ВведениеПерспектива такого направления аквакультуры, как выращивание гидробионтов в установках замкнутого водоснабжения (УЗВ) и открытых садках аквакультуры (ОСА) обусловлено взаимодействием двух групп факторов. Первую группу формируют факторы, обуславливающие экологичность процесса выращивания гидробионтов в УЗВ и ОСА. С одной стороны, использование в установках артезианской воды позволяет присвоить выращиваемой продукции статус экологически чистой. Рыба, выращенная в УЗВ, признается в Евросоюзе экологически чистой [1, 2]. С другой стороны, возможность концентрации выходящей из УЗВ части технологической воды с органическим осадком позволяет утилизировать ее и исключить в той или иной мере загрязнение поверхностных водоисточников. Вторую группу составляют абиотические и биотические факторы, позволяющие в наибольшей степени реализоваться ростовой, адаптогенной, репродуктивной потенции у гидробионтов.Современный уровень научного обоснования, реализованный в практике разведения и выращивания гидробионтов в УЗВ, позволяет говорить о возможности сокращения возраста созревания рыб в 1,5–2 раза по сравнению с открытыми рыбоводными системами, о сокращении продолжительности выращивания посадочного материала и товарной рыбы в 2–3 и более раз [2, 3]. В УЗВ достигнута наибольшая величина рыбопродукции – 80–150 кг/м3 – у большинства выращиваемых рыб, у угря и клариевого сома – 300–500 кг/м3. Только в условиях УЗВ удается реализовать полицикличные технологии разведения и выращивания рыб, когда в течение календарного года возможно 2 и более раз получать потомство рыб в равноотстоящие сроки, соответственно, столько же раз выращивать товарную рыбу. В этом случае речь идет о двукратном (и более) использовании в течение года одних и тех же инкубационных аппаратов, питомных и нагульных бассейнов. Как следствие, в 2–3 раза и более увеличивается величина рыбопродукции [2, 4, 5]. Однако при всей привлекательности приведенных цифр следует признать, что имеются резервы для увеличения эффективности выращивания гидробионтов в УЗВ. В основе метода повышения рыбопродуктивности должен быть учет поведенческих особенностей гидробионтов, проявляемых в ограниченных объемах бассейнов. Но одной визуальной оценки поведения гидробионтов недостаточно. Понять глубину происходящих изменений в поведении гидробионтов во времени и пространстве можно только на основе внедрения в процесс выращивания «машинного зрения». Восприятие в статике и динамике реакций гидробионтов на абиотические условия, плотность их распределения в объеме бассейна, дачу порций корма и иные факторы позволит при наборе определенного статистического материала создать модель управления процессом выращивания гидробионтов, которую можно использовать, заложив в программу, в качестве основного элемента управления биотехническим процессом.Установление обратной связи между «машинным зрением» и поведенческой реакцией гидробионтов на условия выращивания сделает биотехнический процесс действительно управляемым и, как следствие, более эффективным. Важным элементом «машинного зрения» в этой связи может стать оценка величины воздействия света на биологические объекты с позиции глубины его проникновения в бассейны, степени рассеивания в группировке гидробионтов и других проявлений. На основании выполненной оценки можно выбрать оптимальный алгоритм биотехнического процесса, например, рассчитать величину суточной дозы корма, частоту кормления, место выдачи порций корма, целесообразные сроки сортировки, оптимальную плотности посадки и т. п.Предваряя практическую реализацию «машинного зрения» в УЗВ, необходимо заложить основательную теоретическую базу с учетом всего многообразия учитываемых факторов, а так-же видовых и возрастных отличий объектов выращивания. В связи с этим в настоящей статье предлагается математическое обоснование масштабов подобия оптических величин в УЗВ, учитываемых при выращивании гидробионтов. Постановка задачиВ ходе эксперимента шведских ученых при выращивании форели, когда свет включали только на период кормления, а затем восстанавливали сумеречный режим освещенности, был получен дополнительный эффект по скорости роста и эффективности конвертации пищи [6].В опыте норвежских ученых в течение суток воспроизводили два искусственных суточных режима, что, по мнению исследователей, способствовало более раннему созреванию лосося при выращивании в садках в море [7].Обоснование правил подобия физического моделирования УЗВ и ОСА для выращивания гидробионтов является важной задачей для определения характеристик оптических величин. Для соблюдения условий освещенности в УЗВ и ОСА требуется установка оптических датчиков. Расчет величин освещенности, фокусного расстояния, оптической силы позволит оптимизировать технологические процессы, увеличить продуктивность бассейнов УЗВ и ОСА и сократить расходы.Основной задачей подобия оптических величин УЗВ и ОСА является определение пара-метров окуляра, линзы, имеющих различные характеристики, которые необходимы для «машинного зрения» в УЗВ и ОСА. При проектировании УЗВ и ОСА недостаточно масштабов физических характеристик гидродинамических и термодинамических, акустических процессов, протекающих в УЗВ при динамическом подобии, т. к. они не учитывают процессы оптики, протекающие в УЗВ и ОСА [8–11].Рассмотрим размерности основных оптических величин (табл. 1).Таблица 1Размерности оптических величин ВеличинаРазмерностьДлина волныLПериод колебанийTПоказатель (коэффициент) преломления–Сила светаJСветовой потокJСветовая энергияTJОсвещенностьL–2JСветосила объектива–Оптическая силаL–1Увеличение линейное, продольное–Увеличение окуляра, микроскопа, лупы–Угол отражения луча–Угол падения луча–Фокусное расстояниеLЧастота колебанийT–1Поток излучения и мощность излученияL2MT–3Энергия излученияL2MT–2На основании [12] найдем масштабы подобия оптических величин.Масштаб CQe энергии излучения L2MT–2 через масштаб геометрических размеров Cl: (1)Масштаб CIv силы света J: (2)На основании сопоставления энергетических и световых единиц масштаб светового потока представим (3)а масштаб световой энергии (4)Масштаб CEv освещенности L–2J: (5)Масштаб CФe потока излучения и мощности излучения L2MT–3: (6)Материалы исследованияС учетом масштабов оптических величин (1)–(6) отобразим их в табл. 2.Таблица 2Основные масштабы подобия оптических величин Физические характеристикиОбозначениеПреобразование через масштаб ClДлина волныCλClПериод колебанийCtCl5/4Показатель (коэффициент) преломленияCn1Сила светаCIvCl5/4Световой потокCФvCl5/4Световая энергияCQvCl5/2ОсвещенностьCEvCl–3/4Светосила объективаCfv1Оптическая силаCDCl–1Увеличение линейное, продольноеCβv1Увеличение окуляра, микроскопа, лупыCГe1Угол отражения лучаCεv1Угол падения лучаCεe1Фокусное расстояниеCFeClЧастота колебанийCfeCl–5/4Поток излучения и мощность излученияCФeCl5/4Энергия излученияCQeCl5/2Отобразим на графиках (рис. 1 и 2) зависимости CD = f(Cl) и CFe = f(Cl). Рис. 1. График зависимости CD = f(Cl) Рис. 2. График зависимости CFe = f(Cl)На графике CFe = f(Cl) (рис. 1) изображена гиперболическая зависимость масштаба CD от масштаба Cl. На графике CFe = f(Cl) (рис. 2) изображена прямая пропорциональность масштабов CFe и Cl. ЗаключениеТаким образом, использование теории динамического подобия А. А. Недоступа при обосновании правил подобия оптических величин позволяет без проведения экспериментов на уста-новках замкнутого водоснабжения и в открытых садках аквакультуры определять основные свойства «машинного зрения», которое необходимо для моделирования управления техническими средствами рыбоводства, а также процессами выращивания гидробионтов в УЗВ и ОСА.