Développement de nouvelles méthodes de quantification de la densité des poissons à l’aide d’outils de stéréo-vidéo sous-marine
Summary
Nous décrivons une nouvelle méthode de comptage des poissons et estimer l’abondance relative (MaxN) et la densité des poissons à l’aide de rotation des systèmes de caméras stéréo-vidéo. Nous montrons également comment utiliser la distance de la caméra (distance Z) pour estimer la détectabilité propres à chaque espèce.
Abstract
L’utilisation de systèmes de caméra vidéo dans les études écologiques du poisson continue à gagner de traction comme méthode de mesure des longueurs de poissons et l’abondance de poissons estimation viable, non extractives. Nous avons élaboré et mis en place un outil de caméra stéréo-vidéo tournante qui couvre 360 degrés d’échantillonnage, ce qui maximise l’effort d’échantillonnage par rapport aux outils de caméra fixe. Diverses études ont détaillé la capacité des systèmes statiques, stéréo-appareil photo pour obtenir des mesures très exactes et précises des poissons ; ici, l’accent était sur le développement d’approches méthodologiques pour quantifier la densité des poissons à l’aide de systèmes de caméra rotative. La première approche était d’élaborer une modification de la métrique MaxN, qui est généralement un comte conservateur du nombre minimal de poissons observé sur une enquête de l’appareil photo. Nous redéfinissons MaxN pour être le nombre maximal de poissons observés dans toute rotation donnée du système de caméra. Lorsque les précautions sont prises pour éviter la double comptabilisation, cette méthode pour MaxN peut-être mieux refléter abondance réelle que celle obtenue à partir d’une caméra fixe. Deuxièmement, parce que la stéréo-vidéo permet aux poissons d’être mappé dans l’espace tridimensionnel, des estimations précises de la distance de huis-clos peuvent être obtenues pour chaque poisson. En utilisant le percentile 95 % de la distance observée de la caméra d’établir des zones spécifiques à l’espèce interrogés, nous tenir compte des différences dans la détectabilité des espèces tout en évitant la dilution des estimations de la densité en utilisant la distance maximale, qu’une espèce a été observée. Comptabilité pour cette gamme de détectabilité est essentielle d’évaluer l’abondance de poissons. Cette méthode facilitera l’intégration des outils de stéréo-vidéo en sciences appliquées et des contextes de gestion rotatifs.
Introduction
Le long de la côte Pacifique des États-Unis, plusieurs espèces importantes pour la pêche commerciale et récréative du poisson de fond (par exemple, le complexe de sébastes (Sebastes spp.) et la morue-lingue (Ophiodon elongatus)) sont fortement associées les habitats de haut-relief, fond dur1,2,3,4,5. Chute de stéréo-vidéo caméras est un outil non extractives intéressant à utiliser dans les habitats rocheux en raison de la relative facilité et la simplicité de fonctionnement. Une variété de systèmes de caméras stéréo-vidéo ont été développés et déployés dans l’hémisphère Sud, les eaux peu profondes des écosystèmes6,7,8,9,10, et récemment, goutte-caméras vidéo ont gagné traction comme un outil de gestion pour les environnements des récifs rocheux des eaux profondes le long de la côte du Pacifique11,12,13. Nous avons cherché à modifier ces conceptions existantes de la stéréo-appareil photo en utilisant un système de caméra stéréo-vidéo (ci-après dénommé « Lander ») pour mieux caractériser les populations de poissons en haut-relief dannées le long de la côte centrale du Pacifique (voir Table de Matériaux). L’atterrisseur utilisée était différente de celle des systèmes vidéo existants parce que les caméras ont été montés sur une barre centrale tournante, permettant un plein 360° de la couverture du plancher océanique à la goutte emplacement14. L’atterrisseur a effectué un tour complet par minute, ce qui nous a permis de caractériser l’abondance et la composition de la communauté d’un espace et atteindre le même niveau de puissance statistique avec des déploiements de Lander moins rapidement. (Voir Starr (2016)14 pour plus de précisions sur les détails de la configuration de l’atterrisseur). Des essais préliminaires dans le système d’étude a suggéré que huit rotations des caméras dans nos enquêtes ne suffisaient pas à caractériser la richesse et l’abondance des espèces. Cette détermination était effectuée par une observation de la Loi des rendements décroissants dans l’abondance des espèces et de la densité des poissons plus de gouttes plus longtemps. Il est recommandé qu’une étude pilote dont le temps de trempage plus long se dérouleraient dans tout nouveau système afin de déterminer le temps de trempage optimale pour une espèce donnée ou l’étude de l’écosystème.
À l’aide de caméras stéréo appariés, les deux enquête sur la superficie et densité de poissons absolue peut être calculée pour chaque enquête vidéo ; Cependant, l’utilisation des caméras en rotation a nécessité la modification des métriques de comte de poisson traditionnel. Systèmes vidéo fixes utilisent le plus souvent « MaxN » en tant que conservateur nombre de poissons sur un déploiement6,10. MaxN traditionnelle décrit le nombre maximal de poissons d’une espèce donnée observée ensemble dans une seule trame vidéo, afin d’éviter les doubles comptages un poisson qui a quitte et rentre en trame. MaxN a donc fait une estimation du nombre minimal des poissons connus pour être présents et peuvent sous-estimer le vrai poisson abondance6,10. La métrique MaxN a été redéfinie pour représenter le plus grand nombre de poissons dans chaque rotation complète des caméras.
La deuxième modification aux précédentes méthodes vidéo stéréo devait tenir compte du fait que les espèces de différentes tailles, couleurs, et formes qui présentent différentes distances maximales d’identification fiable. Par exemple, les grandes espèces comme o. elongatus ont une forme allongée distincte et fiable peuvent être identifiés à une distance beaucoup plus grande par rapport aux espèces petites et cryptiques comme le Squarespot sébaste (Sebastes hopkinsi). Ces différentes gammes maximales de détectabilité modifier la zone efficace échantillonnée par l’atterrisseur pour chaque espèce. Parce que les caméras stéréo permettent de placer chaque poisson dans un espace tridimensionnel avec un degré élevé de précision, on peut déterminer la distance entre les caméras que chaque poisson a été mesuré (c’est-à-direla « distance Z », le nom de l’axe des « z » qui est perpendiculaire à la ligne droite tirée entre les caméras). Pour chaque espèce, la distance au sein de laquelle 95 % de tous les individus ont été observés (ci-après « distance 95 % Z ») était censée être le rayon de la zone étudiée et a servi à calculer l’aire totale étudiée. Outre les caractéristiques propres à chaque espèce, identifiabilité est touchée par des facteurs environnementaux tels que la turbidité de l’eau. Parce que ces facteurs peuvent varier dans le temps et l’espace, il est important d’utiliser la statistique de 95 % Z uniquement dans son ensemble. Alors qu’il sera très précis pour les grands échantillons, toute une enquête individuelle peut varier dans la zone étudiée.
Le protocole détaillé ci-dessous fournit des indications sur comment créer et utiliser ces paramètres. Bien que l’objectif était de caractériser l’habitat rocheux en eaux profondes le long de la côte du Pacifique, la méthode décrite pour mis à jour le comte MaxN est facilement applicable à n’importe quel système de goutte-caméra rotative. Le nombre de rotations de caméra nécessaires pour caractériser les populations de poissons dépendra de la dynamique de l’écosystème local, mais la conceptualisation de la mis à jour le MaxN restera le même. De même, tandis que nous avons utilisé 3D logiciel photogrammétrique pour analyser la vidéo stéréo, les techniques décrites dans les présentes sont facilement appliqués dans l’ensemble des plates-formes logicielles, tant que la localisation précise des poissons dans un espace tridimensionnel est possible. En outre, l’approche de l’application d’une valeur de 95 % Z distance sont envisageables à l’avenir études avec stéréo-caméras pour tenir compte des gammes spécifiques à chaque espèce de détectabilité et de calculer plus précisément abondance de poisson.
Protocol
Representative Results
Discussion
La métrique MaxN traditionnelle repose sur l’idée de compter un nombre minimal garanti de personnes présentes lors d’une enquête. Si un certain nombre de poissons est visible simultanément dans une seule trame vidéo, il ne peut y avoir soit moins présent, mais parce que les poissons sont mobiles et distribuée de façon hétérogène, la probabilité de voir tous les individus simultanément au cours d’une seule image vidéo est faible . Il est donc probable que les traditionnel MaxN sous-estime vrai poisson…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été financé par The Nature Conservancy et des donateurs privés, ressources Legacy Fund Foundation, Gordon et Betty Moore Foundation, Environmental Defense Fund, Californie Sea Grant Program, Programme National de recherche coopérative NMFS et un NOAA Concession de Saltonstall-Kennedy #13-SWR-008. Marine de recherche appliquée et de prospection (Dirk Rosen, Rick Botman, Andy Lauerman et David Jefferies) mis au point, construit et entretenu l’outil vidéo de Lander. Nous remercions Jim Seager et SeaGIS™ logiciel pour le support technique. Le capitaine et le pêcheur commercial Tim Maricich et membres d’équipage à bord du soutien de F/V Donna Kathleen fourni dans le déploiement de l’atterrisseur de 2012 à 2015. Merci à tous ceux qui ont participé à la collecte de données vidéo ou analyse (Anne Tagini, Donna Kline, le lieutenant Amber Payne, Bryon Downey, Marisa Ponte, Rebecca Miller, Matt Merrifield, Walter Heady, Steve Rienecke, EJ Dick et John Field).
Materials
| calibration cube | SeaGIS | http://www.seagis.com.au/hardware.html | 1000x1000x500 mm is the preferred dimensions. Other methods of calibration are available. |
| CAL calibration software | SeaGIS | http://www.seagis.com.au/bundle.html | |
| EventMeasure stereo measurement software | SeaGIS | http://www.seagis.com.au/event.html | |
| Statistical software | R Core Team 2017 (v. 3.4.0) | Bootstrapping code can be found: https://github.com/rfields2017/JoVE-Bootstrap-Function | |
| Spreadsheet Software | Microsoft Excel | ||
| 2 waterproof cameras | Deep Sea Power and Light | HD quality preferred | |
| 2 depth rated, waterproof lights | Deep Sea Power and Light : 3000 lumen LED with 5000k color temperature | ||
| DVR recorder | Stack LTD DVR | ||
| standard PC | Windows 10 preferred OS | ||
| rotating Lander platform | Marine Applied Research and Engineering (MARE) |
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