения промысловой разведки, получать более актуальную и подробную информацию о распределении объектов промысла, а, следовательно, повысить эффективность работы промыслового флота, оперативно направляя суда в места максимальной концентрации ВБР, либо прекращая лов при снижении их биомассы ниже минимального экономически выгодного значения.
Источники информации:
1. Olsen K. Fish behavior and acoustic sampling // Intern. symp. on fish. acoust., 1987, Seattle, USA, 28 p.
2. Николаев A.B., Кузнецов М.Ю., Сыроваткин E.B. Гидроакустические исследования тихоокеанских лососей в северной части Тихого океана. Владивосток. 2007. Изв. ТИНРО, т. 150, с. 27-47.
3. Mitson R.B., Knudsen Н.Р. Causes and effects of underwater noise on fish abundance estimation // Aquatic Living Resources, 2003. Vol. 16. P. 255-263.