автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.17, диссертация на тему:Совершенствование методов технического анализа ярусных рыболовных систем с использованием математического моделирования

□□34765Б5 На правах рукописи

УДК 639.2.081.001.57

Габрюк Людмила Александровна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ТЕХНИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ЯРУСНЫХ РЫБОЛОВНЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Специальность 05.18.17 «Промышленное рыболовство»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2009

003476565

Работа выполнена на кафедре Вычислительной техники Морского государственного университета им. адм. Г.И. Невельского и в Центре компьютерных технологий в рыболовстве и образовании Дальрыбвтуза, г. Владивосток

Ведущая организация: ФГУП «Полярный научно-исследовательский институт морского рыбного хозяйства и океанографии им. Н.М.Книповича» (ФГУП ПИНРО)

заседании диссертационного совета Д 307.004.03 при ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии» по адресу: 107140, Москва, ул. Верхняя Красносельская, д.17 факс: (499)264-91-87, e-mail: fi5hing@vniro.ru С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП «ВНИРО»

Научный руководитель доктор технических наук

Васильев Дмитрий Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Друзь Борис Иванович

доктор технических наук,

профессор Мельников Александр Викторович

Защита диссертации состоится

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

В.А. Татарников

Актуальность темы. В настоящее время в Мире растет внимание к ярусным орудиям рыболовства. Это объясняется их универсальностью, относительно высоким уровнем механизации, возможностью облавливать гидробионты на любых глубинах и при сложных грунтах, высокой селективностью промысла, а также необходимостью осваивать новые объекты в неохваченных ныне промыслом районах морей и океанов.

Кроме того, необходимость улучшения качества улова и повышения рентабельности промысла делает привлекательным использование пассивных орудий лова. Одним из таких орудий является ярус. На ярусном лове суда расходуют минимум топлива. Яруса позволяют облавливать гидробионты в труднодоступных местах, не доступных другим видам промысла. Таким образом, повышение эффективности ярусного промысла является актуальной задачей, решение которой невозможно без использования математического моделирования и современных компьютерных технологий.

При проектировании ярусных систем, удовлетворяющих современным требованиям необходим подход, учитывающий специфику эксплуатации орудия лова, биологию объекта добычи и экологию среды обитания.

Экспериментальные исследования ярусных систем в условиях моря сложны, поэтому аналитические методы исследования этих систем являются наиболее эффективными и экономически целесообразными.

В настоящее время эта работа приобретает особую значимость в связи с необходимостью разработки новых орудий рыболовства, используемых для облова новых гидробионтов в новых районах на любых глубинах.

До сих пор в основном решались плоские задачи для ярусных систем.

Для моделирования пространственных ярусных систем необходим анализ взаимодействия всех элементов ярусной системы.

Цель работы. Повышение эффективности ярусного промысла за счет увязки конструктивных характеристик ярусов с характеристиками районов и объектов промысла путем разработки соответствующих математических моделей ярусов и их элементов, а также прикладных программных комплексов.

Основные задачи исследования:

1. разработка основных методологических компонентов технического анализа ярусной рыболовной системы с использованием методов моделирования;

2. совершенствование методов технического анализа ярусных рыболовных систем с использованием средств математического моделирования канатных элементов ярусных порядков:

а) при отсутствии течений;

б) при наличии течений в пространственной постановке с учетом биотехнических предпосылок, установленных как параллельно потоку, так и под углом к потоку;

3. разработка методики увязки конструктивных характеристик ярусов с характеристиками районов и объектов промысла яруса с учетом нахождения наживленных крючков в слое рыбы;

4. разработка программного обеспечения для выполнения технического анализа ярусных рыболовных систем;

5. экспериментальное подтверждение адекватности предложенных методов анализа с использованием средств моделирования.

Объектом исследований являются придонные и пелагические горизонтальные ярусные порядки и их элементы.

Предметом исследований является область рыболовства, направленная на разработку и совершенствование методов и методик технического анализа ярусных рыболовных систем с использованием средств математического и компьютерного моделирования.

Научная новизна работы. Усовершенствована методологическая и аналитическая база технического анализа решения задач промысловой увязки конструктивных характеристик ярусов с характеристиками районов и объектов промысла на основе системного подхода к процессу лова.

В диссертации содержатся следующие новые научные результаты: 1. методическое обеспечение технического анализа ярусной рыболовной системы с использованием моделирования;

2. математическое обеспечение технического анализа ярусов:

• математические модели канатных элементов ярусов при отсутствии течений с использованием двух параметров цепной линии р и /)7,с учетом нахождения наживленных крючков в слое рыбы;

• математические модели канатных элементов ярусов, устанавливаемых при выметке их как под углом к течению, так и параллельно течению с учетом нахождения наживленных крючков в слое рыбы, которая является средством технического анализа ярусов;

3. разработаны алгоритмы и программы для выполнения технического анализа ярусных рыболовных систем

4. разработана методика расчета характеристик всех элементов яруса в пространственной постановке при наличии течений;

Достоверность результатов диссертационной работы основана на строгих математических и научных выкладках, подтверждается численными расчетами тестовых задач и результатами экспериментов. Практическое значение работы.

Практическая ценность работы заключается в современном подходе к оценке технических характеристик ярусов.

Разработанное математическое и программное обеспечение для выполнения технического анализа позволит на стадии проектирования определять промысловые характеристики ярусов, а на промысле осуществлять увязку конструктивных характеристик ярусов с характеристиками районов и объектов промысла.

Предложенное математическое, программное и методическое обеспечение может использоваться также:

• в качестве модуля в тренажерных комплексах для обучения рыбаков-промысловиков и других морских специалистов;

• в учебном процессе при проведении практических и лекционных занятий по дисциплинам: «Алгоритмы и программы процессов промышленного рыболовства», «Механика орудий рыболовства» и «Проектирование

5

орудий рыболовства», а также при выполнении курсовых и дипломных проектов, связанных с моделированием ярусных рыболовных систем;

• в качестве методики расчета характеристик ярусов при проектировании ярусных рыболовных систем;

• в непрерывном образовании специалистов рыбного профиля. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на шести конференциях.

1. «Рыбохозяйственные исследования Мирового океана». Международная научная конференция, Владивосток. Дальрыбвтуз, 1999.

2. «Информационные технологии в науке и образовании». Международная конференция г. Шахты. ЮРГУЭС, октябрь, 2005.

3. «Педагогические проблемы обучения». Всероссийская научно-практическая конференция. Владивосток. ТОВМИ им. С.О. Макарова, декабрь, 2006.

4. «Современные проблемы науки и образования». Всероссийская научная конференция. Москва. РАЕ, май, 2007.

5. «Интеграция вузов в международное образовательное пространство». XXXI Научно-методическая конференция. Владивосток. МГУ, 2007

6. IV международная научная конференция «Исследование мирового океана», Владивосток. Дальрыбвтуз, 2008.

Реализация результатов работы. Разработанное математическое и программное обеспечение для моделирования элементов ярусных систем в потоке используется в учебном процессе ДВГТУ, МГУ им. адм. Г.И. Невельского, ВНИРО, а также в ОАО ПБТФ и ЗАО «Дальрыбпром».

Получено свидетельство ОФАП и акты внедрения на программный комплекс для моделирования придонных и пелагических горизонтальных ярусных рыболовных порядков в потоке жидкости Ьо£пипеРго§гат.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 14 печатных работах и научных статьях, четыре статьи из которых в рецензируемых журналах, рекомендуемых ВАК.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, четырех приложений.

Краткое содержание работы

Во введении формулируется цель работы, обосновывается ее актуальность, указываются решенные задачи, элементы новизны, практическая значимость работы.

Исследованию характеристик канатов в потоке жидкости посвящена обширная литература. В основе исследований лежат законы механики И.Ньютона и труды по механике гибких нитей Л.Эйлера, Г. Лейбница, И. Бернулли, X. Гюйгенса, П. Аппеля, А.Н. Крылова, Н.Е. Кочина, А.П. Минакова, Н.В Салта-нова, Б.И. Друзя, И.Б. Друзя, В.А. Светлицкого, В.И. Габрюка и других исследователей.

Задачу о форме и натяжении канатов для буксировки орудий рыболовства решали Ф.И. Баранов, С.Н. Чубаров, В.Н. Стрекалова, А.И. Зонов, Н.И Алексеев, X. Штенгель, Ш.А. Расулев, С.С. Торбан, Г.А. Траубенберг, Фридман В.И., М.М. Розенштейн, В.И. Габрюк, М. Nomura, Nozawa, J. Miyazaki и другие исследователи.

Определение формы и промысловых параметров ярусов исследовали Ф.И. Баранов, Л.И. Метелкин, В.А Маркин., Л.С. Преображенский, М.М. Розенштейн, В.И. Габрюк, Olsen S., Laevastu Т., Е.В.Осипов, A.B. Габрюк и др.

Исследованию промысловых характеристик ярусов посвящены работы Г.И Гриценко, A.B. Лестева, И.А. Полтева, Е.Д. Каракоцкого, В.А. ИонасГ, Су-хачева В.М., Ю.Ф. Жеребенкова, Ю.А. Торина, В.В. Волков^ Г.И. Потакова, Б.М. Болдырева, Кузнецова В.П., С.В.Ермакова, С.Ф. Ефанова, В.А. Абразумо-ва, Симонодзаки Ё., А.Н. Трещева, Н.В. Кокорина, Шестопала И. П., Грекова А. А. и других исследователей.

В первой главе изложены основы методологии технического анализа с применением методов моделирования: цели, методы, методики, категории, задачи, процедуры, принципы, уровни технического анализа. Обоснованы основные категории технического анализа.

В работе используется вероятностная модель поведения объекта лова. В работе рекомендуется в качестве величины, характеризующей уловистость яруса использовать «коэффициент уловистости яруса».

В работе выполнен анализ технических характеристик яруса, который выявил основные тактические приемы, способствующие повышению эффективности работы яруса:

1. постановка яруса под углом к течению;

2. использование методики промысловой увязки конструктивных характеристик ярусов с характеристиками районов и объектов промысла яруса с учетом нахождения наживленных крючков в слое рыбы;

3. использования различного заглубления промежуточных буев пелагического яруса;

4. использование поводцов различной длины;

5. использование грузов для придонных ярусов, чтобы ярус не скользил и не отрывался от грунта.

Во второй главе излагается методология моделирование гибких канатов в потоке, являющихся основой любых ярусных рыболовных систем. Дан анализ работ, посвященных расчету ярусных рыболовных систем.

Третья глава посвящена исследованию характеристик канатных элементов ярусных рыболовных систем в покоящейся жидкости.

Для расчета характеристик гибких канатов в покоящейся жидкости предлагается усовершенствованная система уравнений. Особенностью предложенной системы является то, что в ней в отличие от классического решения, полученного Лейбницем, Гюйгенсом, Бернулли (1691) используется два параметра цепной линии рх и р7. Введение этих параметров позволило существенно упростить методику расчета несимметричных канатных элементов любых ярусов при отсутствии течений. На базе предложенной системы уравнений получены усовершенствованные математические модели якорных линей и хребтин пелагических и придонных ярусов при отсутствии течений. Разработаны методики расчета параметров ярусов в покоящейся жидкости, с учетом усло-

вия, что крючки находятся в слое рыбы. Методики расчета проиллюстрированы примерами.

Четвертая глава посвящена исследованию характеристик канатных элементов ярусных рыболовных систем в потоке жидкости.

В разделе 4.1 получена математическая модель системы «наживка-крючок-поводец». Данная система позволяет определить натяжение Т„, с которым крючковый поводец действуют на хребтину, а также их угол атаки ап и угол крена плоскости потока поводца <рп. Решение системы осуществляется при допущении, что при небольших длинах поводцы рыболовных крючков рассматриваются как прямолинейные.

В разделе 4.2. получена математическая модель системы «поводец -крючок - гидробионт», которая аналогична математической модели «наживка -крючок - поводец» для случая, когда гидробионт ведет себя спокойно.

В разделе 4.3 выполнено исследование механики канатных элементов яруса с учетом течения. Получена общая трехмерная математическая модель канатов, устанавливаемых при выметке их под углом (угол у) к течению, когда угол у меняется. Система дифференциальных уравнений для нахождения формы и натяжения каната в потоке, когда она располагается под углом к течению и угол у меняется, имеет вид:

t = q7 sin a cos <р - rvr cos a + r7V sin a;

á = (qz cos a cos <p + rxl sin a + rzr cosa-T sin <py)/T;

<p = -(qzs¡n<p + ryr + T cos a cos <py)/T sin a;

x = (cos a cos у - sin a • sin q> sin y)\

у = (cos a sin y + sin a ■ cos / sin <p);

z = -sin áreoslo;

dy dy dz dr . dy .

у = — = —--= — z = —^sinacos^,

dl dz dl dz dz

'".vi■ =Cv|.(0.5pK2V", {xr,yr,zr)

где у — угол между осью х и вектором скорости течения V; у- скорость изменения угла у; rxv, rYV, rzv - проекции гидродинамической силы каната на

оси поточной системы координат, приходящиеся на единицу его длины. СЛГ,С1ТСг|. - гидродинамические коэффициенты сил сопротивления, подъемной (заглубляющей) и боковой зависят от материала каната, угла атаки, числа Рей-нольдса, относительного удлинения каната.

Система уравнений (1) - это математическая модель голого каната в потоке. При расчете характеристик хребтин ярусов необходимо учитывать действие крючковых поводцов на хребтину. Этот учет может осуществляться двояко. В первой методике действие поводцов на хребтину заменяется сосредоточенными силами (натяжениями поводцов), приложенными в точках крепления поводцов к хребтине; во второй методике действие поводцов на хребтину заменяется равномерно распределенной по длине хребтины нагрузкой.

В разделе 4.3.2 выполнено исследование формы и натяжения хребтины с учетом улова. Характеристики хребтины яруса с учетом улова следует рассчитывать по первой методике. Распределение улова по крючкам осуществляется случайным образом с учетом коэффициента уловистости на ярус в районе лова.

Для моделирования хребтины яруса с учетом течений необходимо знать начальные данные в узлах крепления поводцов к хребтине, которые получаются из условия их равновесия:

tg<P0==^L■, с05а0=^;Г0=^+^+7,02 (2)

'ог 'о

В разделе 4.4 разработана общая трехмерная математическая модель хребтин ярусов, устанавливаемых при выметке их под углом у к течению, когда угол у меняется, а силы от натяжения поводцов распределены равномерно по длине хребтины.

Разработанная система является общей математической моделью хребтины яруса в потоке. Она позволяет определять форму, натяжение и сопротивление хребтин различных типов ярусов, когда усилия от натяжения поводцов равномерно распределяются по длине хребтины. В ММ при определении гидродинамических коэффициентов следует учитывать зависимость от числа Рей-нольдса.

В работе исследованы два типа ярусов: придонные - с промежуточным буем посередине каждого участка, и пелагические - с буями по концам участка.

В первом типе ярусов каждый участок состоит из двух секций: А^В^ и А2В2. Расчет характеристик хребтин придонного яруса в потоке с буем посередине сводится к решению следующих краевых задач для разработанных систем:

х4=Ул1=2Л1'> (3)

ао = ал,; <р* = <Рл,; Ъ = тл; 2В , = ~Кр

Ув^Ущ- 2 в, (4)

«о = ан,; п = <р«,; то = тн,;

*лг =

Краевые задачи (3-4) для разработанной системы (без улова) решается путем вариации начальных данных , (рА^, ТА в начале участка - точке А /:

С = -0-5я%рРг-11)г-Ь2хр{11-Н2хр)1Ихр- (5)

7^=0.5(01+2^); 0.^=К.м6ё- мг' = ;

где , у натяжение хребтины в точке Л] и его проекция на ось х; -угол атаки хребтины в точке А]; (рА^ - угол крена плоскости потока хребтины в точке А,; , , Я"х,проекции на ось х силы сопротивления буя, хребтины, поводцов и наживки с крючком; ТА Х, ТА 2 - проекции на оси х и г натяжения хребтины в точке А1 в покоящейся жидкости (при V = 0 );

- длина одной секции хребтины и стрелка прогиба хребтины на участке; Яг = От. 1~ проекция на ось ъ веса в воде 1 м хребтины с вооружением и наживкой; - проекция на ось ъ веса в воде одной секции яруса с вооружением и наживкой; Рг = Т%г^г ~ параметр хребтины; кзп- коэффициент запаса

плавучести буя; к^— коэффициент веса буя в воде; Мб- масса буя; О') - проекция на ось г подъемной силы буя.

Первая при / = 0:

секция

участка

яруса при / = :

Вторая при / = 0: секция участка яруса

при / = :

Выполнение краевых условий (4) для разработанной системы осуществляется путем вариации углов ОГ/)|, <рл^, Х^ . Характеристики хребтины в конце

первой секции (в точке В/) получаются численным решением методом Рунге-Кутта системы (1). Они используются для нахождения начальных данных для второй секции хребтины А2В2. Начальные данные для хребтины второй секции яруса находим из условий равновесия узла В]:

<Рв2 =(-*/2;яг/2)

'О!

т

=--—--; агв, = (я-; 1,5яг) (5)

ТйХсо$(рВг

Т = т■ = 1т2 + Т2 + Т2 .

"2 " V О Л' ОГ 02

Решение краевой задачи (4) для системы (1) с уловом включает две фазы:

• моделирование отрезка хребтины до узла крепления поводца;

• определение начальных данных для расчетов последующего отрезка хребтины с учетом действия нагруженного поводца.

Моделирование отрезка хребтины, до узла крепления поводца к хребтине, осуществляется решением задачи Коши для системы (1) путем вариации начальных данных , ТА в начале участка - точке Абез учета действия поводцов. В первом приближении углы берутся равными:

аА=а\, <рАх =<р\-, тих Т = ТА>Х /сова.„.

При нахождения начальных данных для расчетов следующего отрезка хребтины необходимо определить натяжение, углы атаки и крена поводцов, как с уловом, так и без улова, а затем методом Рунге-Кутта рассчитывать следующий отрезок хребтины. В работе приведена методика моделирования придонных ярусов, как с уловом, так и без улова. На рис.1 приведены проекции хребтины на плоскость Х2 при скорости течения: К=0.2 м/с, а) без улова; б) с уловом.

т 13 и 10 у ":9з: 12 II 10 Г 0 1

8 1 — / ч 8 ; 9 \ V

5 4 3 2 1 0 :■■■ ...........-V..... 5 4 3 г 1 Г) /

0 20 40 60 80 100 о 10 зо зо <а 50 (и т ео » Д-.лр

а) б)

Рис. 1. Проекция хребтины на плоскость хг при скорости У= 0.2 м/с, а) без улова б) с уловом течения:

В разделе 4.5 разработана методика моделирования пелагических ярусов. Один участок пелагического яруса, состоящий из одной секции проме-

жуточными буями по концам, показан на рис. 2.

Полное решение задачи расчета характеристик пелагического яруса сводится к расчету характеристик первого и последующих участков хребтин яруса. Расчет характеристик хребтины первого участка пелагического яруса в

потоке включает решение следующих краевых задач для систем (1), (3):

Левый Якорный линь 1 = 0: ХА =Ул = гА = "о = а,1; <Ро = ч>л; т<> = тл -

1 = 1 : ЯЛ • = -К

Буйлинь 1 = 0: *с-, =Ус, = 2с, = «о = «<■,; <Ро = <р< , ; т<> = т<■,;

1 = 1с, = К,

Первый участок яруса 1 = 0: ХА1 = ХВ>УА1 = УВ>2А1 ~2В' «о = а а, * % = <рА,; то = та, ;

1 = 1,>- гя, ^ =-Ач,

Второй участок яруса 1 = 0: ХА, ХВ| > У Л, ~ У«, > 2 Л 2 — 2 V «0=«^,; % =Ч>А1> тО=Т^'>

/-Й участок яруса / = 0: ха, ~ Хв,_[ >Ул, ~ Увы 5 ( = 2 в, А > ао = аА,; <Рй = (Рл 'Ло = ТА,;

1 = КР- ч,, =ч, =■А,

Правый якорный линь / = 0: ' У л ~Уц' =2/|'

/ = / : ял 2о=0

При расчете хребтины первого участка яруса необходимо выполнить условия стыковки трех элементов яруса: якорного линя, буйлиня и первого участка хребтины яруса, имеющие вид:

т0"р=л/(^л2+(02+(т;т)2 (9)

=-Г"/(Г"со8^"); АГ<0; а* = + где Т(Х)у ; Т(]у; Т*^ - проекции на оси х, у, г натяжения хребтины в точке /1,;

717 г-гб.1 ~ г» . . „ бл . „бл

в; 1В'- натяжения якорного линя и буилиня в точке В ; ав,(рв,ав ,(рв -углы атаки и крена плоскости потока якорного линя и буйлиня в точке В;

/?,/)"',//',/г(1,,/1,,,- соответственно глубина моря, высота якорного линя, высота буйлиня, глубина верхней и нижней кромки стаи рыбы.

Начальные данные ахр = а*р, (рхр = (р*р, Т^ = Т*р для решения разработанных систем зависят от величины погружения текущего промежуточного буя. Выполнение краевых условий (6) для разработанных систем осуществляется вариацией глубины погружения буя.

Кроме этого при расчете разработанных систем необходимо учитывать наличие особой точки. Особая точка - это точка, в которой хребтина располагается по касательной к горизонту (в этой точке СИ близко к 360°). В особой точке:

сЫ (11 = -$таса5(р = Ь (10)

Из этого уравнения следует, что в особой точке выполняются условия:

• плоская хребтина (лежит в плоскости хг): а = 0; 180; 360°; (р = 0;

• пространственная хребтина: а Ф 0; 180; 360°; (р = ±я!2. (11)

При наличии особой точке хребтину следует представить в виде двух ветвей и стыковать решение каждой из веток, используя условия (11).

Характеристики буйлиня и якорного линя в точке В получаются путем решения задачи Коши для дифференциальных уравнений их равновесия. Наг- - тбл . „ 6.1.

чальные данные для буилиня У0 ,а0 ,<р0 при этом определяются в зависимости от величины погружения буя.

Расчет характеристик хребтин последующих участков пелагического яруса в потоке осуществляется аналогично расчету хребтины первого участка, но уравнение стыковки использует вместо характеристик якорного линя алв\(рлв', Т,'! характеристики хребтины предыдущего участка (Х'хр , фхр , Тхр .

•-1/-1 Л-1

В этой главе изложена методика расчета промысловых характеристик хребтины, когда крючки находятся в слое рыбы. Стрелка прогиба хребтины должна быть выбрана так, чтобы высота слоя воды, в которой находятся крючки, была бы меньше высоты слоя рыбы, т.е.

и - 7ПИХ _ 7т'т ¿и -Ь "кр ~ 2кр кр < "р2 "р 1

Высота буйрепа выбирается из условия: Ъь ^ кр\ - г™".

Методика расчета массы левых и правых якорей приведена в разделе 4.6.

В разделе 4.7 приведена краевая задача и методика моделирования стримеров, которые используются для отпугивания птиц при постановке яруса.

В пятой главе приведен анализ существующих автоматизированных ярусных систем. Так как компьютерная программа является инструментом технического анализа, то здесь систематизированы основные требования, предъявляемые к специализированным компьютерным программам, и приведена структура основных функциональных блоков специализированных программ технического анализа.

Особое внимание в этой главе акцентировалось на разработке программного обеспечения для моделирования ярусных рыболовных систем для создания АСУ, а в перспективе автоматизированной системы лова.

В диссертационной работе разработан специальный прикладной программный комплекс для моделирования хребтин ярусных порядков в покоящейся жидкости, который включает программы моделирования: якорных линей; хребтин с промежуточным буем посередине; хребтин с буями по концам участка.

Также разработан специальный прикладной программный комплекс Ьоп^ЬшеРп^гат для моделирования ярусных порядков при наличии течений, который включает программы моделирования следующих подсистем: якорь-якорный линь; буй-буйлинь; наживка-крючок-поводец; хребтина-поводцы; якорный линь-буйлинь-хребтина.

В шестой главе изложены результаты аналитического исследования ярусов. В первом параграфе выполнено моделирование различными методами крючкового поводца придонного яруса длиной 0,35 м при различных скоростях течения. При испытаниях системы «наживка-крючок-поводец» в аэродинамической трубе НБАМР скорость воздуха была постоянной и составляла 18,8 м/с при плотности воздуха р = 1,238 кг/м3 и температуре 22° С. Из равенства чисел Рейнольдса воздуха и воды (Яе ' =Яе") следует, что это соответствует скорости воды 1,2 м/с (рис.3).

Рис. 3, «..Проекция крючкового поводца на Рис. 3, б. Фото системы «наживка-крючок-

плоскость хг при скорости течения у=1,2 поводец» в аэродинамической трубе НБАМР

м/с, полученная численным моделировани- при скорости воздуха У=18,8 м/с: 1 поводец; 2

ем: 1- поводец; 2- хорда поводца хорда поводца; 3- крючок; 4- наживка

Во втором параграфе изложены результаты компьютерного моделирования хребтин придонных ярусов как без улова, так и с уловом рис. 4.

Р'

к

) и а 1: и « и :и й

I 1 « в » ... а!

а) б) в)

Рис. 4. Проекции хребтины из полиамида с буем посередине на плоскости: а)- хг б) - (уг), в)- (ху) при скорости течения 0,5 м/с

Предложенная модель придонного яруса позволяет рассчитывать характеристики хребтины из любых материалов как легче, так и тяжелее воды.

Результаты моделирования показывают, что при некоторой скорости течения хребтина яруса ложится на грунт и придонный ярус работает, как донный. Таким образом, с увеличением скорости течения требуется увеличивать подъемную силу промежуточных буев для обеспечения равновесия хребтины в потоке.

В работе приводятся математические модели позволяющие находить массы промежуточных грузов, крепящихся к хребтине, из условий, чтобы не происходило их отрыва от грунта и скольжения по грунту.

м

КГ 40 -30 -20 -10 О

аг

О

0,5

Рис. 5. Зависимости массы грузов для вооружения горизонтальных придонных ярусов от скорости течения.

1 V, м/с 1,5

На рис. 5 приведены графики зависимости массы грузов для вооружения горизонтальных придонных ярусов от скорости течения. На графике 1 этого рисунка показаны минимальные массы, при которых грузы не отрываются от грунта, а на графике 2 - минимальные массы, при которых грузы не скользят по грунту.

В работе приведены результаты расчета характеристик пелагического яруса, располагающегося как под углом к потоку, так и параллельно потоку. Форма первого участка хребтины в трех проекциях параллельно потоку показана на рис. 6.

Из рис. 6 видно, что боковая сила /-„ вызывает выдувание хребтины по оси оу. Боковая сила обусловлена витой структурой хребтины и поводцов. За счет боковой силы хребтина всегда имеет пространственную форму. Этот факт влияет на уловистость яруса. С увеличением скорости течения увеличивается выдувание хребтины в сторону потока, и уменьшается стрелка прогиба хребтины.

Максимальное натяжение хребтины будет на последнем против течения участке при у=0, поэтому расчет хребтины на прочность надо вести по ее натяжению на последнем участке.

Компьютерным моделированием получены характеристики пелагического яруса при различных скоростях течения. Так при У=0 максимальное натяжение

250 ЭСО УХ 400 <50 КО 550 КО 650 _0.5 „

т * '

В)

Рис. 6. Проекции первого участка хребтины на плоскости а) - (хг); б) -(уг);в) - (ху) при У=0,5 м/с и рО

хребтины равно 30,0 Н, а при К=0.5 м/с, и /=0 и пяти участках яруса равно 2500 Н, т.е. увеличилось в 83 раза.

Общий вид пелагического яруса, полученный компьютерным моделированием, показан на рис. 7.

Рис. 7. Общий вид пелагического яруса, полученный компьютерным моделированием при У= 0.5 м/с, и у = 0

В случае, когда ярус поставлен вдоль течения, то суммарная площадь за-паховых полей от наживок будет минимальной, т.к. они накладываются друг на друга, что снижает уловистость ярусов. Поэтому в работе предложена методика моделирования ярусов, устанавливаемых под углом к течению.

Характеристики хребтины пелагических ярусов установленных под различными углми к потоку приведены в табл.1 и показаны на рис.8.

Таблица 1

Характеристики хребтины яруса при его установке под различными углами к потоку при У=0,2 м/с

Угол ус- Хорда Натяжение Натяжение Угол Угол Угол Угол

тановки хребта хребтины в яруса в ко- атаки атаки крена крена

яруса к ны,м начальной нечной хребти- хребтины хребти- хреб-

течению точке точке Тк ,Н ны в на- в конеч- ны в на- тины в

чальной ной точ- чальной конеч-

точке град ке ак, точке «V град ной точке^, град

у = 6.0° 392,0 10.7 80.35 -88.08 -11.27 -22.0 -174.0

у = 66.0° 394,0 72.5 89,42 -100.78 -36.90 -80,0 -103,75

у = 87.4° 391,0 74,0 76,40 -122,00 -52,60 -80,0 -101,20

100 200 300 X, м

9

эае

35 0 (

— ■ ш ¡йг^га иа-----^ . 1

I УУ

1 \ > <. 1

V \

\

\ \

1 ' ч,

1,3

Г

Рис. 8. Проекция хребтины яруса на плоскость (ху) при У= 0.2 м/с: 1-^ = 6,0°; 2-/ = 66,0°; 3 - 7,5°;

При установке хребтины яруса параллельно потоку ее натяжение растет от участка к участку. При установке хребтины яруса перпендикулярно потоку ее натяжение меняется незначительно (табл. 1), что является одним из факторов увеличения уловистости ярусов.

В работе выполнено сравнение численного моделирования хребтин ярусов в покоящейся жидкости по методике Рунге-Кутта с аналитическим решением. Погрешность численного моделирования не превышает 2,5%.

Полученная общая математическая модель хребтины яруса (1) позволяет осуществлять компьютерное моделирование любых типов придонных и пелагических горизонтальных ярусов, находить форму, натяжение и сопротивление хребтин, а также определять характеристики якорных линей, буйлиней и промежуточных и якорных буев, что позволяет осуществлять оптимальную промысловую настройку ярусов при любых значениях скоростей течения.

Разработанная общая методика моделирования придонных и пелагических горизонтальных ярусов, позволяющая рассчитывать их характеристики при скоростях течения, изменяющихся от 0 до 1,2 м/с.

В работе также предложена методика моделирования стримеров, представляющих собой буксируемые канаты с буем и прикрепленным к нему груза-

ми на конце, к которому крепятся ленты для отпугивания птиц. Приведены рациональные параметры элементов стримеров, которые требуются на промысле.

В седьмой главе описаны экспериментальные исследования. В первом параграфе главы описан эксперимент по определению гидродинамических коэффициентов элементов ярусов. Для этого в аэродинамической трубе прямого действия НБАМР в камере Эйфеля был выполнен ряд продувок. Испытывались следующие элементы: рыболовный крючок, наживка, система «крючок-поводец», система «хребтина-поводцы», отрезки хребтин.

В результате эксперимента найдено:

Гидродинамические коэффициенты крючка и наживки с крючком

СХУ а

крючок 0,16 0,37 30°

Гидродинамические коэффициенты наживки с крючком

а =30° «=50°

С ху 0,207 0,31

С2У 0,28 0,195

Гидродинамические коэффициенты хребтины

Материал хребтины С XV С2Г а

полиэстер 0,22 0,19 53

капрон 0,29 0,23 55

Приведенные выше данные по канатам близки к данным, полученным в аэродинамической лаборатории Санкт-Петербургского университета (1965 г). Разница составляет 12%.

Во втором параграфе этой главы приведены результаты испытаний отрезков хребтины, выполненных из полиэстера с двумя и тремя капроновыми по-водцами и рыболовными крючками.

На промысле по возможности следует выметать хребтину под углом к течению для того, чтобы крючок с наживкой был удален от хребтины за счет потока, что влияет на уловистость яруса. Поводцы должны находиться на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы не перекрывались поля диффузии каждой наживки.

Рис.9. Форма хребтины в потоке под углом Рис. 1. Форма хребтины в потоке под уг-^=15,9°: 1- фотография формы в аэродинами- лом у~ 8,1°: 1-фотография формы хреб-ческой трубе НБАМР; 2 - моделирование с по- тины в аэродинамической трубе НБАМР; мощью программы Ьог^ЬшеРгс^гат 2 - моделирование с помощью програм-

мы Ьоп£1лпеРп^гат

На рнс. 9-10 показаны фотографии форма хребтины, полученная в аэродинамической трубе НБАМР. Точками показаны расчетные формы, полученные моделированием по программе LongLineProgram. В местах наибольшей кривизны хребтины расчетные точки не ложатся на хребтину. Это объясняется влиянием жесткости хребтины и турбулентности потока, которые не учитываются в математической модели. Максимальная разница координат формы хребтины полученных экспериментально и компьютерным моделированием составляет 17%.

Сравнение компьютерного моделирования с полученными экспериментальными данными подтверждает адекватность разработанных математических моделей, поэтому они могут использоваться на стадии проектирования крючковых орудий рыболовства.

ВЫВОДЫ

В результате проведенного научного исследования была решена научная задача, состоящая в совершенствовании методов технического анализа ярусов с использованием компьютерного моделирования с целью повышение эффективности ярусного промысла за счет увязки конструктивных характеристик ярусов с характеристиками районов и объектов промысла путем разработки соответствующих математических моделей ярусов и их элементов, а также прикладных программных комплексов.

В ходе выполнения исследований получены следующие результаты:

1. Использован системный подход к проектированию ярусной рыболовной системы аналитическими средствами технического анализа.

2. Предложены методы технического анализа горизонтальных ярусных рыболовных систем с использованием средств математического моделирования всех элементов ярусных порядков:

а) при отсутствии течений;

б) при наличии течений в пространственной постановке, установленных как под углом к течению, так и параллельно течению.

3. Разработаны методики увязки конструктивных характеристик ярусов с характеристиками районов и объектов промысла с учетом нахождения наживленных крючков в слое рыбы.

4. Разработан программный комплекс Ьоп§1лпеРго§гат для выполнения технического анализа ярусных рыболовных систем.

5. Внедрено методическое и программное обеспечения в ОАО ПБТФ и ЗАО «Дальрыбпром» и в учебный процесс ДВГТРУ.

6. На базе математического и программного обеспечения, разработанного в диссертации, создан учебный курс для дисциплины «Алгоритмы и программы в промышленном рыболовстве», и написано учебное пособие.

7. Экспериментально подтверждена адекватность разработанных в диссертации математических моделей. Они могут использоваться, как в техническом анализе на стадии проектирования крючковых орудий рыболовства, так и на промысле для увязки конструктивных характеристик ярусов с характеристиками районов и объектов промысла, как для автоматизированного, так и традиционного ярусного лова, а также в непрерывном морском и рыботехническом образовании.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Габрюк В.И, Здорова Л.А. (Габрюк Л.А.) . 2007. Математическое моделирование рыболовных систем // Успехи современного естествознания. №8. С. 21-22.

2. Габрюк В.И, Здорова Л.А. (Габрюк Л.А.). 2007. Моделирование канатов для буксировки орудий рыболовства. // Успехи современного естествознания. №8. С. 78-79.

3. Габрюк В.И, Здорова Л.А. (Габрюк Л.А.). 2007. Математическое моделирование ярусов // Изв. ТИНРО. Т. 150. С. 355-361.

4. Габрюк Л.А. 2008.Компьютерное моделирование канатов рыболовных систем // Изв. ТИНРО. Т. 152. С. 260-266.

5. Габрюк Л.А. 2008. Методика моделирования хребтин ярусов. // Изв. ТИНРО. Т. 153. С. 382-386.

6. Габрюк Л.А., Бойцов А.Н. 2008. Механика хребтин ярусов // Изв. ТИНРО. Т. 153. С. 387-392.

7. Габрюк В.И., Габрюк Л.А. Моделирование ярусных рыболовных порядков при наличии течений / СВИДЕТЕЛЬСТВО об отраслевой регистрации разработки № 10226, зарегистрировано в отраслевом фонде алгоритмов и программ, 21 марта 2008

8. Габрюк Л.А. 2009. Компьютерное моделирование горизонтальных ярусов : Уч. пос. Владивосток: Дальрыбвтуз. 110 с.

9. Здорова Л.А. (Габрюк Л.А.). 2007. Особенности моделирования ярусных систем. // Тезисы доклада. XXXI Научно-методическая конференция «Интеграция вузов в международное образовательное пространство». Владивосток: МГУ. 2007. С. 182.

Ю.Габрюк В.И., Здорова Л.А. (Габрюк Л.А.). 1989. Разработка систем автоматизированного проектирования траловых комплексов. Информационная карта (ИК) инв. № 02900050438. Владивосток: Дальрыбвтуз.

11 .Здорова Л.А. (Габрюк Л.А.). 2000. Современная разработка компьютерных систем на примере учебной системы. // Научные труды Дальрыбвтуза. Вып. 13. Владивосток: Дальрыбвтуз. С. 79-84.

12.3дорова Л.А. (Габрюк Л.А.). 2007. Методология математического моделирования рыболовных систем. // Сборник научных трудов Дальрыбвтуза. С. 24-27

13.Здорова Л.А. (Габрюк Л.А.). 1999. Компьютерные технологии на морском транспорте рыбного хозяйства: Уч. пос. рекоменд. УМО для студентов технических вузов региона. Владивосток: Дальрыбвтуз. 70 с.

14.3дорова Л.А. (Габрюк Л.А.). 1999. Новые информационные технологии на морском транспорте. Владивосток: Дальрыбвтуз. 56 с.

15.3дорова Л.А. (Габрюк Л.А.). 2006. Методология дизайна в морском университете // Транспортное дело России. № 11. С. 39-45.

Подл, в печать 10.07.09 Объем 1.5 пл. Тираж 100 экз. Заказ 42

ФГУП «ВНИРО» 107140, Москва, В. Красносельская, 17

ВВЕДЕНИЕ.

1. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ И РЫБОТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ТЕХНИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ЯРУСНЫХ РЫБОЛОВНЫХ СИСТЕМ.

1.1. Обзор конструкций ярусов.

1.2. Методологические основы технического анализа ярусов

1.3. Статистическая модель уловистости ярусов

1.4. Обоснование промысловых параметров ярусов

1.4.1. Определение промыслового усилия ярусов

1.4.2. Характеристики, наиболее существенно влияющие на эффективность промысловой работы ярусов

2. ОБЗОР РАБОТ ПО МОДЕЛИРОВАНИЮ КАНАТОВ И ИССЛЕДОВАНИЮ ЯРУСНЫХ РЫБОЛОВНЫХ СИСТЕМ.

3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ЯРУСНЫХ РЫБОЛОВНЫХ СИСТЕМ ПРИ ОТСУТСТВИИ ТЕЧЕНИЙ.

3.1. Математическая модель неподвижного гибкого однородного каната

3.2. Математическая модель каната в покоящейся жидкости

3.3. Математическая модель хребтины с буями по концам участка

3.4. Математическая модель хребтины с буем посредине каждого участка

3.5. Математическая модель якорного линя в покоящейся жидкости

4. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ЯРУСНЫХ РЫБОЛОВНЫХ СИСТЕМ С УЧЕТОМ ТЕЧЕНИЙ.

4.1. Математическая модель системы «Наживка-крючок-поводец»

4.2. Математическая модель системы «садок - поводец » 71 4.2.1. Математическая модель системы«гидробионт - крючок - поводец»

4.3. Математическая модель системы «поводцы - хребтина», когда ярус устанавливается под углом к течению

4.3.1. Исследование формы и натяжения хребтины без улова

4.3.2. Исследование формы и натяжения хребтины с учетом улова

4.4. Моделирование придонных ярусов с буем посередине каждогоучастка с учетом течений.

4.4.1. Математическая модель придонного яруса с буем посерединекаждого участка в потоке.

4.4.2. Методика моделирования хребтины придонного яруса с уловом

4.5. Определение характеристик пелагического яруса с учетом течений 93 4.5.2. Методика расчета прицельности лова пелагическим ярусом

4.6. Методика определения массы якорей

4.6.1. Расчет якорного линя и якоря для пелагического яруса с буями по концам каждого участка хребтины в покоящейся жидкости

4.6.2. Расчет якорного линя для пелагического яруса с буями по концам каждого участка с учетом течений

4.7. Расчет характеристик стримера

5. ПРОГРАММНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС МОДЕЛИРОВАНИЯ ЯРУСНЫХ ПОРЯДКОВ И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ.

6. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЯРУСНЫХ ПОРЯДКОВ.

6.1. Исследование системы «наживок - крючок - поводец»

6.2. Исследование характеристик придонного яруса с промежуточным буем посередине

6. 3. Исследование характеристик пелагического яруса с буями по концам участка

7. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЯРУСНЫХ ПОРЯДКОВ.

7.1. Аэродинамическая труба НБАМР и ее характеристики

7.2. Методика проведения эксперимента «Определение гидродинамических коэффициентов элементов ярусов»

7.3. Экономическая эффективность

Актуальность темы. В настоящее время в Мире растет внимание к ярусным орудиям рыболовства. Это объясняется их универсальностью, относительно высоким уровнем механизации, возможностью облавливать гидробионты на любых глубинах и при сложных грунтах, высокой селективностью промысла, а также необходимостью осваивать новые объекты в неохваченных ныне промыслом районах морей и океанов.

Кроме того, необходимость повышения качества улова и рентабельности промысла делает привлекательным использование пассивных орудий лова. Одним из таких орудий являются ярус. На ярусном лове суда расходуют минимум топлива. Яруса позволяют облавливать гидробионты в местах со сложным рельефом дна, не доступных другим орудиям лова. Повышение эффективности ярусного промысла является актуальной задачей, решение которой невозможно без использования математического моделирования и современных компьютерных технологий.

При проектировании новых ярусных систем и рациональном использовании имеющихся, удовлетворяющих современным требованиям, необходим подход, учитывающий специфику эксплуатации орудия лова, биологию объекта добычи и экологию среды обитания.

Экспериментальные исследования ярусных систем в условиях моря сложны, поэтому аналитические методы исследования этих систем являются наиболее эффективными и экономически целесообразными.

В настоящее время эта работа приобретает особую значимость в связи с необходимостью разработки новых орудий рыболовства, используемых для облова новых гидробионтов в новых районах и на любых глубинах.

Эффективное средство для этого — система технического анализа рыболовной системы, понимаемая как оперативное изменение параметров орудий лова и тактики ведения промысла с использованием средств математического моделирования, их научный анализ и выработка практических рекомендаций.

Цель работы. Повышение эффективности ярусного промысла за счет увязки конструктивных характеристик ярусов с характеристиками районов и объектов промысла путем разработки соответствующих математических моделей ярусов и их элементов, а также прикладных программных комплексов. Основные задачи исследования:

1. разработка основных методологических компонентов технического анализа ярусной рыболовной системы с использованием методов математического моделирования;

2. совершенствование методов технического анализа ярусных рыболовных систем с использованием средств математического моделирования ярусов: а) при отсутствии течений; б) при наличии течений в пространственной постановке с учетом биотехнических предпосылок, установленных как параллельно потоку, так и под углом к потоку;

3. разработка методики увязки конструктивных характеристик ярусов с характеристиками районов и объектов промысла яруса с учетом нахождения наживленных крючков в слое рыбы;

4. разработка программного обеспечения для выполнения технического анализа ярусных рыболовных систем;

5. экспериментальное подтверждение адекватности предложенных методов анализа с использованием средств математического моделирования.

Объектом исследований являются придонные и пелагические горизонтальные ярусные порядки и их элементы.

Предметом исследований является область рыболовства, направленная на разработку и совершенствование методов и методик технического анализа ярусных рыболовных систем с использованием средств математического и компьютерного моделирования.

Методологические и теоретические основы данной работы составили труды: Баранова Ф.И., Г. Лейбница, И. Бернулли, Л.Эйлера, П. Аппеля, А.Н. Крылова, Н.Е. Кочина, А.П. Минакова, Д.Р. Меркина, Н.И. Алексеева,

М.М. Розенштейна, В.А. Светлицкого, В.Н.Мельникова, В.И. Габрюка, Н.В. Кокорина, Е. Routh, R. Scanlan, R. Huffman, M. Parson, W. Thomson, и др.

При исследовании применялись аналитические и численные методы математического анализа и методы математической статистики.

В работе использовались данные и сведения из монографий, научных журналов и материалы научных конференций.

Адекватность предложенных в диссертации средств технического анализа математических моделей подтверждена экспериментальными работами, выполненными в аэродинамической лаборатории ОАО НБАМР.

Научная новизна работы. Усовершенствована методологическая и аналитическая база технического анализа ярусов и решения задач промысловой увязки конструктивных параметров ярусов с характеристиками районов и объектов промысла на основе системного подхода к процессу лова.

В диссертации содержатся следующие новые научные результаты:

1. методическое обеспечение технического анализа ярусной рыболовной системы с использованием математического моделирования;

2. математическое обеспечение технического анализа ярусов:

• математические модели канатных элементов ярусов при отсутствии течений с использованием двух параметров цепной линии рх и pz, с учетом нахождения наживленных крючков в слое рыбы;

• математические модели канатных элементов ярусов и хребтин, устанавливаемых при выметке их как под углом к течению, так и параллельно течению с учетом нахождения наживленных крючков в слое рыбы, которая является средством технического анализа ярусов;

3. разработаны алгоритмы и специальные прикладные программы для выполнения технического анализа ярусных рыболовных систем;

4. разработана методика расчета характеристик всех элементов яруса в пространственной постановке при наличии течений, когда выметка яруса осуществляется как параллельно потоку, так и под любым углом к потоку.

Достоверность результатов диссертационной работы основана на строгих математических и научных выкладках, подтверждается численными расчетами тестовых задач и результатами экспериментов.

Практическое значение работы.

Практическая ценность работы заключается в современном подходе к оценке технических характеристик ярусов.

Разработанное математическое и программное обеспечение для выполнения технического анализа позволяет на стадии проектирования определять промысловые характеристики ярусов, а на промысле осуществлять увязку конструктивных характеристик ярусов с характеристиками районов и объектов промысла.

Предложенное математическое, программное и методическое обеспечение может использоваться также:

• в качестве модуля в тренажерных комплексах для обучения рыбаков-промысловиков и других морских специалистов;

• в учебном процессе при проведении практических и лекционных занятий по дисциплинам: «Алгоритмы и программы процессов промышленного рыболовства», «Механика орудий рыболовства» и «Проектирование орудий рыболовства», а также при выполнении курсовых и дипломных проектов, связанных с моделированием ярусных рыболовных систем;

• в качестве методики расчета характеристик ярусов при проектировании ярусных рыболовных систем;

• в непрерывном образовании специалистов рыбного профиля. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на шести конференциях.

1. «Рыбохозяйственные исследования Мирового океана». Международная научная конференция, Владивосток. Дальрыбвтуз, 1999.

2. «Информационные технологии в науке и образовании». Международная конференция г. Шахты. ЮРГУЭС, октябрь, 2005.

3. «Педагогические проблемы обучения». Всероссийская научно-практическая конференция. Владивосток. ТОВМИ им. С.О. Макарова, декабрь, 2006.

4. «Современные проблемы науки и образования». Всероссийская научная конференция. Москва. РАЕ, май, 2007.

5. «Интеграция вузов в международное образовательное пространство». XXXI Научно-методическая конференция. Владивосток. МГУ, 2007

6. IY международная научная конференция «Исследование мирового океана», Владивосток. Дальрыбвтуз, 2008.

Личный вклад автора. Автору принадлежат:

1. методика определения «коэффициента уловистости яруса», которая может быть использована в расчетах промысловых усилий ярусов и их промысловой мощности;

2. усовершенствованные двухмерные математические модели канатных элементов ярусных порядков при отсутствии течений с использованием двух параметров цепной линии рх и pz ;

3. усовершенствованная трехмерная математическая модель (3D-модель) подсистемы «наживка - крючок - поводец» при наличии течений:

4. разработка трехмерной математической модели (ЗБ-модели) хребтин ярусов при наличии течений, устанавливаемых как параллельно течению, так и под любым углом к течению и постановка краевых задач для канатных элементов ярусных рыболовных систем;

5. разработка программно-алгоритмического комплекса «Моделирование ярусных рыболовных порядков с учетом течений LongLineProgram».

Реализация результатов работы. Разработанное математическое и программное обеспечение для моделирования элементов ярусных систем в потоке используется в учебном процессе ДВГТУ, МГУ им. адм. Г.И. Невельского, а также в ОАО ПБТФ и ЗАО «Дальрыбпром».

Получено свидетельство ОФАП и акты внедрения на программный комплекс для моделирования придонных и пелагических горизонтальных ярусных рыболовных порядков в потоке жидкости LongLineProgram.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 9 печатных научных статьях и четырех научно-методических работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, трех приложений.

ВЫВОДЫ

В главе 4:

• разработана общая трехмерная математическая модель хребтин ярусов, устанавливаемых как по течению, так и под любым углом к течению;

• разработана новая математическая модель системы «наживка-крючок поводец», позволяющая рассчитывать натяжение, углы атаки и крена поводца, как с уловом, так и без улова, необходимые для моделирования хребтин ярусов;

• поставлены краевые задачи для канатных элементов придонных и пелагических горизонтальных ярусных порядков и разработаны методики их решения в пространственной постановке при наличии течений;

• моделирование ярусов по предложенной методике, позволяет рассчитать координаты крючков хребтины из биотехнических предпосылок нахождения крючков в слое рыбы;

• разработана методика, которая позволяет рассчитывать характеристики всех участков яруса;

• получены формулы для расчетов массы промежуточных грузов, характеристик промежуточных буев и массы якорей, обеспечивающих равновесие яруса в потоке;

• поставлена краевая задача, позволяющая рассчитывать характеристики стримеров для отпугивания птиц;

• предложенные методики расчета подкреплены примерами, поясняющими особенности расчетов.

5. ПРОГРАММНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС МОДЕЛИРОВАНИЯ ЯРУСНЫХ ПОРЯДКОВ И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Современные рыболовные суда стран с развитым промышленным рыболовством оборудованы автоматизированными системами управления. Первая машина AutoFisher для автоматического крючкового лова была создана в 1963 году. Эта машина после своего запуска автоматически опускает ярус на заданную глубину с последующим подергиванием крючков. Частота и амплитуда подергивания регулируется автоматически. При попадании рыбы на крючок устанавливается заранее допустимая нагрузка, загорается сигнал на пульте. При достаточной нагрузке яруса выполняется автоматическая выборка яруса.

За время прошедшее со дня ввода в эксплуатацию первой машины прошло более 40 лет. За это время были сконструированы и использовались многие поколения автоматизированных систем (табл.5.1)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного научного исследования была решена научная задача, состоящая в совершенствовании методов технического анализа ярусных порядков с использованием моделирования с целью повышение эффективности ярусного промысла за счет увязки конструктивных характеристик ярусов с характеристиками районов и объектов промысла путем разработки соответствующих математических моделей ярусов и их элементов, а также прикладных программных комплексов.

В ходе выполнения исследований получены следующие результаты: 1. Использован системный подход к моделированию ярусной рыболовной системы аналитическими средствами технического анализа.

2. Предложены методы технического анализа горизонтальных ярусных рыболовных систем с использованием средств математического моделирования всех элементов ярусных порядков: а) при отсутствии течений; б) при наличии течений в пространственной постановке, установленных как параллельно потоку, так и под любым углом к потоку.

3. Разработаны методики увязки конструктивных характеристик ярусов с характеристиками районов и объектов промысла с учетом нахождения наживленных крючков в слое рыбы.

4. Разработан программный комплекс LongLineProgram для выполнения технического анализа ярусных рыболовных систем.

5. Внедрено методическое и программное обеспечения в ОАО ПБТФ и ЗАО « Дальрыбпром».

6. На базе математического и программного обеспечения, разработанного в диссертации, создан учебный курс для дисциплины «Алгоритмы и программы в промышленном рыболовстве», и написано учебное пособие.

7. Экспериментально подтверждена адекватность разработанных в диссертации математических моделей. Они могут использоваться, как в техническом анализе на стадии проектирования крючковых орудий рыболовства, так и на промысле для увязки конструктивных характеристик ярусов с характеристиками районов и объектов промысла как для автоматизированного, так и традиционного ярусного лова, а также в непрерывном и традиционном морском и рыботехническом образовании.

1. Алексеев Н.И. Статика и установившееся движение гибкой нити. М.: Легкая индустрия, 1970. - 270 с.

2. Альтшуллер Г.С. Найти идею. Новосибирск: Наука, 1986. - С.209.

3. Артюхин Ю. Б., А. В. Винников, Д. А. Терентьев. Морские птицы и донное ярусное рыболовство в Камчатском регионе. М.: 2006. 56 с.

4. Андреев Н.Н. Справочник по орудиям лова, сетеснастным материалам и промысловому снаряжению. М.: Пищепромиздат, 1962. - 504 с.

5. Аппель П., Теоретическая механика, т. I.-II М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1960. - 516 (т. II -488) с.

6. AKaomm3LM, Драпацкий М.Я. Математическая модель распределения улова рыб. Сб. НТИВНИРО. 1968, с.87-92

7. Бакова О.В., Здорова и др. Информационная карта (ИК) инв. № 2890032689. Разработка автоматизированной системы Дальневосточного технического института рыбной промышленности и хозяйства, АСУ ДТИРПХ. В.: 1988, Дальрыбвтуз.

8. Баранов Ф.И. Форма и натяжение ваера при тралении. Рыб. хоз-во, 1947, №6, с. 19-21.

9. Баранов Ф.И. К вопросу о сопротивлении воды движению веревок и сетей. -Рыб. хоз-во, 1948, № I, с. 30-32.

10. Ю.Баранов Ф.И. Техника промышленного рыболовства. М.: Пищепромиздат, I960. - 696 с.

11. П.Баранов Ф.И. Избранные труды т. П.-Ш М.: Пищевая промышленность, 1971.-504 (т. III-304 с.)

12. Белов В.А. Гидродинамика нитей, сетей и сетных орудий лова. Калининград: КГТУ, 2000.-202 с.

13. Березин И.С., Жидков Н.П. Методы вычислений. T.I. -И- М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1962.-464 с.

14. М.Витченко А.Г., Копылов Я.М., Лебедев М.М., Слюсаренко Е.К., Опацкая Э.М. Рыбопромысловое дело. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.-240 с.

15. Габрюк В.И. Компьютерные технологии в промышленном рыболовстве. -М.: Колос, 1995.-540 с.

16. Габрюк В.И., Кулагин В.Д. Механика орудий рыболовства и АРМ промысловика. М.: Колос, 2000. - 416 с.

17. Габрюк В.И., Кокорин Н.В., Осипов Е.В., Чернецов В.В. Механика орудий рыболовства. Владивосток: ТИНРО-Центр, 2006. - 304 с.

18. Габрюк В.И. Уравнения равновесия каната в потоке в поточной системе координат. В кн.: Промышленное рыболовство, Владивосток, 1976, вып. 6, с. 14-16.

19. Габрюк В.И., Габрюк А.В., Осипов Е.В. Моделирование крючковых рыболовных систем: Монография. 2-е изд., испр. и доп. - Владивосток: ТИНРО-Центр, 2004. - 120 с.

20. Габрюк А.В. Моделирование крючковых рыболовных систем, Владивосток: Автореферат кандидатской диссертации. Дальрыбвтуз, 2004, 23 с.

21. Габрюк В.И., Здорова JI.A. (Габрюк JI.A.) Информационная карта (ИК) инв. № 02900050438. Разработка систем автоматизированного проектирования траловых комплексов. Владивосток.: 1989, Дальрыбвтуз.

22. Габрюк В.И, Здорова JI.A. (Габрюк JI.A.) Математическое моделирование рыболовных систем. Успехи современного естествознания, 2007,с. 21-24.

23. Габрюк В.И, Здорова JI.A. (Габрюк JI.A.) Моделирование канатов для буксировки орудий рыболовства. Успехи современного естествознания, 2007, с. 78-79.

24. Габрюк В.И, Здорова JI.A. (Габрюк JI.A.) Математическое моделирование ярусов, Известия ТИНРО., 2007, Том 150. с. 355-361.

25. Габрюк JI.A. Компьютерное моделирование канатов рыболовных систем, Известия ТИНРО., 2008, Том 152, с.260-266.

26. Габрюк JI.A. Методика моделирования хребтин ярусов, Известия ТИНРО., 2008, Том 153, с.382-386.

27. Габрюк JI.A., Бойцов А.Н. Механика хребтин ярусов, Известия ТИНРО, 2008, Том 153, с.387-392.

28. Габрюк В.И., Габрюк JI.A. Моделирование ярусных рыболовных порядков при наличии течений. СВИДЕТЕЛЬСТВО об отраслевой регистрации разработки № 10226, зарегистрировано в отраслевом фонде алгоритмов и программ, 21 марта 2008

29. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высш. шк, 2003.-479 с.

30. Друзь И.Б., Друзь Б.И. Осесимметричные задачи статики мягких оболочек и емкостей. Владивосток: Интермор, 1999, - 187 с.

31. Журавлев Л.В. Проектирование орудий океанического рыболовства. Владивосток.: Дальрыбвтуз, 2002.- 86 с.

32. Здорова Л.А. ( Габрюк Л.А.) Методология математического моделирования рыболовных систем. Владивосток Сборник научных трудов Дальрыбвтуза, 2007, с. 24-27

33. Здорова Л.А. (Габрюк Л.А.) Основы проектирования реляционных баз данных. Владивосток: Дальрыбвтуз, 1997, 51 с.

34. Здорова JI.A. (Габрюк Л.А.) Разработка системы адаптивных компьютерных тестов. Учебное пособие, рекомендовано УМО для слушателей системы повышения квалификации, В., МГУ, 2006, 90 с.

35. Изнанкин Ю.А., В.А. Шутов, Поведение рыб и технология лова . — М.: Колос, 1994. 191 с

36. Ионас В.А.Производительность трала. М.: Пищепромиздат,1967, - 51 с.

37. Корогков В. К Реакция рыб на трал. Калининград: Страж Балтики, 1998. 397 с.

38. Кокорин Н.В. Лов рыбы ярусами. -М.: ВНИРО, 1994. 421 с.

39. Кочин Н.Е. Об изгибе троса змейкового аэростата под воздействием ветра. — Прикладная математика и механика., 1946, т. 10, вып. 1, с. 153-164.

40. Меркин Д.Р. Введение в механику гибкой нити. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1980. — 240 с.

41. Минаков А.П. Основы механики нити. Тр. МТИ, 1941, т. 9.-145 с.

42. Мельников В.Н. Биотехнические основы промышленного рыболовства. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983.- 216 с.

43. Михеев А.А. Уловистость и зона облова ловушки. Вопросы рыболовства, 2002, том 3 , № 3 , с 486-500

44. Метелкин Л.И. Теоретическое исследование процесса выборки тун делового яруса. Труды КТИРПиХ. В. XIV. 1962. с. 53-67

45. Маркин В.А. Экспериментальные исследования натяжения хребтины при выборки тунцеловых ярусов. Рыбное хозяйство № 10. 1971. с. 52-53;

46. Никоноров И.В. Взаимодействие орудий лова со скоплениями рыб. — IVL: Пищевая промышленность, 1973. 235 с.

47. Салтанов Н.В. Гибкие нити в потоках. — Киев: Наукова думка, 1974. — 140с.

48. Светлицкий В.А. Механика гибких стержней и нитей. М.: Машиностроение, 1978.-222 с.

49. Светлицкий В.А., Габрюк В.И. О критической скорости стационарного движения. М.: ИЗВУЗ, 1966, № 10, с.37 - 42.

50. Стрекалова В.Н. Исследования формы ваера. — Труды Калининградрыб-втуза, 1963, вып 18, с. 220-230

51. Трещев А.И. Интенсивность рыболовства. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. — 236 с.

52. Торбан С.С., ТраубенбергГ.А., Расулев Ш.А., Гуревич М.И. Определение натяжения ваеров при тралении. Рыб. хоз-во, 1975, № 7 с. 40-43.

53. Федяевский ЮС,ВойпсунскийЯИ, ФаддеевЮ.И. Гидромеханика Л: «Судовождение», 1968,-568 с.

54. Фридман А.Л. Теория и проектирование орудий промышленного рыболовства. -М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. —328 с.

55. Фадеев Н.С. Справочник по биологии и промыслу рыб северной части тихого океана- В.: ТИНРО-Центр, 2005. 366 с.

56. Чубаров С.Н. О влиянии гидродинамических сил на ваер и выбор тросов для скоростного и глубоководного траления. Рыб. хоз-во, 1962, №5, с. 45-49. 72.Чугаев P.P. Гидравлика. Учебник для вузов. - Л.: Энергоиздат, 1982- 673 с.

57. Шестопал И. П., Греков А. А. Малоиспользуемые виды рыб в уловах ярусом.//Состояние биологических сырьевых ресурсов Баренцева моря и Северной Атлантики в 2002 г.- Мурманск: Изд-во ПИНРО, 2002. С. 71-78.

58. Шулейкин В.В. Физика моря. -М.: Наука, 1968. 1083 с.

59. Юн Ф.А. Компьютерное моделирование ловушек и ловушечных порядков, Владивосток: Автореферат кандидатской диссертации. Дальрыбвтуз, 2001,-26 с.

60. Информационная карта (ИК) инв № 02900050438. Здорова Л.А. Разработка систем автоматизированного проектирования траловых комплексов, (руководитель Габрюк В.И.), г. Владивосток, Дальрыбвтуз, 1989

61. Изучение эффективности способов наживления ставриды на крючок // Сб. НТИ/ВНИРО.-1964.- Вып.2-С.64-67

62. Отчет ВНИРО о работах в море Росса в 4- промысловом рейсе судна ярусного лова «Янтарь» под российским флагом с 17 декабря 2005 по март 2006 г. М.: ВНИРО, 2006. 79. Bernoulli Joh. Solutio problematis funicularii, Acta erudidorum, n. 6, 1691.

63. Bjordal A., Lokkeborg S. Longlining. Fishing New Books, University Press, Cambridge, 1996.- 156 p.

64. Gulland J.A., 1955 Estimation of growth and mortality in commercial fish population

65. Kawakami K. Introduction in the analysis of fishing gears and methods of fishery. 1981. 1-295. Tokyo.

66. Miyazaki J. Studies on approximate formulas for tension and configuration of the towing rope II. Method of calculation. - Bull, of the Japanese of Scientific Fi-scherei., 1970, V. 36, № 1, p. 58-67.

67. Nomura M., Nozawa M. On the inclination of threads in current. Bull. Of the Japanese Society of Scientific fisheries. 1955, V. 20, N9, p. 21-27.

68. Ricker W.E. 1940. Relation of «Catch per Unit Effort»to Abundance and Rate of Explotation. Journal of the Fisheries Research Board of Canada. V.N. 1-4.

69. Ricker W.E. 1944. Fisher notes of fishing mortality and effort. Copeia (I), p.23-44

70. Stengel H., Fridman A.L. Fischfanggerate, Theorie und Entwerfen von Fang-geratten der Hochscefischerei. Berlin: Veb Verlag Technik, 1977.-332

71. Potencial for US albacore fishery// World Fish. -1981.-Vol.30.- N 11.- P.20.

72. Report of the working group on research and engineering aspects of fishing gear, vessels and equipment// ICES СМ.- Scientific commercial conservation.-Hobart, 1989/-354 p.

73. Shimozaki Y.3iccnepHMeHTbi по рационализации лова тунцеловными яру-сами//Суйсан когаку кэндюдзе хококу.-1987.-№8.- С249-316.7' МОДЕЛИРОВАНИЕ ЯРУСОВ (ЦЕНIP КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 0 РЫБОЛОВСТВЕ)1. Прэгрои-ичд Справки ЕЗьмод1. Якорь

74. Лиорный линь Наживка-крюток-пав о дач Byfi'FjyfuTTntb якорного буя Буй-буйлинь промйжупняого Вуя

75. Ярус с буем посередине каждого участка Ярус с буями по концам каждого участка