автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Технико-экономическая эффективность отраслевой региональной полиориентированной системы мониторинга рыбопромыслового флота

На правах рукописи

РЕЗНИКОВ ВИКТОР ЮРЬЕВИЧ

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОТРАСЛЕВОЙ РЕГИОНАЛЬНОЙ ПОЛИОРИЕНТИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА РЫБОПРОМЫСЛОВОГО ФЛОТА

Специальность 05.12.04 - Радиотехника, в том числе системы и устройства радионавигации, радиолокации и телевидения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2004

Работа выполнена в Камчатском государственном техническом университете.

Научные руководители:

доктор технических наук, Проценко И.Г.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ничипоренко Н.Т., кандидат технических наук, доцент Малюков С.Н.

Ведущая организация: Государственный научно-

исследовательский навигационно-гидрографический институт

Защита состоится ____2004 г. в /...Власов на

заседании диссертационного совета Д.223.002.01, Государственная морская академия имени адмирала С.О.Макарова, 195196, Санкт-Петербург, Заневский пр., д.5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственной морской академии имени адмирала С.О.Макарова.

Автореферат разослан

/I" <мсЦ

2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

В.Н.Рябышкин

Актуальность работы. Сокращение объема добычи рыбы и морепродуктов в последние годы привело к необходимости всех государств, занимающихся морским рыболовством, ужесточить контроль за промысловой деятельностью судов.

Такой мерой в России стало создание отраслевой системы мониторинга рыболовства (ОСМ), являющейся одним из наиболее эффективных современных средств контроля деятельности промысловых судов.

В основе функционирования ОСМ лежит непрерывный контроль за дислокацией судов, соответствием объектов лова и объема добычи полученным разрешениям на промысел и квотам.

В России в составе ОСМ в настоящее время действуют два региональных центра мониторинга (РЦМ): в Петропавловске-Камчатском, обеспечивающем функционирование ОСМ на Дальневосточном бассейне, и в Мурманске, обслуживающем северо-западный регион России. Особенность Камчатского регионального центра мониторинга (КРЦМ) заключается в его беспрецедентно высокой пропускной способности. Центр способен непрерывно контролировать промысловую деятельность не менее 2500 судов, среди которых около четверти работают по межправительственным соглашениям под иностранным флагом.

КРЦМ является полиориентированным, т.к. включает в себя сложный аппаратно-программный комплекс, основанный на использовании нескольких независимых систем связи и навигации.

Актуальной задачей является оценка оптимальности построения структуры комплекса и создание КРЦМ с высокими технико-экономическими характеристиками. Именно в этом заключается основная цель диссертационной работы.

Цель диссертационной работы. На основе анализа действующих и перспективных систем связи, навигации и методов обработки информации произвести синтез структуры полиориентированной региональной системы мониторинга рыбопромыслового флота с высокой технико-экономической эффективностью.

Достижение поставленной цели предусматривает решение следующих задач:

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ I БИБЛИОТЕКА 1

1. Оценка эффективности действующих и перспективных систем связи, навигации, локации и наземных коммуникационных сетей, применяемых в системе мониторинга;

2. Разработка программно-аппаратного комплекса КРЦМ по критерию максимальной пропускной способности;

3. Разработка алгоритма, обеспечивающего контроль достоверности данных спутникового позиционирования и судовых суточных донесений в условиях неопределенности;

4. Разработка алгоритма многоуровневой и распределенной обработки информационных потоков, обеспечивающего максимально быстрое восстановление данных при кратковременных сбоях или выходе из строя элементов системы и накоплении больших объемов данных на входе системы;

5. Обоснование комплекса обобщенных критериев качества и оценка технико-экономической эффективности системы.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• обоснована структура отраслевой системы мониторинга рыболовства на базе региональных систем мониторинга и информационных центров;

• предложен оптимальный по критерию проп>скной способности состав аппаратно-программного комплекса полиориентированного центра мониторинга;

• применен алгоритм обработки входного потока данных, позволяющий без потери результатов обработки идентифицировать случайные и намеренно-вводимые ошибки в данные позиционирования и ССД;

• разработан алгоритм многоуровневой и распределенной обработки информации, обеспечивающий быстрое восстановление данных при кратковременных сбоях или выходе из строя элементов системы и накоплении больших объемов данных на входе системы;

• обоснован комплекс показателей качества системы мониторинга для объективной оценки ее технико-экономической эффективности.

С целью увеличения оперативности, точности и надежности получения данных определены пути и перспективы дальнейшего развития КРЦМ в следующих направлениях:

• создание морского района А1 ГМССБ, оборудованного средствами связи, контрольно-корректирующим пунктом подсистемыДГНСС, базовыми станциями aвтоматической идентификацио движением судов (СУД С);

• создание пяти морских районов А2 ГМССБ, оборудованных береговыми станциями связи СВ диапазона;

• использование перспективных систем навигации: ГЛОНАСС, ГНСС, ДГНСС, ГАЛИЛЕО, MSAS, КУРС.

Практическая ценность работы:

• разработан и реализован Камчатский региональный центр мониторинга с высокой технико-экономической эффективностью на основе систем связи и навигации: GPS, ИНМАРСАТ-С, ARGOS, ГОНЕЦ, а также морской подвижной системы связи СВ диапазона с использованием ЦИВ;

• получена пропускная- способность системы, которая обеспечивает позиционирование и сбор промысловой отчетности не менее, чем от 2500 судов;

• создана система контроля качества промысловой отчетности, в которой реализованы эффективные методы обнаружения фальсифицированной информации, передаваемой судами-браконьерами.

Внедрение результатов исследований. На базе государственного предприятия «Рыбрадиоцентр», осуществляющего радиосвязь с судами в море и обеспечивающего безопасность мореплавания, создан Камчатский региональный центр мониторинга, обеспечивающий формирование базы данных о судах и передачу этой информации в информационные центры заинтересованных ведомств, организаций, служб.

1. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на Международном научном форуме «Техника и технологии в рыбной отрасли XXI века» 25-27 сентября 2002 г. Владивосток, на Международной научно-практической конференции «Рыбохозяйственное образование Камчатки в XXI

веке» 15-16 октября 2002г. Петропавловск-Камчатский, на Международной школе-семинаре РАН МГУ ACS'2000 Москва.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 3 монографиях, 6 статьях и 1 тезисах.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работы состоит из введения, четырех глав, списка литературы. Общий объем диссертации 176 листов, из них 22 таблицы, 58 рисунков. Список использованной литературы состоит из 69 наименований.

Основное содержание работы

В первой главе проводится анализ действующих систем мониторинга рыболовства, обслуживающих основные районы промысла.

Фирма "Фуруно-дэнки" (Япония) в середине 80-х гг. разработала и внедрила систему F1RM-1500, в базу данных которой по спутниковым каналам связи поступает метеорологическая, гидрологическая, навигационная, промысловая и другие виды информации от судовой измерительной аппаратуры. В базе данных содержатся также данные о результатах промысла за ряд предыдущих лет.

Возможность использования наблюдений и сбора информации с помощью метеорологических спутников для рыбопромыслового прогнозирования изучается специалистами США с 1976г. Выпуск рыбопромысловых прогнозов с учетом данных спутниковых наблюдений и применение их на практике начато американской компанией Roffer's Ocean Fishing Forecasting Servise Ins.(ROFFS) в 1993 г. В тексте промыслового прогноза Fishing Oceanographic Analysis, составляемого ROFFS, приводятся оценка и прогноз рыбопромысловых скоплений. Прогнозы позволяют снизить затраты на поиски рыбных скоплений-и успешно используются рыбаками в пределах их традиционных районов лова.

В администрации американской береговой охраны для регулирования промысла в заливах Фанди, Мэн и на банке Джорджес с 1991г. действует американская система FMG InfoATLAS. Эта система охватывает побережье Атлантического океана от полуострова Кейп-Код до Галифакса и предназначена для решения задач сохранения рыбных запасов, охраны окружающей среды и других. В Канаде под руководством Департамента рыболовства и океанов создана электронная система REMS -Remote Electronic Monitoring Systems. В систему ,REMS помимо технологии, основанной на использовании спутниковых данных, в

техническом плане вошло применение радиолокационных станций фирмы Raytheon и Канадской системы радиосвязи Ultimateast Data Communication Ltd., обслуживающей канадское восточное побережье. Иностранные рыболовные суда также можно включать в систему REMS.

В 1992 г. Комиссия Европейского экономического сообщества (ЕС) подготовила предложения по созданию системы мониторинга промысловых судов, на основе которых Совет ЕС в июне 1992 года принял решение о том, что до 1 января 1996 г. рыболовные суда сообщества должны быть оборудованы системой непрерывного мониторинга за положением судов. Данное решение в 1995 г. было признано обязательным для всех государств, входящих в состав Северо-Атлантической' рыбопромышленной организации, членом которой является и Россия.

По официально признанным оценкам из-за несанкционированной продажи морских биоресурсов, топлива, воды и продуктов субъектами рыболовства России, а также из-за недостаточно эффективного контроля за деятельностью иностранных судов в исключительной экономической зоне Российской Федерации потери нашей страны составляют около 700

МЛН.ДОЛЛ. В ГОД.

В целях решения комплексной проблемы информационного обеспечения управления рыболовством в России, Правительством Российской Федерации 26 февраля 1999 г. было принято решение о создании отраслевой системы мониторинга водных биоресурсов и вводе в действие центров мониторинга в Петропавловске-Камчатском и Мурманске.

С 1 января 2000 года введена в эксплуатацию первая очередь Камчатского регионального центра мониторинга (КРЦМ), который непрерывно модернизируется.

В главе 2 проводится анализ действующих и перспективных систем навигации и связи, которые могут использоваться в АСМ.

Оценка эффективности систем навигации проводится по величине погрешности определения координат места судов, систем связи - по скорости передачи данных.

В качестве основного средства позиционирования судов выбраны среднеорбитальные спутниковые системы ГЛОНАСС/GPS, а в качестве независимых дополнительных средств - низкоорбитальные спутниковые системы ARGOS, ГОНЕЦ.

Оценивается также эффективность перспективных систем навигации: ГНСС, ДГНСС, WAAS, EGNOS, MSAS, ГАЛИЛЕО, КУРС, ОМНИТРАКС, ЕВТЕЛТРАКС, АИС.

В качестве основного средства связи выбрана спутниковая система связи ИНМАРСАТ-С, в качестве дополнительных средств связи - системы связи морской подвижной службы в ПВ и KB диапазонах.

В главе 3 показано, что оценка технико-экономической эффективности АСМ с заданной целевой функцией должна производиться на основе теории сложных систем.

В рассматриваемой работе целевая функция АСМ - это максимальная пропускная способность системы. Такая задача может быть решена путем рационального выбора систем навигации и связи, структуры построения РЦМ и автоматизированных способов обработки входных потоков информации: данных позиционирования и ССД.

После обработки данные позиционирования и показатели ССД заносятся в базу данных РЦМ, откуда потребители могут получить любой состав информации по промысловой деятельности судов.

В главе 4 проводиться анализ оптимальной структуры и оценка технико-экономической эффективности Камчатского регионального центра мониторинга. В любое время года в море находятся до 2000 судов, которые должны обслуживаться центром.

Количество судов а море по годам/месяцам по данным позиционирования

Г«Д,М«СМ1

] российский суда — иностранны» суда всего |

Рис.1

На рис.1 приведено количество судов в море по годам (2000...2002г.г.) и по всем месяцам. От всех судов должны поступать в КРЦМ по установленном регламенту данные позиционирования, судовые суточные донесения.

На рис.2 приведена действующая в настоящее время структурная схема КРЦМ, которая разработана на основе теоретических обоснований и многолетней практической работы по эксплуатации центра. Структура КРЦМ близка к оптимальной.

Обрабатываемая центром информация делится на два потока: поток данных позиционирования по сети ИНТЕРНЕТ и Х.25, по системе связи ИНМАРСАТ-С и навигационно-связным спутниковым системам ARGOS, ГОНЕЦ и второй поток - информация вида: ССД, радиограммы, телеграммы, оперативные и статистические отчеты, письма и т.д.

Виды информационных потоков, поступающих в КРЦМ, приведены на рис.3.

Вся формализованная информация после расшифровки и обработки поступает в базу данных КРЦМ. Диспетчеры и операторы необходимы для работы с неформализованными потоками информации.

Для связи с пользователями в КРЦМ широко используется сеть ИНТЕРНЕТ, позволяющая судовладельцам оперативно получать информацию. ИНТЕРНЕТ обладает следующими безусловными преимуществами перед другими средствами связи: оперативностью получения данных; достоверностью данных; наглядностью и удобством анализа и дальнейшей обработки данных.

В КРЦМ используются Web-технологии: электронная почта; FTP-сервер; Web-сервер.

Web-сайт в КРЦМ функционирует с 2000 года. Сайт имеет иерхаическую структуру, представленную на рис.4.

Рис.2

Рис.4

Программно-аппаратные средства КРЦМ представляют собой локальную сеть ЭВМ, совокупность серверов, автоматизированных рабочих мест, средств телекоммуникаций, программного обеспечения, способных осуществлять процесс приема, обработки и передачи разнородных данных в реальном масштабе времени.

В обычных стационарных условиях эксплуатации КРЦМ входной информационный поток можно считать равномерным. Тогда, вероятность поступления к записей за период времени t может быть рассчитана по формуле Пуассона:

Р(к)={М)ке-м !к\,

где / - промежуток времени; - интенсивность потока-(количество записей в единицу времени).

Вероятность поступления хотя бы одной записи за время ? может быть рассчитана как: Р (к> 0 ) = I — Р (0).

Если ц- пропускная способность обрабатывающей системы, то условием стационарности потока в обрабатывающей системе будет Х<р. Вероятность, что в системе будет находиться записей, можно найти по формуле: Р„=(\-р)р",

где р = Л/р<1 - степень загруженности информационной системы.

При остановке процесса обработки данных в результате сбоя или по другой причине на входе системы будет образовываться очередь, размер которой прямо пропорционален средней интенсивности соответствующего входного • потока и времени пребывания процесса в состоянии сбоя. Количество сообщений, поступивших за время сбоя ^ можно оценить как 1аЛ. Учитывая, что каждое сообщение из очереди после восстановления работоспособности процесса будет обработано за время затраченное время на обработку очереди составит:

Следует иметь ввиду, что в процессе обработки очереди сообщений интенсивность входного потока не изменяется и на вход программ будут непрерывно поступать новые информационные пакеты. Образуется новая очередь. Время обработки второй образовавшейся очереди составит

Такой итерационный цикл в обобщенном смысле может продолжаться до бесконечности. Время обработки очереди на п-ом цикле будет: г„ =*„_,р.

Общее время восстановления стационарного режима работы системы можно определяться как:

где п - номер цикла обработки; 1„ - время обработки очереди на пом цикле.

Далее можно получить: Т= = =^10р" = 'о '¿(р" ">)•

При условии стационарности потока в обрабатывающей системе. когда р<\, ряд £р" сходится.

Конечная формула для расчета времени восстановления стационарного режима работы; Г = /0-(-р---= >

где - период времени состояния сбоя.

Как видно из полученного соотношения, отношение интенсивности входного информационного потока к скорости его обработки не должно превышать 1.

На первом этапе создания КРЦМ была предложена и реализована однопоточная схема обработки данных. Общая схема информационного потока этой системы представлена на рис.5.

Все информационные потоки, объединяясь, попадали на вход единственного сервера.

Время восстановления стационарного режима работы однопоточной системы после сбоя представлено в табл.1.

Таблица 1

Период состояния ■ сбоя (час.) 1 3 8 24 72

Период

восстановления 0,37 1,10 2,92 8,77 26,32

(час.)

Из табл.2 видно, что после сбоя системы около 1/3 времени работы программы уходит на обработку образовавшейся очереди. Это вызывает значительн>ю задержку в обновлении базы данных и не может обеспечить устойчивую обработку и,рассылку потока данных в реальном масштабе времени.

В новой предложенной и реализованной схеме обработка входных потоков является распределенной, т.к. распределена между несколькими системными серверами. Общая схема этой системы представлена на рис.6.

Рис.6

На этапе первичной обработки с помощью программ первичной обработки ипрЕ1кСХ, ипрСотСХ, ипрБигСХ, ипрА^СХ выполняется разархивирование, декодирование данных, пост>пающих по различным каналам связи, выявление грубых ошибок, связанных, как правило, с неправильной работой ТСК.

Программа комплексного анализа 81геатСХ выполняет основной процесс обработки данных. Ею собираются воедино все входные информационные потоки, прошедшие этап первичной обработки, и формируется выходной поток для его ввода в базу данных.

Средняя интенсивность параллельных входных информационных потоков по результатам реальной работы КРЦМ представлена в табл.2.

Таблица 2

Входной поток Eik Com Bur Arg Тел. ссд

X (записей/с) 0.0410 0.1601 0.0152 0.0239 0.0008 0.0802

Производительность процессов обработки данных для разных видов программ представлена в табл.3.

Таблица 3

UnpEikCX UnpComCX UnpBurCX UnpArgCX StreamCX UpdateCX

Н (зап./с) 2 4 1 1 35 8

Время восстановления для различных потоков данных приведено на рис.7. Из рис.7 видно, что время восстановления с переходом на стационарные режимы работы в параллельной распределенной схеме по сравнению с программой в однопоточной схеме уменьшается в 8... 10 раз.

; — Eik ! —Com ! Bur '—Arg |—StreamCX ;—UpdateCX

1 3 8 24 72 ' ~

Период состояния сбоя (час)

Рис.7

Параллельная и распределенная обработка входного информационного потока обеспечивает живучесть системы при аварии одного или даже нескольких каналов связи.

В табл.4 приведена пропускная способность параллельной распределенной системы обработки информации на КРЦМ.

Табл.4

Вид информации Время обработки 1-го сообщения к'оличес тво сообщений в сутки Время обработки суточного объема Восстановление задержки на 1 сутки Восстановление задержки на 10 суток

Позиции Инчарсат-С (Интернет) 200поз./мин 25000 2ч 05мин 45мин 6ч

Позиции Инмарсат-С (Х25) 250поз/мин 25000 1ч40мин ЗОчин■ 4ч

Позиции АРГОС ЗООпозУчин, 3000 Юмин 09чин 1ч

ссд 10ССД/мин 2000 Зч 20чин 2ч ООчин 15ч

Корректировки ССД (2 человека) 0,2ССД/мин 100 1ч 40мин 1ч40мин 16ч

Заявка на регистрацию. Реестр флота (5человек) 0,05судов/чин 10 Зч 20мин Зч 20мнн 30ч

Неформализованные сообщения (5 человек) 0,05судов/мин 100 Зч 20мин Зч 20мин 30ч

Рассылка данных на информационные узлы (20 информационных узлов и -пользователей прямого доступа) бОООсооб./мин 1200000 Зч 20мин 4ч ООчин 45ч

Данные позиционирования в системе связи ИНМАРСАТ-С пакетируются и передаются двумя сообщениями (пакетами). Формат первого пакета приведен на рис.8.

В первом пакете передаются широта и долгота места с дискретностью 1/32 минуты, во втором пакете скорость (с точностью 0,2 узла) и курс с точностью 1 градус. Дискрет 0=1/32 минуты равен 58 м. При равновероятностном распределении погрешности дискретизации в пределах ±0,50 = ±29 м среднеквадратическая погрешность

- - О

дискретизации определяется величиной

18 Биты

8 7 6 5 4 3 2 1

1 Р Г: (Г ' . ' Тип рапорта >•

2 3 Идентификатор сети (ОК'Ю)

4 Идентификатор БЗС

5 Номер в сети

6 Категория Е~Й£'г1 ^ ' -Граду-,, 1 . '

7 8 Г'еы'Д Минуты - Н*3 Граду-

9 кш&вз

10 -'-^тв^р ^ _ — Дробная-, ■

11 ^, сть ^ Закодированное Макро Сообщение

12 13 Аттрибут

14 15 Контрольная сумма

Рис.8

Строго формализована также передача показателей в ССД. Задачей системы контроля в Камчатском РЦМ является разработка алгоритма контроля промысловой отчетности каждого судна с тем, чтобы данные позиционирования и показатели в ССД при искажениях не включались в оперативные и статистические отчеты.

Разработанное программное обеспечение алгоритма контроля позволяет выявить ошибки, носящие намеренный характер, либо неумышленные ошибки. При этом удается идентифицировать намеренные ошибки и выявить суда-браконьеры.

Блок-схема алгоритма контроля достоверности ССД приведена на

рис.9.

Распространенный характер имеют факты фальсификации позиций судна. Опытный фальсификатор может обеспечить фальсифицированный поток данных позиционирования, которые трудно обнаружить.

Рис.9

На рис 10 приведена фальсифицированная траектория движения судна, которая была обнаружена, т к часть траектории проходила по суше Кроме того, на отдельных участках траектории, проходящей по морю, судно в течение часа проходило, якобы, 130 миль

- 1 ~ • I \ { » I 1 " * ! ' -' е ! , у 1 у

! ] ) - у *

- ( V г

^ <

1* ^ " * / <

/ > »АЛ

* / ' <

ч» л " 1 / X

£ • > <■ / • >

/ / * / /

< * V ! ЪГ у / ( ~ ** -

\ ч XV * ~ * ( >

* * « 1

г V

Ь < * ч * XV ' Ж * к

_ ' Г » ** < * Л >' / л *

—- .V 1» >

А * 1 >

л л' 1.' ** г ! I

^ 1. * $ 1 1 1 »

Рис 10

В табл 5 приведены технико-экономические характеристики КРЦМ, полученные на основе предложенного в главе 3 комплекса показателей эффективности

Таблица 5

Требования и основные параметры спутниковых систем INMARSAT-C Технология • "электронный промысловый журнал" ARGOS ГОНЕЦ Морская подвижная служба с использованием технологии ГМССБ

Постановка задачи Получить 24 позиции судна в сутки через 1 час Получить отрезок траектории движения судна на заданном интервале времени с заданной дискретностью Получить 15...22 позиции в сутки, но не реже, чем 1 раз в 6 ч Получить 10...20 позиций в сутки, но не реже чем 1 раз в сутки Получить 24 позиции судна в сутки через 1 час

Число обслуживаемых в системе судов Не ограничено Не ограничено Не ограничено До 400 судов До 240 судов за 1 канало-час

Дискретность позиционирования Задается от 10 мин. Через 3 ч с возможностью получения траектории судна :заданной секретностью 1...4чдп* MAR-E2; 1 час для MAR-GE Задается 2...4 ч Задается от 10 мин.

Затраты времени на одно позиционирование 1...4мин 1...4 мин 5 мин... 2 час. 5... 15 мин 15с

Среднеквадрати-ческая погрешность позиционирования 40 м 40 м 500 м для MAR-E2; 40 м для MAR-GE 40 м 40 м

Возможность искажения данных позиционирования Возможно в ручном режиме работы Невозможно Невозможно Невозможно Возможно в ручном режиме работы

Стоимость берегового оборудования - Оборудование отсутствует Оборудование отсутствует 250000 $ Оборудовани е отсутствует 120000$ за один канал

Стоимость ТСК (судового оборудования) 4000$ 4000$ 1400$ 1500$ Существующее на судне оборудование района А2 ГМССБ

Стоимость одного позиционирования 0,06... 0,12 $ 0,04... 0,08 $ 0,20... 0,30$ 0,04.„0,08$ 0,02$

Стоимость трафика■ позиционирования судна за год 600 $ 150 $ 1450$ 150$ 50$

Стоимость ССД (средняя) 1,3 $ 0,75$ Отсутствует возможность передачи 0,75$ 1,4$

Основные научные результаты и выводы

Основным научным результатом работы является теоретическое обоснование- разработка и создание полиориентированного Камчатского регионального центра мониторинга (КРЦМ) рыболовства.

Основные выводы:

1. По результатам оценки технической эффективности определен состав действующих систем навигации и связи, используемых в системе мониторинга: GPS, ИНМАРСАТ-С, ARGOS, ГОНЕЦ, средства связи морской подвижной службы ПВ/КВ-диапазонов.

2. Обоснована и внедрена оптимальная стр>ктура программно-аппаратного комплекса КРЦМ по критерию максимальной пропускной способности и возможности одновременного контроля не менее 2500 судов.

3. Реализована система распределенной обработки потоков входной информации КРЦМ, позволяющая при выходе из строя на время Т элементов системы после их восстановления не терять информацию и переходить в режим стационарной обработки информации за малый интервал Тмр =0,03Т.

4. Предложены и реализованы эффективные методы обнаружения фальсификации данных позиционирования и судовых суточных донесений, позволяющие идентифицировать суда-браконьеры.

5. Обоснован комплекс показателей качества для оценки технико-экономической эффективности систем мониторинга.

6. Произведена оценка технико-экономической эффективности КРЦМ по предложенному комплексу показателей качества.

7. Определены перспективы дальнейшего развития КРЦМ в направлениях:

• создание морского района А1 ГМССБ, оборудованного средствами УКВ связи, контрольно-корректирующей станцией

дифференциальной полсистемы ДГЛОНАСС/DGPS, базовыми станциями идентификационной системы (АИС), береговыми радиолокаторами системы управления движением судов (СУДС);

• создание пяти морских районов Л2 ГМССБ, оборудованных береговыми станциями связи ПВ диапазона;

• использование перспективных систем навигации: ГЛОНАСС, ГАЛИЛЕО, П1СС, КУРС, MSAS.

Результаты работы нашли практическое применение, о чем свидетельствуют акты внедрения.

Основные результаты диссертации изложены в следующихработах:

1. Судовая радиосвязь: Справочник по организации и радиооборудованию ГМССБ / В.Ю.Резников, Ю.М Устинов, А.А. Дуров и др. СПб.: Судостроение, 2002. - 400 с, ил.

2. Автоматизированные системы мониторинга судоходства / А.Н.Маринич, И.Г.Нроценко, В.Ю.Резников и др. Под общ. ред. докт. техн. наук, проф. Ю.М.Устинова. - СПб.: Судостроение, 2003, -230с,ил.

3. Судовая автоматическая идентификационная система / А.Н.Маринич, И.Г.Проценко, В.Ю.Резников и др. Под общ. ред. докт. техн. наук, проф. Ю.М.Устинова. - СПб.: Судостроение, 2003, -

189 с, ил.

4. Резников В.Ю. Глобальная морская система связи при бедствии (ГМССБ) // Рыбное хозяйство. Спец. вып. - 2001. - С. 3-18.

5. Е.АЛупян, И.Г.Проценко, В.Ю.Резников и др. Использование современных телекоммуникационных технологий при построении отраслевой информационной системы//Тез. Докл. ACS'2000 Международная школа-семинар по компьютерной автоматизации и информатизации. Москва: РАН МГУ, 2000. С. 82-83.

6. О.Е.Бажутин, И.Г.Проценко, В.Ю.Резников. Технология мониторинга на базе спутниковой системы Inmarsat-C Международный научный форум «Техника и технологии в рыбной отрасли XXI века». Труды II Международной научной конференции «Рыбохозяйственные исследования Мирового океана». Владивосток: Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет, 2002. С. 51-53.

7. В.Ю.Резников, И.Г.Проценко, А.В.Бабюк, и др. Камчатский центр связи и мониторинга. Международный научный форум «Техника и технологии в рыбной отрасли XXI века» Труды II Международной научной конференции «Рыбохозяйственные исследования Мирового океана». Владивосток: Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет, 2002. С. 53-56.

8. В.Ю.Резников, М.В.Фомичев. Организационная структура Камчатского центра связи и мониторинга. Рыбохозяйственное образование Камчатки в XXI веке. Материалы Международной научно-практической конференции (15-16 октября 2002г.). Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2002. С.221-225.

9. В.Ю.Резников, И.Г.Проценко, А.Б.Бабюк, и др. Итоги работы и проблемы развития информационной системы мониторинга рыболовства. Рыбохозяйственное образование Камчатки в XXI веке. Материалы Международной научно-практической конференции (1516 октября 2002 г.). Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2002. С.225-230.

Ю.В.Ю.Резников. Внедрение глобальной морской системы-связи при бедствии и для обеспечения безопасности (ГМССБ) на Камчатке. Рыбохозяйственное образование Камчатки в XXI веке. Материалы Международной научно-практической конференции (15-16 октября 2002 г.). Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2002. С.234-237.

Резников Виктор Юрьевич

I ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

) ОТРАСЛЕВОЙ РЕГИОНАЛЬНОЙ ПОЛИОРИЕНТИРОВАННОЙ

i СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА РЫБОПРОМЫСЛОВОГО ФЛОТА

I

Автореферат диссертации

Формат А5. Бумага офсетная. Печать ризо. С. 76. Тираж 40. Заказ № 29/04 - 9 № 1 от 29.04.2004г.

Отпечатано с предоставленных материалов : "Оперативная полиграфия"

683000, Петропавловск-Камчатский, ул. Ленинская, 46 Индивидуальный предприниматель М И . Романенко Лицензия ПД 14-2 № 002305 от 14.07.2000 года

1-9684

Содержание.

Список условных сокращений.

Введение.

Глава 1. Современное состояние отечественных и зарубежных систем мониторинга рыболовства.

Выводы к главе 1.

Глава 2. Оценка эффективности систем навигации, локации и связи, применяемых в АСМ.

2.1. СЗС ИНМАРСАТ-С.

2.2. Передача судовых данных с помощью ПВ/КВ-радиоустановок морской подвижной службы (МПС).

2.3. Передача судовых данных с помощью УКВ-радиоустановок МПС.

2.4. Системы навигации на основе глобальных низкоорбитальных, среднеорбитальных и высокоорбитальных спутниковых систем.

2.5. Низкоорбитальные спутниковые системы связи и навигации.

2.6. Геостационарные спутниковые системы связи и навигации ОМНИТРАКС, ЕВТЕЛТРАКС.

2.7. Сбор судовых данных с помощью систем дальней радионавигации с наземным базированием передающих станций.

2.8. Сбор судовых данных и мониторинг судов с помощью атоматической идентификационной системы (АИС).

2.9. Мониторинг судов и сбор судовых данных в зонах обслуживания береговых радиолокационных станций (БРЛС).

Выводы к главе 2.

Глава 3. Общий подход к построению и оценке технико-экономической эффективности АСМ как сложной системы.

3.1. Общий подход к синтезу структуры АСМ.

3.2. Оптимальный реляционный метод формирования базы данных РЦМ.

3.3. Классификация АСМ.

3.4. Анализ требований к пропускной способности региональной АСМ рыбопромыслового флота.

3.5. Оценка погрешностей позиционирования.

3.6. Иерархия АСМ.

3.7. Региональные информационные центры (РИЦ) информационной системы рыболовства (ИСР).

3.8. Системный подход к оценке технико-экономической эффективности автоматизированных систем мониторинга.

Выводы к главе 3.

Глава 4. Анализ оптимальной структуры и оцентка техникоэкономической эффективность Камчатского регионального центра мониторинга.

4.1. Действующий Камчатский региональный центр мониторинга, построенный по рациональной схеме.

4.2. Использование WEB-технологий в КРЦМ.

4.3. Параллельная распределенная первичная обработка информационных потоков для повышения пропускной способности системы мониторинга.

4.4. Оценка параметров входного информационного потока и необходимой пропускной способности процесса обработки данных.

4.5. Оптимальная модель обработки входного информационного потока системы мониторинга.

4.6. Формализация данных позиционирования и ССД.

4.7. Контроль достоверности данных позиционирования и ССД в условиях неопределенности.

4.8. Технико-экономическая эффективность Камчатского регионального центра мониторинга.

Выводы к главе 4.

Основные научные результаты и выводы.

Актуальность темы. Сокращение объема добычи рыбы и морепродуктов в последние годы привело к необходимости всех государств, занимающихся морским рыболовством, ужесточить контроль за промысловой деятельностью судов. Особо строгий контроль осуществляется в исключительных экономических зонах государств, где не все суда имеют право вести промысел.

Особенно остро эта проблема встала перед Россией, когда на рубеже 90-х годов, в силу сложившихся экономических условий, рыболовный флот России переместил свою промысловую деятельность из районов открытого океана и исключительных экономических зон иностранных государств в российские морские воды. Образовавшийся избыток рыболовного флота и отсутствие эффективного регулирования создали мощный пресс на сырьевую базу, защитить которую от полного истощения могли только экстраординарные меры контроля промысла.

Одной из них стало создание отраслевой системы мониторинга рыболовства (ОСМ), являющейся одним из наиболее эффективных современных средств контроля деятельности промысловых судов.

В основе функционирования ОСМ лежит непрерывный контроль за дислокацией судов, соответствием объектов лова и объема добычи полученным разрешениям на промысел и квотам.

Важнейшим признаком ОСМ является высокая степень автоматизации сбора, обработки, доставки пользователям, анализа и хранения информации, т.к. только благодаря этому возможно осуществлять текущий контроль деятельности большого количества судов. Информационный ресурс ОСМ, в который входят базы данных, телекоммуникационные сети, программные и технические средства, способны дать пользователю подробную аналитическую или справочную информацию о любом судне или группе судов, находящихся в данный момент на промысле или в порту.

В России в составе ОСМ действуют два региональных центра мониторинга (РЦМ): в Петропавловске-Камчатском, обеспечивающем функционирование ОСМ на Дальневосточном бассейне, и в Мурманске, обслуживающем северо-западный регион России. Особенность Камчатского РЦМ заключается в его беспрецедентно высокой пропускной способности. Центр непрерывно контролирует промысловую деятельность более 2500 судов, среди которых около четверти работают по межправительственным соглашениям под иностранным флагом.

На всех судах, включенных в ОСМ, установлена специальная аппаратура навигации и связи - техническое средство контроля (ТСК), позволяющая экипажу судна передавать в РЦМ в автоматическом режиме данные позиционирования и отчетную информацию о промысловой деятельности - судовые суточные донесения (ССД).

К сожалению, часты случаи, когда экипажи судов намеренно вмешиваются в работу ТСК: фальсифицируют координаты местонахождения судна, блокируют работу навигационных средств (GPS-приемников) или отключают ТСК с целью сокрытия истинного места и объема вылова. Ложные данные стремятся подтасовать таким образом, чтобы РЦМ не смог определить их ложность. Задача центра состоит в разработке специальных алгоритмов, позволяющих идентифицировать ложные данные и выявлять суда-браконьеры.

РЦМ является полиориентированным, т.к. включает в себя сложный аппаратно-программный комплекс, основанный на использовании нескольких независимых систем связи и навигации, устройств отображения, разных видов программного обеспечения.

Важной задачей является оценка оптимальности построения структуры комплекса и создание РЦМ с высокими технико-экономическими характеристиками. Именно в этом заключается основная цель диссертационной работы.

РЦМ должен быть построен на основе систем связи с высоким быстродействием и систем навигации с малыми погрешностями определения координат места.

РЦМ должен эффективно работать в условиях неопределенности, когда в информационный поток попадают как неумышленно, так и умышленно искаженные данные.

При кратковременных сбоях или выходе из строя отдельных элементов системы работа РЦМ должна восстанавливаться в максимально сжатые сроки без потери информации.

Решение этих задач рассматривается в диссертации.

Цель диссертационной работы: На основе анализа действующих и перспективных систем связи, навигации и методов обработки информации произвести синтез структуры полиориентированной системы мониторинга рыбопромыслового флота с высокой технико-экономической эффективностью.

Достижение поставленной цели предусматривало решение следующих задач:

1. Оценка эффективности действующих и перспективных систем связи, навигации, локации и наземных коммуникационных сетей, применяемых в системе мониторинга;

2. Разработка программно-аппаратного комплекса РЦМ по критерию максимальной пропускной способности;

3. Разработка алгоритма, обеспечивающего контроль достоверности данных спутникового позиционирования и судовых суточных донесений в условиях неопределенности;

4. Разработка алгоритма многоуровневой и распределенной обработки информационных потоков, обеспечивающего максимально быстрое восстановление данных при кратковременных сбоях или выходе из строя элементов системы и накоплении больших объемов данных на входе системы;

5. Обоснование комплекса обобщенных критериев качества и оценка технико-экономической эффективности системы.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• обоснована структура отраслевой системы мониторинга рыболовства на базе региональных систем мониторинга и информационных центров;

• предложен оптимальный по критерию пропускной способности состав аппаратно-программного комплекса полиориентированного центра мониторинга;

• применен алгоритм обработки входного потока данных, позволяющий без потери результатов обработки идентифицировать случайные и намеренно-вводимые ошибки в данные позиционирования и ССД;

• разработан алгоритм многоуровневой и распределенной обработки информации, оГеспечивающий быстрое восстановление данных при кратковременных сбоях или выходе из строя элементов системы и накоплении больших объемов данных на входе системы;

• обоснован комплекс показателей качества системы мониторинга для объективной оценки ее технико-экономической эффективности.

С целью увеличения оперативности, точности и надежности получения данных определены пути и перспективы дальнейшего развития системы мониторинга в следующих направлениях:

• создание морского района А1 ГМССБ, оборудованного средствами связи, контрольно-корректирующим пунктом подсистемы ДГНСС, базовыми станциями автоматической идентификационной системы (АИС), системой управления движением судов (СУДС);

• создание пяти морских районов А2 ГМССБ, оборудованных береговыми станциями связи СВ диапазона;

• использование перспективных систем навигации: ГЛОНАСС, ГАЛИЛЕО, MSAS, КУРС.

Практическая значимость работы:

• разработан и реализован региональный центр мониторинга на базе ФГУП «Камчатский центр связи и мониторинга» с высокой технико-экономической эффективностью на основе систем связи и навигации: GPS, ИНМАРСАТ-С, ARGOS, ГОНЕЦ, а также морской подвижной системы связи СВ диапазона с использованием ЦИВ;

• получена пропускная способность системы, которая обеспечивает позиционирование и сбор промысловой отчетности более, чем от 2500 судов;

• создана система контроля качества промысловой отчетности, в которой реализованы эффективные методы обнаружения фальсифицированной информации, передаваемой судами-браконьерами.

Теоретические исследования выполнялись с учетом теории сложных систем, теории построения систем связи, навигации, локации.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 3 монографиях, 6 статьях и 1 тезисах, докладывались и обсуждались на Международном научном форуме «Техника и технологии в рыбной отрасли XXI века» 25-27 сентября 2002 г. Владивосток, на Международной научно-практической конференции «Рыбохозяйственное образование Камчатки в XXI веке» 15-16 октября 2002г. Петропавловск-Камчатский, на Международной школе-семинаре РАН МГУ ACS'2000 Москва.

169

1. Технико-экономическая эффективность сложных радиоэлектронных систем. / Юрлов Ф.Ф. М.: Сов.радио, 1980. -280 е., ил.

2. Судовая радиолокация. Судовые радиолокационные системы и САРП. Учебник для вузов. / Дуров А.А., Кан B.C., Ничипоренко Н.Т., Устинов Ю.М. Петропавловск-Камчатский: КГТУ, 2000. 280с. - ил. 143, табл.27, биб лио тр. назв. 8

3. Судовая радионавигация. Радионавигационные устройства и системы. Учебник для вузов. / Дуров А.А., Кан B.C., Мищенко И.Н., Никитенко Ю.И., Устинов Ю.М. М : Транспорт, 1998. -205с.

4. Положение по функционированию отраслевой иерархической информационно-аналитической автоматизированной системы управления использованием водных биоресурсов (Информационная система «Рыболовство») Государственный комитет РФ по рыболовству, М, 1996.

5. Теоретические основы радиолокации. / Под ред.Ширмана Я.Д. Учебное пособие для вузов. М., изд-во «Сов.радио», 1970, стр.560.

6. Спутниковая связь и вещание. Справочник. / Асхинази Г.Б., Быков В.Л., Дьячкова М.Н. и др. Пол, ред. Кантора Л.Я. М.: Радио и связь, 1988. 344 е.: ил.

7. Радиооборудование морских судов: Учебник для мореходных училищ. / Писарев В.А. М.: Транспорт, 1984. 223с.

8. Судовая радиоэлектроника и радионавигационные приборы. Учебник для высших инженерных морских училищ. / Байрашевский A.M., Жерлаков А.В., Ильин А.А., Ничипоренко Н.Т., Сапегин В.Б. М.: Транспорт, 1988. -271с.

9. Судовые радионавигационные приборы. Учебник. / Чечин ДА., Миренский М.Г. Л.: Судостроение, 1976. 176с.

10. Приемо-передающие устройства и радиообмен на промысловых судах. / Логвиненко П К. М.: Пищевая промысленность, 1978.

11. Организация и аварийные средства радиосвязи на флоте рыбной промышленности. / Кауфман А.Л., Логвиненко П.К. М.: Пищевая промышленность, 1975, 175 с.

12. Методы исследования операций. Перевод с англ. / Морз Ф.М., Кимбелл Д.Е. М.: Изд.Сов.радио, 1956.

13. Радиолокационные и навигационные системы. Перевод с англ. / Соненберг Г.Д. Л.: Судостроение, 1982, 400 с.

14. Судовые радионавигационные приборы. Учебник для мореходных училищ. / Коновалов В.В., Кузнецова Л И., Мельников Н.П., Причкин О.Б М.: Транспорт, 1981. — 336 с.

15. Принципы системного подхода к проектированию в технике связи. / Окунев Ю.Б., Плотников В.Г. М.: Связь, 1976.

16. Помехоустойчивость и эффективность систем связи. / Зюко А.Г. М.: Связь, 1972.

17. Принципы количественной оценки эффективности радиоэлектронных средств. / Цветков А.Г. М.: Сов.радио, 1971.

18. Оптимизация радиоэлектронных систем. / Гуткин Л.С. М.: Сов.радио, 1975.

19. Системы радиосвязи. Учебник для вузов. / Калашников Н.И., Дороднов И.Л., Носов В.И. Под ред. Калашникова Н.И. М.: Радио и связь. 1988. -352 е.: ил.

20. Регламент радиосвязи, Женева, МСЭ, 1998.

21. Резолюция ИМО А.694(17). Общие требования к судовому радиооборудованию, составляющему часть ГМССБ и к судовым электронным навигационным средствам. Сборник резолюций ИМО, касающихся ГМССБ. СПб.: ЦНИИМФ, 1993,- стр. 124. 134.

22. Резолюция ИМО А.815(19). Всемирная радионавигационная система. Сборник №4 Резолюции ИМО. СПб.: АОЗТ ЦНИИМФ, 1996. -стр. 174. 182.

23. Резолюция MSC.43(64). Руководство и критерии к системам судовых сообщений.

24. Стандарт МЭК 60945. Морское навигационное оборудование. Общие требования, методы и требуемые результаты испытаний.

25. Стандарт МЭК 61108(1996-06). Глобальные навигационные спутниковые системы. Часть 2. Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС) Приемное оборудование - Эксплуатационные требования, методы испытаний и требуемые результаты.

26. Стандарт МОС/МЭК 3309. Информационные технологии. Телекоммуникационный информационный обмен между системами. Процедуры протокола управления каналом связи высокого уровня. -Структура кадра.

27. Черняев Р.Н., Зурабов Ю.Г. Особенности внедрения и применения АИС. Мортехинформреклама. Морской транспорт, вып. 9(376), стр.1. 38, 2000 г.

28. Системы радиосвязи. Учебник для вузов. / Калашников Н.И., Дороднов И.Л., Носов В.И. Под ред. Калашникова Н.И. М.: Радио и связь. 1988. -352 е.: ил.

29. Проценко И.Г. Информационная система мониторинга рыболовства. //Рыбное хозяйство. 2001, специальный выпуск.

30. Министерства транспорта РФ, Министерства связи РФ, Государственного комитета РФ по рыболовству от 4 ноября 2000 г. №137/190/291, Зарегистрировано в Минюсте РФ 21 декабря 2000 г. регистрационный №2503.

31. А.В.Бабюк Организация обработки данных спутникового позиционирования // Рыбохозяйственное образование Камчатки в XXI веке. Материалы Международной научно-практической конференции (15-16 октября 2002 г.). Петр.-Камч.: КамчатГТУ, 2002. - 297 с.

32. Долгов А Н., Десятерик М.Н. Электронно-картографическая основа для системы мониторинга «Рыболовство» // Рыбное хозяйство. 2001, специальный выпуск.

33. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика.-М.:Высшая школа.2002.

34. Таха X. Введение в исследование операций. М. Мир. 1985.

35. Дашиянжибон Б.Б., Фомич ев М.В., Краснов А.В. Программное обеспечение информационной системы мониторинга рыболовства.

36. Владивосток. Труды II международной научно практической конференции. 2002.

37. Ермаков В.В. Задачи и структура программного комплекса информационной системы мониторинга рыболовства. Петропавловск-Камчатский: Материалы международной научно-практической конференции. 2002.

38. Бабюк А.В. Организация обработки данных спутникового позиционирования. Петропавловск-Камчатский: Материалы международной научно-практической конференции. 2002.

39. Сетевые спутниковые радионавигационные системы. М.: Радио и связь, 1992.

40. Болдин В.А. Современные глобальные радионавигационные системы зарубежных стран. М.: ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1985.

41. Шебшаевич B.C., Григорьев B.C., Кокина Э.Г. и др. Дифференциальный режим сетевой спутниковой радионавигационной системы // Зарубежная радиоэлектроника 1989.- №1,- с. 5 - 45.

42. Бойков В.В., Галазин В.Ф., Каплан Б.А., Максимов В.Г., Базлов Ю.А. Опыт создания геоцентрической системы ПЗ-90 // Геодезия и картография, 1993, № 11, с. 17-21.

43. ГЛОНАСС. Информационный бюллетень № 1, 1996, М.: Координационный научно-информационный центр, 23 с.

44. Базлов Ю.А., Герасимов А.П., Ефимов Г.Н.,Насретдинов К.К. Параметры связи систем координат // Геодезия и картография, 1996, № 8, с.7-8.

45. Маринич АН., Проценко И.Г., Резников В.Ю., Устинов Ю.М., Шигабутдинов А. Р. Автоматизированные системы мониторинга судоходства. СПб.: Судостроение, 2003, 230 е., ил.

46. Судовая радиосвязь: Справочник по организации и радиооборудованию ГМССБ / В.Ю.Резников, Ю.М Устинов, А.А. Дуров и др. СПб.: Судостроение, 2002. 400 е., ил.

47. Автоматизированные системы мониторинга судоходства / А.Н.Маринич, И.Г.Проценко, В.Ю.Резников и др. Под общ. ред. докт. техн. наук, проф. Ю.М.Устинова. СПб.: Судостроение, 2003, - 230 е., ил.

48. Судовая автоматическая идентификационная система / А.Н.Маринич, И.Г.Проценко, В.Ю.Резников и др. Под общ. ред. докт. техн. наук, проф. Ю.М.Устинова. СПб.: Судостроение, 2003, - 189 е., ил.

49. Резников В.Ю. Глобальная морская система связи при бедствии (ГМССБ) // Рыбное хозяйство. Спец. вып. 2001. - С. 3-18.

50. В.Ю.Резников, И.Г.Проценко, А.Б.Бабюк, и др. Итоги работы и проблемы развития информационной системы мониторинга рыболовства. Рыбохозяйственное образование Камчатки в XXI веке. Материалы