Гидроакустический программно-технический комплекс по учету проходящих на нерест ценных видов рыб "netcor-1"

Предлагается полезная модель гидроакустического программно-технического комплекса по учету проходящих на нерест ценных видов рыб «NetCor-1». Используется вертикальная схема локации с применением набора двухчастотных гидроакустических антенн в сечении реки, с направлением зондирования как от поверхности ко дну, так и от дна к поверхности для более полного учета проходящих целей. Управление работой системы, сбор, хранение и обработка данных осуществляется береговой компьютеризированной контрольно-измерительной системой с использованием специализированного программного обеспечения. Решаемые задачи: - селекция одиночных и групповых целей, прошедших через сканируемое сечение реки; - эхосчет одиночных рыб, прошедших через сканируемое сечение реки; - интегрирование эхосигнала от групповых целей для оценки числа рыб в них; - определение направления движения целей в градациях вниз или вверх по течению; - определение пространственных и временных характеристик распределения потока поднимающихся рыб; - объективная и методически корректная интерпретация зарегистрированных одиночных и групповых целей в количество прошедших через сечение реки рыб за время наблюдения. Использование двухчастотных серийных гидроакустических антенн позволяет изменять направленность антенн, и как следствие, ширину зоны регистрации. Предлагаемая схема позволяет корректно интерпретировать некоторых особенности гидроакустической регистрации одиночных объектов, характерные для подобного класса задач, известного как регистрация групповых целей разнесенными измерительными системами. К таким особенностям относятся возможность кратной регистрации одной цели одним и тем же измерителем и возможность кратной регистрации одной и той же цели разными измерителями. Назначение комплекса - количественная оценка запасов ценных рыб в реках с целью регулирования промысла, средство оценки возможного экологического ущерба при проектировании, строительстве и эксплуатации различного рода переходов (трубопроводы, кабели, мосты и пр.) через реки с ценным рыбным населением.

Область техники

Количественная оценка запасов ценных рыб в реках с целью регулирования промысла, средство оценки возможного экологического ущерба при проектировании, строительстве и эксплуатации различного рода переходов (трубопроводы, кабели, мосты и пр.) через реки с ценным рыбным населением.

Уровень техники

Уровень техники иллюстрируется следующими решениями:

1. Авторское свидетельство СССР №1242083, 1985 г. Устройство для селективного подсчета рыб в потоке воды, имеющее гидроакустическую антенну. Одноканальное решение приемо-передающего тракта сужает площадь учетной зоны.

2. Авторское свидетельство СССР №352431, 1972 г. Устройство для подсчета рыб, имеющее несколько гидроакустических преобразователей с усилителями, селекторный блок и детекторы. Предусматривалось жесткое крепление поверхностной и придонной антенн, что исключало возможность использования устройства в произвольной точке водоема. Кроме того, число каналов в селекторном блоке было равным предположительному числу рыб, плывущих параллельно, что делало устройство заведомо неуниверсальным.

3. Яковлев С.Г., Путивкин С.В. Система учета рыб для лососевого хозяйства. «Рыбоводство и рыболовство», №1, 2002, стр.52-53. В статье приводится описание одночастотных гидроакустических рыбосчетных устройств РСУ-1 и РСУ-2, предусматривающих использование набора гидроакустических антенн для сканирования сечения реки и счета проходящих рыб. Предусматривается только придонное расположение антенн.

Все указанные системы не имели программной составляющей, были одночастотными, т.е. не имели возможности быстрого изменения зоны регистрации и ни как не учитывали особенности гидроакустической регистрации одиночных объектов, характерные для подобного класса задач, известного как регистрация групповых целей разнесенными измерительными системами. К таким особенностям относятся возможность кратной регистрации одной цели одним и тем же измерителем и возможность кратной регистрации одной и той же цели разными измерителями, что может привести к систематическому смещению даваемых количественных оценок числа прошедших через сканируемое сечение реки рыб.

Раскрытие полезной техники

В полезной модели предусматривается сканирование сечения реки по вертикальной схеме локации с использованием набора двухчастотных гидроакустических антенн, с направлением зондирования как от поверхности ко дну, так и от дна к поверхности для более полного учета проходящих целей. Решаемые моделью задачи:

- селекция одиночных и групповых целей, прошедших через сканируемое сечение реки;

- эхосчет одиночных рыб, прошедших через сканируемое сечение реки;

- интегрирование эхосигнала от групповых целей для оценки числа рыб в них:

- определение направления движения целей в градациях вниз или вверх по течению;

- определение пространственных и временных характеристик распределения потока поднимающихся рыб;

- объективная и методически корректная интерпретация зарегистрированных одиночных и групповых целей в количество прошедших через сечение реки рыб за время наблюдения.

Управление работой системы, сбор, хранение и обработка данных осуществляется береговой компьютеризированной контрольно-измерительной системой с использованием специализированного программного обеспечения. Серийные гидроакустические антенны устанавливаются на придонных и плавающих платформах в выбранном сечении реки и соединяются сигнальными кабелями с береговой компьютеризированной контрольно-измерительной системой. Береговая компьютеризированная контрольно-измерительная система состоит из программно-управляемых аналогового мультиплексора, двухчастотного (50 и 200 кГц)

генератора-приемника, компьютера-ноутбука. Режим сканирования сечения реки определяется программно-задаваемыми параметрами:

- частотой следования посылок генератора;

- рабочей частотой (50 или 200 кГц) генератора;

- длительностью импульса генератора;

- последовательностью опроса набора двухчастотных гидроакустических регистраторов.

Использование двухчастотных серийных гидроакустических антенн позволяет изменять направленность антенн, и как следствие, ширину зоны регистрации. Предлагаемая схема позволяет корректно интерпретировать некоторых особенности гидроакустической регистрации одиночных объектов, характерные для подобного класса задач, известного как регистрация групповых целей разнесенными измерительными системами. К таким особенностям относятся возможность кратной регистрации одной цели одним и тем же измерителем и возможность кратной регистрации одной и той же цели разными измерителями.

Краткое описание чертежей

Общая блок-схема гидроакустического программно-технического комплекса по учету проходящих на нерест ценных видов рыб «NetCor-1» представлена эскизами на фигурах 1 и 2.

Двухчастотный (50 и 200 кГц) генератор-приемник работает в цикле прием-передача с программно-задаваемыми компьютером параметрами (частотой следования посылок, рабочей частотой, длительностью импульса). Программно-управляемый мультиплексор с задаваемой компьютером последовательностью опроса производит переключение элементов набора двухчастотных гидроакустических антенн. Таким образом, происходит сканирование выбранного сечения реки с целью гидроакустической регистрации проходящих на нерест рыб. Компьютер-ноутбук осуществляет управление мультиплексором и двухчастотным (50 и 200 кГц) генератором-приемником, производит визуализацию зарегистрированных целей в виде движущейся эхограммы и сохранение оцифрованной огибающей эхосигнала для последующей камеральной обработки. Расположение антенн на придонной и плавучей платформах позволяет регистрировать придонные и приповерхностные цели с большей вероятностью. Сигнальные кабели от придонных платформ идут по дну реки. Акустические оси антенн на придонной и плавучей платформах отклонены от вертикали с целью определения направления

движения целей в градациях вниз или вверх по течению. Схема определения направления движения цели в градациях вверх-вниз по течению по зарегистрированной трассе в зоне регистрации приведена на фигуре 3. Очевидно, что в рассмотренном на фигуре 3 случае при R₂> R₁>R ₀ рыба движется против течения, и наоборот. В рассматриваемой полезной модели указанное изменение дистанции отслеживается программно.

Осуществление полезной модели

Рациональное использование возобновляемых биоресурсов подразумевает лимитирование промысла, что требует эффективного и возобновляемого знания о состоянии запаса эксплуатируемого ресурса. Существующая схема количественной оценки состояния запаса проходных рыб в реках базируется (в основном) на анализе промыслового изъятия и структуры популяции по данным контрольных обловов. Достоверность данных промысловой статистики в России невысока, особенно в условиях развивающихся рыночных отношений, результаты контрольных обловов, представляющие, по сути, данные выборочных исследований, зачастую фрагментарны и малопредставительны в силу ограниченности выделяемых ресурсов. В сообществе специалистов, осуществляющих оценку запасов рыб и регулирование их промысла, растет заинтересованность в разработке и внедрении инструментальных, в том числе гидроакустических, методов в практику количественных.

Гидроакустический программно-технический комплекс по учету проходящих на нерест ценных видов рыб «NetCor-1» будет использоваться для количественной оценки запасов ценных рыб в реках с целью регулирования промысла и как средство оценки возможного экологического ущерба при проектировании, строительстве и эксплуатации различного рода переходов (трубопроводы, кабели, мосты и пр.) через реки с ценным рыбным населением. Объекты - река Онега (Архангельская обл.), семга и река Баргузин (Республика Бурятия), омуль.

Основные параметры полезной модели:

- диапазон регистрируемых одиночных целей по силе цели от -50 до -25 дБ, по акустическому сечению обратного рассеяния от 1.3е^-4 до 4е^-2 м ², максимальная дальность регистрации одиночной цели - 40 м, минимальная дальность регистрации одиночной цели от поверхности антенны 1 м;

- сквозной динамический диапазон аналогового тракта от гидроакустической антенны до аналого-цифрового преобразователя не менее 85 дБ;

- частота выборки АЦП не менее 40 кГц;

- разрядность преобразования не менее 14 бит;

- число независимых каналов регистрации - до 32;

- электрическая мощность генерируемого импульса на антенне не менее 300 Вт;

- максимальная длина сигнальных кабелей от антенны до мультиплексора - 200 м;

- программное обеспечение управления системой и сбора данных разрабатывается для платформы IBM совместимого компьютера-ноутбука под управлением ОС "Windows" 98...ХР;

- программное обеспечение камеральной обработки данных разрабатывается для платформы IBM совместимого компьютера под управлением ОС "Windows" 98...ХР;

- электрическое питание системы в полевых условиях - 220 вольт переменного тока, потребляемая мощность не более 500 Вт;

- время непрерывной круглосуточной работы в период наблюдения за нерестом не менее двух месяцев.

- расход дискового пространства под сохранение данных в период наблюдения за нерестом не более 20 мБ в час на один канал, предусматривается возможность сохранения файлов данных средствами ОС на внешних носителях (МО, ZIP, CDRW, DVD и пр.);

- максимальная скорость течения в выбранном для наблюдения сечении реки - 6 м/с;

- установка плавающих и придонных регистраторов не должна создавать помех любительскому и коммерческому судоходству в выбранном для наблюдения сечении реки.

На фигуре 4 представлена экспериментальная эхограмма полученная с помощью полезной модели от проходящей рыбы под неподвижной гидроакустической антенной.

Двухчастотный гидроакустический программно-технический комплекс для оценки количества и направления движения (в градациях вверх-вниз по течению) прошедших на нерест ценных видов рыб, отличающийся тем, что включает в себя набор двухчастотных серийных гидроакустических антенн, установленных в направлении от поверхности ко дну и в направлении от дна к поверхности на заякоренных придонных и плавучих поверхностных платформах и соединенных сигнальными кабелями с береговой компьютеризированной контрольно-измерительной системой, включающей в себя программно-управляемые аналоговый мультиплексор, двухчастотный (50 и 200 кГц) генератор-приемник, компьютер-ноутбук, специализированное программное обеспечение по сбору, хранению, визуализации и анализу данных цифрового представления огибающей эхосигнала.