автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Программно-техническая реализация гидроакустического метода количественной оценки плотности водных биомасс

На правах рукописи

Деггев Андрей Игоревич

ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОГО МЕТОДА КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ПЛОТНОСТИ ВОДНЫХ БИОМАСС

Специальность05.13.18—Математическое моделирование, численныеметоды и комплексыпрограмм.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Петрозаводск 2004

Работа выполнена на кафедре математического моделирования систем управления Петрозаводского государственного университета.

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор

В. И. Чернецкий

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ю. Б. Юдович, кандидат физико-математических наук, доцент В. Б. Ефлов

Ведущая организация: Лимнологический институт Сибирского отделения Российской академии наук.

в

Защита состоится в часов на заседании

диссертационного совета Д 212.f90.03 в Петрозаводском государственном университете по адресу: 185910, г. Петрозаводск, пр. Ленина, 33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петрозаводского государственного университета.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

В.В.Поляков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Мировая добыча рыбы и морепродуктов непрерывно растет, и её годовой уровень, по данным Продовольственной и Сельскохозяйственной Организации Объединенных Наций (ФАО ООН), уже превысил 140 миллионов тонн, динамика добычи может быть проиллюстрирована графиком на рисунке 1.

Рисунок 1. Динамикамирового вылова всехпромысловых объектов (без китов и морского зверя), 1990—2000 годы

Устойчивое хозяйственное использование водных биоресурсов требует объективного и регулярно возобновляемого количественного знания о состоянии запаса используемой популяции. Задача количественной оценки запасов биоресурсов традиционно решалась выборочными контрольными обловами и использованием данных промысловой статистики. Технология проведения выборочных обловов требует значительных временных и материальных затрат, объемы получаемых выборочных материалов зачастую малы из-за ограниченности выделяемых для исследований ресур-

160

/ ^ ^ f ¿ ¿ ^ ¿ f ^ /

Годы

сов. В России, в связи с изменением в девяностые годы прошлого столетия общей экономической модели развития общества, резко упала достоверность данных промысловой статистики из-за недисциплинированности и бесконтрольности множества частных рыбопромышленников в условиях рыночных отношений. На внутренних водоемах России, задача эффективного и достоверного знания количественных параметров состояния той или иной популяции промысловых гидробионтов становится еще более насущной, в связи с усиливающимся отрицательным антропогенным влиянием на окружающую среду и экономической неготовностью общества к принятию масштабных мер по сохранению и поддержанию водоемов в экологическом состоянии, обеспечивающем воспроизводство биоресурсов.

Для дистанционной регистрации гидробионтов, в целях их количественной оценки, используются методы различной физической природы: электромагнитной (в оптическом диапазоне) и акустической. В силу физической природы водной среды, дальность оптической регистрации объектов в воде ограничена несколькими метрами, что не удовлетворяет граничным условиям распределения интересующих биологических объектов в толще воды. В отличие от электромагнитных, акустические волны в водной среде распространяются на значительно большие дистанции, в вертикальном направлении практически перекрывающие диапазон глубин, в пределах которых обитают объекты, охваченные рыбохозяйствен-ной деятельностью человечества, и представляющие интерес для количественной оценки их численности или биомассы.

Гидроакустические приборы, такие как рыбопоисковые эхолоты, гидролокаторы, траловые зонды и другие, получили широчайшее применение в рыбной промышленности во всем мире и способствовали интенсификации промысла. В научных исследованиях, к которым относится количественная оценка водных гид-робионтов, признание важности и объективности использования гидроакустики растет из года в год. Спектр применения гидроакустических приборов в научных исследованиях весьма широк: это и поиск гидробионтов, и изучение их распределения в толще воды и

по акватории, и мечение рыб и других животных акустическими метками для изучения миграций, и акустический учет проходящих рыб в реках и рыбопропускных сооружениях при плотинах, и биоакустика, изучающая звуки живых существ, и многое другое. Количественная оценка гидробионтов, возможно, является самым важным применением гидроакустики в рыбохозяйственных научных исследованиях.

На начальных этапах применения гидроакустического метода количественной оценки водных биомасс его внедрение сдерживалось не только отсутствием специализированной техники и детально разработанной методики, но и необходимостью использования высококвалифицированного и специально подготовленного инженерного персонала для проведения измерительного процесса, которым, по сути, является рассматриваемый метод. Развитие метода, накопление опыта его практического использования на разных объектах, современный уровень средств электронно-вычислительной техники и разработки программного обеспечения позволяют сделать возможным практическое использование метода конечными пользователями—биологами. Именно такое направление практического использования гидроакустического метода количественной оценки водных биомасс наблюдается в развитых странах. Имея возможность использовать результаты оперативной гидроакустической оценки состояния исследуемой популяции наряду с биологическими данными многолетних наблюдений с большим объемом статистики, исследователь может решать сложные вопросы регулирования промысла конкретного объекта на конкретном водоеме. Предоставление специалистам — биологам, занимающимся регулированием промысла на внутренних водоема России, возможности использования объективно зарекомендовавшего себя гидроакустического метода количественной оценки водных биомасс, представляется и важным и актуальным.

Рациональный промысел основывается на научно обоснованных квотах вылова конкретных объектов, в мировой практике квотирование все чаще решается по результатам оценки численности или биомассы гидроакустическим методом.

Правительством РФ утверждена «Концепция развития рыбного хозяйства Российской Федерации (2003—2020 гг.)», призванная определить порядок использования биоресурсов российскими рыбаками и внести значительные улучшения в систему управления рыболовством и биоресурсами российских морей и внутренних водоемов. Одним из важнейших направлений и задачей рыбохо-зяйственной науки на первом этапе реализации Концепции (2003— 2005 гг.) признано следующее: «Существенное повышение качества оценки запасов и определения объемов ОДУ (общий допустимый улов), которое возможно лишь при использовании всей доступной информации и применения передовых технологий».

ЦЕЛИИССЛЕДОВАНИЯ.

1. Анализ физических и методических основ гидроакустического метода количественной оценки плотности водных биомасс.

2. Разработка и идентификация математической модели количественной оценки плотности скоплений гидробионтов гидроакустическим методом.

3. Разработка алгоритмов программно-технической реализации и идентификации параметров математической модели гидроакустического метода количественной оценки плотности водных биомасс.

4. Разработка и программная реализация алгоритма выделения одиночных целей и непрямого восстановления распределения отражательной способности одиночных объектов вероятностными методами с целью дальнейшего получения размерного распределения зарегистрированных одиночных целей с использованием регрессионной зависимости длина — отражательная способность рыбы.

5. Разработка и программная реализация алгоритмов выделения донного эхосигнала. Этот аспект задачи характерен для внутренних водоемов, здесь, в отличие от условий открытого моря, диапазон глубин, в пределах которого происходит оценка запаса, практически всегда ограничен снизу изменчивым положением дна.

6. Разработка комплекса прикладных программ на языке программирования высокого уровня, обеспечивающего реализацию разработанной модели в программно-техническом комплексе АСКОР-2. Название комплекса является аббревиатурой от словосочетания «Автоматизированная Система Количественной Оценки Рыбных запасов», вторая модификация. Разработка системы АСКОР-2 производились автором в Северном научно-исследовательском институте рыбного хозяйства Петрозаводского государственного университета (СевНИИРХ ПетрГУ) в развитие работ лаборатории гидроакустики института СеврыбНИИпроект по системе АСКОР, выполнявшихся в восьмидесятых годах, в которых автор принимал участие.

7. Идентификация разработанной математической модели гидроакустического метода количественной оценки плотности водных биомасс с использованием программно-технического комплекса АСКОР-2 на разнотипных водоемах Российской Федерации. Проводилась проверка адекватности результатов, получаемых системой АСКОР-2, реализующей построенную модель, результатам натурного эксперимента в виде контрольных обловов изучаемых рыб разных видов на разнотипных водоемах.

Объект, предмет и метода исследования. Объектом проведенных в выполненной диссертационной работе исследований был процесс интерпретации физического явления — звукового давления акустического эхосигнала в информацию о количестве и размерном составе популяции рассеивателей биологической природы, как части более широкой обратной задачи рассеяния. Предметом исследования были численные методы реализации гидроакустического метода оценки водных биомасс с использованием средств электронно-вычислительной техники. В исследовании применялись методы прикладной математики, математического моделирования, теории вероятностей, математической статистики, математического программирования, теории графов,

в

натурного эксперимента. При разработке математической модели гидроакустического метода количественной оценки плотности водных биомасс использовался метод декомпозиции системы до уровня типовых звеньев. Программная реализация алгоритмов реализации разработанной модели производилась с использованием методов объектно-ориентированного и визуального программирования, язык программирования C++, среда разработки C+ + Builder 5.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА^.

1. Разработана математическая модель, реализующая гидроакустический метод количественной оценки плотности водных биомасс.

2. Разработаны программно реализуемые алгоритмы идентификации параметров построенной модели.

3. На базе построенной модели разработан программно-технический комплекс по количественной оценке плотности гидробионтов гидроакустическим методом АСКОР-2 с использованием серийного эхолота, средств электронно-вычислительной техники и спутникового навигационного приемника системы GPS.

4. Проведена идентификация модели с использованием комплекса АСКОР-2 на разнотипных водоемах РФ. Проведены сравнения результатов системы АСКОР-2 по оценке плотности оцениваемых гидробионтов и восстановленного размерного распределения рыб с данными, полученными другими методами, в том числе контрольными обловами.

5. Разработан пакет прикладных программ, состоящий из математического обеспечения процесса сбора информации при проведении гидроакустических съемок, программы камеральной обработки данных, полученных при проведении гидроакустических съемок, программы калибровки системы по отклику от эталонной цели.

6. Выполнено улучшение алгоритма непрямого восстановления распределения отражательной способности одиночных

целей (восстановление размерного состава рыб) на базе известного метода Крейга-Форбса. Автором впервые использовались только максимальные значения амплитуд эхосиг-налов от одиночных целей, а не всего ансамбля регистрации каждой одиночной цели за ряд посылок эхолота. Программно реализованный алгоритм поиска максимумов указанных амплитуд не ограничен ни числом одиночных целей, ни числом регистрации каждой одиночной цели. Такое формирование исходного, для решения задачи восстановления искомого распределения отражательной способности одиночных целей, распределения амплитуд одиночных сигналов повышает точность и эффективность даваемых количественных оценок.

НА УЧНЫЕПОЛОЖЕНИЯМРЕЗУЛЬ ТА ТЫ, ВЫНОСИМЫЕНА ЗАЩИТУ.

1. Математическая модель и численные методы идентификации параметров модели при программно-технической реализации гидроакустического метода количественной оценки плотности водных биомасс с использованием средств электронно-вычислительной техники.

2. Программный комплекс, реализующий разработанные методы и алгоритмы.

3. Результаты идентификации разработанной модели с использованием программно-технического комплекса АСКОР-2 на разнотипных водоемах Российской Федерации.

Практическая значимость. Результаты проведенного в настоящей диссертационной работе исследования имеют практическое значение, прежде всего, в рыбохозяйственной науке, в той её части, которая занимается непосредственно определением запасов эксплуатируемых человеком водных биоресурсов. Непосредственными основными пользователями разработанной системы гидроакустической оценки водных биомасс являются государственные отраслевые научно-исследовательские организации, осуществля-

ющие регулирование рыбохозяйственной деятельности на внутренних водоемах Российской Федерации. Система, разработанная на основании предлагаемой работы, может использоваться и в прямой рыбохозяйственной деятельности, как средство оперативного получения информации о распределении охваченного промыслом биоресурса по акватории эксплуатируемого водоема в целях эффективного использования флота и орудий лова. В таком аспекте, результаты проведенного исследования и разработанная система количественной оценки водных биомасс, могут использоваться рыбопромышленными субъектами всех форм собственности. Еще одним направлением использования полученных результатов, являются экологические исследования на внутренних водоемах, с использованием полученных количественных данных о состоянии исследуемой популяции, как средства оценки экологического состояния водоема в условиях антропогенного воздействия. Не менее важным, чем указанные выше, является образовательный аспект практического использования полученных результатов и выполненной разработки. Использование разработанной, на основании изложенного в предлагаемой диссертационной работе исследования, системы АСКОР-2 и полученных демонстрационных материалов, в учебном процессе подготовки гидробиологов и ихтиологов, может углубить получаемые ими знания непосредственно о собственном предмете и дать практические навыки использования современных средств электронно-вычислительной техники и приборов в экспериментальных исследованиях.

Апробация работы. Основные результаты предлагаемой диссертационной работы получены автором в результате выполнения работ по Государственным контрактам № 65-01/2001 от 01.01.2001, № 65-01/2002 от 01.01. 2002 и № 65-01/2003 от 01.01.2003 между Государственным комитетом Российской Федерации по рыболовству и институтом СевНИИРХ Петрозаводского государственного университета, и по договорам на разработку и создание научно-технической продукции между институтом СевНИИРХ Петрозаводского государственного университета и федеральным государ-

ственным предприятием ВостСибрыбцентр (Улан-Удэ), институтом КаспНИИРХ (Астрахань) и институтом СевПИНРО (Архангельск). Текущие, промежуточные и окончательные результаты проводимых исследований, составившие основу предлагаемой к рассмотрению работы, регулярно заслушивались на Ученом Совете Северного научно-исследовательского института рыбного хозяйства Петрозаводского государственного университета (СевНИИРХ ПетрГУ).

Результаты проведенного в предлагаемой работе исследования реализованы в системе количественной оценки водных биомасс гидроакустическим методом АСКОР-2. Апробация системы проходила в 2000 - 2003 годах на разнотипных внутренних водоемах Российской федерации с проведением количественных оценок рыбных и нерыбных объектов. В указанный период проводились экспериментальные, демонстрационно-сравнительные работы и практические гидроакустические съемки по количественной оценке запасов на следующих водоемах Российской Федерации:

—озеро Байкал, заказчик — ФГУП «ВостСибрыбцентр;

— Северный Каспий, заказчик — институт КаспНИИРХ;

— Белое Море, заказчик—институт СевПИНРО;

— Куйбышевское водохранилище на реке Волга, заказчик — Татарское отделение института ГосНИОРХ;

— Онежское озеро, заказчик — Госкомрыболовство РК;

— Озеро Сайма, Финляндия. По заказу Совета Министров Северных стран проводились международные работы по сопоставлению методик использования гидроакустического метода оценки водных биомасс.

Полученные количественные данные использовались заказчиками при регулировании промысла на указанных водоемах. При выполнении практических гидроакустических съемок проводилось обучение персонала заказчика методике получения гидроакустической оценки запаса изучаемого объекта.

Результаты проведенных исследований докладывались автором на следующих собраниях, семинарах, симпозиумах и коллоквиумах:

1. Собрание членов Росрыбхоза и заседание Совета Росрыб-хоза 29 марта 2001 г., г. Москва. Доклад Дегтев А. И., Сычев А. Н. «Использование гидроакустического комплекса АС-КОР-2 для определения запасов рыб».

2. Отраслевое совещание по проблемам промышленного рыболовства и производства товарной рыбы во внутренних водоемах России 8—11 октября 2001 г. п. Рыбное Дмитровского р-на, Московской обл. Доклад: Дегтев А. И. (СевНИ-ИРХ), Соколов А. В. (ВостСибрыбцентр) «Перспективы использования гидроакустических комплексов при оценке абсолютной численности рыб».

3. Международный семинар «Изменение экосистемы Каспийского моря в условиях активизации ресурсной деятельности» 17—18 октября 2001 г., Астрахань. Доклады: Дегтев А. И. «Автоматизированная система количественной оценки рыбных запасов гидроакустическим методом АСКОР-2»; Сычев А. Н., Дегтев А. И. «Опыт и перспективы оценки рыбных запасов гидроакустическим методом на внутренних водоемах на примере оз. Онежское, Байкал и Северной части Каспийского моря».

4. Международный семинар по научно-образовательному проекту МОК ЮНЕСКО «Каспийский плавучий университет» 29 марта 2002 г. г. Астрахань. Доклад: Дегтев А. И., Сычев А. Н «Опыт и перспективы оценки рыбных запасов гидроакустическим методом».

5. Второй международный симпозиум «Экологические эквивалентные и экзотические виды гидробионтов в великих и больших озерах мира» 27—31 августа 2002 г. Улан-Удэ. Доклад: Дегтев А. И. «Результаты гидроакустических исследований по количественной оценке рыбных ресурсов озера Байкал с использованием комплекса АСКОР-2».

6. Отраслевое совещание-семинар «Проблемы изучения сырьевых ресурсов больших рек Сибири и Дальнего Востока» 22—27 сентября 2003 г., г. Хабаровск. Доклад: Дегтев А. И. «Автоматизированная система количественной оценки вод-

ных биомасс гидроакустическим методом («АСКОР-2»)».

7. Расширенный коллоквиум лаборатории методов и средств гидроакустических съемок биоресурсов, лаборатории системного анализа биоресурсов и лаборатории интенсивности рыболовства 24 ноября 2003 г., ВНИРО, г. Москва. Доклад: Дег-тев А. И. «О результатах регулярных акустических съемок байкальского омуля (2000—2003 гг., в том числе в 2003 г. с участием ВНИРО) на судне ВостСибрыбцентра с помощью разработанной СевНИИРХом системы АСКОР-2».

Публикация результатов. Основные результаты изложенного в диссертационной работе исследования опубликованы в шести статьях и шести тезисов докладов и доложены на семи международных и всероссийских собраниях, семинарах, симпозиумах и коллоквиумах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы. Общий объем диссертации составляет 168 страниц, список использованной литературы состоит из 69 названий.

Личный вклад автора. Все основные результаты работы, изложенные в диссертации, получены автором.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируется цель работы, методы исследования, основные результаты, научная и практическая ценность проведенных исследования и разработки.

В Главе 1 «Физические и методические основы гидроакустического метода количественной оценки водных биомасс» изложен анализ теоретических и методических предпосылок к решению поставленной задачи - разработки модели и программно-технической реализации с использованием ЭВМ гидроакустического метода количественной оценки водных биомасс.

Кратко описана история становления и развития метода в стране и мире. В Советском Союзе и России значительный вклад во внедрение метода в научную и рыбохозяйственную практику внесли следующие известные ученые, инженеры и организаторы науки: А. А. Щепановский, д. т. н Кудрявцев В. И, д. б. н. Сечин Ю. Т., д. б. н. Рыжков Л. П., д. т. н. Юданов К. И., к. т. н. Теслер В. Д., к. т. н Бердичевский 3. М., к. т. н Ермольчев В. А., к. т. н. Зафер-ман М. Л., Мамылов В. С, Ганьков А. А. и многие другие. По мнению автора, наиболее полное и детальное изложение метода количественной оценки водных биомасс в отечественной литературе сделано коллективом авторов под руководством К. И. Юданова (Юданов К. И., Калихман И. Л., Теслер В. Д. Руководство по проведению гидроакустических съемок. — М. ВНИРО, 1984.). Большой вклад во внедрение гидроакустического метода количественной оценки водных биомасс в рыбохозяйственную практику внес профессор Юдович Ю. Б.

Изложены физические основы гидроакустического метода количественной оценки водных биомасс. Физические процессы распространения, отражения, рефракции, дифракции, интерференции акустической волны, преобразования энергии эхосигнала из

одной формы в другую непосредственно определяют систему параметров разрабатываемой модели и методы их идентификации.

Проведен анализ методики гидроакустической оценки локализованных значений плотности гидробионтов с целью определения вида разрабатываемой модели, набора параметров и методики их идентификации.

Проведен анализ методики получения абсолютных значений численности (биомассы) гидробионтов по данным гидроакустической оценки локализованных значений плотности. Гидроакустический метод оценки численности (биомассы) гидробионтов можно разделить на две последовательные задачи - количественную оценку локализованных значений плотности и восстановление абсолютных значений численности (биомассы) поданным гидроакустической оценки локализованных значений плотности.

На основании проведенного в главе анализа физических и методических основ гидроакустического метода количественной оценки водных биомасс сделаны следующие основные выводы для использования в разрабатываемой модели и ее программно-технической реализации:

1. Состояние акустического поля в упругой водной среде описывается зависимостью давления от координат места и времени в виде дифференциального уравнения в частных производных:

(О

где:

р — давление звука в точке момент времени /;

с — скорость звука.

Использование приведенного строгого уравнения и расчеты по нему затруднены недостаточностью информации о фактических параметрах среды. На практике, по аналогии с геометрической оптикой, для описания состояния поля в точках пространства и времени, используются методы лучевой акустики, подразумевающие игнорирование информации о фазе акустической волны,

значительное превышение размеров рассеивателей над длиной акустической волны и отсутствие значимых изменений характеристик среды на длине волны.

2. Гидроакустический метод оценки водных биомасс является вариантом обратной задачи рассеяния. Общая теория обратной задачи рассеяния описывает эхосигнал исключительно как совместный результат отражательной способности цели, её нахождения в пространстве и потерь звука на распространение. Имея информацию только в виде принятой звуковой волны с известной интенсивностью (давлением), эта задача не имеет однозначного решения, так как, одна и та же форма эхосигнала может быть образована разными составами рассеивателей. Определение плотности зарегистрированных объектов, как решение обратной задачи рассеяния в гидроакустическом методе количественной оценки водных биомасс, всегда требует дополнительной информации о зарегистрированных рассеивателяхо:.

3. Для учета потерь интенсивности звуковой волны при её распространении применяется модель сферической волны с учетом фактора затухания. На относительно небольших дистанциях, на которых происходит гидроакустическая оценка водных биомасс, и при недостаточности знаний о специфических условиях распространения звука в конкретных обстоятельствах, считается вполне допустимым учет потерь на распространение и затухание ультразвука в воде для сферического фронта распространяющейся волны по формуле:

ПР = гЩЯ+аЯ (2)

где:

ПР — потери интенсивности распространяющейся звуковой волны;

R — пройденное волной расстояние, м; а — коэффициент затухания, дБ/м.

В промысловой гидроакустике потери интенсивности эхо-сигнала от одиночных целей определяются по формуле:

а для групповых целей по формуле:

ПР = 20^г+2аЯ (4)

где:

ПР — потери интенсивности распространяющейся звуковой волны, дБ;

г— дистанция между антенной и целью, м; а — коэффициент затухания, дБ/м.

4. Селекция эхосигналов от одиночных и групповых целей производится по критерию соответствия длительности эхо-сигнала и длительности генерируемой посылки эхолота.

5. Распределение вероятностей амплитуд зарегистрированных одиночных эхосигналов есть результат свертки вероятностей:

где:

^(у) — плотность распределения вероятностей амплитуд зарегистрированных одиночных сигналов;

\\>т(х) — плотность распределение вероятностей регистрации цели под определенным углом обнаружения;

™р(У~х) — искомая плотность распределения вероятностей отражательной способности одиночных целей. В численном решении приведенного выражения 5 относительно УУр(у—х) используется кусочно-линейная аппроксимации функции и характеристики направленности применяемой антенны.

ПР = Ш%г+'2яЯ

(3)

(5)

о

6. Зависимость энергии эхосигнала от плотности рассеивате-лей линейна при условии случайного распределения рассе-ивателей в озвученном объеме:

ЛГ->~

где:

пе,

(6)

Е — средняя энергия эхосигнала; п — число рассеивателей в озвученном объеме;

— —

средняя энергия эхосигнала от единичного

7.

рассеивателя.

Линейная зависимость применима только при выполнении условий релеевского рассеяния в озвученном объеме, при котором функция распределения вероятностей значений интенсивности определена выражением:

р = ехр -С^ (7)

где:

— математическое ожидание интенсивности эхосигнала. Напряжение на клеммах гидроакустического преобразователя прямо пропорционально звуковому давлению падающей волны. Энергия эхосигнала прямо пропорциональна интенсивности эхосигнала, или квадрату его среднеквадратичного давления, или квадрату напряжения на клеммах антенны, мерой энергии эхосигнала служит интеграл вида: Физический смысл пределов интегрирования — верхний и

Е,= '1 \vitfdt

(8)

нижний границы слоя интегрирования, причем нижняя граница слоя может быть переменной от посылки к посылки

эхолота и определяется положением дна. На практике, интеграл (8) накапливается за ряд циклов прием — передача (посылок эхолота) и его среднее значение определяется формулой:

(9)

где:

Е( — интеграл эхосигнала по формуле 8; N — число посылок эхолота.

Тогда для плотности рассеивателей, образующих интегрируемый эхосигнал, справедливо следующее выражение, известное как уравнение интегрирования:

(10)

где:

р —средняя плотность рассеивателей в интервале накопления;

С —калибровочная постоянная, зависящая от чувствительности акустического преобразователя и сквозного усиления аналоговых трактов эхолота и интегратора; 5 — ошибка компенсации потерь интенсивности на распространение и затухание звука при его распространении;

Е — среднее накопление интеграла по формуле 9;

су — среднее значение сечения обратного рассеяния объектов, образующих интегрируемый сигнал; ^ — интегральный фактор направленности антенны, идеализированное представление характеристики направлен-

ности в виде телесного угла, в пределах которого, интегрирование эхосигнала даст тот же результат, что и в пределах реальной пространственной характеристики направленности при условии случайного распределения рассеи-вателей в озвученном объеме:

) <рс ,Ф , (11)

где:

а — угол между осью диаграммы направленности и направлением на точку;

ф — угол направления на проекцию точки на плоскость антенны;

УР — интегральный фактор направленности, стерадиан. 8. Непосредственным результатом количественной оценки плотности водных биомасс гидроакустическим методом являются пространственно распределенные относительные значения плотности оцениваемых гидробионтов. Абсолютная численность (биомасса) может быть восстановлена вычислением интеграла:

0=] |рС(12)

где:

Q — абсолютное значение численности или биомассы в экземплярах или килограммах;

г (х,у) —функция, определяющая значение плотности в декартовых координатах. На практике выполняется численное интегрирование через использование интерполированных в узлы регулярной двухмерной координатной решетки пространственно распределенных значений плотности:

£=кЫ2>(*о+ад.Уо+А^), (13)

Р\Рг

где:

О — абсолютное значение численности или биомассы; г (х,у) — значение плотности в координатах ху; ах,а2 — значения интервалов между узлами решетки; Р\,Рг — целочисленные индексы, нумерация которых зависит от координат начальной точки (х0,}>0).

В Главе 2 «Математическая модель процесса количественной оценки значений плотности водных биомасс щдроакустическим

методом» приведено описание прикладной математической модели, построенной методом декомпозиции системы до уровня типовых звеньев, гидроакустического метода количественной оценки плотности водных биомасс. Метод типовых звеньев предусматривает построение ориентированного графа с ребрами, изображающими отдельные звенья системы, и теоретически и экспериментально обоснованной математическое """стемы уравнений состояния типовых звеньев: ЩI > I= ® , где: —

„ -»(0 „ -чо

оператор, связывающий входной и выходной вектора

1-го звена; 1 = 1,2,...^; ^ — число выделенных типовых звеньев. На рисунке 2 представлен ориентированный граф математической модели гидроакустического метода количественной оценки водных биомасс до уровня определения относительных значений плотности.

Рисунок 2. Графматематическоймодели гидроакустическогометода количественной оценки водныхбиомасс доуровня определения относительныхзначений плотности

Для каждого звена рассмотрены и обоснованы допущения, обеспечивающие адекватность модели реальным условиям, определены уравнения состояния звена и произведена идентификация параметров модели.

Восстановление распределения отражательной способности зарегистрированных одиночных целей производится непрямым модифицированным методом Крейга-Форбса с использование кусочно-линейных аппроксимаций входного распределения амплитуд, характеристики направленности антенны и искомого распределения отражательной способности. Вероятность нахождения одиночной цели в 1 -й эквичувствительной зоне круговой пространственной диаграммы направленности определяется выражением:

ничный угол для - й эквичувствительной зоны. Для эквичувстви-тельных зон строится и решается система линейных уравнений вида:

Аг-1 = Ропм-1 + Р\Щ-2 + • • •+Рн-1по где:

А = {Д,, А1,..., Аи_х} — вектор зарегистрированных амплитуд одиночных сигналов;

Р = {Ро > Р\ > • • ■ > Р\-1} — распределение вероятностей нахождения цели в эквичувствительной зоне;

п = {ио>и1>"->илм} — искомое распределение отражательной способности зарегистрированных одиночных целей. В вектор А

ОС, — гра-

А=Роп1+Р1по А2=р0п2+р1п1+р1щ

(14)

включаются только программно отфильтрованные максимальные значения из распределения амплитуды каждой зарегистрированной одиночной цели за все время её нахождения в зоне регистрации. Такое формирование входных данных для решения вероятностной свертки 5 с использованием кусочно-линейного аппроксимации в виде системы уравнений 14 используется впервые. Полученное решение системы 14 используется для определения искомой плотности через представление формулы интегрирования 10 в виде:

(15)

где:

рА — средняя, в интервале усреднения, плотность оцениваемых объектов;

— средняя, в интервале усреднения, сила поверхностного обратного рассеяния;

Г5 — средняя, в интервале усреднения, сила цели объектов

оцениваемого скопления, ТБ = 10 ^ —-, где о" — среднее значение сечения обратного рассеяния объектов по формуле 10.

Средняя, в интервале усреднения, сила поверхностного обратного рассеяния определяется по формуле:

&4 = 101Е£-101ЕС£4-101ёЧ' (16)

где:

— среднее, в интервале усреднения, накопление интегратора по фо»рмуле 9;

С — электроакустическая постоянная системы, параметр мо-

ЕЛ

дели, определяется специализированной гидроакустической калибровкой по эталонной цели;

¥ — интегральный фактор направленности антенны.

В Главе 3 «Программно-техническая реализация математической модели количественной оценки водных биомасс гидроакустическим методом» приведены общее описание состава и предназначения программно-технического комплекса для количественной оценки водных биомасс гидроакустическим методом АСКОР-2 и блок-схема алгоритма программной реализации модели количественной оценки водных биомасс гидроакустическим методом.

Портативный программно-технический комплекс «АСКОР-2» (далее — комплекс, система) предназначен для количественной оценки запасов водных гидробионтов гидроакустическим методом (далее — метод) в реальном и отложенном времени в научных и прикладных рыбохозяйственных работах на внутренних водоемах и прибрежных районах морей с глубиной обитания гидробионтов до 250 м. Базовой идеей при создании системы было объединение серийно выпускаемых изделий (рыбопоисковых эхолотов, приемников глобальной навигационной системы GPS и электронно-вычислительных устройств) в единый комплекс, нацеленный на решения задач метода, и возложение метрологического обеспечения метода на программное обеспечение системы. На рисунке 3 представлена блок-схема алгоритма программной реализации модели количественной оценки водных биомасс гидроакустическим методом, так, как она реализована в программе сбора и обработки информации в реальном времени в программно-техническом комплексе АСКОР-2.

Входящая в математическое обеспечение системы АСКОР-2 камеральная часть программы является настольным приложением обработки данных, полученных системой при проведении гидроакустических съемок, с целью корректной их интерпретации в значения плотностей зарегистрированных рыбных скоплений и количественной оценки рыбных запасов на обследованной акватории. В этой части программы покадрово (размер кадра определяется пользователем) выполняются все выше описанные алгоритмы (естественно за исключением считывания сигнала с эхолота и записи его на диск), но со значительными добавлениями. Покадровый просмотр файла позволяет соотнести темп восприятия информации человеком со скоростью обработки её компьютером и применить некото-

Синхроимпульс начала цикла лрнема-лередачи эхолота

Огибающая эхосигнала

Рисунок 3.

6 Визуализация процесса в виде стандартной движущейся эхограммы

Массив * ].Amp разбивается на hpuel лодмассивов п}, где kpuel - вертикальный размер в пикселях

/ W)

графического объекта, размер подмассива a=ceil\- В каждый подмассив nJ включаются

элементы массива * j,"Amp из условия fAmpt €njtd'jl l<d (jЧ 1), где / = 0,1,2,.,NP- 1, J =0,\,2,---,hpae! - l В каждом из лодмассивов производится поиск максимального значения AmpMaXj элементов массива * fArnp и для пикселя графического объекта с индексом j присваивается значение цвета из выражения

color j = Co!orltTreshold ч 3 i: AmpMaXj < Treshold н 3(/ н 1), где

Color - массив цветов условного (эргономического) соответствия амплитуда - цвет Общая палитра цветов в массиве определена автором по аналогии с такими же палитрами известных производителей гидроакустической техники "Furuno", "BioSomcs", "HTI", "Simrad", / = 0,1,2,...Д- 1, к -размерность массива Color, / = 0,1,2.....hpatl-1

Таким обратом формируете» столбец пикселей с индексом wpuet - 1, где wpud - горизонтальный размер > пикселях графического объекта На каждую посылку эхолота происходит копирование прямоугольной области графического объекта в границах recl0 ~ Кс C'/(l,0, vv^^, - 1 ,hpml- l) в

прямоугольную область графического объекта > границах recll = Rec^O.O.w^ - 2,hpud- l) и перерисовывание графического объекта

7. Определение границ слоя анализа эхосигкала, определение текущего положения дна.

При выбранном пользователе виде слоя границы слоя анализа индексами массива * J."Amp

. 2-/-Г, . 2-/т;

:ЬауеГур --¡-и LayerD0№>,=--,пк:

с с

,Г2 - границы слоя в метрах; f - частота дискретизации АЦП; с - скорость звука.

2-f-r

Для индекса Layerup вводится дополнительное ограничение Ьауегир^-—, г.че:

с

Гш - дистанция «мертвой зоны», обычно не менее 1 метра от поверхности антенны. Дистанция

«мертвой зоны» вводится для пропуска сигнала поверхностной реверберации.

В массиве * J."Amp от индекса LayerUP до индекса Layer'¡^¡^ производится поиск логического

совпадения условий: (/"Ampi > BottDiscr)&(Твогг > г), где:

BottDiscr - значение донного дискриминатора, для системы АСКОР-2 -25-20 дБ;

Хвотт • длительность донного сигнала в индексах на уровне донного дискриминатора,

определяемая как:

^ВОТТ ~ j\jAmp)<.BollDucr~'\/AmpliBollDiscr-t«-e: i,fAmp! > BottDiscr, break Layerup, LayerUP +1,.. ,,LayerBoml ,fAmpt< BottDiscr'

i + l,i + 2.....fAmp,^ BottDiscr

i,fAmp, < BottDiscr,break

X - длительность посылки эхолота в индексах.

-I

J =

В случае выполнения условия индекс положения дна определяется как: ст

BottPos — i —~. Для наследования текущего положения дна по предыдущим трём посылкам

заполняется буфер UFO BottPos[3]. Если условие не выполняется, и если предыдущее значение положения дна близко к NP, и тренд элементов массива * BottPos направлен вниз, то: BottPos = NP. В прочих случаях BottPos — Layervp, анализ эхосигнала в текущей посылке не производится.

Соответственна Layer^^ = BottPos, индикация текущей глубины в метрах, рассчитанной по

с-BottPos формуле: Depth = ——'

8 Дальнейшая обработка разделяется на потоки одиночных и групповых целей с использованием объектов класса TThread библиотеки VCL. Используется один ресурс - массив * j.'Amp.

9. Выделение одиночных целей.

В массиве * /Атр от индекса Ьауегир до индекса ЬауеГром производится поиск выполнения условия:

^пш ' ^эффект * ^целч * ^щц ' ^эффект » ГДе:

^тш'^пих - параметризуемые коэффициенты. Тцеяы - длительность сигнала в индексах на уровне порога регистрации:

ли J |/Ampj ÜTreshold 1 fAmp ^Treshold'где: i,fAmpl £ Treshold, break Layerup, Layerup +1,..., Layer¡^wn *MmPt < Treshold * i+lJ + 2,...tfAmptZ7>eshoId i,fAmpt < Treshold,break ффе„м ' эффективная длительность одиночной цели при принятом пороге регистрации по амплитуде Treshold. При невыполнении условия поиск в массиве * fAmp продолжается от индекса у - 1.

Проверяется критерий многомодальностн одиночного сигнала, прошедшего критерий длительности.

При невыполнении условия поиск в массиве * fAmp продолжается от индекса _/ Н I.

При выполнении условия, находится максимальное значение амплитуды АтрМах в массиве * fAmp в пределах [i,j]. С каждым началом интервала усреднения обнуляются элементы массива одиночных целей int * ¡Single размерностью , - 20- Treshold

а — ■ —■ ■ ^ - 1 , здесь подразумевается максимальная

амплитуда одиночной цели -20 дБ (заведомо недостижимое значение, используется только для определения заведомо достаточной размерности массива). В / -н элемент массива * iSingle добавляется единица при условии* Treshold н /: АтрМах < Treshold - (i н 1). Сформированный за интервал усреднения массив *iSingle представляет собой распределение амплитуд одиночных целей с шагом в 1 дБ для использования в формуле.

10. Корректировка потерь по линейному закону. Заполняются элементы массива float*flntegral размерностью Layer^- Layer^ Л1 используя выражение: JJntegralt = fAmp, -201gr, где:

C'i rr~~f

LayerVF: it Layer{m

Для последующего

интегрирования и

суммирования элементы массива преобразуются в виде:

flnttgral,

JIntegral, =10 10

При этом выполняются условия:

JIntegral, = JIntegral„ JAmp, 2 Treshold и

JIntegral, =0, fAmp, <Treshold

11. Квадратор. Элементы массива

* ßntegral преобразуются в виде: JIntegral, = ßntegral'; где:

LayerUFi i: Layermml

Переход на следующую страницу текста

Переход на следующую страницу текста

13. Восстановление распределения силы цели. По окончанию интервала усреднения в массиве * ¡Single отыскивается первый отличный от нуля элемент с индексом /т||| при направлении поиска i0 — iJA н первый отличный от нуля элемент с индексом f^ при направлении поиска j — Г0. Число интервалов восстановления распределения силы цели определится как: NffiT = - ima 1. Производится расчет вероятностей нахождения одиночной цели в числе эквичувствнгельных зон, равном Nint, создается и заполняется этими вероятностями массив float f Vi op[N так, чтобы fYrop[j] = pj в выражении 15. Создается массив распределения силы цели int iTS[NtfIT] .Составляется и решается относительно элементов массива * iTS система из Nint линейных уравнений по формуле 15:

¡Singlyт -1] = / Рг от ■ iTS[Nm -1]

iSmgim = f Pr op[0] /7310] + ... + / Prop[Nm -1]. iTS[Nm -1]

12. Интегратор и сумматор. Производится суммирование в

обнуляемую с каждым началом интервала

усреднения переменную float fSumm элементов массива * /Integral за текущую посылку эхолота в виде: fSumm =

1 te-LayeHif

где N • число посылок за интервал усреднения

14. Усреднение. По окончанию интервала усреднения производится вычисление среднего значения накопленного интеграла /Зитт за число посылок эхолота N в интервале усреднения: /5итт

JSumm = -

N

15. Вычисление силы поверхностного обратного рассеяния, восстановление искомого значения поверхностной плотности.

Вычисление силы поверхностного обратного рассеяния по среднему, в интервале усреднения, значению накопленного интеграла )'Зитт производится по формуле:

= 10^ $итт-Ю^С^ -10, где С£А Д - параметры системы. Расчет средней плотности в интервале усреднения может производиться с использованием средневзвешенного значения силы цели, полученного из массива * Г751:

7S = 101g

10 )

№

и далее =10 10 ,экз/м2

Расчет плотности с учетом распределения силы цели одиночных объектов в интервале усреднения может производиться с использованием элементов массива * /71?:

/7$ —

РАГ Щ ю1 » I

рые рекурсивные алгоритмы обработки, улучшающие восприятие информации пользователем и точность даваемых оценок.

В Главе 4 «Идентификация модели количественной оценки водных биомасс гидроакустическим методом на примере использования программно-технического комплекса АСКОР- 2 на разнотипных внутренних водоемах Российской Федерации» содержится описание опыта использования программно-технического комплекса АСКОР-2 на разнотипных водоемах РФ: Онежском озере, озере Байкал, Северном Каспии и Белом море. Из полученных результатов применения гидроакустического комплекса АСКОР-2 для количественной оценки запасов биоресурсов на трех разнотипных водоемах можно заключить:

— АСКОР-2 позволяет определять численность рыб дифференцированно по размерным группам, а также пространственное и вертикальное распределение плотностей скоплений с определением их местонахождения;

— данные АСКОР-2 хорошо согласуются с результатами контрольных обловов, как в отношении количественной оценки, так и в определении размерного распределения исследуемых популяций;

— применение АСКОР-2 на промысле для определения наибольших скоплений разноразмерных рыб дает возможность правильно распределять промысловую базу и оперативно облавливать концентрации рыб;

— перечисленные выше свойства АСКОР-2, в сочетании с изучением биологических особенностей популяций рыб, позволяют организовать эффективный, экономически рентабельный лов, а также выработать стратегию рациональной эксплуатации промысловых стад на водоемах.

В заключении сформулированы основные выводы и рекомендации по проведенному исследованию.

1. При выполнении принятой в работе системы допущений и предложенных алгоритмов идентификации параметров

обеспечивается адекватность разработанной модели и ее программно-технической реализации базовому положению гидроакустического метода количественной оценки водных биомасс о линейной зависимости между энергией эхосиг-нала и плотностью рассеивателей, его образовавших.

2. Определение плотности гидробионтов, как конечного результата решения обратной задачи рассеяния применительно к гидроакустическому методу оценки водных биомасс, имеет однозначное решение при известном составе зарегистрированных рассеивателей (распределении отражательной способности). Распределение отражательной способности зарегистрированных рассеивателей может быть восстановлено анализом эхосигнала прямыми или непрямыми методами или быть внешним параметром системы, получаемым по данным промысловой статистики или контрольных обловов.

3. Использование гидроакустического метода количественной оценки водных биомасс предоставляет исследователю объективный, оперативный и экономически эффективный способ решения актуальной задачи получения возобновляемого количественного знания о состоянии эксплуатируемых водных биоресурсов.

4. Использование разработанного на базе описанной модели программно-технического комплекса АСКОР-2 на разнотипных внутренних водоемах Российской Федерации показало объективность получаемых данных и их сопоставимость с результатами, полученными другими методами.

список опубпиковпнныХ стАтей ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Дегтев А. И. Статистический анализ результатов эхосъемок. Инструментальные методы оценки запасов промысловых объектов: Сб. науч. тр. /ПИНРО - ВНИРО. - Мурманск, 1988;

2. Дегтев А. И., Ивантер Д. Э. Автоматизированная система количественной оценки рыбных запасов гидроакустическим методом АСКОР-2. «Рыбное хозяйство», № 4,2002;

3. Дегтев А. И., Сычев А. Н. Количественная оценка рыбных ресурсов с использованием гидроакустического комплекса АСКОР-2. «Рыбное хозяйство», № 5, 2002;

4. Ермолин В. П., Сычев А. Н., Дегтев А. И. Оценка запасов рыб на Волгоградском водохранилище с помощью гидроакустических приборов. УДК639. 2.053. 8. «Рыбное хозяйство», № 12, 1990;

5. Пронина О. А., Дегтев А. И., Кудрявцев В. И., Воробьев А. В. Опыт количественной оценки запасов макрофитов Белого Моря гидроакустическим методом. «Рыбное хозяйство», № 3,2004;

6. Auvinen H., Bergstrand E., Degtev A., Enderlein О., Jurvelius J., Knudsen F., Peltonen H., Lilja J., Marjomaki Т., Lindem T. Comparison and development of assessment methods for pelagic fish stocks in northern great lakes. Final report. Financed by the Nordic Council of Ministers. Project number 661045. Journal number 66010211301. January 10, 2003. Enonkoski, Finland.

Подписано в печать 02.11.04. Формат 60x84 '/16 Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,1. Усл. кр.-отт. 13. Тираж 100 экз. Изд. № 211

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Отпечатано в типографии Издательства ПетрГУ

185910; Петрозаводск, пр. Ленина, 33

122093

РНБ Русский фонд

2005-4 19280

Введение

Актуальность исследования

Цели и задачи исследования

Объект исследования

Предмет исследования

Методологическая и теоретическая основа исследования

Информационная база исследования

Научная новизна исследования

Практическая значимость работы

Апробация результатов исследования

Глава 1. Физические и методические основы гидроакустического метода количественной оценки водных биомасс

1.1 Краткий экскурс в историю развития гидроакустического метода количественной оценки водных биомасс

1.2 Физические основы гидроакустического метода количественной оценки водных биомасс

1.3 Анализ методики гидроакустической оценки локализованных значений плотности гидробионтов

1.4 Анализ методики получения абсолютных значений численности (биомассы) гидробионтов по данным гидроакустической оценки локализованных значений плотности

1.5 Выводы из проведенного анализа процесса количественной оценки численности (биомассы) гидробионтов гидроакустическим методом

Глава 2. Математическая модель процесса количественной оценки значений плотности водных биомасс гидроакустическим методом

2.1 Структурная схема модели

2.2 Основные допущения, принятые в модели

2.3 Идентификация параметров модели

Глава 3. Программно-техническая реализация математической модели количественной оценки водных биомасс гидроакустическим методом

3.1 Общее описание состава и предназначения программно-технического комплекса для количественной оценки водных биомасс гидроакустическим методом АСКОР

3.2 Блок-схема алгоритма программной реализации модели количественной оценки водных биомасс гидроакустическим методом

Глава 4. Идентификация модели количественной оценки водных биомасс гидроакустическим методом на примере использования программно-технического комплекса АСКОР-2 на разнотипных внутренних водоемах Российской Федерации

Мировая добыча рыбы и морепродуктов непрерывно растет, и её годовой уровень, по данным 11родовольственной и Сельскохозяйственной Организации Объединенных Наций (ФЛО ООН), уже превысил 140 миллионе» тонн [33], динамика добычи может быть проиллюстрирована графиком на рисунке !.

Гады

Рис. 1. Динамика мирового вылова всех промысловых объектов (без китов и морского зверя), 1990 - 2000 годы

По данным ФАО, среди рыбо добывающих стран по состоянию на 2000 год. Россия занимает седьмое место после Китая. Перу, Японии, США. Чили и Индонезии [32]. Данные по годовому вылову основных гидробионтов по Российской Федерации за 2001 -2002 года приведены в таблице 1, данные ФАО [33].

Таблица 1. Вылов основных гидробионтов Российской Федерации за 2001 - 2002 годы

Районы 2001 г. 2002 г. с водорослями в сыром весе) (с водорослями в сыром весе)

Всего 3 746 813 т 3 389 061 т

Внутренние районы 295 949 т 309 531 т

В том числе:

Пресноводные водоемы 243 297 т 269 575 т

Каспийское море 52 652 т 39 956 т

Морские районы 3 450 864 т 3 079 530 т

Устойчивое хозяйственное использование водных биоресурсов требует постоянного, объективного и регулярно возобновляемого количественного знания о состоянии запаса используемой популяции. Задача количественной оценки запасов биоресурсов традиционно решалась выборочными контрольными обловами сетными или траловыми орудиями лова и использованием данных промысловой статистики. Технология проведения выборочных обловов требует значительных временных и материальных затрат, объемы получаемых выборочных материалов зачастую малы из-за ограниченности выделяемых на исследования ресурсов. В России, в связи с изменением в девяностые годы прошлого столетия общей экономической модели развития общества, резко упала достоверность данных промысловой статистики из-за недисциплинированности и бесконтрольности множества частных рыбопромышленников в условиях рыночных отношений. На внутренних водоемах России, задача эффективного и достоверного знания количественных параметров состояния той или иной популяции промысловых гидробионтов становится еще более насущной, в связи с усиливающимся отрицательным антропогенным влиянием на окружающую среду и экономической неготовностью общества к принятию масштабных мер по сохранению и поддержанию водоемов в экологическом состоянии, обеспечивающем воспроизводство биоресурсов.

Для дистанционной регистрации гидробионтов, в целях их количественной оценки, используются методы различной физической природы: электромагнитной (в оптическом диапазоне) и акустической. В силу физической природы водной среды и её обычной замутненности мелкими живыми и неживыми объектами, дальность оптической регистрации объектов в воде ограничена несколькими метрами, что не удовлетворяет граничным условиям распределения интересующих объектов в толще воды. В отличие от электромагнитных, акустические волны в водной среде распространяются на значительно большие дистанции, в вертикальном направлении практически перекрывающие диапазон глубин, в пределах которых обитают объекты, охваченные рыбохозяйственной деятельностью человечества, и представляющие интерес для количественной оценки их численности или биомассы.

Гидроакустические приборы, такие как рыбопоисковые эхолоты, гидролокаторы, траловые зонды и другие, получили широчайшее применение в рыбной промышленности во всем мире и способствовали интенсификации промысла. В научных исследованиях, к которым относится количественная оценка водных гидробионтов, признание важности и объективности использования гидроакустики растет из года в год. Спектр применения гидроакустических приборов в научных исследованиях весьма широк: это и поиск гидробионтов, и изучение их распределения в толще воды и по акватории, и мечение рыб и других животных акустическими метками для изучения миграций, и акустический учет проходящих рыб в реках и рыбопропускных сооружениях при плотинах, и биоакустика, изучающая звуки живых существ, и многое другое. Количественная оценка гидробионтов, возможно, является самым важным применением гидроакустики в рыбохозяйственных научных исследованиях [64].

На начальных этапах применения гидроакустического метода количественной оценки водных биомасс его внедрение сдерживалось не только отсутствием специализированной техники и детально разработанной методики, но и необходимостью использования высококвалифицированного и специально подготовленного инженерного персонала для проведения измерительного процесса, которым, по сути, является рассматриваемый метод. Развитие метода, накопление опыта его практического использования на разных объектах, современный уровень средств электронно-вычислительной техники и разработки программного обеспечения позволяют сделать возможным практическое использование метода конечными пользователями -биологами. Именно такое направление практического использования гидроакустического метода количественной оценки водных биомасс наблюдается в развитых странах. Имея возможность использовать результаты оперативной гидроакустической оценки состояния исследуемой популяции наряду с биологическими данными многолетних наблюдений с большим объемом статистики, исследователь может решать сложные вопросы регулирования промысла конкретного объекта на конкретном водоеме. Предоставление специалистам - биологам, занимающимся регулированием промысла на внутренних водоема России, возможности использования объективно зарекомендовавшего себя гидроакустического метода количественной оценки водных биомасс, представляется и важным и актуальным.

Рациональный промысел основывается на научно обоснованных квотах вылова конкретных объектов, в мировой практике квотирование все чаще решается по результатам оценки численности или биомассы гидроакустическим методом.

Правительством РФ утверждена «Концепция развития рыбного хозяйства Российской Федерации (2003 - 2020 гг.)», призванная определить порядок использования биоресурсов российскими рыбаками и внести значительные улучшения в систему управления рыболовством и биоресурсами российских морей и внутренних водоемов. Одним из важнейших направлений и задачей рыбохозяйственной науки на первом этапе реализации Концепции (2003 - 2005 гг.) признано следующее: «Существенное повышение качества оценки запасов и определения объемов ОДУ (общий допустимый улов), которое возможно лишь при использовании всей доступной информации и применения передовых технологий» [32].

Цели и задачи исследования

Гидроакустический метод оценки водных биомасс представляет собой комплексный и многостадийный процесс, основывающийся на фундаментальных физических знаниях о распространении и рассеянии ультразвука в воде, теории эхолокации, теории эксперимента и измерений, современных достижениях радиотехники, гидроакустической и электронно-вычислительной техники, прикладной математике и математической статистике, биологии и рыбохозяйственной науке. Комплексное теоретическое обоснование метода и методические указания по его использованию изложены во многих изданиях, только частично приведенных в библиографии [6,47,62,64, 61].

Целью выполненной диссертационной работы была разработка, через анализ теоретических основ и прикладных аспектов предмета исследований, и программная реализация эффективных численных методов гидроакустического метода оценки водных биомасс на внутренних водоемах с использованием ЭВМ.

Задачами проведенного исследования были: анализ физической модели гидроакустического метода количественной оценки водных биомасс; анализ математической модели гидроакустического метода количественной оценки водных биомасс; разработка алгоритмов реализации математической модели гидроакустического метода количественной оценки водных биомасс; разработка и программная реализация алгоритма выделения одиночных целей; разработка и программная реализация алгоритмов непрямого восстановления распределения силы цели одиночных объектов; разработка и программная реализация алгоритмов выделения донного сигнала. Этот аспект задачи характерен для внутренних водоемов, здесь, в отличие от условий открытого моря, диапазон глубин, в пределах которого происходит оценка запаса, практически всегда ограничен снизу изменчивым положением дна; разработка комплекса прикладных программ на языке высокого уровня, обеспечивающего работу программно-технического комплекса АСКОР-2. Название комплекса является аббревиатурой от словосочетания «Автоматизированная Система Количественной Оценки Рыбных запасов», вторая модификация. Разработка системы АСКОР-2 производились автором в Северном научно-исследовательском институте рыбного хозяйства Петрозаводского государственного университета (СевНИИРХ ПетрГУ) в развитие работ лаборатории гидроакустики института СеврыбНИИпроект по системе АСКОР, выполнявшихся в восьмидесятых годах; анализ практических результатов, полученных при проведении количественной оценки разнотипных гидробионтов на разнотипных внутренних водоемах РФ гидроакустическим методом, с использованием программно-технического комплекса АСКОР-2 и разработка практических рекомендаций по использованию метода.

Объект исследования

Объектом проведенных в выполненной диссертационной работе исследований был процесс интерпретации физического явления - звукового давления акустического эхосигнала в информацию о количестве и размерном составе популяции рассеивателей биологической природы, как части более широкой обратной задачи рассеяния.

Предмет исследования

Предметом исследования были численные методы реализации гидроакустического метода оценки водных биомасс с использованием средств электронно-вычислительной техники.

Методологическая и теоретическая основа исследования

Методологическую и теоретическую основу проведенных в диссертации исследований составили труды отечественных и зарубежных авторов в таких областях науки, как акустика и гидроакустика, радиотехника и вычислительная техника, теория вероятностей и математическая статистика, биология и рыбохозяйственная наука, математическое моделирование и программирование. В работе над диссертацией использовались методы прикладной математики, математического моделирования, теории вероятностей, математической статистики, математического программирования, теории графов, натурного эксперимента. Реализация алгоритмов и отладка программ производилась с использованием методов объектно-ориентированного и визуального программирования.

При написании работы автор использовал теоретические и практические результаты, полученные доктором технических наук Кудрявцевым В.И., доктором биологических наук Сечиным Ю.Т., доктором технических наук Юдановым К.И., доктором технических наук Чернецким В.И. и рядом других известных исследователей, работающих по данной, или близкой к ней, проблематике.

Информационная база исследования

Информационной базой, использованной автором при работе над диссертацией, служили научные источники в виде данных и сведений из книг и журналов, доклады на научных конференциях и семинарах, научные отчеты, публикации в Интернете, нормативная техническая документация (ГОСТы, ТУ, инструкции по эксплуатации, руководства пользователя и разработчика), результаты собственных расчетов и натурных экспериментов.

Научная новизна исследования

1. Разработана математическая модель, реализующая гидроакустический метод количественной оценки плотности водных биомасс.

2. Разработаны программно реализуемые алгоритмы идентификации параметров построенной модели.

3. На базе построенной модели разработан программно-технический комплекс по количественной оценке плотности гидробионтов гидроакустическим методом АСКОР-2 с использованием серийного эхолота, средств электронно-вычислительной техники и спутникового навигационного приемника системы GPS.

4. Проведена идентификация модели с использованием комплекса АСКОР-2 на разнотипных водоемах РФ. Проведены сравнения результатов системы АСКОР-2 по оценке плотности оцениваемых гидробионтов и восстановленного размерного распределения рыб с данными, полученными другими методами, в том числе контрольными обловами.

5. Разработан пакет прикладных программ, состоящий из математического обеспечения процесса сбора информации при проведении гидроакустических съемок, программы камеральной обработки данных, полученных при проведении гидроакустических съемок, программы калибровки системы по отклику от эталонной цели.

6. Выполнено улучшение алгоритма непрямого восстановления распределения отражательной способности одиночных целей (восстановление размерного состава рыб) на базе известного метода Крейга-Форбса. Автором впервые использовались только максимальные значения амплитуд эхосигналов от одиночных целей, а не всего ансамбля регистраций каждой одиночной цели за ряд посылок эхолота. Программно реализованный алгоритм поиска максимумов указанных амплитуд не ограничен ни числом одиночных целей, ни числом регистраций каждой одиночной цели. Такое формирование исходного, для решения задачи восстановления искомого распределения отражательной способности одиночных целей, распределения амплитуд одиночных сигналов повышает точность и эффективность даваемых количественных оценок.

Практическая значимость работы

Результаты проведенного в настоящей диссертационной работе исследования имеют практическое значение, прежде всего, в рыбохозяйственной науке, в той её части, которая занимается непосредственно определением запасов эксплуатируемых человеком водных биоресурсов. Непосредственными основными пользователями разработанной системы гидроакустической оценки водных биомасс являются государственные отраслевые научно-исследовательские организации, осуществляющие регулирование рыбохозяйственной деятельности на внутренних водоемах Российской Федерации. Система, разработанная на основании предлагаемой работы, может использоваться и в прямой рыбохозяйственной деятельности, как средство оперативного получения информации о распределении охваченного промыслом биоресурса по акватории эксплуатируемого водоема в целях эффективного использования флота и орудий лова. В таком аспекте, результаты проведенного исследования и разработанная система количественной оценки водных биомасс, могут использоваться рыбопромышленными субъектами всех форм собственности. Еще одним направлением использования полученных результатов, являются экологические исследования на внутренних водоемах, с использованием полученных количественных данных о состоянии исследуемой популяции, как средства оценки экологического состояния водоема в условиях антропогенного воздействия. Такой аспект практического использования предлагаемой работы применим, к примеру, на водохранилищах ГЭС и АЭС. Не менее важным, чем указанные выше, является образовательный аспект практического использования полученных результатов и выполненной разработки. Использование разработанной, на основании изложенного в предлагаемой диссертационной работе исследования, системы АСКОР-2 и полученных демонстрационных материалов, в учебном процессе подготовки гидробиологов и ихтиологов, может углубить получаемые ими знания непосредственно о собственном предмете и дать практические навыки использования современных средств электронно-вычислительной техники и приборов в реальной жизни.

Апробация результатов исследования

Основные результаты предлагаемой диссертационной работы получены автором в результате выполнения работ по Государственным контрактам № 65-01/2001 от 01.01.2001, № 65-01/2002 от 01.01.2002 и № 65-01/2003 от 01.01.2003 между Государственным комитетом Российской Федерации по рыболовству и институтом СевНИИРХ Петрозаводского государственного университета, и по договорам на разработку и создание научно-технической продукции между институтом СевНИИРХ Петрозаводского государственного университета и федеральным государственным предприятием ВостСибрыбцентр (Улан-Удэ), институтом КаспНИИРХ (Астрахань) и институтом СевПИНРО (Архангельск). Текущие, промежуточные и окончательные результаты проводимых исследований, составившие основу предлагаемой к рассмотрению работы, регулярно заслушивались на Ученом Совете Северного научно-исследовательского института рыбного хозяйства Петрозаводского государственного университета (СевНИИРХ ПетрГУ).

Результаты проведенного в предлагаемой работе исследования реализованы в системе количественной оценки водных биомасс гидроакустическим методом АСКОР-2. Апробация системы проходила в 2000 - 2003 годах на разнотипных внутренних водоемах Российской федерации с проведением количественных оценок рыбных и нерыбных объектов. В указанный период проводились экспериментальные, демонстрационно-сравнительные работы и практические гидроакустические съемки по количественной оценке запасов биоресурсов на следующих водоемах Российской Федерации: озеро Байкал, заказчик - ФГУП «ВостСибрыбцентр; Северный Каспий, заказчик - институт КаспНИИРХ; Белое Море, заказчик - институт СевПИНРО;

Куйбышевское водохранилище на реке Волга, заказчик - Татарское отделение института ГосНИОРХ; Онежское озеро, заказчик - Госкомрыболовство PK; Озеро Сайма, Финляндия. По заказу Совета Министров Северных стран проводились международные работы по сопоставлению методик использования гидроакустического метода оценки водных биомасс. Полученные количественные данные использовались заказчиками при регулировании промысла на указанных водоемах. При выполнении практических гидроакустических съемок проводилось обучение персонала заказчика методике получения гидроакустической оценки запаса изучаемого объекта.

Результаты проведенных исследований докладывались автором на следующих собраниях, семинарах, симпозиумах и коллоквиумах:

1. Собрание членов Росрыбхоза и заседание Совета Росрыбхоза 29 марта 2001 г., г.Москва. Доклад Дегтев А.И., Сычев А.Н. «Использование гидроакустического комплекса АСКОР-2 для определения запасов рыб».

2. Отраслевое совещание по проблемам промышленного рыболовства и производства товарной рыбы во внутренних водоемах России 8-11 октября 2001 г. п.Рыбное Дмитровского р-на, Московской обл. Доклад: Дегтев А.И. (СевНИИРХ), Соколов A.B. (ВостСибрыбцентр) «Перспективы использования гидроакустических комплексов при оценке абсолютной численности рыб».

3. Международный семинар «Изменение экосистемы Каспийского моря в условиях активизации ресурсной деятельности» 17-18 октября 2001 г., Астрахань. Доклады: Дегтев А.И. «Автоматизированная система количественной оценки рыбных запасов гидроакустическим методом АСКОР-2»; Сычев А.Н., Дегтев А.И. «Опыт и перспективы оценки рыбных запасов гидроакустическим методом на внутренних водоемах на примере оз. Онежское, Байкал и Северной части Каспийского моря».

4. Международный семинар по научно-образовательному проекту МОК ЮНЕСКО «Каспийский плавучий университет» 29 марта 2002 г. г. Астрахань. Доклад: Дегтев А.И., Сычев А.Н «Опыт и перспективы оценки рыбных запасов гидроакустическим методом».

5. Второй международный симпозиум «Экологические эквивалентные и экзотические виды гидробионтов в великих и больших озерах мира» 27-31 августа 2002 г. Улан-Удэ. Доклад: Дегтев А.И. «Результаты гидроакустических исследований по количественной оценке рыбных ресурсов озера Байкал с использованием комплекса АСКОР-2».

6. Отраслевое совещание-семинар «Проблемы изучения сырьевых ресурсов больших рек Сибири и Дальнего Востока» 22-27 сентября 2003 г., г. Хабаровск. Доклад: Дегтев А.И. «Автоматизированная система количественной оценки водных биомасс гидроакустическим методом («АСКОР-2»)».

7. Расширенный коллоквиум лаборатории методов и средств гидроакустических съемок биоресурсов, лаборатории системного анализа биоресурсов и лаборатории интенсивности рыболовства 24 ноября 2003 г., ВНИРО, г. Москва. Доклад: Дегтев А.И. «О результатах регулярных акустических съемок байкальского омуля (2000 -2003 гг., в том числе в 2003 г. с участием ВНИРО) на судне ВостСибрыбцентра с помощью разработанной СевНИИРХом системы АСКОР-2»

В ходе работы над изложенным в предлагаемой диссертацией исследованием и реализацией программно-технического комплекса количественной оценки водных биомасс АСКОР-2 автором сделаны следующие публикации в виде статей и тезисов докладов:

1. Дегтев А.И. Статистический анализ результатов эхосъемок. Инструментальные методы оценки запасов промысловых объектов: Сб. науч. тр./ПИНРО - ВНИРО. -Мурманск, 1988;

2. Дегтев А.И., Ивантер Д.Э. Автоматизированная система количественной оценки рыбных запасов гидроакустическим методом АСКОР-2. «Рыбное хозяйство», № 4,2002;

3. Дегтев А.И., Сычев А.Н. Количественная оценка рыбных ресурсов с использованием гидроакустического комплекса АСКОР-2. «Рыбное хозяйство», № 5,2002;

4. Ермолин В.П., Сычев А.Н., Дегтев А.И. Оценка запасов рыб на Волгоградском водохранилище с помощью гидроакустических приборов. УДК 639.2.053.8. «Рыбное хозяйство», № 12, 1990;

5. Пронина O.A., Дегтев А.И., Кудрявцев В.И., Воробьев A.B. Опыт количественной оценки запасов макрофитов Белого Моря гидроакустическим методом. «Рыбное хозяйство», № 3, 2004;

6. Auvinen H., Bergstrand E., Degtev A., Enderlein O., Jurvelius J., Knudsen F., Peltonen H., Lilja J., Maijomaki Т., Lindem T. Comparison and development of assessment methods for pelagic fish stocks in northern great lakes. Final report. Financed by the Nordic Council of Ministers. Project number 661045. Journal number 66010211301. January 10, 2003. Enonkoski, Finland.

7. Отраслевое совещание по проблемам промышленного рыболовства и производства товарной рыбы во внутренних водоемах России 8-11 октября 2001 г. п.Рыбное Дмитровского р-на, Московской обл. Доклад: Дегтев А.И. (СевНИИРХ), Соколов A.B. (ВостСибрыбцентр) «Перспективы использования гидроакустических комплексов при оценке абсолютной численности рыб».

8. Международный семинар «Изменение экосистемы Каспийского моря в условиях активизации ресурсной деятельности» 17-18 октября 2001 г., Астрахань. Доклады: Дегтев А.И. «Автоматизированная система количественной оценки рыбных запасов гидроакустическим методом АСКОР-2»;

9. Сычев А.Н., Дегтев А.И. «Опыт и перспективы оценки рыбных запасов гидроакустическим методом на внутренних водоемах на примере оз. Онежское, Байкал и Северной части Каспийского моря».

10. Международный семинар по научно-образовательному проекту МОК ЮНЕСКО «Каспийский плавучий университет» 29 марта 2002 г. г. Астрахань. Доклад: Дегтев А.И., Сычев А.Н «Опыт и перспективы оценки рыбных запасов гидроакустическим методом».

11. Второй международный симпозиум «Экологические эквивалентные и экзотические виды гидробионтов в великих и больших озерах мира» 27-31 августа 2002 г. Улан-Удэ. Доклад: Дегтев А.И. «Результаты гидроакустических исследований по количественной оценке рыбных ресурсов озера Байкал с использованием комплекса АСКОР-2».

12. Отраслевое совещание-семинар «Проблемы изучения сырьевых ресурсов больших рек Сибири и Дальнего Востока» 22-27 сентября 2003 г., г. Хабаровск. Доклад: Дегтев А.И. «Автоматизированная система количественной оценки водных биомасс гидроакустическим методом («АСКОР-2»)».

Заключение

1. При выполнении принятой в работе системы допущений и предложенных алгоритмов идентификации параметров обеспечивается адекватность разработанной модели и ее программно-технической реализации базовому положению гидроакустического метода количественной оценки водных биомасс о линейной зависимости между энергией эхосигнала и плотностью рассеивателей, его образовавших.

2. Определение плотности гидробионтов, как конечного результата решения обратной задачи рассеяния применительно к гидроакустическому методу оценки водных биомасс, имеет однозначное решение при известном составе зарегистрированных рассеивателей (распределении отражательной способности зарегистрированных рассеивателей). Распределение отражательной способности зарегистрированных рассеивателей может быть восстановлено анализом эхосигнала прямыми или непрямыми методами или быть внешним параметром системы, получаемым по данным промысловой статистики или контрольных обловов.

3. Использование гидроакустического метода количественной оценки водных биомасс предоставляет исследователю объективный, оперативный и экономически эффективный способ решения актуальной задачи получения возобновляемого количественного знания о состоянии эксплуатируемых водных биоресурсов.

4. Использование разработанного на базе описанной модели программно-технического комплекса АСКОР-2 на разнотипных внутренних водоемах Российской Федерации показало объективность получаемых данных и их сопоставимость с результатами, полученными другими методами.

1. Акустика океана. Под ред. JI.M. Бреховских. М.: Наука, 1974

2. Архангельский А.Я. Функции С++, С++ Builder, API Windows (справочное пособие). М.: БИНОМ, 2000.

3. Афифи А.,Эйзем С. Статистический анализ. Подход с использованием ЭВМ.- М.: Мир, 1982.

4. Багдади Ш. Практика Direct3DRM на Borland С++ Builder. СПб.: «Невский диалект», 2000

5. Бальян Р.Х., Батаногов Э.В, Богородицкий A.B. и др. Терминологический словарь-справочник по гидроакустике. Л.: Судостроение, 1989

6. Боббер Р. Гидроакустические измерения: Пер. с англ. М.:Мир, 1974.

7. Богородский A.B., Яковлев Г.И., Корепин Е.А., Должников А.К. Гидроакустическая техника освоения океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1984

8. Вопросы промысловой гидроакустики: Сборник научных трудов / Под ред. В.Д.Теслера. М.:ВНИРО, 1999

9. Гусак A.A. Высшая математика. В 2-х т. Учебное пособие для студентов вузов. -Мн.: ТетраСистемс, 2000.

10. Дегтев А.И., Ивантер Д.Э. Автоматизированная система количественной оценки рыбных запасов гидроакустическим методом АСКОР-2. «Рыбное хозяйство», № 4, 2002

11. Дегтев А.И., Сычев А.Н. Количественная оценка рыбных ресурсов с использованием гидроакустического комплекса АСКОР-2. «Рыбное хозяйство», № 5, 2002

12. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы обработки данных. М.: Мир, 1982.

13. Евтютов А.П. и др. Справочник по гидроакустике. Л.: Судостроение, 1982

14. Ермольчев В.А., Похилюк B.B. Методические рекомендации по проведению гидроакустических съемок запасов сельди Белого моря. — Мурманск: ПИНРО, 1987

15. Кастеллани К. Автоматизация решения задач управления: Пер. с франц. М.:Мир, 1982

16. Кендалл М., Стьюарт А. Теория распределений: Пер. с англ. М.: 1966

17. Клейнен Дж. Статистические методы в имитационном моделировании: Пер. с англ. -М.: 1978

18. Кобяков Ю.С., Кудрявцев H.H., Тимошенко В.И. Конструирование гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры. -J1.: Судостроение, 1986.

19. Кощеев В. А. Автоматизация статистического анализа данных: пакеты прикладных программ. -М.: Наука, 1988.

20. Красильников С.Н., Топилин A.B. Справочная информация и рекомендации по проведению гидроакустических съемок. Обзорная информация. Серия: Промысловая радиоэлектронная аппаратура. М.: ЦНИИТЭИРХ, 1990

21. Кудрявцев В.И. Промысловая гидроакустика и рыболокация. М.: Пищевая промышленность, 1978

22. Мамылов B.C. Результаты оценки силы цели «in situ» на частоте 38 кГц для основных промысловых объектов Северной Атлантики. Инструментальные методы оцеки запасов промысловых объектов: Сб. науч. тр./ПИНРО ВНИРО. -Мурманск, 1988

23. Мамылов B.C. и др. Методические рекомендации по проведению многовидовой тралово-акустической съемки. Мурманск: ПИНРО, 1989

24. Мамылов B.C. и др. Руководство по сбору и первичной обработке акустической информации в процессе тралово-акустических съемок. Мурманск: ПИНРО, 1989

25. Модуль Е-330. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ЗАО "L-Card", Москва, 2000

26. Модуль Е-440. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ЗАО "L-Card", Москва, 2001

27. Мясников B.C. Руководство по акустической оценке подводных биомасс с помощью эхоинтегрирующего комплекса САРГАН-СИОРС. Владивосток, ТИНРО, 1987

28. Павлов Г.Н. Промысловые гидроакустические приборы. М.: Агропромиздат, 1987

29. Подводная акустика. Цикл лекций, прочитанных на курсах НАТО. Под редакцией Л.М. Бреховских. / Пер. с англ. М.: Мир, 1970

30. Реймерс Н.Ф. Популярный биологический словарь. М.: Наука, 199032. «Рыбное хозяйство», 2003, № 633. «Рыбное хозяйство», 2003, № 3

31. Рыбохозяйственные исследования с помощью подводной и гидроакустической техники. Труды ПИНРО, выпуск 44, 1980.

32. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов, Питер, СПб, 2002

33. Страуструп Б. Язык программирования С++. В 2-х т. Пер. с англ. Киев, «Диасофт», 1993.

34. Том Сван. Программирование для Windows в Borland С++: Пер. с англ. М.: БИНОМ, 1995

35. Урик Роберт Дж. Основы гидроакустики/ Пер. с англ. J1.: Судостроение, 1978

36. Холингвэрт Дж., Батгерфилд Д., Сворт Б. и др. С++ Builder 5. Руководство разработчика. В 2-х т. М.: издательский дом «Вильяме», 2001

37. Чернецкий В.И. Математическое моделирование динамических систем. Петрозаводский государственный университет, Петрозаводск, 1996

38. Чернецкий В.И. Математическое моделирование стохастических систем. Петрозаводский государственный университет, Петрозаводск, 1994

39. Шишкова Е.В. Физические основы рыболокации. М.: Пищепромиздат. 1963

40. Шульц Ю. Электроизмерительная техника: 1000 понятий для практиков: Справочник: Пер. с нем. М.: Энергоатомиздат, 1989

41. Юданов К.И. О дальности действия гидроакустических рыбопоисковых приборов. «Рыбное хозяйство», 1969, № 8

42. Юданов К.И. Отражательная способность рыбных скоплений. «Рыбное хозяйство», 1972, №5

43. Юданов Л.И., Калихман И.Л., Кочиков В.Н., Теслер И.Д., Котенев Б.Н. Комплексные съемки рыбопромысловой обстановки. М., ВНИРО, 1988

44. Юданов К.И., Калихман И.Л., Теслер В.Д. Руководство по проведению гидроакустических съемок. М. ВНИРО, 1984.

45. Юдович Ю.Б. Промысловая разведка рыбы. М. Пищевая промышленность, 1974

46. Яншин В.В., Калинин Г.А. Обработка изображений на языке Си для IBM PC: Алгоритмы и программы. М.: Мир, 1994.

47. Aglen A. Random errors of acoustic fish abundance estimates in relation to the survey grid density applied. FAO Fish. Rep., 300, 1983

48. Borland С++ Builder 5 for Windows 2000/98/95/NT. Developer's Guide. Printed in U.S.A, Inprise Corporation, 2000.

49. Clay C.S. Deconvolution of the fish scattering PDF from the echo PDF for a single transducer sonar. J. acoust. Soc. Am.,73, 1989 94

50. Craig R.E., Forbes S.T. A sonar for fish counting. FiskDir. Skr. Ser. Havunders., 15, 1969

51. Del Grosso V.F., Mader C.W. Speed of sound in pure water. J. acoust. Soc. Am., 52, 1972

52. Dragesund O., Olsen S. On the possibility of estimating year-class strength by measuring echo-abundance of 0-group fish. FiskDir. Skr. Ser. Havunders., 13, 1965

53. Ehrenberg J.E. A method for extracting the fish target strength distribution from acoustic echoes. Conference 13-15 September 1972, Newport, Rhode Island, New York, USA. Proc. 1972 IEEE Conf. Eng. Ocean Environ., IEEE, New York, 1972

54. Fleichman S., Burwen D. Correcting for position-related bias in estimates of the acoustic backscattering cross-section. . Aquat. Living Resour. 13, 2000

55. Foote K.G. Optimizing cooper spheres for precision calibration of hydroacoustic equipment. J. acoust. Soc. Am., 71, 1982

56. Foote K.G. Fish target strengths for use in echo integrator system. J. acoust. Soc. Am., 82,1987

57. Haslett, R.W.G. Determination of the acoustic back-scattering patterns and cross section offish. Br. J. Appl.Phys., 13

58. Johannesson K.A., Mitson R.B. Fisheries acoustics. A practical manual for aquatic biomass estimation. //Roma, FAO Fisheries Technical Paper 240. 1984

59. Kancurik P. Hydroacoustic biomass estimation techniques. NUREG/CR-2838 ORNL/TM-8304. Prepared by the OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY. Operated by UNION CARBIDE CORPORATION for the department of energy. 1982

60. Kieser R., Mulligan T., Ehrenberg J. Observation and explanation of systematic split-beam angle measurement errors. Aquat. Living Resour. 13, 2000

61. MacLenan D.N., Simmonds E.J. Fisheries Acoustics. London, Chapman & Hall, 1992

62. MacLennan D.N., Forbes S.T. Fisheries acoustics: a review of general principles. Rapp. P.-v. Reun. Cons. Perm. Int. Explor. Mer, 184, 1984

63. Mulligan T. Shallow water fisheries sonar: a personal view. Aquat. Living Resour. 13, 2000

64. Rivoirard J., Simmonds J., Foote K., Fernandez P., BezN. Geostatistics for estimating fish abundance. Blackwell Science, Ltd., London, 2000

65. Simrad. EY-500 User Manual. Norway, 1995

66. Surfer 8. User's guide. Golden Software, Inc., Colorado, 2000