гидроакустический способ определения размерного состава рыб в скоплениях в естественной среде обитания

Формула изобретения

Гидроакустический способ определения размерного состава рыб в скоплениях в естественной среде обитания, предусматривающий измерения и регистрацию сил цели рыб и углов их расположения относительно вертикальной оси в акустическом луче антенны гидроакустического устройства, отличающийся тем, что размеры рыб и размерные интервалы выбирают в линейном масштабе в диапазоне, охватывающем все размеры рыб, для линейных размерных интервалов определяют интервалы сил цели для обработки сил цели рыб из всего акустического луча путем использования уравнений зависимости средней силы цели от длины для разных видов рыб и интервалы сил цели для обработки сил цели из центральной части акустического луча путем использования уравнений зависимости максимальной силы цели от длины для разных видов рыб, измеряемые силы цели рассортировывают по интервалам сил цели одновременно в два массива данных: один из всего акустического луча, другой из центральной части акустического луча, на основе данных о силах цели из центральной части акустического луча определяют размерный состав рыб, на основе данных о силах цели из всего акустического луча определяют распределение сил цели рыб, соответствующих линейным размерным интервалам.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленному рыболовству и промысловой гидроакустике, позволяет определять размерный состав рыб в скоплениях при выполнении траловоакустических съемок (ТАС) запасов рыб, при ведении промысла и выполнять исследования акустических характеристик рыб в зависимости от их вида и размера в естественной среде обитания (in situ).

Наиболее близким к заявляемому по своей сущности является норвежский гидроакустический способ определения размерного состава рыб в скоплениях, основанный на использовании метода расщепленного луча антенны для измерений сил цели и реализованный норвежской фирмой SIMRAD в промысловом эхолоте ES60 ( SIMRAD ES60 Echosounder. New Generation. Multipurpose Fish Finder. N-3191 Horten, Norway, 1998-6p).

Способ обладает следующими недостатками.

Во-первых, приоритетным в норвежском способе выбрано измерение распределений сил цели TS (в логарифмических единицах - дБ), а не измерение линейных размеров рыб TL (в линейных единицах - см). Размерный состав рыб определяется путем преобразования распределения сил цели в распределение размеров рыб на основе использования зависимости длины рыб TL от максимальной силы цели рыб TSm:

TL = 10^((TSm-Аm)/Вm),

где TSm - сила цели рыб, расположенных в центре акустического луча и занимающих по отношению к акустической антенне спинной ракурс или аспект (спиной к антенне); зависимость силы цели TSm от длины рыб TL имеет вид

TSm=Bm*log(TL)+Am,

где Вm и Am - коэффициенты в приведенных уравнениях, зависящие от вида рыб.

При этом интервалы сил цели dTS (TS-интервалы) для определения их распределения выбраны постоянными и равными 3 дБ во всем диапазоне измеряемых сил цели. В результате после преобразования распределения сил цели в размерный состав рыб размерные интервалы dTL (TL-интервалы) получаются неравными между собой и изменяются в пределах от долей см до нескольких десятков см по мере увеличения размеров рыб, то есть используется логарифмический масштаб вместо линейного. В таблице 1 справа показаны значения dTL для TS-интервалов по норвежскому способу для уравнения TSm=20*log(TL)-62 (Вm=20; Am= -62). В силу этого нет возможности выполнить первое основное условие ТАС - определять размерный состав рыб в скоплении в общепринятых линейных размерных интервалах: dTL=0,2 см или 0,5 см для размеров рыб от 1 до 7 см; dTL= 0,5 см или 1 см для размеров от 7 до 20 см; dTL=2 см для размеров от 20 до 50 см; dTL=5 см для размеров от 50 до 100 см; dTL=10 см для размеров от 100 до 200 см; dTL = 20 см для размеров от 200 до 500 см. В таблице 1 слева показаны линейные размерные интервалы для варианта 75 размерных интервалов, охватывающих размеры от 1 до 500 см.

Во-вторых, общий диапазон одновременно измеряемых сил цели составляет 36 дБ (12 интервалов по 3 дБ). Этого мало, чтобы одновременно измерять силы цели от рыб всех размеров. В таблице 1 справа показан этот недостаток норвежского способа: оценки распределения сил цели можно осуществлять только поочередно - в начальной части диапазона, в центральной части или в конце диапазона путем изменения минимальной величины силы цели TSmin, принимаемой за начало отсчета. В силу этого нет возможности выполнить второе основное условие ТАС - одновременно определять размерный состав рыб всех размеров, находящихся в скоплении. Например, в Каспийском море в скоплениях одновременно находятся молодь рыб (1-7 см), килька (7-20 см), сельди разных видов (15-30 см), кутум (15-50 см) и осетровые (30-500 см).

В-третьих, в норвежском способе, реализованном в эхолоте ES60, при преобразовании распределения сил цели в распределение размеров рыб предусмотрено применение только одного уравнения силы цели - для трески для спинного аспекта: TSm=20*log(TL)-62, что не обеспечивает оценку размеров других видов рыб с другими уравнениями сил цели.

В-четвертых, силы цели обрабатываются от рыб, попадающих во все части акустического луча, тогда как уравнение силы цели TSm относится к рыбам, находящимся в центре акустического луча и занимающим спинной аспект. Такая обработка в норвежском способе приводит к дополнительной погрешности оценок размерного состава рыб из-за дополнительных вариаций сил цели рыб, регистрируемых в периферийных областях акустического луча и занимающих аспект, отличающийся от спинного. Это связано с наличием у рыб ярко выраженной неравномерной индикатриссы обратного рассеяния в зависимости от ракурса рыбы по отношению к фронту облучаемой эхолотом звуковой волны.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков путем применения более эффективного гидроакустического способа определения размерного состава рыб в скоплениях, повышающего точность и удовлетворяющего требованиям ТАС.

Предлагаемый гидроакустический способ определения размерного состава рыб в скоплениях основан, как и прототип, на использовании эхолота с антенной с расщепленным лучом и блоком обработки, измеряющим силы цели рыб и углы расположения рыб в акустическом луче относительно вертикальной оси в продольном и поперечном направлениях.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе, по сравнению с прототипом, приоритетными выбраны определения размеров рыб в общепринятых линейных размерных интервалах dTL (TL-интервалах) одновременно во всем диапазоне, охватывающем размеры рыб от 1 до 500 см; количество TL-интервалов выбирается равным 50, 75 или 100 (в таблице 1 слева представлен вариант для 75 интервалов); размеры рыб и величины размерных интервалов вводятся в блок обработки эхолота; затем вводят значения углов центральной части акустического луча относительно вертикальной оси и коэффициенты для двух уравнений силы цели: В и А - для уравнения зависимости средней силы цели <TS> от длины TL данного вида рыб для обработки сил цели от рыб из всего акустического луча; Вm и Am - для уравнения зависимости максимальной силы цели TSm (спинной аспект) от длины TL данного вида рыб для обработки сил цели от рыб только из центральной части акустического луча; для каждого TL-интервала блок обработки эхолота определяет TS-интервалы путем использования уравнений зависимости средней силы цели <TS> и максимальной TSm (спинной аспект) от длины TL для данного вида рыб: <TS>=B*log(TL)+A; TSm=Bm*log(TL)+Am; по результатам обработки сил цели от рыб из всего акустического луча (первый массив данных) определяется распределение сил цели и средняя сила цели рыб <TS> in situ; по результатам обработки сил цели от рыб только из центральной части акустического луча (второй массив данных) определяется размерный состав рыб в скоплении в общепринятых линейных размерных интервалах, как показано в таблице 1 слева. В итоге предлагаемый способ обеспечивает более точную и одновременную оценку всего размерного состава рыб в скоплениях в общепринятых линейных размерных интервалах и распределений сил цели рыб in situ (на чертеже представлены варианты оценок для случаев, когда выбиралось количество интервалов равным 50, 75 и 100).

В таблице 1 представлены сравнительные оценки возможностей предлагаемого гидроакустического способа и норвежского, взятого в качестве прототипа; в таблице 2 представлен выходной протокол блока обработки эхолота, полученный предлагаемым способом при оценке размерного состава окуня и распределений сил цели окуня в Баренцевом море; на чертеже изображены три варианта выбора размерных интервалов и их количества (50, 75 и 100) при реализации предлагаемого способа.

Способ реализуют следующим образом.

После включения эхолота, ввода в блок обработки размеров рыб, размерных интервалов (TL-интервалов), значений углов центральной части акустического луча от вертикальной оси в продольном "fore-and-aft (faa)" и поперечном "athwart (athw)" направлениях и коэффициентов В, А, Вm и Am уравнений сил цели блок обработки вычисляет и устанавливает интервалы сил цели (TS - интервалы) и средние размеры гидробионтов <TL> для каждого TL-интервала (размерной группы), затем после каждого зондирования и приема эхолотом эхо-сигналов от одиночных рыб:

- осуществляет рассортировку и обработку данных о силах цели одновременно в два массива: первый - от рыб, попадающих во все части акустического луча (ТВ - total beam); второй - от гидробионтов, попадающих только в его центральную часть (СВ - center beam), ограниченную углами в продольном "(faa)" и поперечном "(athw)" направлениях;

- по результатам обработки первого массива данных о силах цели рыб из всего акустического луча определяет распределение сил цели и средние значения сил цели <TS> для каждой размерной группы и для всех групп;

- по результатам обработки второго массива данных о силах цели рыб из центральной части акустического луча определяет размерный состав рыб в скоплении;

- после каждого интервала измерений (например, через 1, 5 или 10 миль пути над скоплением) результаты обработки данных о силах цели в обоих массивах в виде оценок размерного состава рыб и распределений сил цели рыб регистрируются в блоке обработки в виде выходных протоколов, после чего блок обработки выполняет следующий цикл обработки и т.д.

В таблице 2 для примера представлен выходной протокол, сформированный в блоке обработки при выполнении ТАС запасов окуня в Баренцевом море после одного из циклов обработки: слева - распределение сил цели рыб in situ, справа - оценка размерного состава рыб; общее количество размерных групп в блоке обработки установлено 50, охватывающих размеры от 1 до 500 см; оператором для обработки выбрано 39 размерных групп с номерами от 7 до 45, охватывающими размеры рыб от 4 до 250 см.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом обеспечивает более точные оценки размерного состава рыб и распределений сил цели рыб in situ за счет того, что обеспечивает оценки во всем размерном диапазоне в общепринятых линейных размерных интервалах на любых видах рыб, используя любые уравнения сил цели и раздельно обрабатывая силы цели как из всего акустического луча, так и из его центральной части.