控制被拖引海上物体的控制系统和方法与流程

1.本发明涉及一种系统和方法，借助于所述系统和方法，一个或多个被拖引海上物体可以被控制，如权利要求1和11的前序部分所阐述的。海上物体可以是水下物体（例如，拖网或地震拖缆）或者在水面中漂浮的物体（例如，驳船、漂浮平台或船舶）。


背景技术：

2.拖网通常被用于捕捞各种类型的海洋生物，并且还被用于收集在海床上或在海床附近的其他物体。通常，并且参照图2，一种拖网类型包括柔性材料的漏斗形袋1，所述漏斗形袋1具有允许水通过的网或网眼结构。拖网口（前端）是敞开的，并且较窄的尾端是封闭的。网眼尺寸根据预期捕捞而被确定。拖网通常由一个或多个船只2（拖网渔船）拖引通过水，并且通过合适的压载元件而保持在期望深度。在一种配置（底部拖网）中，拖网被沿着海床或靠近海床拖引。在另一种配置（中层拖网（也被称为远洋拖网））中，拖网被拖引通过海床上方的自由水。中层拖网捕捞各种类型的浮游动物（诸如，磷虾）、远洋鱼类（诸如，凤尾鱼、虾、金枪鱼和鲭鱼），而底部拖网的目标是底栖鱼类和半远洋鱼类（诸如，鳕鱼、大比目鱼和岩鱼）二者以及海床上的其他物体。
3.拖网袋（网）的垂直展开通常由拖网口（前端）的上部区域中的一个或多个浮力元件10和在拖网口底部或在拖网口底部附近的一个或多个压载元件（重物）7提供。拖网袋的水平展开通常由两个拖网门6提供，在拖网口的每一侧存在一个拖网门6。拖网门以各种尺寸和形状出现，并且被设计为与海底保持接触（当进行底部拖网时）或者保持升高到期望水深。拖网门本质上用作翼，具有形状和/或倾角（迎角）以提供水动力，并且因此保持水平展开。拖引船只必须保持某个速度，以便拖网门（并且因此，拖网本身）保持功能。因此，通常存在拖网能够被拖引并且仍然保持它的完整性并且实现它的预期目的的最小速度。这个最小拖网速度还影响拖引船只的转弯半径：太急的转弯可能使拖网“失速”和倒塌。
4.在拖网期间，通过将拖网升起到水面或到船舶上，或者通过经过连接到拖网袋的后端的软管将捕捞物抽送到水面，可以取得捕捞物。在作为参考包含于此的wo 2018/174723中描述一个示例。后一种方法被用于取得例如浮游动物。
5.在no 20181676中找到另一示例，no 20181676描述一种拖网器械，所述拖网器械包括：拖网渔船；拖网袋组件，通过许多分开地可控的拖网连接件（诸如，合适的线、链条或绳索）而耦合到拖网渔船；和至少两个外拖网门，至少间接地连接到拖网袋组件的横向末端（或在拖网袋组件的横向末端附近）。拖网在本领域是公知的，并且因此不需要在这里更详细地描述。
6.现有技术还包括wo 2014/122494 a1，wo 2014/122494 a1描述一种勘测设备，所述勘测设备具有：至少一个勘测线缆，每个勘测线缆具有附着到母船的近端、连接到至少一个水面下拖引船只的远端；和至少一个勘测装置，在所述近端和所述远端之间连接到勘测线缆。勘测线缆在勘测期间沿垂直于母船的纵向轴线的方向延伸。例如，在冰帽（例如，固体冰或浮冰）下，勘测线缆从母船向侧面延伸一定距离。
7.图1和2图示拖网1，拖网1具有两个拖网门6并且由拖网渔船2在水体w中拖引，拖网1位于拖网渔船后面距离l1处并且位于水面s下方。拖网门6基本上是类似的，但被布置为使拖网口沿相反方向偏转。为了本描述的目的，拖网和拖网门可以被视为一个单元，统称为拖网。拖网渔船相对于水按照速度v移动，并且通过两个拖网线3（经由拖网门）而被连接到拖网。技术人员将会理解，可以使用更多或更少的拖网线。例如，第三中间拖网线可以被加入以便为从拖网袋后端延伸到船只的软管提供支撑。
8.拖网渔船2、拖网1和拖网线3a、b一起形成动态系统，在该动态系统中，（一个或多个）拖网线凭借它形成悬链线的能力而实际上用作弹簧。拖网线吸收原本将会由于拖网渔船和拖网之间的相对移动而形成的松弛。在图2中，悬链线被标记为c，并且是拖网线相对于拖网渔船和拖网（这里：拖网门）之间的假想直线l的偏转。
9.在拖网期间，并且特别地在中层（远洋）拖网中，可能需要或期望的是，使水体中的拖网从较大深度升高到较小深度。在现有技术方法中，通过卷收（一个或多个）拖网线来实现这一点，这减小部署的（一个或多个）拖网线的长度以及拖网渔船和拖网之间的距离。这种状态允许形成小得多的悬链线，并且在极端情况下，根本不形成悬链线，由此系统中的几乎所有弹性（并且因此，阻尼）大大减小。这可能导致拖网渔船、拖网和（一个或多个）线上的严重的动态负载，并且使拖网操作终止。卷收操作还涉及这样的风险：（一个或多个）拖网线被缠绕在拖网渔船的螺旋桨或舵中。另外，随着距离的缩短，拖网渔船和拖网的展开不太好控制，在转弯期间尤其如此。最后，尤其在用于磷虾或其他类型的浮游动物的拖网的情况下，减小拖网渔船和拖网之间的距离使得必须重新布置在拖网袋的后端和拖网渔船之间的上述软管。
10.与底部拖网关联的问题在于：拖网门（并且有时，拖网的部分）被沿着海床拖动，对海床上的海洋动植物造成显著损害。
11.现有技术包括gb 811 853 a（在1959年公布），其公开一种可变浮力浮子结构，所述可变浮力浮子结构适配于在可变深度被拖引并且用于拖引拖网。该浮子结构包括：至少一个罐，充有加压空气；至少一个室，具有端口，通过所述端口，海水可以进入或排出；用于压缩空气的受控进入和放出以改变所述室中的海水的量并且因此调整浮子的浮力的工具；和压缩空气容器，由浮子携带并且供应空气进入和放出工具。空气容器包括朝着关闭位置弹性地加载的送气阀和排气阀，这两个阀连接以通过致动工具来交替打开和关闭，所述致动工具包括可由隔膜移动的构件，所述隔膜在一侧经受所述室内的压力并且在另一侧经受在适配于根据期望淹没深度而变化的压力下的空气。所述室中的海水的量被调整，使得浮子处于平衡并且通过吹出海水或允许海水通过端口进入而使浮子上升或下沉到新的期望深度。通过吹出被允许进入的海水而在新的深度再次恢复平衡，反之亦然。
12.另一拖网类型是横桁（beam）拖网，其中拖网袋的水平展开由通常水平布置在水中的横桁来提供。虽然横桁拖网不利用拖网门，但上述几个问题也适用于这种拖网类型。
13.因此需要一种系统，由此在水体中拖引的物体的垂直位置可以被控制，而没有与现有技术关联的缺点。


技术实现要素：

14.在主权利要求中阐述和表征本发明，而从属权利要求描述本发明的其他特性。
15.因此，提供一种用于在水体中或在水体上的被拖引物体的控制系统，其中一个或多个拖引构件在所述物体和拖引船只之间延伸，其特征在于：一个或多个压载构件，可移动地连接到所述一个或多个拖引构件中的相应拖引构件并且可按照可控方式（controllably）沿着它的相应拖引构件移动至少一定距离。
16.至少一个压载构件和/或被拖引物体可以包括用于确定与海床的距离的感测和检测工具。在一个实施例中，所述控制系统包括控制装置，借助于所述控制装置，拖引构件上的压载构件位置可以被控制。重量构件可以被连接到压载构件，并且从压载构件朝着海床延伸一定距离。
17.被拖引物体可以是具有拖网板的拖网、细长物体诸如线缆或立管或者类似物，并且可以包括浮力元件，由此被拖引物体可以具有中性浮力。所述被拖引物体可以是在水面上拖引的船只。
18.所述被拖引物体和/或压载构件中的至少一个压载构件在一个实施例中确实包括感测和检测工具，所述感测和检测工具被配置用于确定所述工具和海床之间的距离，并且所述感测和检测工具被配置为与在远处位置的传送器/接收器通信，所述传送器/接收器被配置为与控制单元通信；所述控制单元被配置为与用于控制至少一个压载构件的位置的装置通信。所述控制单元可以包括可编程控制单元。
19.还提供一种控制在水体中或在水体上的被拖引物体的方法，其特征在于：一个或多个压载构件被可移动地连接到在被拖引物体和拖引船只之间延伸的拖引构件中的相应拖引构件，按照可控方式将所述一个或多个压载构件沿着它的相应拖引构件移动至少一定距离，以便控制所述拖引构件的悬链线。个体压载构件可以被个体地操纵以便校正、保持或者以其他方式改变被拖引物体的几何形状，并且被拖引物体是拖网。在一个实施例中，一个或多个压载构件的移动基于由感测和检测工具提供的信息而被控制，所述感测和检测工具被配置用于确定所述工具和海床之间的距离。所述距离可以被预先确定，并且输入到控制单元中。
附图说明
20.通过参照示意性附图对作为非限制性示例给出的实施例的下面描述，本发明的这些和其他特性将会变得清楚，其中：图1是根据现有技术的透视图中的草图，其原则上图示被拖引物体（拖网）在拖引船只（拖网渔船）后面一定距离处在水体中被拖引；图2是根据现有技术的侧视图中的草图，其原则上图示拖网在拖网渔船后面一定距离处在水体中被拖引在后面，并且图2还图示拖网线如何在水中形成悬链线；图3是侧视图中的草图，其原则上图示拖网在拖网渔船后面一定距离处在水体中被拖引在后面，并且图3图示拖网线悬链线可以如何借助于压载构件而被控制；图4是与图4对应的透视图中的草图；图5是图3中的区域“a”的放大视图；图6和7是本发明的实施例的示意性侧视图；图8和9是本发明的实施例的示意性侧视图，其中被拖引物体是地震拖缆；图10是本发明的实施例的示意性侧视图，其中被拖引物体是沿着海床拖动或移动
的物体；图11是未对准的拖网的示意性顶视图；图12是正在进行转弯的拖网渔船和拖网的示意性顶视图；图13和14是被拖引水面船只的示意性顶视图，并且图示本发明如何被用于控制拖引构件悬链线；图15是本发明的实施例的示意性侧视图；图16是本发明的实施例的示意性侧视图，特别地图示距离测量装备和配置；和图17是图示被拖引物体可以如何被控制的方框图。
具体实施方式
21.下面的描述可以使用诸如“水平”、“垂直”、“侧向”、“前后”、“上下”、”上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”等的术语。这些术语通常指代如附图中所示并且与本发明的正常使用关联的视图和方位。仅为了阅读者的方便而使用所述术语，并且所述术语将不会是限制性的。
22.现在将参照图3至5描述本发明的第一实施例。具有两个拖网门6的拖网1正在由拖网渔船2在水体w中拖引，拖网1位于拖网渔船后面一定距离处并且位于水面s下方。在图示的实施例中，两个拖网门6是基本上类似的，但被布置为使拖网口沿相反方向偏转。在标号后面的符号a、b、c等将会根据需要在下面被用于区分一个项目与另一项目。
23.以上参照图2大体上描述了拖网本身，并且另外，拖网本身在本领域中是公知的。为了本描述的目的，拖网和拖网门可以被视为一个单元，统称为拖网或被拖引物体。拖网渔船相对于水按照速度v移动，并且通过拖引装置3（这里，经由拖网门）而被连接到拖网，这里所述拖引装置3具有两个拖网线3的形式，一个拖网线3到每个拖网门。技术人员将会理解，可以使用更多或更少的拖引装置。例如，第三中间拖网线可以被加入以便为从拖网袋后端延伸到船只的软管提供支撑。本发明将不会受拖引装置的数量、拖网门、拖网类型或拖网的数量限制。
24.如上所述，拖网渔船2、拖网1、拖网门6和拖网线3一起形成动态系统，其中拖网线凭借它们形成悬链线的能力以及拖网线和水之间的摩擦而实际上用作弹簧。拖网线（一根线（例如，在横桁拖网的情况下）或多根线）吸收原本将会由于拖网渔船和被拖引物体（这里，拖网）之间的相对移动而形成的松弛。然而，为了控制和增加这种悬链线，发明的控制系统包括压载构件4，压载构件4被可移动地布置在每个拖引构件（这里：拖网线）3上。图5中的双头箭头m指示这种移动。压载构件4可以是具有适合于预期目的的负浮力的配重（clump weight）块或任何其他固体物体。压载构件可以具有在流体动力学上有利的形状以便使流体动力学阻力（hydrodynamic drag）最小化。压载构件还可以包括用于控制它的重量的工具。压载构件可借助于具有轮子、辊（未示出）或类似物的壳体而连接到拖引构件。标号5标记控制线缆，借助于所述控制线缆，压载构件4在拖网线3上的位置可以被调整。线缆5可以连接到船只（拖网渔船）2上的绞盘工具（图3-5中未示出）。拉动控制线缆5将会使压载构件4在水中升高并因此减少悬链线，并且放出控制线缆将会使压载构件4在水中下沉（凭借它的负浮力）得更深并因此增加悬链线。
25.因此，与现有技术配置（图2）中的悬链线相比，如图5中所示的那样降低压载构件4
显著增加悬链线c，并且拖引构件3的在压载构件4和拖网之间延伸的部分（在图3至5中标记为3’）基本上是水平的。因此，实际上不存在向上拉动拖网（拖网门和拖网），并且拖网深度可以通过压载构件4的操纵而被控制。
26.发明的控制系统允许拖网速度显著减小，而不损害拖网的完整性。当对磷虾和其他浮游动物进行拖网时，减小的拖网速度也是优选的。
27.应该理解，发明的控制系统也适用于横桁拖网，其中拖网口（前端）的上部区域中的浮力元件10和拖网门6被例如（但不限于）具有1米直径和30米长度（即，大体上是水平的并且与拖网袋口横切的）的浮力横桁（未示出）替换。
28.现在将参照图6和16描述本发明的第二实施例。除非另外指出，否则以上参照图3至5描述的特征和方面将也适用于这个第二实施例，并且实施例可以被组合。这里，拖网1设有浮力元件22，并且拖网门6包括浮力室21。浮力元件22和浮力室21可以是可调整的并且被控制，使得拖网和拖网门具有中性浮力。浮力还可以被调整为稍微为正，由此当（一个或多个）压载构件4被朝着水面提升时，拖网可以上升到水面。可以在不卷收拖网线的情况下实现这一点。
29.压载构件4或将它连接到拖网线3的壳体装设有距离测量装置73，距离测量装置73发射和接收用于确定与海床b的距离的信号11。距离测量装置（例如，或回声测深仪或声纳）在本领域中是公知的，并且因此不需要进一步描述。信号11可以被传输给船只2上的控制系统（图6和16中未示出），并且压载构件4的位置（即，深度）可以基于感测到的与海床的距离而被控制。因为拖网和拖网门是中性浮力的并且因此在水体中平衡，所以与海床的距离h可以通过压载构件4的操纵而被控制。被拖引物体和海床之间的接触力能够因此被最小化或去除。
30.现在参照图16和图17，除了压载构件4上的上述距离测量装置73之外或者作为压载构件4上的上述距离测量装置73的替代方案，距离测量装置80；80’可以附着到拖网1和/或拖网门6，并且被配置为发射和接收用于确定被拖引物体（拖网和/或拖网门）和海床b之间的距离的信号11。包含距离信息的信号（由图6中的箭头12指示）可以被传输给船只2上的控制系统71。控制系统被配置为控制（一个或多个）压载构件控制线缆5的操作，由此被拖引物体和海床之间的距离可以被控制和调整。这被示意性地图示在图17中的方框图中，其中标号73标记压载构件4上的距离测量装置，并且标号80、80’标记拖网门和拖网上的距离测量装置。应该理解，拖网和拖网板可以被视为一个物体，端部可以被任何其他被拖引物体（例如，横桁拖网）替换，如以上所解释的。
31.在被拖引物体和海床之间确定的距离经由信号11被传输给船只2上的传送器/接收器（例如，收发器或本领域中已知的任何其他传送器/接收器装置）70。收发器70将距离信息传输给控制单元71，控制单元71使用这种信息以将控制信号发送给拖网线绞盘61和/或发送给控制（一个或多个）压载构件4的位置的绞盘或其他装置72。因此，拖网线3和/或控制线缆5可以基于来自距离测量装置80；80’的输入而被操作。控制单元71还可以连接到船只的引擎和/或舵控制器75，由此船只速度和/或方向可以基于来自被拖引物体的感测到的数据而被控制。
32.控制单元71可以包括可编程控制单元（plc），由此操作人员可以将期望的（被拖引物体和海床之间的）距离输入到plc中，并且plc因此将会控制对（一个或多个）压载构件和/
或被拖引物体进行控制的装置72，以使得这个预先确定的期望距离基于由信号11提供的信息而被自动地保持。
33.被拖引物体还可以基于由船只的舰载距离测量装备（回声测深仪、声纳等）74提供的感测到的深度测量而被控制。
34.再一次参照图16，船只和被拖引物体之间的距离l1可以是相当大的，例如大约1000米。压载构件4和被拖引物体之间的距离lb也可以是很大的，例如大约300
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500米。因此，在一种操作模式下，由船只的舰载距离测量装备74感测到的与海床的距离可以被用于通过操纵（一个或多个）压载构件和/或被拖引物体线和/或船只引擎来控制被拖引物体的深度。控制单元71还可以包括比例积分微分控制器（pid控制器）或类似的装置，由此来自距离测量装备单元80、80’、73、74中的任一个的输入数据可以被用于根据期望来控制被拖引物体。应该注意的是，其他传感器（未示出）（例如，温度、电流、速度）可以被馈送到控制单元中，并且用作用于控制被拖引物体的参数。
35.在图17中识别的装置之间的通信可以按照本领域中已知的任何方式，硬连线或无线。
36.图16和17中图示的器材可以因此被用作用于平衡的拖网或其他物体的控制系统。装置74包括作为船舶（船只）的一部分集成的仪器，通常是回声测深仪、声纳或者能够看见船只的底部和位置、鱼或磷虾或海中的物体的其他种类的仪器。装置73包括集成到压载构件中的仪器，压载构件被用于操纵被拖引物体（例如，拖网）。这将会给出关于用于操作压载构件或主拖网绞盘的响应的反馈。装置80和/或80’包括这样的仪器：该仪器给出关于被拖引物体如何基于压载构件的位置或拖网绞盘的操作做出反应的反馈。
37.控制单元71包括计算机程序，所述计算机程序从传感器80、80’、73、74接收输入并且利用来自传感器80、80’、73、74的数据进行工作。这种程序将会使得可能按照非常受控的方式操作拖网。这将会使得可能非常接近海底并且在任何拖引条件期间保持恒定距离。这将会减少与海底的任何物理接触，并且因此减少对海底的任何损害。对拖网（trawl net）的损害也可以被避免。
38.这种系统可以被设置在“狩猎”模式，在该模式下，拖网将操作的特定深度区域被例如定义在400和800米深度之间。在这个窗口里面，绞盘计算机控制系统还应该能够决定真正的声纳或回声测深仪以使得优化捕捞潜力（鱼、磷虾等）的方式定位拖网。该系统也可以被手动地操作。
39.控制系统能够采用与海深或与海底的距离相关的任何给定参数，并且能够主动地做出它自己的决定并且定位拖网。控制系统具有来自传感器和装置中的任何和所有的反馈，并且将会主动地操作拖网绞盘和用于平衡拖网的压载构件的绞盘二者。
40.现在将参照图7和15描述本发明的第三实施例。除非另外指出，否则以上参照图3至6描述的特征和方面将也适用于这个第三实施例，并且实施例可以被组合。这里，压载构件4或将它连接到拖网线3的壳体装设有附着到连接构件23（例如，链条、系索、绳索或具有类似的功能的物体）的配重块物体24（或其他固体物质）。配重块物体24可以装设有轮子或辊以使与海床的摩擦最小化。连接构件23长度e可以被确定尺寸，使得在水中平衡的被拖引物体在海床b上方保持最小距离h。物体24可以被形成为滑板，并且利用相应连接构件也被布置在拖网门和拖网下面，如图15中所示。拖网还可以包括区段（未示出），并且物体24和连
接构件23可以被布置在每个这种区段下面。
41.现在将参照图8和9描述本发明的第四实施例。除非另外指出，否则以上参照图3至7描述的特征和方面将也适用于这个第四实施例，并且实施例可以被组合。这里，上述拖网和拖网门已被具有浮力元件22的地震拖缆30替换。虽然图8仅示出一个拖缆，但应该理解，几个拖缆30可以由对应数量的拖引装置（线）3拖引，所述拖引装置的悬链线通过如上所述的个体压载构件4的操纵而被控制。类似于上述拖网门的偏转器（未示出）也可以被用于形成地震拖缆的展开，这在本领域中是公知的。图8还示出压载构件的变型4’，所述压载构件的变型4’被确定形状以表现出有利的流体动力学特性。这种变型还可以被用在本发明的其他实施例中。发明的控制系统因此促进在远低于水面s的期望（且恒定的）深度展开的拖缆的拖引。从而缓解或甚至避免暴露于风、波浪和其他水面条件。本发明将不会限制于地震拖缆，而是也适用于其他被拖引物体。这种被拖引物体的示例是线缆、管线、软管、脐带式管缆、在石油产业中使用的上升件等。
42.现在将参照图10描述本发明的第五实施例。除非另外指出，否则以上参照图3至9描述的特征和方面将也适用于这个第四实施例，并且实施例可以被组合。这里，被拖引物体是沿着海床拖动的物体50。这个被拖动物体50可以是用于例如从海床收集物体的犁、刮刀或收集器容器。这种被拖动物体的一种可能的用途是采矿。通过调整长度e和/或操纵拖引装置（线、绳索或类似物）3上的压载构件4，拖引装置的在压载构件4和被拖引（被拖动）物体之间延伸的部分3”的倾角α可以被改变，从而增加或减小由被拖引物体50施加到海床上的向下力。虽然图10仅示出一个被拖引物体50，但应该理解，几个物体50可以由几个拖引装置（线）3拖引，如上所述。
43.图11和12图示发明的控制系统可以如何被用于控制拖网或类似的被拖引物体的两个示例。在图11中，拖网入口未对准。通过如箭头所指示的那样朝着拖网移动一个压载构件4a和/或朝着拖引船只2移动另一压载构件4b，这种未对准可以被校正。通常，因此，拖网几何形状可以因此通过压载构件4的操纵而被控制。应该理解，相同的原理适用于地震拖缆的展开。
44.图12图示发明的控制系统可以如何被用于在转弯期间控制拖网或类似的被拖引物体。当拖引船只2偏离直线航线（虚线）并且进入转弯时，内（相对于转弯）压载构件4a在水中下降（移动离开船只）并且外压载构件4b上升（朝着船只移动）。压载构件可以被用于在转弯之前以及在转弯期间修整拖网，并且因此防止拖网倒塌或变得未对准。与现有技术系统相比，利用这种控制系统，船只速度可以减小并且转弯可以更急。应该理解，相同的方法适用于地震拖缆的展开。
45.尽管以上已在控制水下被拖引物体的情况下描述发明的控制系统，但发明的控制系统也适用于控制在水面中漂浮的被拖引物体，诸如驳船、漂浮平台、船舶和其他漂浮船只。这种应用的示例被图示在图13和14中，其中被拖引水面物体20正在由拖引船只2经由拖引装置3拖引。应该理解，可以使用超过一个拖引装置。拖引装置3可以是钢丝、链条、合成绳索或类似物。可调整的（可移动的）压载构件4被用于控制拖引装置悬链线。压载构件4可以具有这样的形状：该形状具有有利的流体动力阻尼性质。将会理解，深悬链线（如图14中所示）防止气穴。