Гидроакустический высокочастотный многолучевой программно-технический комплекс по учету проходящих на нерест ценных видов рыб "netcor-3"

Предлагается полезная модель «Гидроакустического высокочастотного многолучевого программно-технического комплекса по учету проходящих на нерест ценных видов рыб «NetCor-3». Используется горизонтальная схема локации с применением сети высокочастотных гидроакустических многолучевых антенн. Управление работой системы, сбор, хранение и обработка данных осуществляется береговой компьютеризированной контрольно-измерительной системой с использованием специализированного программного обеспечения. Предусматривается пакетная передача сигналов управления и данных по радиоканалу в нелицензируемом диапазоне радиочастот ISM 2.4 ГГц с использованием трансиверов nanoNET (стандарт IEEE802.15.4a). 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 высокочастотных многолучевых серийных гидроакустических антенн позволяет производить количественную оценку рыб в условиях мелководья с глубиной места до 1 метра. Основное назначение комплекса - количественная оценка проходящих рыб через сканируемое сечение реки с возможностью восстановления распределения силы цели зарегистрированных одиночных рыб и определения направления их движении в градациях вверх - вниз по течению.

Наименование полезной модели

«Гидроакустический высокочастотный многолучевой программно-технический комплекс по учету проходящих на нерест ценных видов рыб «NetCor-3»

Область техники

Количественная оценка запасов ценных рыб в реках в условиях мелководья 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.

4. Патент РФ на полезную модель 52647 «Гидроакустический программно-технический комплекс по учету проходящих на нерест ценных видов рыб «NetCor-1». Автор - Дегетв А.И., патентообладатель - общество с ограниченной ответственностью «Промысловая гидроакустика» (OOO «ПромГидроакустика»). Изделие предусматривает вертикальную модель локации, имеет ограниченную зону регистрации.

5. Патент РФ на полезную модель 73747 «Гидроакустический высокочастотный многолучевой программно-технический комплекс по учету проходящих на нерест ценных видов рыб «NetCor-2». Автор - Дегетв А.И., патентообладатель - общество с ограниченной ответственностью «Промысловая гидроакустика» (OOO «ПромГидроакустика»). Изделие предусматривает управление и передачу данных по сигнальным кабелям.

Указанные в пунктах 1-3 системы не имели программной составляющей 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. Система, указанная в п.4, не могла быть использована в условиях мелководья (с глубиной места до 1 метра). Система, указанная в п.5, предусматривает управление и передачу данных по сигнальным кабелям.

Раскрытие полезной техники

Основное назначение комплекса «NetCor-3» - количественная оценка проходящих рыб через сканируемое сечение реки в условиях мелководья с возможностью восстановления распределения силы цели зарегистрированных одиночных рыб и определения направления их движении в градациях вверх - вниз по течению. В полезной модели

предусматривается сканирование сечения реки по горизонтальной схеме локации с использованием сети высокочастотных многолучевых гидроакустических станций. 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.

Система состоит из устройства "Master" и сети из устройств "Slave". Управление работой системы, сбор, хранение и обработка данных осуществляется береговой компьютеризированной контрольно-измерительной системой (устройство "Master") с использованием специализированного программного обеспечения. Устройство "Slave" состоит из программно-управляемого высокочастотного генератора-приемника, нагруженного на серийную высокочастотную (455 КГц) многоэлементную антенну, аналогового усилителя приемного тракта, аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллера, устройства пакетной передачи данных по радиоканалу в нелицензируемом диапазоне радиочастот, плавучей платформы с аккумулятором и поворотно-выдвижным устройством крепления гидроакустической антенны. Режим сканирования сечения реки определяется программно-задаваемыми параметрами:

- частотой следования посылок генератора;

- длительностью импульса генератора;

- последовательностью опроса элементов сети из устройств "Slave".

Радиопередача ведется в нелицензируемом диапазоне радиочастот ISM 2.4 ГГц с использованием трансиверов nanoNET (стандарт IEEE 802.15.4a). Основные характеристики комплекса «NetCor»:

- рабочая частота 455 КГц;

- электрическая мощность на антенне 40-80 Вт;

- частота следования посылок - до 12 Гц;

- ширина характеристики направленности одного луча на уровне -6 дБ 10 градусов, ширина многолучевого сектора на одной станции до 80 градусов в плоскости веера лучей;

- в горизонтальном режиме обеспечивается регистрация рыб при глубине места до 1 метра;

- максимальная дальность регистрации в горизонтальном режиме одиночной рыбы с силой цели -50 дБ - 20 метров;

- минимальная дальность регистрации - 0,5 метра;

- дистанция устойчивой радиосвязи - до 200 м, дистанция предельной радиосвязи - до 600 м (в зависимости от уровня помех и используемых антенн);

- число плавучих гидроакустических высокочастотных многолучевых станций в сети (устройств "Slave") - до 16;

- математическое обеспечение системы состоит из программы управления комплексом и сбора данных с сети плавучих гидроакустических станций в реальном времени и программы камеральной обработки данных в отложенном времени на компьютерах платформы x86 под управлением ОС "Windows".

Использование серийных высокочастотных многолучевых гидроакустических антенн позволяет использовать модель горизонтального сканирования в условиях мелководья, имея при этом достаточно широкую зону регистрации (в экспериментальном образце до 80 градусов на уровне - 10 дБ в плоскости веера лучей). 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.

По возможностям гидроакустической регистрации проходящих рыб комплексы "NetCor-2" и "NetCor-3" практически идентичны, но отличаются способом передачи сигналов управления и данных. Используется кабельное соединение для комплекса "NetCor-2" и пакетная передача по радиоканалу для комплекса "NetCor-3".

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 оценок водных биоресурсов.

В 2007-2008 годах гидроакустический высокочастотный многолучевой программно-технический комплекса по учету проходящих на нерест ценных видов рыб «NetCor-3» использовался в экспериментальных работах на реках Онега и Северная Двина (Архангельская обл.), Ухтолок (Камчатка), Иртыш (Тюменская обл.), Поной (Мурманская обл.) которые показали устойчивую регистрацию движущихся рыб в зоне действия прибора, с возможностью восстановления числа прошедших рыб, распределения силы цели (размера) и направления движения зарегистрированных рыб.

В приложении на рисунке 1 представлена фотография устройства "Master", на рисунке 2 представлена фотография набора из трех единиц устройств "Slave", на рисунке 3 представлены характерная эхограмма гидроакустической регистрации проходящих рыб комплексом «NetCor-3».

Гидроакустический высокочастотный программно-технический комплекс для оценки количества и направления движения (в градациях вверх-вниз по течению) прошедших через наблюдаемое сечение реки ценных видов рыб, отличающийся тем, что включает в себя сеть независимых заякоренных плавучих гидроакустических регистраторов с программно-управляемыми генератором-приемником, нагруженным на серийную высокочастотную (455 кГц) многоэлементную антенну, аналого-цифровым преобразователем, микроконтроллером и устройством пакетной передачи данных по радиоканалу в нелицензируемом диапазоне радиочастот на береговую компьютеризированную контрольно-измерительную систему.