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

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

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 л14 октября 2009 г. в 11 ч 00 мин. на 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: fishing@vniro.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП ВНИРО

Автореферат разослан л 11 сентября 2009 г.

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 и, 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 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 LognLineProgram.

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, Х. Гюйгенса, П. Аппеля, А.Н. Крылова, Н.Е. Кочина, А.П. Минакова, Н.В Салтанова, 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, Х. Штенгель, Ш.А. Расулев, С.С. Торбан, Г.А. Траубенберг, Фридман В.И., М.М. Розенштейн, В.И. Габрюк, M. 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 T., Е.В.Осипов, А.В. Габрюк и др.

Исследованию промысловых характеристик ярусов посвящены работы Г.И Гриценко, А.В. Лестева, И.А. Полтева, Е.Д. Каракоцкого, В.А. Ионасf, Сухачева В.М., Ю.Ф. Жеребенкова, Ю.А. Торина, В.В. Волковf, Г.И. Потакова, Б.М. Болдырева, Кузнецова В.П., С.В.Ермакова, С.Ф. Ефанова, В.А. Абразумова, 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 и. 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 условия, 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, с которым крючковый поводец действуют на хребтину, а также их угол атаки и угол крена плоскости потока поводца. 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 ) к течению, когда угол меняется. Система дифференциальных уравнений для нахождения формы и натяжения каната в потоке, когда она располагается под углом к течению и угол меняется, имеет вид:

(1)