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Methoden zur Image-basierte Umfragen von benthischen Makroinvertebraten und ihren Lebensraum am Beispiel der Drop-Kamera-Umfrage für die Atlantik-Jakobsmuschel

Published: July 2, 2018 doi: 10.3791/57493
Automatic Translation
1, 1
1School for Marine Science and Technology, University of Massachusetts Dartmouth

Summary

Bildbasierte Vermessung ist eine zunehmend praktische, nicht-invasive Methode, die Meeresumwelt zu probieren. Wir präsentieren das Protokoll einer Drop-Kamera-Umfrage, die die Fülle schätzt und Verteilung der Atlantischen Meer Jakobsmuschel (Placopecten Magellanicus). Wir diskutieren, wie dieses Protokoll für die Anwendung auf andere benthischen Makroinvertebraten verallgemeinert werden kann.

Abstract

Unterwasser-Bildgebung ist seit langem auf dem Gebiet der Meeresökologie verwendet aber sinkende Kosten von hochauflösenden Kameras und Datenspeicherung haben den Ansatz praktischer als in der Vergangenheit gemacht. Image-basierte Umfragen ermöglichen Erstmuster revidiert werden und sind nicht-invasiv im Vergleich zu traditionellen Erhebungsmethoden, die in der Regel Netze oder Bagger. Protokolle für die Bild-basierte Umfragen können sehr unterschiedlich aber Arten Verhalten und Umfrage Zielsetzungen angetrieben werden sollte. Um dies zu demonstrieren, beschreiben wir unsere neuesten Methoden für eine atlantische Meer Jakobsmuschel (Placopecten Magellanicus) Drop Kamera Umfrage eine verfahrensrechtliche Beispiel und repräsentative Ergebnisse zu bieten. Das Verfahren gliedert sich in drei wichtige Schritte, die Erhebungsdesign, Datenerfassung und Datenprodukte enthalten. Der Einfluss der Jakobsmuschel Verhalten und die Umfrage Ziel, eine unabhängige Bewertung der US-Meer Jakobsmuschel Ressource auf die Umfrage-Verfahren werden dann im Rahmen der Verallgemeinerung der Methode diskutiert. Insgesamt, die breite Anwendbarkeit und Flexibilität von der University of Massachusetts Dartmouth School Marine Science and Technology (SMAST) fallen Kamera Umfrage zeigt die Methode verallgemeinert und auf eine Vielzahl von sessile Wirbellose angewendet werden könnte oder Lebensraum konzentrierte Forschung.

Introduction

Die atlantische Meer Jakobsmuschel (Placopecten Magellanicus) ist eine marine zweischalige Molluske über den Festlandsockel den nordwestlichen Atlantik vom Golf von St. Lawrence, Kanada, Cape Hatteras, North Carolina1verteilt. Jakobsmuschel Hochseefischerei in den Vereinigten Staaten noch nie da gewesenen Anstieg der Landungen und Wert in den letzten fünfzehn Jahren gewachsen und hat gewordenes der höchsten geschätzten Fischerei des Landes mit Podesten Wert ungefähr $ 440 Millionen in 20152. Trotz dieses Anstiegs wurde Jakobsmuschel Fischereiaufwand erheblich in den letzten 20 Jahren durch die Einführung von einem Rotationssystem Bereich reduziert, das dient dem Schutz Bereiche mit juveniler Jakobsmuscheln und Angeln in Gebieten mit größeren Jakobsmuscheln in hoch zu konzentrieren dichten1. Dieser Managementansatz erfordert räumlich-spezifische Informationen auf Jakobsmuschel Dichte und Größe, die von mehreren Erhebungen einschließlich der University of Massachusetts Dartmouth Schule für Marine Science und Technology (SMAST) Drop Kamera Umfrage bereitgestellt wird.

Die SMAST Drop Kamera Umfrage soll Fischerei Ressourcenmanager, Meeresforscher und Fischergemeinschaften eine unabhängige Bewertung der US-Meer Jakobsmuschel Ressource und seinen damit verbundenen Lebensraum bieten. Die Umfrage wurde gemeinsam mit Jakobsmuschel Fischer entwickelt und gilt Quadrat-Sampling-Techniken basierend auf Tauchen Studien3,4. Ersten Umfragen in den frühen 2000er Jahren konzentrierte sich auf die Einschätzung der Dichte Jakobsmuscheln innerhalb geschlossener Teile einer landwirtschaftlich genutzten Fläche der Fischerei als Georges Bank5bekannt, aber die Umfrage erweitert, die überwiegende Mehrheit der Jakobsmuschel Ressource in USA und Kanada Gewässer (≈100, 000 km2)6,7. Informationen aus der Umfrage wurde die Jakobsmuschel Bestandsbewertung durch den Stock Assessment Workshop-Prozess integriert und zuverlässig zur New England Fischereirat Management um jährliche Jakobsmuschel Ernte Zuweisung8zu unterstützen. Daten aus der SMAST Tropfen Kamera Umfrage hat darüber hinaus in vielfältiger Weise zum Verständnis der Ökologie der Arten nicht Jakobsmuschel7,9,10,11,12 beigetragen. und die Charakterisierung von benthischen Lebensräume13,14,15. Diese breite Anwendbarkeit zeigt die Methode verallgemeinert und auf eine Vielzahl von sessile Wirbellose Tiere, möglicherweise dazu beitragen, um das Problem der Ausdehnung der Wirbellosen Fischerei übertraf die Wissenschaft und Politik zu lindern angewendet werden könnte benötigt, um erfolgreich diese16verwalten. Weitere, Image-basierte Sampling ist nicht-invasiv im Vergleich zu traditionellen Bevölkerung Probenahmeverfahren und zunehmend erschwinglich durch Kostensenkung von hochauflösenden Kameras und Daten Speicher17,18. Hier werden die 2017 Methoden der SMAST Tropfen Kamera Umfrage zur Jakobsmuschel-Management auf dem US-Teil der Georges Bank vorgestellt, um das Verfahren zu veranschaulichen. Wir diskutieren die Beweggründe für dieses Verfahren um seine Verallgemeinerung und Anwendung auf andere sessile Wirbellose zu unterstützen.

Protocol

1. Umfrage Design

  1. Finden Sie ein oder mehrere kommerzielle Jakobsmuschel Offshore-Schiffe zur Verfügung, für 6 - 8-Tages-Intervallen.
  2. Konstruieren Sie eine Stahl Pyramide mit einem Innenrahmen wo drei Kameras, Lichter und eine Anschlussdose für eine Faser, die Glasfaserkabel werden kann (Abbildung 1) montiert. Stellen Sie sicher, dass eine Kamera ist eine hochauflösende digitale noch Kamera und zwei niedrigere Auflösung, aber immer noch high-Definition Video-Kameras sind.

Figure 1
Abbildung 1: Drop Kamera Umfrage Pyramide mit Kameras und Lichtquellen für die Datenerhebung im Jahr 2017 verwendet. Die University of Massachusetts Dartmouth, Schule für Marine Science and Technology fallen Kamera Umfrage Pyramide mit Kameras und Lichtquellen für die Datenerhebung im Jahr 2017 verwendet. Eine Anschlussdose, die Kamera und Licht Kabel mit einem LWL-Kabel verbindet wird zwischen den zwei Bars mit Leuchten montiert und wird nicht angezeigt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

  1. Verwenden Sie eine systematische Stichprobenplan Umfrage Stationen 5,6 km in den meisten Bereichen der Georges Bank genutzt von den Fischerei- und 2,8 km voneinander entfernt in zwei Bereichen von Bedeutung1 auseinander setzen
    Hinweis: Zwei Wissenschaftler, ein Kapitän und ein Kumpel konnten rund 50 Stationen alle 24 Stunden in der Startaufstellung 5,6 km und 80 Stationen auf dem 2,8 km-Raster zu befragen. Daher wurden ca. 5 Umfrage Reisen erforderlich, um den Fragebogen auszufüllen.

2. Datenerhebung

  1. Geladen Sie Ausrüstung auf das Schiff.
  2. Stellen Sie das Gerät auf dem Deck des Schiffes.
    1. Pyramide, ein Druck empfindlich seilwinde mit LWL Kabel auf einer Trommel und an Schleifring und Davit auf dem Deck des Schiffes zu arrangieren. Sicherstellen Sie, dass die Faser, die Glasfaserkabel von der Winde durch die Davit und zur Pyramide ausgeführt werden kann ohne das Schiff Seil zu berühren.
    2. Verwenden Sie kleine, temporäre Schweißnähte, Winde und Davit Davit Platte einrastet anzubringen.
    3. Draht Druck empfindlichen Winde Stromkabel in das Schiff Sicherungskasten.
    4. Befestigen Sie die Anschlussdose Pyramid.
    5. Legen Sie Kameras und Lichter auf der Pyramide.
    6. Verbinden Sie Kameras und Lichter mit der Anschlussdose mit Kamera und Licht Kabel.
    7. Seilscheibe durchziehen Sie LWL-Kabel und befestigen Sie an Davit.
    8. Schließen Sie Schiff Hydraulische Seilwinde Kabel Pyramid.
  3. Stellen Sie das Gerät im Steuerhaus Schiff.
    1. Einstecken und Desktop-Computer zu sichern.
    2. 2 Monitore an den Desktopcomputer anschließen. Ein Monitor in der Nähe des Computers und die zweite in der Nähe der Steuerelemente für das Schiff Hydraulische Seilwinde zu sichern.
    3. Verbinden Sie ein global positioning (GPS) Systemgerät mit dem Desktop-Computer über einen USB-Anschluss.
    4. Einstecken und einen Laptop-Computer mit eine mobile Feld-Mapping-Programm in der Nähe des Schiffes Ruder zu sichern. Laden Sie die stationspositionen in den Computer vor dem Abflug.
    5. Schließen Sie ein GPS-Gerät an Laptop-Computer über eine serielle Schnittstelle.
    6. Kameras und Lichter an dem Schiff Steuerhaus anschließen.
      1. Befestigen Sie das "Deck Ende" das Steuerhaus Abfolge von LWL-Kabel, optische Schleifring auf Druck empfindlich Winde.
      2. Das "Steuerhaus Ende" Steuerhaus Abfolge von Lichtwellenleiter zu Glasfaserinterface auf dem Desktop-Computer und den leichten Netzstecker anschließen.
      3. Starten Sie das Feld Daten Sammlung Programm vom desktop-Computer. Stellen Sie sicher, dass alle Kameras auf der Pyramide montiert und automatisch an die Anschlussdose angeschlossen Show verbunden.
        Hinweis: Wenn alle Kameras nicht als zeigen angeschlossen, Zurücksetzen der Kamera Verbindungen innerhalb des Programms oder durch den Austausch von Komponenten (Kamera, Anschluss Kabel, Schleifring usw.) in einer systematischen Weise zu beheben.
  4. Bilder und Daten an den einzelnen Stationen zu erfassen.
    1. Das mobile Feld-Mapping-Programm aus dem Laptopcomputer zu starten.
    2. Wählen Sie das Werkzeug "Mark" und ziehen Sie das Zielsymbol auf eine Station, um ein Lager an der Station zur Verfügung zu stellen.
    3. Senken Sie langsam die Probenahme-Pyramide am Meeresboden mit hydraulischen Winde des Schiffes, wenn die Station erreicht wurde und das Schiff gestoppt wurde.
      Hinweis: Dies geschieht durch die Besatzung des Schiffes und die Druck empfindlichen Winde vor Senkung der Probenahme Pyramide eingeschaltet sein.
    4. Feld datenbeschaffungsprogramm vom desktop-Computer zu starten, während die Pyramide auf dem Meeresgrund gesenkt werden wird.
      1. Doppelklicken Sie auf "Bereich Kurzname" Feld und geben Sie einen Namen für den Bereich.
        Hinweis: Dies ist nur für die erste Station eines Raums erfolgen.
      2. Klicken Sie auf "Captains-Cam starten", um die Kamera-Ansichten und andere Informationen auf dem Monitor in der Nähe der hydraulischen Winde Steuerelemente anzuzeigen.
    5. Licht einschalten.
    6. Quadrat-Daten zu erfassen, sobald die Probenahme-Pyramide auf dem Meeresgrund gelandet ist.
      1. Klicken Sie im Feld datenbeschaffungsprogramm "Station starten", um die Aufnahme des Videos zu starten.
        Hinweis: Die Taste blinkt rot, während das Video aufgenommen wird.
      2. "Nehmen Sie Snapshots" erscheint eine klare Sicht auf dem Meeresboden, klicken Sie auf "Alle speichern", um ein Standbild aus allen Kamera-Ansichten gleichzeitig zu erfassen.
      3. Klicken Sie auf "Schreiben Sie to Database".
        Hinweis: Dieses holt oben ein neues Dialogfenster mit Tiefe, Lage, Temperatur, Stationsnummer, Quadrat Nummer, Gebietsnamen und eine eindeutige Identifikationsnummer, die von der Software automatisch eingetragen.
      4. Geben Sie die Anzahl von Jakobsmuscheln in das digitale Kamera-Standbild im Feld "Jakobsmuschel Count" gesehen, und geben Sie Kommentare in das Feld "Kommentare" ein.
      5. Klicken Sie auf "Daten senden", um die Daten in die Schlagkartei über das Quadrat als eine Zeile zu schreiben.
    7. Heben Sie die Pyramide bis am Meeresboden nicht mehr gesehen werden kann.
    8. Langsam senken Sie die Pyramide auf dem Meeresgrund und wiederholen Sie 2.4.6 und 2.4.7. bis Daten für vier Quadrate hat gefangen genommen worden. Stellen Sie sicher, dass die Pyramide entfernt hat, so dass verschiedene Quadrat Aufnahmen des Meeresbodens sind.
    9. Die Probenahme-Pyramide aus dem Meeresboden in eine sichere Position neben dem Schiff zu erhöhen.
    10. Am Ende der Stations, während die Pyramide gestellt wird.
      1. Klicken Sie auf "Endstation" im Feld datenbeschaffungsprogramm um die Videoaufnahme zu beenden und Advance Programm zur nächsten Station.
      2. Klicken Sie auf "Programm beenden", um das Programm zu schließen.
      3. Schalten Sie Lichter.
      4. Klicken Sie auf "Capture Station" im mobilen Bereich-Mapping-Programm die Station als erledigt markieren, dann wiederholen Sie Schritt 2.4.2.
    11. Wiederholen Sie die vorherigen Schritte der Abschnitt 2.4. Alle Stationen der Umfrage abgeschlossen haben.
  5. Führen Sie einen Kamera-Kalibrierung-Tropfen.
    1. Messen Sie die Länge von mindestens 30 Rasterzellen von dem Drahtnetz mit elektronischen Bremssättel. Markieren Sie die Zellen, die gemessen werden.
    2. Befestigen Sie das Gitter an der Basis der Probenahme Pyramide mit Schnur oder Seil. Sicherstellen Sie, dass die gemessenen Rasterzellen in Kamera-Ansichten.
    3. Wiederholen Sie die Schritte 2.4.3, 2.4.6.2, Bilder des Gitters zu erfassen.
      Hinweis: Diese Kalibrierung erfolgt in der Regel vor der ersten Station aber vor der Abreise in einem Test-Tank oder jederzeit während der Befragung möglich ist. Die Länge in mm Pixel-Verhältnis zur Bestätigung Quadrat Größe und Messung von Funktionen innerhalb der Bilder bestimmen soll.
  6. Daten in digitale Standbilder der Kamera-Quadrat zu quantifizieren.
    Hinweis: Verwenden Sie Bilder von den anderen Kameras und das Video als Hilfsmittel in diesem Prozess.
    1. Starten Sie die Labor-Daten-Sammlung-Programm zu und wählen Sie das Profil "Digitalisieren".
    2. Wählen Sie aus dem Dropdown-Menü Jahr, Region, Kamera, Station und Quadrat von Interesse.
    3. Klicken Sie auf "go", um ein Bild anhand der Kriterien ausgewählt im Schritt 2.6.2 bringen. in das Programm.
    4. Aktivieren Sie im Abschnitt "Substrat" die Kontrollkästchen für die Substrat-Typen, die vorhanden sind. Siehe14 für eine detaillierte Beschreibung der Substrat-Typen und wie sie eingestuft werden.
    5. Makrozoobenthos Tiere zu quantifizieren.
      Hinweis: 50 Taxa der Macrobenthos sind gezählt oder zur Kenntnis genommen, als anwesend oder abwesend. Referenz13finden Sie eine vollständige Liste der diese Taxa und wie sie verfolgt werden.
      1. Aktivieren Sie die Kontrollkästchen für die Tiere, die im Abschnitt "Wirbellosen" Präsenz vorhanden sind.
      2. Geben Sie die Anzahl der einzelnen Tiere beobachtet, die im Abschnitt "Wirbellosen" zählen.
      3. Klicken Sie auf die roten "SC" und Punkt jeder Jakobsmuschel im Bild.
      4. Klicken Sie auf das grüne "SF" und Punkt jeder Seestern im Bild.
      5. Klicken Sie auf den schwarzen Knopf "CL" und Punkt jeder Klöppel (Jakobsmuschel, die gestorben ist, aber beide Seiten der Schale sind noch verbunden mit Scharnier) im Bild.
      6. Klicken Sie auf die blaue Taste "FI" und Punkt jeder Fisch im Bild.
      7. Geben Sie im Abschnitt "Fisch" Graf die Anzahl der einzelnen Fische beobachtet.
        Hinweis: Für die punktierte Tiere das Programm automatisch zählt die Anzahl der Punkte und ordnet die Grafen in die entsprechende Kategorie. Für Fische, Punkte werden automatisch gezählt, aber der Benutzer muss identifizieren, welche Art von Fisch und wie viele. Die Gesamtzahl der Fisch Punkte gezählt, indem das Programm muss die Anzahl der jede Fischart, die vom Benutzer eingegebenen übereinstimmen.
    6. Klicken Sie auf "Absenden" zu schreiben die Daten über das Bild als eine Zeile ins Labor-Datenbank und erstellen Sie eine Kopie des Bildes mit den Tieren punktiert.
    7. Führen Sie eine Qualitätskontrolle der Schritte 2.6.4. und 2.6.5.
      1. Ändern Sie das Profil in der Labor-Daten-Sammlung-Programm auf "ImageCheck."
        Hinweis: Dies sollte von einer anderen Person von dem erfolgen, die Schritte 2.6.4 und 2.6.5 für das Bild ausgeführt.
      2. Wiederholen Sie die Schritte 2.6.2 und 2.6.3. Laden Sie das Originalbild, gepunktete Bild und Substrat und Tier vom Benutzerprofil "Digitalisieren" eingegebenen Daten ausfüllen.
      3. Eintrag auf ihre Richtigkeit zu überprüfen und Änderungen vorzunehmen.
      4. Wählen Sie die "Absenden" klicken, um die Daten über das Bild vom "Digitalisieren" Nutzer übermittelte überschreiben und markieren Sie das Bild als Qualität in der Labor-Datenbank gesteuert.
    8. Messen Sie die Jakobsmuscheln in Bildern beobachtet.
      Hinweis: Jakobsmuscheln teilweise sichtbar (verdeckt durch Wucherungen, teils in Bild, etc..) oder aus dem Meeresboden sollte nicht gemessen werden.
      1. Starten Sie das Bild-Annotator-Programm.
      2. Wählen Sie "Datei" und dann "Load Image Directory" aus der Drop-Down-Menü. Navigieren Sie zu der gepunkteten Bild von Interesse und laden Sie das Bild in das Programm.
      3. Wählen Sie die "Linie Anmerkung" und zeichnen Sie eine Linie aus der Umbo Jakobsmuschel an die Spitze der Jakobsmuschel.
      4. Wiederholen Sie Schritt 2.6.8.3. für alle messbaren Jakobsmuscheln im Bild.
      5. Wählen Sie "Datei" und dann "Speichern Anmerkungen" eine Tabellenkalkulation von Messungen zu erstellen.
      6. Konvertieren Sie Messungen von Pixeln auf Millimeter mit die durchschnittliche Pixel zu Millimeter-Verhältnis von 2,5.

3. Daten Produkte

  1. Räumlich konkrete Schätzungen der Jakobsmuschel Dichte und Größe zu berechnen.
    1. Plot-Umfrage-Stationen mit Mapping-Software.
    2. Partition Umfrage Stationen Modell zonenweise Jakobsmuschel Bereich Management Simulator (SAMS).
      Hinweis: In der US-Atlantischen Meer Jakobsmuschel Fischerei dient das SAMS Modell Meer Jakobsmuschel Fülle und Landungen8projiziere. Alle der folgenden Schritte werden für jede Zone SAMS durchgeführt.
    3. Durchschnittliche Jakobsmuschel Messungen, die durchschnittliche Schale Höhe von Jakobsmuscheln zu erhalten.
    4. Mittlere Dichte und Standardfehler von Jakobsmuscheln zu berechnen.
      1. Vergrößern Sie Quadrat, indem die durchschnittliche Schale Höhe von Jakobsmuscheln in der SAMS-Zone für teilweise sichtbar Jakobsmuscheln gezählt entlang der Kante des Bildes19anpassen.
      2. Berechnen Sie Dichte mit der angepassten Quadrat Größe und Gleichungen für eine 2-stufige Stichprobenplan für mehrere Quadrate wird an jedem Bahnhof20abgetastet Konto:
        (1)Equation 1
        (2)Equation 2
        wobei n = Einzelprobe Einheiten (Stationen), m = Elemente pro Einzelprobe Einheit (Quadrate), Equation 3 = Messwert (Grafen von Jakobsmuscheln) für Element j in primären Einheit i, Equation 4 = Stichprobe-Mittelwert pro Element (Quadrat) in primäre Einheit ich (Stationen), und Equation 5 = die meine über den zwei-Phasen. Der Standardfehler von diesem Mittelwert ist:
        (3)Equation 6
        wo Equation 7 ist die Varianz zwischen primären Einheit (Stationen).
  2. Total und nutzbaren Biomasse zu berechnen.
    1. Multiplizieren Sie die Jakobsmuschel Dichte durch die Gesamtfläche befragt, um die Anzahl der Jakobsmuscheln im Bereich schätzen.
    2. Erstellen Sie eine Shell-Höhe-Häufigkeitsverteilung der Jakobsmuschel Messungen mit 5 mm Größe Lagerplätze.
    3. 3.2.1 zu multiplizieren. durch die Häufigkeit der Jakobsmuscheln in jeder Größe bin aus 3.2.2. um die Anzahl der Jakobsmuscheln in jeder Größe-bin in der Gegend zu bekommen.
    4. Multiplizieren Sie die geschätzte Fleischgewicht Jakobsmuscheln in der Mitte von jedem Lagerplatz 5 mm Größe mit der Anzahl der Jakobsmuscheln in jeder Größe bin. Verwenden Sie die Schale Höhe zum Fleisch Gewicht Regressionen durch New England Fischerei-Management des Rates Jakobsmuschel planen Entwicklungsteam angegeben, um Jakobsmuschel-Gewicht bei der Größe in Gramm21zu schätzen.
    5. Summe der Fleischgewicht Jakobsmuscheln aus 3.2.4. eine Schätzung der gesamten Jakobsmuschel Biomasse zu produzieren. Konvertieren Sie Jakobsmuschel Biomasse von Gramm in metrischen Tonnen.
    6. Teilen Sie die Summe der Jakobsmuschel-Fleisch-Gewichte von 3.2.5. durch die Gesamtzahl der Jakobsmuscheln aus 3.2.1. Das durchschnittliche Gewicht einer Jakobsmuschel zu erhalten.
    7. Multiplizieren Sie die Anzahl der Jakobsmuscheln auf jede Größe bin aus 3.2.3. durch einen kommerziellen Jakobsmuschel-Bagger "Muscheln" Selektivität Formel zur Schätzung der Anzahl der nutzbaren22.
    8. Wiederholen Sie die Schritte 3.2.5. und 3.2.6. mit den Grafen von verwertbaren Jakobsmuscheln aus 3.2.7. die Biomasse der Jakobsmuscheln nutzbare Größe und ihre durchschnittliche Fleischgewicht abschätzen.
  3. Erstellen Sie Jakobsmuschel-Verbreitungskarten.
    1. Teilen Sie die Summe der Jakobsmuschel, Jakobsmuscheln mit weniger als 75 mm Schale Höhen und Jakobsmuscheln mit Schale Höhen über 100 mm an jeder Umfrage Station durch die Gesamtfläche in die digitale Fotokamera (9,2 m2) an jeder Station zu berechnen bzw. insgesamt betrachtet Jakobsmuschel, juvenile Jakobsmuschel und verwertbaren Jakobsmuschel Dichte an jeder Station.
    2. Plotten Sie jede Dichte für jede Station, die räumliche Verteilung der insgesamt, juvenile und nutzbaren Jakobsmuschel Fülle bzw. abzubilden.

Representative Results

Umfrage-Stationen wurden im Rahmen von fünf Forschungsreisen durchgeführt von Ende April bis Mitte Juli (Abbildung 2) gesampelt. Aufgrund der Sichtbarkeit und Wetter Probleme eine Schneise der SAMS-Zone CL2-S-EXT wurden nicht abgetastet und einige Stationen in anderen Zonen auch fielen während der Qualitätsprüfungen. Für alle anderen Stationen erfasst vier hochwertige digitale Standbilder waren (Abbildung 3). Für alle Bilder in diesen Stationen Substrat und Makrozoobenthos Tiere wurden quantifiziert und Jakobsmuscheln wurden gemessen. Jakobsmuschel zählt und Messungen wurden aufgeteilt nach SAMS Zone erlaubt für Fülle, Verteilung und Biomasse Schätzungen, zusammen mit geprüften Rohdaten von Jakobsmuschel zählt und Messungen, der Nordosten Fisheries Science Center und New England zur Verfügung gestellt werden Fischerei-Vorstandes vom 1. August für die Aufnahme in die jährliche Jakobsmuschel Zuweisungsverfahren (Tabellen 1 und 2). Jakobsmuschel-Verbreitungskarten erstellt wurden, für alle Jakobsmuscheln, juvenile Jakobsmuscheln (shell-Höhen weniger als 75 mm), und Jakobsmuscheln nutzbare Größe (Shell Höhen größer als 100 mm) (Abbildung 4).

Figure 2
Abbildung 2: Drop Kamera Stationen auf Georges Bank im Jahr 2017. Stationen sind durch das Schiff mit Erhebung war angezeigt und geschichtet mit Gebieten von großem Interesse, die Stichprobe mit Stationen 2,8 km voneinander entfernt und alle anderen Bereiche abgetastet mit Stationen 5,6 km voneinander entfernt. Schwarze Linien und Beschriftungen identifizieren Jakobsmuschel Bereich Management Simulator modellzonen verwendet, Meer Jakobsmuschel Fülle und Landungen zu projizieren. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 3
Abbildung 3: Beispiel digitales Standbild aus der Drop-2017 Kamera Umfrage auf Georges Bank. Für die gesamte Georges Bank Umfrage Substrat und Makrozoobenthos Tiere wurden quantifiziert und Jakobsmuscheln waren in 5.216 Bilder von ähnlicher Qualität gemessen. Alle Bilder können eingesehen werden unter < Http://bit.ly/scallopsurvey>. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Bereich Quad Stationen Gemessen SH SC pro m2 SE Jakobsmuscheln
CL1-NA-N 2.6 101 858 105 0,98 0.29 761
CL1-AC 2.6 155 81 106 0,06 0,01 66
CL1-NA-S -- 7 0 -- < 0,02 -- --
CL2-N-NA 2.6 16 58 87 0,43 0,2 214
CL2-S-AC 2.6 435 556 93,6 0,14 0,01 465
CL2-S-EXT 2.5 147 660 77,6 0,48 0,04 545
NF 2.6 54 13 88 0.02 0,01 39
NLS-AC-N 2.7 31 72 120 0,27 0.1 260
NLS-AC-S 2.5 39 2.718 72,7 9.7 3.09 11.676
NLS-EXT 2.6 14 170 95,1 2.24 2.16 966
NLS-NA 2.6 42 696 99.1 2 0,83 2.597
SCH 2.5 137 138 71,3 0,15 0,03 631
SF 2.5 126 219 74,4 0,19 0,03 747

Tabelle 1: Digital noch Kameradaten aus der Drop-2017 Kamera Umfrage der Georges Bank. Ergebnisse sind zonenweise Jakobsmuschel Bereich Management Simulator Modell vorgestellt. In der Tabelle enthalten ist der bereinigte Quadrat Bereich (Quad), die Anzahl der Stationen abgetastet (Stationen), die Anzahl der Jakobsmuschel Muschel Höhen gemessen (gemessen), die mittlere Schale Höhe von Jakobsmuscheln in mm (SH), die mittlere Anzahl von Jakobsmuscheln pro m2 (Sc. pro m beobachtet ( 2) mit zugehörigen Standardfehler (SE) und eine Schätzung der Anzahl der Jakobsmuscheln in Millionen (Jakobsmuscheln). Ergebnisse für CL1-NA-S konnte nicht hergestellt werden, weil keine Jakobsmuscheln beobachtet wurden.

Schätzung der Gesamtbiomasse Schätzung der nutzbaren Biomasse
Bereich MW MT SE MW MT SE
CL1-NA-N 18,28 13.900 4.100 23.85 9.900 2.950
CL1-AC 24,87 1.650 350 33,72 1.350 300
CL1-NA-S -- -- -- -- -- --
CL2-N-NA 14.89 3.200 1.500 26.51 2.100 980
CL2-S-AC 15.84 7.360 685 23.47 4.600 425
CL2-S-EXT 9,46 5.150 440 17.1 1.900 165
NF 16,26 600 260 27.59 500 200
NLS-AC-N 34.15 8.900 3.390 38.02 7.800 2.990
NLS-AC-S 8,49 99.100 31.590 16,88 24.600 7.830
NLS-EXT 16,73 16.200 15.590 19.54 7.600 7.310
NLS-NA 20.4 53.000 22.100 25.13 30.700 12.800
SCH 10.45 Uhr 6.600 1.260 24.65 3.300 620
SF 9.1 6.800 1.080 17,33 2.400 380

Tabelle 2: Schätzungen der Gesamt und nutzbaren Biomasse für 2017 Georges Bank fallen Kamera Umfrage. Ergebnisse sind vom Jakobsmuschel Bereich Management Simulator Modellbereiche vorgestellt. In der Tabelle enthalten sind, die mittlere Jakobsmuschel-Fleisch-Gewicht in g (MW), das Gesamtgewicht der Jakobsmuscheln in metrischen Tonnen (MT) und der Standardfehler in metrischen Tonnen. Ergebnisse für CL1-NA-S konnte nicht hergestellt werden, weil keine Jakobsmuscheln beobachtet wurden.

Figure 4
Abbildung 4: Verteilung und Fülle auf Georges Bank während 2017 Jakobsmuschel. Jakobsmuschel-Verteilung und Fülle auf Georges Bank während 2017 für alle Jakobsmuscheln (oben), "Muscheln" weniger als 75 mm Schale Höhe (Mitte) und "Muscheln" größer als 100 mm Schale Höhe (unten) aus einer Drop-Kamera-Umfrage. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Discussion

Die Umfrage-Design-Protokolle sind flexibel, aber es ist entscheidend für die Zielarten Verhalten und Umfrage Ziele berücksichtigen, wenn diese Protokolle zu verallgemeinern. Literaturübersicht und vorläufige oder anfänglichen Studien lässt sich Ziel Arten Verhalten in umfragedesign zu integrieren. Zum Beispiel liegt weniger als eine Jakobsmuschel in 12,5 m2 (0,08 Jakobsmuscheln/m2) unter nachhaltigen Berufsfischerei Dichte23. So ist durch Stichproben vier Quadrate pro Station, Probe Bahnhofsbereich verbunden mit Jakobsmuscheln an kommerziellen Dichte erkennen. Darüber hinaus schätzt Meer Jakobsmuscheln sind in der Regel aggregiert, eher als zufällig verteilt auf dem Meeresboden, beeinflussen, wie Bahnhof Abstand wirkt sich auf die Genauigkeit der Dichte24. Mehrere Studien anhand von Mittelwert und Varianz Daten aus anfänglichen Studien untersuchte Präzision und bestimmen, dass 5,6 km war die maximale Entfernung Stationen auseinander5,25,26platziert werden soll. Der systemische Stichprobenplan der Umfrage wurde durch Umfrage Ziele beeinflusst. Die Grenzen der SAMS Zonen ändern häufig und oft nach Umfragen durchgeführt21,27gewesen. Systemische Probenahme vermeidet das Problem der Post-Schichtung der Grenzen für räumliche schätzt, dass Auswirkungen nach dem Zufallsprinzip geschichtet oder optimal zugewiesenen Umfrage20 entwirft. Gleichmäßige Verteilung der Stationen erleichtert auch die Erkennung von Neueinstellungen Jakobsmuschel und Zuordnung Meeresgrund Sedimente und denkt Distributionen28. Die schrittweise, wo es möglicherweise nicht möglich Zielarten Verhalten und Umfrage Ziele berücksichtigen, ist die Identifizierung von einem Vermessungsschiff, weshalb das Protokoll mit diesem Schritt beginnt. Ein Schiff muss auf See Probenahme und Folgeschritte Erhebungsdesign diktiert. Für unsere Protokolle war es wichtig, die kommerziellen Fischerei Förderung der Transparenz in Erhebungsmethoden und Vertrauen in die Ergebnisse der Umfrage zu beteiligen. Kommerzielle Fischereifahrzeuge war eine wirkungsvolle Möglichkeit, Industrie in unserer Methoden und die Größe und Leistungsfähigkeit der Schiffe erlaubt, für eine große, schwere Kamera Apparat und Umfrage-Stationen innerhalb der benötigten Timeline abgetastet werden. Darüber hinaus Schiffseigner waren verantwortlich für alle Kosten im Zusammenhang mit Schiff und wurden kompensiert durch eine Aufteilung der Jakobsmuschel Pfund von der National Oceanic and Atmospheric Administration durch Atlantic Jakobsmuschel Flächenstillegung Forschungsprogramms vergeben 29. obwohl es nicht notwendig ist, Industrie in Umfragen, Größe, Funktionen und Kosten der verfügbaren Schiffe berücksichtigt werden, bevor Sie andere Aspekte des Erhebungsdesign entwickelt.

Die Erhebung und Verarbeitung Aspekte der Protokolle stellen den größten Vorteil, sondern auch eine Einschränkung dieser Methode. Bei erheblichen Kosten kommt die Verwendung von kundenspezifischer Software und Datenbanken, Daten in Bilder zu quantifizieren. Jedoch die Verwendung dieser Produkte durch die SMAST Drop Kamera Umfrage ist eine Weiterentwicklung eines Programms begann im Jahr 1999 und ist nicht unbedingt erforderlich. Zum Beispiel beim ersten des Programms starten Jakobsmuschel Grafen wurden mit Stift und Papier und freie Software ist jetzt verfügbar, in Bildern zu messen. In ähnlicher Weise wurde die aktuelle digitale Fotokamera gewählt, wie es war in der Lage erkennen aller Größenklassen von Jakobsmuscheln und für etwa 200 % Vergrößerung ohne Verlust der Bildqualität (Abbildung 3), erlaubt aber geringere Auflösung, weniger teure Kameras verwendet, früher in die Umfrage konnten Jakobsmuscheln kommerzielle Größe30voll zu erkennen. Als sollte mit der Umfrage-Design-Protokolle, die Art der Kamera verknüpft werden die Auflösung benötigt zur Erkennung der Zielarten und Umfrage-Ziele zu erreichen. Aufnahme von Bildern und Videoaufnahme an jeder Station bietet einen erheblichen Vorteil gegenüber traditionellen Erhebungsmethoden, indem die kontinuierliche Fähigkeit, Muster zu überdenken und zu erweitern die Analyse Taxa oder Lebensraum Merkmale zunächst nicht verfolgt oder aufgelistet. Zum Beispiel Bilder mit Sand-Dollars und andere Stachelhäuter, die ursprünglich als gemerkt präsentieren oder abwesend in der SMAST-Datenbank wurden um ihre Fülle und Biomasse durch Zeit12quantifizieren revisited. Im Gegensatz dazu Proben aus eher traditionellen Erhebungsmethoden wie Bagger oder Netze sind ausrangierte auf See und können nicht neu aufgelegt werden. Allerdings führen die Fortschritte, die für große Mengen an Bildern aufgenommen und gespeichert werden können Millionen von Bildern mit nur einen kleinen Bruchteil genutzt gesammelt werden. Dies ist vor allem aufgrund von Zeit- und Einschränkungen wie Menschen für die Datenextraktion notwendig sind und führen zu große Mengen an ungenutzten Informationen31. Fortschritte in der automatisierten Erkennung von Tieren und Lebensraum Eigenschaften können helfen, dieses Problem anzugehen.

Bildbasierte Erhebungsmethoden können die notwendigen Daten zur Überwachung Makroinvertebraten und zugehörige Lebensraum bieten, sondern eignet sich zur Ergänzung der Protokolle, die mit anderen Methoden, die biologische Proben sammeln hier beschrieben. Ohne eine Jakobsmuschel Muschel-Höhe Fleisch Gewicht Beziehung, erstellt von Schaufler-based Sampling wäre Biomasse Schätzungen nicht möglich. Darüber hinaus variiert die Jakobsmuschel Muschel-Höhe Fleisch Gewicht Beziehung mit Zeit und Ort auf Georges Bank darauf hinweist, dass konsequent aktualisieren die Gleichung verwendet, um diese Beziehung zu beschreiben vorteilhaft32 ist. Kombination von Bild und Sample-basierte Körpertechniken hilft auch die Vorurteile und Annahmen der einzelnen Methoden zu erforschen. Messung der Schale Höhen von Jakobsmuscheln in Drop-Kamerabilder mit Bremssättel quantifiziert eine Messung Vorspannung die Krümmung der Linse der Kamera zugeordnet und Entfernung aus dem Bild zentrieren33. Umgekehrt haben gekoppelten Vergleiche zwischen Bildern und Schaufler schleppt geholfen definieren, welcher Anteil der Jakobsmuscheln auf dem Meeresboden eigentlich gesammelt werden und wie sich der Anteil mit Jakobsmuschel Größe6ändert.

Unterwasser-Bildgebung wird seit Jahrzehnten17,34auf dem Gebiet der Meeresökologie. Allerdings haben sinkende Kosten von hochauflösenden Kameras und Datenspeicherung die praktischer als in der Vergangenheit gemacht. In diesem Artikel beschriebenen Methoden können verallgemeinert werden und haben breite Anwendbarkeit, die dazu beitragen, um die Entwicklung von mehr Image-basierte Umfragen zu erleichtern. Genauer gesagt, zeigen die Verfahren wie Ergebnisse verwendet werden können, um Daten zu verwalten sessile Wirbellose (Tabellen 1-2) und tragen zu einem umfassenderen Verständnis der Meeresumwelt7,9,10 zu produzieren ,11,12,13,14,15.

Disclosures

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Acknowledgments

Dank der Studenten, Mitarbeiter, Kapitäne und Crews, die fuhr auf diesen Forschungsreisen und Besitzer, die ihre Schiffe zur Verfügung gestellt. Dank an T. Jaffarian für die Entwicklung von Lab datenbeschaffungsprogramm, elektromechanisch, Inc. für die Entwicklung der Feld-Software und Ausrüstung, und CVision Consulting für die Bild-Annotator Programmentwicklung. Finanzierung wurde zur Verfügung gestellt von NOAA-Awards, NA17NMF4540043, NA17NMF4540034 und NA17NMF4540028. Die hier geäußerten Meinungen sind diejenigen der Autoren und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der NOAA.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Bobcat, 43.3mm, F-Mount, 6600x4400, 1.9/2.4 fps, Color, GigE Vision Imperx PoE-B6620C-TF00 Digital Still Camera
Ace - EV76C560, 1/1.8", C-Mount, 1280x1024, 60fps, Color, CMOS, GigE  Basler acA1300-60g HD video camera
Stock MV 40-25 Housing. Black Anodized Aluminum, 5.3" standard dome port, DBCR2008M connector   Sexton MV 40-25 Underwater housing for digital still camera
Stock MV 25-25 Housing. Black Anodized Aluminum, 3.4" standard dome port, DBCR2008M connector   Sexton MV 25-25 Underwater housing for HD video camera
Optical Slip Ring MOOG 180-2714-00 Transmission of power and electrical signals to rotating cable on winch
Fiber Optic Cable Cortland OCG0010 Transmission of power and electrical signals from junction box to vessel deck/wheelhouse
Wheelhouse Run  Electromechanica EM0117-02 Segment of fiber optic wire adapted to plug into optical slip ring on one end and light power and computer on the other
Underwater Junction Box Electromechanica EM0117-01 Connection of power and electrical signals from camera and lights to hybrid cable
Camera Cable SubConn DIL8F/LS2000/10FT/LS2000/DIL8M Transmission of power and electrical signals from camera to junction box
Light Cable SEACON HRN-S0484 Transmission of power and electrical signals from lights to junction box
Desktop Computer Various Custom Windows based operating system with fiber optic interface
Hydraulic Winch Diversified Marine Custom Tension sensitive winch for deployment and retrieval of fiber optic cable
Steel Pyramid Blue Fleet Welding Custom Apparatus for deploying cameras and lights
Steel Davit Blue Fleet Welding Custom Suspends fiber optic cable over the side of the vessel
Fiberglass sheave in metal housing Diversified Marine Custom Attaches to davit, guides fiber optic cable over the side of the vessel and into the water
Sealight Sphere 6500, Day Light White, Flood DeepSea Power & Light 712-045-201-0A-01 Underwater LED light
GPSMAP 78 Garmin  01-00864-00 Global Positioing System device
ArcPad 10.2  ESRI N/A Mobile field mapping program
Undersea Vision Acquisition System Electromechanica UVAS Field data collection program
Digitzer University of Massachusetts, Dartmouth N/A Lab data collection program
FishAnnotator Cvision Consulting 0.3.0 Image annotator program
ArcMap 10.4  ESRI N/A Mapping software

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References

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Umweltwissenschaften Ausgabe 137 Umweltwissenschaften Meeresökologie Fischerei Placopecten Magellanicus Cooperative Research Ressourcenmanagement Underwater imaging
Methoden zur Image-basierte Umfragen von benthischen Makroinvertebraten und ihren Lebensraum am Beispiel der Drop-Kamera-Umfrage für die Atlantik-Jakobsmuschel
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Bethoney, N. D., Stokesbury, K. D.… More

Bethoney, N. D., Stokesbury, K. D. E. Methods for Image-based Surveys of Benthic Macroinvertebrates and Their Habitat Exemplified by the Drop Camera Survey for the Atlantic Sea Scallop. J. Vis. Exp. (137), e57493, doi:10.3791/57493 (2018).

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