Оптические траловые обследования предлагают неинвазивный метод отбора проб из популяций донных рыб и предоставляют более мелкомасштабные данные, чем традиционные траловые обследования. В этой статье представлена обобщённая процедура оптического тралового обследования донных рыб в Новой Англии.
Методическая статья
Оптические траловые обследования донных рыб: видеотраловое обследование западной части Атлантической трески (Gadus morhua) в заливе Мэн
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Оптические траловые обследования обеспечивают неинвазивный метод количественной оценки популяций донных рыб и могут использоваться для дополнения или улучшения традиционных данных донного тралового обследования. Этот протокол описывает видеотраловое обследование Школы морских наук и технологий (SMAST) — оптическую траловую систему, разработанную в сотрудничестве с коммерческими рыбаками для оценки численности и распределения донных рыб в западной части залива Мэн. Камеры и светильники были установлены в коденде модифицированного коммерческого трала для записи рыбы при прохождении через открытую сеть. Были интегрированы датчики чистого измерения, экологические датчики и GPS для расчёта помех площади и получения оценок плотности и биомассы. Примерное исследование проводилось по стратифицированному случайному дизайну, завершив 47 буксировок за 10-дневной круиз весной 2024 года. Видеоданные были аннотированы для перечисления целевых видов и проверены периодическими закрытыми кодовыми буксирами, а также представлены репрезентативные результаты для атлантической трески. Этот протокол демонстрирует воспроизводимый и минимально инвазивный подход к проведению оптических траловых обследований донных рыб, предоставляющий высокоразрешающие пространственные и численносные данные при одновременном снижении смертности от улова. Метод может быть адаптирован к другим подземным видам и средам обитания для поддержки независимого от рыболовства мониторинга, оценки запасов и экологических исследований.
Введение
Атлантическая треска (G. morhua) давно лежит в основе промысла донной рыбы НовойАнглии 1, но запасы западной части залива Мэн в настоящее время классифицируются как переловленные, с выловом <2% от исторического пика в 1982году. Низкий общий допустимый улов, реализованный для стимулирования восстановления, ограничивает вылов более многочисленных видов в комплексе многовидовой доневой рыбы, создавая экономические и управленческие трудности. Треска теперь функционирует как вид удушения, ограничивая рыболовные операции после выполнения индивидуальных нормна судна 3. С 2010 по 2015 год в среднем было выловлено только 32% от годового лимита многовидовой донной рыбы на северо-востоке— 4,5%. С 2010 года примерно один миллион метрических тонн квоты на донную рыбу, стоимостью более 6 миллиардов долларов, остались невыловленными, отчасти из-за ограничений на треску. Расхождения между высокими коммерческими темпами улова и низкими индексами численности обследований вызвали споры о реальном статусепопуляции 3,6,7,8,9,10, который может быть связан с ограничениямиобследования 11, отклонениями от предполагаемой селективности12,13 или агрегацией популяций в рыболовныхрайонах 14,15. Видеотраловое обследование Школы морских наук и технологий (SMAST) было разработано для дополнения существующей информации о запасах и устранения некоторых из этих проблем.
Цель видеотралового обследования SMAST — предоставить управляющим рыбными ресурсами, морским учёным и рыболовной отрасли независимую, неинвазивную оценку запасов донной рыбы, в частности Атлантической трески западного заливаМэн 16,17. Разработанный совместно с коммерческими рыбаками, обследование интегрирует камеры и свет в модифицированный коммерческий трал для фиксации рыбы при прохождении через открытый коденд13,16. Система сочетает высокоточное видео с чистыми данными измерения, окружающей среды и позиционирования для расчёта обработанной площади и оценки специфической для вида плотности и биомассы. Открытая кодовая конструкция обследования позволяет рыбам свободно проходить через снаряжение, снижаясмертность до 18,19 и обеспечивая длительное буксирование, улучшая пространственное покрытие и точностьоценок 20. Помимо применения к треске, видеотраловое обследование SMAST предоставляет обобщённую основу для оптического отбора проб различных видов. Минимизируя смертность и собирая тонко масштабные распределительные данные20, этот подход может дополнить и улучшить традиционные траловые программы мониторинга. Метод может адаптироваться к различным средам обитания и целевых видов, обеспечивая видеоданные высокого разрешения, подходящие как для количественной оценки запасов, так и для экологических исследований. Реализация этого метода будет зависеть от условий окружающей среды и конфигурации шестерёнок. В условиях с высокой мутностью необходимы коррекции сетки для поддержания достаточнойвидимости 21,22, а также необходимо проводить буксировки с закрытым кодом для подтверждения подсчётов каждого интересующего вида. Здесь описана обобщённая процедура оптического тралового обследования донных рыб с использованием весеннего видеотралового обследования западной части Атлантической трески SMAST 2024 года для проиллюстрации процедуры и предоставления репрезентативных результатов.
Протокол
ПРИМЕЧАНИЕ: Вся биологическая отбор проб проводилась в соответствии с руководящими принципами и протоколами Дартмутского университета Массачусетса.
1. Проектирование геодезии
- Определите оффшорное судно для обследования с гидравлическими лебедками для траления.
ПРИМЕЧАНИЕ: Морские коммерческие траловые суда должны быть достаточно большими для необходимого экипажа и продолжительности проведения обследования. - Определите траловую сеть, подходящую для целевого вида и среды обитания.
ПРИМЕЧАНИЕ: Для скалистого субстрата в западной части залива Мэн уместен скаливый скалив с 27-метровым бункером. Для более мягких субстратов более эффективным может быть цепочечный свип. Важно консультироваться с местными коммерческими рыбаками при выборе конфигурации сети - Модифицировать сеть с учётом оптического оборудования и нейтрализовать возмущение осадков.
- Включайте как минимум две светодиодные лампы, камеру с прямой трансляцией по коаксиальному кабелю и камеру с высоким разрешением и частотой кадров или стереоскопическую камеру.
ПРИМЕЧАНИЕ: Если конфигурация кабеля позволяет получать прямую трансляцию видео высокого разрешения, может понадобиться только одна камера. - Разместить камеры и светильники внутри сети лицом к коденду, используя жёсткий полиэтиленовый цилиндр, пришитый к траловой сетке, в качестве основы для крепления и обеспечения жёсткости сети.
- Установьте распределительную коробку в цилиндре для передачи питания и видеосигнала между светильниками и камерами, а также специальный коаксиальный кабель.
ПРИМЕЧАНИЕ: Коаксиальный кабель должен обеспечивать просмотр и запись видеосигнала в реальном времени в рубке судна. - Модифицируйте сетку, чтобы удлинитель коденда не был снизу и уменьшил подвеску осадка в поле зрения камер.
ПРИМЕЧАНИЕ: Типичные модификации включают добавление плавания в цилиндр, удлинение удлинителя коденда для удаления камер от шлейфа осадков и добавление тентов на дно сети для подавленияосадка 21,22. - Включите небольшой сетчатый лайнер для предотвращения спуска при буксировке с закрытым кодом.
ПРИМЕЧАНИЕ: Видеотраловое обследование SMAST использует лайнер диаметром 50,8 мм.
- Включайте как минимум две светодиодные лампы, камеру с прямой трансляцией по коаксиальному кабелю и камеру с высоким разрешением и частотой кадров или стереоскопическую камеру.
- Разработать статистически строгое обследование, которое обеспечит достаточный размер выборки и будет адаптировано к распределению целевых видов и вариабельности субстрата.
ПРИМЕЧАНИЕ: Видеотраловое обследование SMAST использует стратифицированную случайную схему, основанную на стратах из существующих обследований, при этом зоны агрегации трески изолированы от собственных слоёв.- Определите общее количество станций, которые будут обследоваться.
- Станции распределяются в порядке, предписанном выбранной методологией обследования.
ПРИМЕЧАНИЕ: Видеотраловое обследование SMAST распределяет станции по стратуму по проценту площади поверхности, а места старта выбираются случайным образом. - Выделите несколько резервных станций на случай помех со стороны сложного субстрата или фиксированного рыболовного снаряжения.
2. Сбор данных
- Проведите стереоскопическую калибровку камеры под водой, если это применимо, перед обследованием для обеспечения точных измерений рыбы.
ПРИМЕЧАНИЕ: Стереоскопическая калибровка и валидация продолжаются для видеотралового обследования SMAST, и представленные здесь результаты используют длины от закрытых буксиров.- Снимайте видео или изображения клетчатой сетки с разным расстоянием и под разным углом от камеры.
- Изолировать и измерять изображения этой сетки в программном обеспечении для стереоскопической калибровки камеры.
- Запустите программное обеспечение для стереоскопической калибровки.
- Загрузить оборудование на судно для разведки.
- Разместите оборудование на палубе судна и в траловой сети.
- Организуйте геодезическую сетку и лебедку, чувствительную к давлению, оснащённую коаксиальным кабелем и прикреплённым скользящим кольцом на палубе судна.
- Прикрепите двери геодезического трала к тросам лебёдки судна.
- Используйте временную сварку, чтобы закрепить чувствительную к давлению лебёдку к палубе.
- Пропустите электрический кабель лебёдки, чувствительный к давлению, в автоматический щиток судна.
- Прикрепите кабельный блок к A-образной раме судна (или аналогичной конструкции), чтобы коаксиальный кабель проходил к корме лодки рядом с сетевым барабаном.
ПРИМЕЧАНИЕ: При установке блока убедитесь, что коаксиальный кабель может идти от лебёдки к коденду сетки в воде, не натирая провода лебёдки судна. - Прикрепите распределительную коробку к жёсткому полиэтиленовому цилиндру (рисунок 1).
- Прикрепите камеры и светильники к цилиндру (рисунок 1).
- Подключите камеры и светильники к распределительной коробке с помощью камер и световых кабелей, прикреплённых водонепроницаемыми разъёмами.
- Проведите коаксиальный кабель через кабельный блок, подвешенный на раме А, и подключите его к распределительной коробке цилиндра.
- Протяните кабель через сетку сетки в верхней центральной линии, чтобы предотвратить скручивание коденда.
- Подключите короткий участок троса непосредственно к цилиндру выше соединения с распределительной коробкой для снятия натяжения.
- Закрепите датчики измерения сети к сети и дверям трала.
- Установьте два датчика двери и два датчика крыльев на трал, чтобы предоставлять информацию в реальном времени о размахе и раскрытии крыльев.
- Установьте датчики троса и нижний контакт на траловую сеть, чтобы получать информацию в реальном времени о контакте дном и высоте троса.
ПРИМЕЧАНИЕ: Для многих видов контакт с дном необходим для эффективного отлова и должен контролироваться. Для других вертикально распределённых видов высота каната может играть важную роль в определении эффективности. - Подключите к сетке датчик глубины и температуры.
ПРИМЕЧАНИЕ: Эти данные могут быть записаны с помощью датчика чистого измерения или отдельного датчика.
Рисунок 1: Диаграмма, указывающая положение и расположение кода трала и рулевой рубки, с скриншотом программного обеспечения для видеообработки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
- Установить оборудование в рубке судна (рисунок 1).
- Обеспечьте безопасность компьютера и мониторов для просмотра видео и запуска программного обеспечения на подходящей рабочей станции в рубке.
- Подключите устройства глобальных позиционирования (GPS) к компьютеру.
- Подключите приемник чистого мензурации к компьютеру.
- Подключите камеры и светильники к питанию в рубке судна.
- Подключите «конец палубы» коаксиального кабеля рулевой рубки к скользящему кольцу в лебедке, чувствительной к давлению.
- Подключите «конец рулевой рубки» коаксиального кабеля к компьютеру, световому питанию и питанию камеры.
- Откройте необходимое программное обеспечение для записи данных, чтобы убедиться, что всё оборудование работает корректно до отъезда.
- Включите питание камер и откройте программу для видеозаписи, чтобы убедиться, что камера работает.
ПРИМЕЧАНИЕ: Если камера не отображается, проводите систематическую диагностику. - Откройте программное обеспечение датчика для записи данных о температуре, глубине и чистом измерении.
- Откройте программное обеспечение для записи местоположения, скорости и курса.
- Откройте программное обеспечение для картографирования, чтобы увидеть местоположение судна относительно случайно определённых станций. Подключите второе GPS-устройство к программному обеспечению, выбрав порт, к которому оно подключено.
- Включите питание камер и откройте программу для видеозаписи, чтобы убедиться, что камера работает.
- Записывайте видео и данные для каждого буксировщика.
- Программное обеспечение для картографирования запуска, чтобы начать отображать местоположение судна.
- В программном обеспечении для видеозаписи убедитесь, что отметки времени и даты отображаются и отображаются правильно.
- Введите номер эвакуации, который будет наложен на видео.
- Запустите программное обеспечение датчика измерения и начните запись.
- Медленно выставляйте сетку и двери с помощью гидравлических лебёдок судна.
ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что гидравлические лебёдки судна движутся с такой скоростью, с которой способна чувствительная к давлению лебёдка с коаксиальным тросом. Корректируйте давление лебёдки в зависимости от морских условий по мере необходимости. - Начните запись видео и включите питание на свет, когда цилиндр войдёт в воду.
ПРИМЕЧАНИЕ: Подводные лампы могут перегреваться, если их оставить включёнными на плаву. - Начинайте запись данных о местоположении и скорости, когда гидравлические лебёдки, управляющие сеткой, будут закреплены, что указывает на начало буксировки.
- Продолжайте буксировку в течение отведённого времени в каждом заранее определённом месте буксировки.
- Медленно оттягивайте сеть и двери с помощью гидравлических лебёдок судна.
- Прекратите запись данных о местоположении и скорости, когда гидравлические лебёдки судна включены для обратного отъезда, что указывает на конец буксировки.
- Выключите свет, когда они достигнут поверхности.
- Повторите все шаги из раздела 2.5 для всех станций.
- Проведите буксировки с закрытым кодом для проверки подсчётов по видео, проверки стереоскопических измерений и сбора биологических данных по улове.
- Закройте коден сети с помощью клипа кодина.
- Выполните все шаги из раздела 2.5 для сбора видео- и сенсорных данных для эвакуации.
- Пустая сеть на палубу судна.
- Сортируйте улов по корзинам по видам.
- Измеряйте, взвешивайте и по возможности определяйте пол первых 100 особей каждого вида.
- Собирайте веса корзины и счетчики для оставшегося момента улова.
- Перегрузите все данные с рубочного компьютера на внешние жёсткие диски.
- Просмотрите видео для идентификации и перечисления целевых видов (рисунок 1).
- Загрузите все видео в программу для аннотаций.
- Пусть обученные техники посмотрят видео и аннотируют все целевые виды и неопознанных рыб.
- Проведите контроль качества шагов, пересматривая часть видео с помощью второго независимого техника.
- Случайным образом выбирайте видео для просмотра вторым обученным техником.
- Аннотировать любые особи целевых видов, которых пропустил предыдущий техник.
- Удалите любые аннотации целевых видов для особей с двойным подсчетом.
- Проверьте идентификацию вида, пригласив эксперта к проверке каждого аннотированного изображения, чтобы убедиться, что они сделаны правильными.
- Экспортировать данные из программного обеспечения для аннотирования.
- Включите дату, номер буксировки, временные метки аннотированных особей, виды аннотированных особей и уникальный идентификационный номер для каждого аннотированного человека в экспортированных данных.
3. Продукты данных
- Рассчитывайте площадь прометания (км 2) для каждого буксира, используя либо разгиб дверей, либо размах крыльев, в зависимости от существующих протоколов для каждого вида.
- Средний размах дверей (km) или размах крыльев (km), зафиксированный между началом и окончанием каждого обзорного буксира.
- Усредняйте скорость судна (км·ч-1) между началом и окончанием каждого обзорного буксира.
- Умножьте среднее распределение на среднюю скорость судна (км·ч-1) и время буксировки (h).
- Преобразите количество каждого вида в каждом открытом кодовом буксире в вес (кг).
- Определите распределение длины и частоты в сантиметрах для каждого вида, используя измерения, полученные с помощью стереоскопических камер или закрытых кодовых буксиров.
- Определите пропорции размера и класса (см), вычисляя долю измеренных особей в каждой длинной коробке для каждого вида.
- Оцените количество рыб в каждом контейнере размера для всех открытых буксиров, умножив общее количество на пропорцию в каждом контейнере размера (см)
- Оценить средний вес (кг) на контейнер размера, используя зависимость длины и веса, специфичных для вида, полученных из закрытых кодовых образцов или опубликованной литературы.
- Преобразите количество рыб из каждого открытого коденд-буксира в улов по весу (кг), умножив количество рыб в каждом контейнере размера на средний вес (кг) каждого контейнера и суммируя результаты.
ПРИМЕЧАНИЕ: Неопределённость, связанная с отношением длины–вес, была незначительна относительно дисперсии между выборками и не повлияла существенно на оценки биомассы.
- Оцените стратифицированную среднюю плотность для каждого вида, по численности (рыбы m-1) и весу (кг m-1) по всей зоне обследования.
- Разделите улов по количеству и весу (кг) на ранее рассчитанную площадь прометания (км 2), чтобы получить оценку плотности для каждого буксира.
- Вычислите стратифицированную среднюю плотность (Xst) по количеству и весу (кг) для каждого вида (Уравнение 1,23).
где nj = количество буксиров в слое j, а xij = плотность в tow i. Вес пропорционален площади (км 2) слоя j (vj) в пределах зоны обследования (км2)23. - Вычислить дисперсию стратифицированной случайной плотности (
) как взвешенное среднее по слоям (Уравнение 2),
где nj = количество буксиров в слое j и
= дисперсия плотностей в слое j23.
- Умножьте стратифицированную среднюю плотность по количеству и весу (кг) на общую площадь обследования, чтобы рассчитать численность и биомассу.
- Вычислите дисперсию по численности и биомассе (кг 2), умножив дисперсию стратифицированной средней плотности на квадрат площади обследования.
- Разделите оценку биомассы (кг) на 1000, чтобы отчёт биомассу в метрических тоннах.
- Разделите оценку вариации биомассы (кг 2) на 10002 , чтобы отчёт в метрических тоннах.
Результаты
Весенний обследование западной части залива Мэн 2024 года проходило с9 по 18мая на F/V Justice из Нью-Бедфорда, штат Массачусетс. В состав исследовательской группы входили капитан, три члена экипажа и три учёных. В течение 10 дней было выполнено 47 гидротехнических буксиров (четыре закрытых коденных и 43 открытых кодендных) в светлое время суток (рисунок 2). Обследовательные буксировки проводились с использованием ранее описанного стратифицированного случайного обследования. Время буксировки (n = 47) варьировались от 0,04 до 3,15 ч (среднее = 1,223 ч; SD = 0,7477 ч) по продолжительности (Таблица 1). Средняя скорость судна варьировалась от 4,6 до 6,6 км/ч (Средняя = 6,07 км/ч; SD = 0,332 км/ч) (Таблица 1). Средний размах дверей варьировался от 34 до 56 м (средняя = 47,1 м; SD = 3,90 м) (Таблица 1). Для расчёта площади, которую подметают, использовался Doorspread из-за предполагаемого пастушьего поведения трески 24,25.
Рисунок 2: Открытые следы буксировки с открытым кодом (синий) и закрытый коден (красный) из весеннего видеотралового обследования SMAST 2024 года, при этом лов трески (ind) обозначен жёлтыми пузырьками. Красная крестина означает, что ловли нет. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
| Номер эвакуации | Тип буксировки | Средняя глубина (м) | Средняя температура (Цельсий) | Средний разворот дверей (km) | Скорость судна (км/ч) | Площадь очищена (км 2) | Catch (Индиана) | Ловля (кг) | Плотность (Ind/km 2) | Плотность (кг/км 2) |
| 1 | Открыть | 32.0 | 5.65 | 0.0469 | 6.3 | 0.44 | 1 | 2.01 | 2.3 | 4.70 |
| 2 | Открыть | 30.4 | 5.97 | 0.0490 | 6.1 | 0.42 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 3 | Открыть | 43.3 | 5.57 | 0.0475 | 5.9 | 0.40 | 1 | 2.01 | 2.5 | 5.00 |
| 4 | Открыть | 33.9 | 5.47 | 0.0344 | 6.1 | 0.29 | 3 | 6.04 | 10.4 | 16.61 |
| 5 | Открыть | 52.3 | 5.07 | 0.0469 | 6.1 | 0.69 | 14 | 28.18 | 20.3 | 46.86 |
| 6 | Открыть | 66.9 | 5.00 | 0.0482 | 6.0 | 0.29 | 6 | 12.08 | 20.8 | 49.90 |
| 7 | Открыть | 35.7 | 5.52 | 0.0411 | 6.1 | 0.38 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 8 | Открыть | 77.2 | 5.67 | 0.0480 | 5.9 | 0.40 | 1 | 2.01 | 2.5 | 4.90 |
| 9 | Открыть | 42.9 | 6.18 | 0.0431 | 6.2 | 0.12 | 2 | 4.03 | 16.0 | 31.51 |
| 10 | Открыть | 54.7 | 5.60 | 0.0428 | 5.8 | 0.06 | 1 | 2.01 | 16.8 | 28.66 |
| 11 | Открыть | 25.0 | 7.14 | 0.0410 | 5.9 | 0.05 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 12 | Открыть | 22.5 | 7.31 | 0.0447 | 5.9 | 0.18 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 13 | Открыть | 99.3 | 6.33 | 0.0479 | 6.0 | 0.91 | 1 | 2.01 | 1.1 | 2.00 |
| 14 | Открыть | 43.1 | 5.92 | 0.0448 | 6.1 | 0.70 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 15 | Открыть | 57.1 | 5.45 | 0.0476 | 6.1 | 0.45 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 16 | Открыть | 123.1 | 6.65 | 0.0540 | 6.1 | 0.46 | 9 | 18.11 | 19.7 | 50.47 |
| 17 | Открыть | 107.7 | 6.64 | 0.0470 | 6.4 | 0.31 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 18 | Закрыто | 116.5 | 6.46 | 0.0513 | 6.2 | 0.15 | 2 | 4.03 | 13.2 | 28.62 |
| 19 | Закрыто | 80.7 | 5.44 | 0.0499 | 5.7 | 0.14 | 1 | 2.01 | 7.0 | 13.26 |
| 20 | Открыть | 72.1 | 5.20 | 0.0429 | 5.3 | 0.05 | 9 | 18.11 | 192.9 | 274.60 |
| 21 | Открыть | 67.0 | 5.22 | 0.0458 | 5.7 | 0.14 | 31 | 62.40 | 216.5 | 360.85 |
| 22 | Открыть | 59.5 | 5.25 | 0.0486 | 4.6 | 0.01 | 8 | 16.10 | 870.7 | 1514.50 |
| 23 | Открыть | 88.9 | 5.16 | 0.0524 | 6.1 | 0.20 | 1 | 2.01 | 5.1 | 12.46 |
| 24 | Открыть | 87.2 | 5.16 | 0.0494 | 6.4 | 0.56 | 13 | 26.17 | 23.3 | 47.00 |
| 25 | Открыть | 35.4 | 5.51 | 0.0442 | 5.9 | 0.54 | 3 | 6.04 | 5.6 | 9.84 |
| 26 | Открыть | 31.7 | 5.79 | 0.0442 | 6.0 | 0.23 | 1 | 2.01 | 4.3 | 5.63 |
| 27 | Открыть | 84.0 | 5.27 | 0.0500 | 6.3 | 0.46 | 19 | 38.24 | 40.9 | 78.30 |
| 28 | Открыть | 74.9 | 5.21 | 0.0486 | 6.1 | 0.12 | 6 | 12.08 | 51.3 | 95.63 |
| 29 | Закрыто | 18.1 | 11.01 | 0.0445 | 9.1 | 0.21 | 1 | 2.01 | 4.7 | 13.67 |
| 30 | Открыть | 109.0 | 5.35 | 0.0502 | 6.6 | 0.22 | 1 | 2.01 | 4.6 | 10.11 |
| 31 | Открыть | 78.3 | 5.27 | 0.0512 | 6.3 | 0.67 | 359 | 722.59 | 536.0 | 1272.48 |
| 32 | Закрыто | 74.0 | 5.39 | 0.0532 | 5.6 | 0.15 | 46 | 92.59 | 316.3 | 906.69 |
| 33 | Открыть | 122.1 | 6.37 | 0.0469 | 5.8 | 0.41 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 34 | Открыть | 138.6 | 6.93 | 0.0460 | 6.1 | 0.74 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 35 | Открыть | 122.4 | 6.49 | 0.0486 | 6.3 | 0.30 | 1 | 2.01 | 3.3 | 7.24 |
| 36 | Открыть | 115.6 | 6.45 | 0.0463 | 6.1 | 0.53 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 37 | Открыть | 118.2 | 6.29 | 0.0463 | 5.9 | 0.12 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 38 | Открыть | 141.4 | 6.79 | 0.0473 | 5.9 | 0.33 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 39 | Открыть | 106.9 | 6.14 | 0.0489 | 6.4 | 0.43 | 35 | 70.45 | 81.8 | 177.05 |
| 41 | Открыть | 91.7 | 5.12 | 0.0465 | 6.4 | 0.50 | 5 | 10.06 | 10.0 | 21.47 |
| 42 | Открыть | 106.1 | 5.17 | 0.0461 | 6.0 | 0.75 | 7 | 14.09 | 9.3 | 20.98 |
| 44 | Открыть | 60.6 | 5.12 | 0.0438 | 6.3 | 0.28 | 11 | 22.14 | 39.0 | 82.14 |
| 45 | Закрыто | 25.2 | 7.67 | 0.0406 | 6.5 | 0.25 | 10 | 20.13 | 40.7 | 75.96 |
| 46 | Открыть | 67.2 | 5.97 | 0.0495 | 6.2 | 0.55 | 15 | 30.19 | 17.4 | 34.99 |
| 47 | Открыть | 75.9 | 5.13 | 0.0559 | 6.2 | 0.09 | 2 | 4.03 | 21.3 | 42.81 |
| 48 | Открыть | 80.4 | 5.09 | 0.0453 | 6.5 | 0.46 | 1 | 2.01 | 2.2 | 4.40 |
| 49 | Открыть | 57.3 | 5.03 | 0.0518 | 6.2 | 0.47 | 5 | 10.06 | 10.6 | 21.30 |
Таблица 1: Сводка по 47 пригодным к использованию буксировок, выполненных в весеннем видеотралевом обследовании SMAST 2024 года. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.
Количество атлантических трески на буксир, согласно видео, варьировалось от нуля до 359 особей (среднее = 13,5; SD = 52,40) (Таблица 1; Рисунок 2). Четыре буксира с закрытым кодом, использовавшиеся для сбора биологических данных, поймали 54 трески длиной от 41 до 81 см (средний = 58,9 см: SD = 9,74 см) (рисунок 3) и весом от 0,7 до 7,0 кг (средний = 2,43 кг; SD = 1,300 кг) (рисунок 4). При перечислении в вес улов трески варьировался от 0,0 до 722,6 кг (среднее = 27,06 кг; SD = 104,465 кг) (Таблица 1). Стратифицированная средняя плотность трески накм2 составляла 57,9 особей (+4,9 особей) и 118,2 кг (+9,7 кг). Если умножить на площадь обследования в 7 920км² , численность и биомасса трески составляли соответственно 458 889 особей (+38 458 особей) и 936 т (+77 т).
Рисунок 3: Распределение длины и частоты атлантической трески (n = 54) от закрытых буксиров во время весеннего обследования 2024 года. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 4: Соотношение длины и веса атлантической трески (n = 54), зафиксированное во время весеннего обследования 2024 года. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
Обсуждение
Данные, полученные в результате оптических траловых обследований, аналогичны тем, что получены из традиционных дневых траловых обследований; однако смертность, связанная с выловом, снижаетсяна 18,19, а данные о ловле собираются на более тонкомпространственном уровне 20. Поскольку оптические тралы собирают непрерывные видеоданные, а не отдельные точечные уловы, можно определить время при попадании рыбы в коденд. Этот уникальный подход позволяет изучать распределение рыбы внутри отдельных буксиров, оценивая такие факторы, как длительность буксировки, скорость встреч и вариабельность внутрибуксировки 20 без необходимости парных или боковых экспериментальных буксиров.
Критерии при проектировании обследования по сути совпадают с традиционными донными траловыми обследованиями и зависят от поведения целевых видов и характеристик района обследования. Стратифицированные случайные схемы часто используются в морском рыболовстве, где область обследования стратифицируется по широте и глубине при отборе проб для несколькихвидов 26. Распространение рыбы считается равномерным внутри23-го слоя. Это предположение часто нарушается поведением рыб (то есть нересто), сезоном, изменениями окружающей среды, рыболовными практиками и изменчивостью в пределах слоёв средыобитания 27,28,29,30. При обследовании одного вида многие из этих предположений можно подтвердить, адаптируя дизайн обследования под распространение и поведение этого вида.
Судно и оборудование для исследования также могут быть модифицированы в зависимости от целевого вида и среды обитания. Исследовательское судно должно быть выбрано с учетом зоны обследования, чтобы его размер был достаточным для размещения оборудования, экипажа и исследователей на время обследования. Объём необходимого коаксиального кабеля зависит от глубины площади обследования и должен превышать максимум в три раза больше максимальной глубины, чтобы учесть объём тралового провода. Выбор сетки должен следовать тем же принципам, что и традиционные траловые обследования, используя оборудование с известной эффективностью, если это возможно. При предполагании 100% эффективности для консервативных оценок популяции полезно работать с коммерческими рыбаками для разработки наиболее эффективной конфигурации сетки для целевых видов и среды обитания. При обследовании на более мягких основаниях сеть может быть модифицирована для подавления или предотвращения суспензииосадков 21,22. Тенты, уложенные в брюшко, могут подавлять облако осадков. Удлинение расширения коденда и обеспечение флотации камерам может поднять коден над облаком осадков.
В суровых условиях эксплуатации часто встречаются отказы электрического оборудования, при этом большинство проблем выявляются при потере сигнала или ухудшении качества видео. Эти проблемы часто возникают из-за скручивания или чрезмерной нагрузки на коаксиальные кабели и могут быть минимизированы путём прокладки троса вдоль центральной линии сети, обеспечения снятия напряжения возле соединения камеры и поддержания соответствующего натяжения лебёдки с компенсированным давлением при раскрытии и извлечении. Когда возникают проблемы, устранение неисправностей следует проводить систематически, проверяя подачу питания и непрерывность данных в каждой точке подключения, последовательно изолируя компоненты до тех пор, пока не будет выявлен источник отказа.
За последние десятилетия подводные технологии значительно продвинулись, и многие доступные готовые варианты стали широко доступны. Однако частота кадров и стиль выдержки важны, особенно при использовании стереоскопических камер. Недостаточная частота кадров и роллинг-затворы могут вызвать размытие движения, что затрудняет или делает идентификацию и измерение видовневозможным 20. По возможности следует использовать камеры с глобальным затвором для минимизации искажений и размытия вокруг быстро плавающих видов, что улучшает оптическую обработку данных. Ручное аннотирование видео требует много времени и является основным препятствием для своевременного получения результатов. Достижения в области компьютерного зрения и анализа изображений с помощью машинного обучения открывают значительный потенциал для снижения этой нагрузки за счёт автоматизации обнаружения и подсчёта видов; однако эти подходы требуют больших, хорошо аннотированных обучающих наборов данных и строгой валидации, прежде чем они смогут заменить Human Review 31.
Методы оптического тралового обследования позволяют дать оценку численности неинвазивных, что представляет особый интерес для исчезающих видов. Например, во время обследования западной части залива Мэн видеотрал SMAST зафиксировал 47 атлантических осетров (Acipenser oxyrinchus oxyrinchus), проходящих через сеть невредимыми. Главное преимущество оптических данных заключается в том, что видео обеспечивает постоянную запись ловли, что позволяет проводить будущий анализ и прозрачность результатов. Во время обследований трески также было зафиксировано несколько экземпляров морской миноги (Petromyzon marinus), прикреплённой кхозяевам — 20,32. Методы, описанные в этой статье, можно обобщить на многие виды, эффективно пойманные тралами, и предоставляют минимально инвазивный способ оценки численности популяции. Дизайн, протоколы и оборудование могут быть адаптированы под конкретные потребности опроса.
Раскрытие информации
Авторам нечего раскрывать.
Благодарности
Мы хотели бы поблагодарить Программу исследований морских гребешков (Award #NA24NMFX454G0013-T1-01), Департамент морского рыболовства штата Массачусетс и Институт морского рыболовства (Award #UMASSDEMRKSTKSBYFY26) за финансирование этого исследования, а также за бесценные рекомендации от их сотрудников. Видеотраловое исследование было бы невозможным без помощи Дэнни Эйлертсена, Ронни Борджесона, Боба Кола, Тима Барретта, Майка Матулайтиса и Эндрю Эрла из F/V Justice. Мы также хотим поблагодарить всех преподавателей и студентов SMAST, которые помогали в этом проекте, включая Криса Риллахана, Трэвиса Лоури, Крейга Лего, Аманду Мели, Кейтлин Райли, Энди Пейнтена и Патрицию Перес.
Материалы
```html
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 8" Iceplast 1085 center hole trawl floats | Iceplast | 1085 | Обеспечивает плавучесть головного тросса тралового сета для увеличения высоты головного тросса над дном; обеспечивает плавучесть полиэтиленового цилиндра, чтобы он оставался над дном |
| ArcGIS Pro v3.5 | ESRI | N/A | Программное обеспечение для картографирования |
| Benthic 4 Camera Housing | Group B LLC | CH-B4 | Подводный корпус для HD видеокамеры |
| Big Fin Measuring Board | Big Fin Scientific | DCS5 | Электронная измерительная доска для биологических исследований на закрытых забросах |
| Camera Cable | SubConn | IL4F-L4M Pigtail Custom | Передача мощности и электрических сигналов от камеры к разъемному блоку |
| Camera Mounts | Electromechanica | Custom | Крепление камер Deepsea и GoPro в полиэтиленовом цилиндре бок о бок |
| Camera Power Supply | B&K Precision Corp. | 9130 | Преобразование мощности лодки в соответствующее напряжение для камер |
| Coaxial Optical Cable | Seven Valley Specialty Cable | Custom | Передача мощности и электрических сигналов от разъемного блока на палубу судна/рулевой |
| Deepsea Multi-SeaCam, Color Multi SeaCam, Titanium housing, Seacon BH4 connector, Pal Video format | DeepSea Power & Light | 740-048-101-0B-02 | Видеокамера с прямой трансляцией под водой |
| Deepsea Multi-SeaCam, LED Multi SeaCam, Low Light Black and White, Titanium Housing, Seacon BH4 Connector, EIA Video Format | DeepSea Power & Light | 740-067-001-0B-03 | Видеокамера с прямой трансляцией под водой со встроенными лампами |
| Desktop Computer | Various | Custom | Операционная система на базе Windows с интерфейсом оптического волокна |
| Digitizer | University of Massachusetts, Dartmouth | N/A | Программа сбора видеоданных |
| Fiberglass sheave in metal housing | Diversified Marine | Custom | Крепится рядом с сетным барабаном, направляет коаксиальный кабель через борт судна и в воду |
| Fisheries Logbook Data Recording Software (FLDRS) | NOAA Fisheries | Version 4.1.7 | Программное обеспечение для документирования времени начала и окончания заброса тралов и мест; фиксирует скорость, курс и местоположение во время заброса с интервалом 30 секунд |
| GoPro Hero9 | GoPro | CHDHX-901-MX/CHDHX-901-XX/TH | HD видеокамера |
| Hydraulic Winch | Diversified Marine | Custom | Чувствительный к натяжению канатно-тросовый лебедочный механизм для развертывания и извлечения коаксиального оптического кабеля |
| LED SeaLite 1000, Daylight White LEDs, Flood | DeepSea Power & Light | LSL-1000 | Подводный светодиодный светильник |
| Light Cable | SubConn | MCIL3M-Ysplit-2xMCILF Custom | Передача мощности и электрических сигналов от ламп к разъемному блоку |
| Light Power Supply | B&K Precision Corp. | XLN30052 | Преобразование мощности лодки в соответствующее напряжение для ламп |
| Marel M1100 PL2262 Portable Marine Scale | Marel | M1100 PL2262 | Переносной вес для биологических исследований на закрытых забросах |
| Marel M1100e Marine Scale | Marel | M1100 PL4220 | Большой морской вес для биологических исследований на закрытых забросах |
| Maruson True Double Conversion, DSP Technology, Rack and Tower Uninterruptible Power Supply | Maruson UPS Systems | ULT-1.5KRT | Стабилизирует мощность лодки, чтобы не было перебоев в работе рулевой; обеспечивает резервное питание, если мощность лодки отключена |
| Open Broadcaster Software (OBS) | Version 32.0.1 | Программное обеспечение для отображения прямой трансляции в рулевой и записи видео | |
| Optical Slip Ring | Focal | ESR 1802674 | Передача мощности и электрических сигналов к вращающемуся кабелю на лебедке |
| Polyethylene Cylinders | Graystone Industries | EP-PT6530 | Обеспечивает жесткую поверхность внутри тралового сета для крепления камер, ламп и разъемного блока |
| RBRduet3 T.D | RBR Global | SL3-M22_SEC23-ST21_SP21 | Обеспечивает непрерывные данные о температуре и глубине |
| Samsung Galaxy Tab Active 2 Tablet | Samsung | Galaxy Tab Active 3 SM-T570 | Планшет подключается к морской весе Merrel и измерительной доске Big Fin для автоматического сбора измерительных данных |
| Simrad PX MultiSensor MK2 | Kongsberg | 420643, 420642, 419122 | Обеспечивает данные о раскрытии дверей, размахе крыльев, высоте головного тросса и температуре |
| Simrad SR15 Sensor Receiver | Kongsberg | 418973 | Получает сигнал от гидрофона |
| Stereoscopic camera housings | Sexton Co. | Custom | Подводный корпус для HD стереоскопической видеокамеры |
| Stereoscopic cameras | Lucid Vision Labs | TRI089S-MC | HD стереоскопические видеокамеры |
| Tator | CVision AI, Inc | N/A | Программа аннотации видео |
| Trawl Hydrophone, Hull Mounted | Kongsberg | HYD-20524 | Записывает акустические сигналы с датчиков Simrad |
| Trawl net extension with 50.8 mm mesh liner | Reidar's Manufacturing, Inc. | Custom | Удлинитель тралового се |
Ссылки
- Kurlansky, M. Cod: A biography of the fish that changed the world. , Penguin Books. (2000).
- Assessment of Gulf of Maine Atlantic cod (Gadus morhua). , Northeast Fisheries Science Center. (2024).
- Fisheries of the northeastern United States; northeast multispecies fishery; 2019 and 2020 sector operations plans and allocation of northeast multispecies annual catch entitlements. Fed Regist. 84 (103), Federal Register. (2019).
- Rothschild, B. J., Chen, C., Wilson, J. Discards and the groundfish fishery: An economic and management challenge. Mar Policy. 40, 1-5 (2013).
- Murphy, J., et al. Groundfish catch limits and utilization in the Gulf of Maine. NOAA Tech. Memo. NMFS-NE-239. , (2015).
- Abel, D. New England fishermen hit hard by drastic cod cuts. , Boston Globe. https://www.bostonglobe.com (2014).
- Goodnough, A. New England fishermen feel pinched by tightened catch rules. , N. Y. Times. https://www.nytimes.com/2011/02/25/us/25cod.html (2011).
- Abel, D. Cod collapse spurs anger and worry in New England. , Boston Globe. https://www.bostonglobe.com (2014).
- Bell, R. Fishery managers slash cod quotas. , Gloucester Daily Times. https://www.gloucestertimes.com (2014).
- Castañón, R. New England cod stocks still struggling. , Natl Fisherman. https://www.nationalfisherman.com (2017).
- Grabowski, J. H., et al. Fishery-independent surveys and the challenges of estimating abundance for structurally complex habitats. ICES J. Mar. Sci. 77 (2), 573-588 (2020).
- Butterworth, D. S., et al. Bias in fishery stock assessments due to incorrect selectivity assumptions. Fish Res. 158, 35-48 (2014).
- Dean, M. J., Hoffman, W. S., Armstrong, M. P. Changes in trawl survey catchability of Gulf of Maine cod. ICES J Mar Sci. 77 (2), 589-602 (2020).
- Kerr, L. A., Cadrin, S. X., Kovach, A. I. Consequences of a climate-driven shift in stock structure on the Gulf of Maine Atlantic cod fishery. ICES J Mar Sci. 71 (9), 2418-2431 (2014).
- Richardson, D. E. Spatial distribution and aggregation of Atlantic cod (Gadus morhua) in the Gulf of Maine. Can J Fish Aquat Sci. 71 (8), 1247-1259 (2014).
- DeCelles, G. R., Martins, D., Stokesbury, K. D. E. The SMAST video trawl survey: A non-lethal sampling method for groundfish. ICES J Mar Sci. 74 (8), 2223-2234 (2017).
- Stokesbury, K. D. E., Rillahan, C. B., Baker, J., Matulaitis, M. Development of an optical trawl survey for groundfish in the Gulf of Maine. Fish Res. 204, 209-220 (2018).
- DeAlteris, J. T., Reifsteck, D. M. Escapement and survival of fish from the codend of a demersal trawl. ICES Mar Sci Symp. 196, 128-131 (1993).
- Soldal, A. V., Isaksen, B., Marteinsson, J. E., Engås, A. Scale damage and survival of cod and haddock escaping from a demersal trawl. ICES Mar Sci Symp. , (1991).
- Calabrese, N. M. Look but don’t touch: Minimally invasive trawl survey technology. [Ph.D. Dissertation]. , University of Massachusetts Dartmouth. (2025).
- Tenningen, M., Rosen, S., Westergerling, E. H. T., Handegard, N. O. How to obtain clear images from in-trawl cameras near the seabed? A case study from the Barents Sea demersal fishing grounds. Fish. Res. 268, 106856(2023).
- Sokolova, M., O’Neill, F. G., Savina, E., Krag, L. A. Test and development of a sediment-suppressing system for catch monitoring in demersal trawls. Fish. Res. 251, 106323(2022).
- Krebs, C. J. Ecological methodology. , Harper and Row. New York. (1989).
- Wardle, C. S. Fish behavior and fishing gear. Behaviour of Teleost Fishes. Pitcher, T. J. , 2nd ed, Chapman and Hall. (1993).
- Nguyen, V. Y., Bayse, S. M., Einarsson, H. A., Ingólfsson, ÓA. Inferring fish behaviour at the trawl mouth from Escape Location. PeerJ. 11, e14746(2023).
- Grosslein, M. D., Azarovitz, T. R., Sissenwine, M. P. Design and conduct of bottom trawl surveys for demersal fish populations on the northeast continental shelf. J. Fish. Res. Board Can. 26, 123-132 (1969).
- Blanchard, J. L., Maxwell, D. L., Jennings, S. Power of monitoring surveys to detect abundance trends in depleted fish populations: The effects of density-dependent habitat use, patchiness, and climate change. ICES J Mar Sci. 65, 111-120 (2008).
- Vanderwal, J., Shoo, L. P., Williams, S. E. New approaches to understanding climate change impacts on species distributions. Ecography. 36, 001-013 (2013).
- Wang, Y., Chen, X., Li, G. Environmental influences on fish community structure in coastal systems. Fish Oceanogr. 27, 1-14 (2018).
- Maunder, M. N., Piner, K. R. Contemporary fisheries stock assessment: Many issues still remain. ICES J Mar Sci. 72, 7-18 (2015).
- Wilson, K. C., Lurbur, M., Yochum, N. Automated fish detection in videos to support commercial fishing sustainability and innovation in the Alaska walleye pollock (Gadus chalcogrammus) trawl fishery. ICES J Mar Sci. 82 (9), fsaf168(2025).
- Calabrese, N. M., Merhoff, S. L., Norton, H. L., Stokesbury, K. D. E. In situ observations of juvenile sea lampreys (Petromyzon marinus) in the Gulf of Maine from a noninvasive trawl survey. Mar Coast Fish. 17 (5), vtaf028(2025).
Перепечатки и разрешения
