Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

Metoder til Image-baserede undersøgelser af bentiske Macroinvertebrates og deres levesteder, eksemplificeret ved slip kamera undersøgelse til Atlanten havet kammusling

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

Summary

Billede baseret landmåling er en stadig mere praktiske, ikke-invasiv metode til at prøve det marine miljø. Vi præsenterer protokollen af en dråbe kamera undersøgelse, der anslår, at overflod og distribution af Atlantic havet kammusling (Placopecten magellanicus). Vi diskuterer, hvordan denne protokol kan generaliseres til anvendelse til andre hvirvelløse macroinvertebrates.

Abstract

Undervands imaging har længe været brugt inden for marin økologi, men faldende omkostninger af højopløselige kameraer og datalagring har gjort tilgangen mere praktisk end tidligere. Billed-baserede undersøgelser giver mulighed for indledende prøver, der skal revideres og er non-invasiv sammenlignet med traditionelle undersøgelse metoder, der typisk involverer net eller skrabere. Protokoller for image-baserede undersøgelser kan variere meget, men bør være drevet af target arter adfærd og undersøgelse mål. For at demonstrere dette, beskriver vi vores seneste metoder for en Atlantic havet kammusling (Placopecten magellanicus) slip kamera undersøgelse til at give en proceduremæssig eksempel og repræsentative resultater. Proceduren er opdelt i tre kritiske trin, der omfatter undersøgelse design, dataindsamling og data produkter. Indflydelse af kammusling adfærd og undersøgelse mål giver en uafhængig vurdering af amerikanske havet kammusling ressource om proceduren for undersøgelse er derefter drøftet i forbindelse med generalisere metoden. Samlet set bred anvendelighed og fleksibilitet af University of Massachusetts Dartmouth skole for havforskning og -teknologi (SMAST) slip kamera undersøgelse viser metoden kunne generaliseres og anvendes til en lang række siddende vanddyr eller Habitat fokuseret forskning.

Introduction

Atlantic havet kammusling (Placopecten magellanicus) er en marine toskallede bløddyr fordelt over hele det nordvestlige Atlanterhavet fra Gulf of St. Lawrence, Canada til Cape Hatteras, North Carolina1kontinentalsokkel. Havet kammusling fiskerivarer i USA har oplevet hidtil usete stigninger i landinger og værdi i de sidste femten år og er blevet en af landets højeste værdsat fiskeri med landinger værd cirka $440 millioner i 20152. Trods denne stigning, er kammusling fiskeriindsatsen blevet væsentligt reduceret i de sidste 20 år gennem gennemførelsen af et område rotationssystem, der sigter mod at beskytte områder med juvenil kammuslinger og fokusere fiskeri i områder med større kammuslinger i høj tætheder1. Denne forvaltning kræver rumligt-specifikke oplysninger om kammusling tæthed og størrelse, som er fastsat af adskillige undersøgelser herunder University of Massachusetts Dartmouth skole for havforskning og teknologi (SMAST) dråbe kamera undersøgelse.

Målet med SMAST slip kamera undersøgelse er at give fiskeri resource managers, havforskere og fiskerisamfund med en uafhængig vurdering af amerikanske havet kammusling ressource og dens tilknyttede habitat. Undersøgelsen blev udviklet sammen med kammusling fiskere og gælder quadrat stikprøveteknikker baseret på dykning undersøgelser3,4. Indledende undersøgelser i begyndelsen af 2000 ' erne fokuserede på estimering af tætheden af sea kammuslinger i lukkede dele af et produktivt område af fiskeriet kendt som Georges Bank5, men undersøgelsen udvides til at dække størstedelen af kammusling ressource i amerikanske og canadiske farvande (≈100, 000 km2)6,7. Oplysninger fra undersøgelsen har været indarbejdet i kammusling bestandsvurdering gennem materiel vurdering Workshop og pålideligt leveret til New England fiskeri Management Rådet til at støtte i årlige kammusling høst tildeling8. Derudover har data fra SMAST slip kamera undersøgelse medvirket i talrige måder at forstå økologi af ikke-kammusling arter7,9,10,11,12 og karakterisering af bentiske habitater13,14,15. Denne brede anvendelighed viser metoden kunne generaliseres og anvendes til en lang række siddende vanddyr, potentielt bidrage til at afhjælpe problemet med udvidelsen af hvirvelløse fiskeri overgår den videnskabelige viden og politik nødvendige for at kunne administrere dem16. Yderligere, image-baserede prøveudtagning er non-invasiv i forhold til traditionelle befolkning prøveudtagningsmetoder og i stigende grad affordable grund til faldende omkostninger af højopløselige kameraer og data opbevaring17,18. Her præsenteres 2017 metoder SMAST slip kamera undersøgelsen anvendes kammusling management på den amerikanske del af Georges Bank for at eksemplificere proceduren. Vi diskutere rationalet bag denne procedure til at støtte i sin generalisering og anvendelse til andre siddende vanddyr.

Protocol

1. survey Design

  1. Find en eller flere off-shore kommercielle kammusling fartøjer tilgængelige for 6 - 8 dages mellemrum.
  2. Konstruere en stål pyramide med en indvendig ramme hvor tre kameraer, lys og en samledåse for en fiber fiberoptisk kabel kan være monteret (figur 1). Sikre, at et kamera er en høj opløsning digitale still-kamera, og to er lavere opløsning, men stadig høj definition, video-kameraer.

Figure 1
Figur 1: Drop kamera undersøgelse pyramide med kameraer og lys, der bruges til indsamling af data i 2017. University of Massachusetts Dartmouth, skolen for havforskning og -teknologi slip kamera undersøgelse pyramide med kameraer og lys, der bruges til indsamling af data i 2017. En samledåse, der forbinder kamera og lys kabler til en fiberoptiske kabler er monteret mellem de to barer med lys og er ikke vist. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

  1. Bruge en systematisk prøveudtagning design for at placere undersøgelse stationer 5,6 km fra hinanden i de fleste områder af Georges Bank udnyttet af fiskeri og 2,8 km fra hinanden i to områder af betydning1
    Bemærk: To videnskabsmænd, en kaptajn, og en kammerat var i stand til undersøgelse omkring 50 stationer hver 24 timer på 5,6 km grid og 80 stationer på 2,8 km grid. Derfor cirka 5 undersøgelse ture var nødvendige for at gennemføre undersøgelsen.

2. dataindsamling

  1. Indlæse udstyr op på fartøjet.
  2. Opsætning af udstyr på fartøjet dæk.
    1. Arrangere pyramide, et tryk følsomme winch med fiberoptiske kabel på en tromme og knyttet til slip ring og davit på dækket af skibet. Sikre, at den fiber fiberoptisk kabel kan køre fra spiltrukket gennem davit og til pyramiden uden at røre ved skibets spiltrukket kabel.
    2. Bruge små, midlertidige svejsninger for at anbringe winch, davit og davit plade på plads.
    3. Wire tryk følsomme spiltrukket strømkabel til fartøjets sikringsskabet.
    4. Vedhæfte samledåsen til pyramide.
    5. Vedhæfte kameraer og lys til pyramiden.
    6. Tilslut kameraer og lys til samledåsen med kamera og lys kabler.
    7. Køre fiber fiberoptisk kabel gennem skive og tillægger davit.
    8. Vedhæfte fartøjets hydrauliske spiltrukket kabel til pyramide.
  3. Opsætning af udstyr i fartøjet styrehuset.
    1. Tilslut og sikre desktop computer.
    2. Tilslutte 2 skærme til den stationære computer. Sikre én skærm i nærheden af computeren og andet nær kontrolelementerne for fartøjets hydrauliske spil.
    3. Tilslut en global positioning system (GPS) enheden til den stationære computer via en USB-port.
    4. Tilslut og sikre en bærbar computer med en mobil området kortlægning program nær fartøj roret. Indlæse station steder i computeren, inden afrejse.
    5. Tilslutte en GPS-enhed til bærbare computer via en seriel port.
    6. Tilslut kameraer og lys til fartøj styrehuset.
      1. Fastgør "deck enden" af styrehuset flugt af fiberoptiske kabler til optisk slip ring på tryk følsomme spiltrukket.
      2. Fastgør "styrehus ende" af styrehuset run af fiber optisk kabel til fiber optic interface på den stationære computer og lys stikdåsen.
      3. Lancere felt data collection program fra den stationære computer. Sikre, at alle kameraer monteret på pyramiden og tilsluttes samledåsen automatisk show som forbundet.
        Bemærk: Hvis alle kameraer ikke viser som tilsluttet, nulstille kameraet forbindelser inden for programmet eller foretage fejlfinding ved at bytte komponenter (kamera, tilslutning af kabler, slip ring, osv.) på en systematisk måde.
  4. Billedtagning og registrere data på hver station.
    1. Lancere mobil området kortlægning program fra den bærbare computer.
    2. Vælg værktøjet "mark" og træk målikonet til en station til at give en pejling til stationen.
    3. Langsomt sænke prøveudtagning pyramiden til havbunden ved hjælp af fartøjets hydrauliske spil når stationen er nået og fartøjet er blevet stoppet.
      Bemærk: Dette er udført af skibets besætning og tryk følsomme spiltrukket skal aktiveres, før sænke prøveudtagning pyramide.
    4. Lancere felt data collection program fra pc'en, mens pyramiden sænkes til havbunden.
      1. Dobbeltklik på boksen "Område kort navn" og Indtast et navn til området.
        Bemærk: Dette skal kun gøres for den første station i et område.
      2. Klik på knappen "Start kaptajner Cam" for at vise kameravisninger og andre oplysninger på skærmen i nærheden af hydrauliske spil kontrol.
    5. Tænd strøm til lys.
    6. Fange quadrat data når prøveudtagning pyramiden har landede på havbunden.
      1. I feltet data collection program, skal du klikke på "Start Station" for at starte optagelsen af video.
        Bemærk: Knappen vil blinke rødt, mens video optages.
      2. Klik på "Tage Snapshots" når et klart overblik over havbunden vises, så klik på "Gem alle" for at fange et stillbillede fra alle kameravisninger samtidigt.
      3. Klik på knappen "Skrive til Database".
        Bemærk: Dette vil bringe en ny dialogboks med dybde, placering, temperatur, stationsnummer, quadrat nummer, område navn og et unikt identifikationsnummer angives automatisk af softwaren.
      4. Angiv antallet af kammuslinger set i digital kamera stillbilledet i boksen "Kammusling Count" og skrive kommentarer i feltet "Bemærkninger".
      5. Klik på knappen "Send Data" for at skrive data om quadrat som en række ind i feltet databasen.
    7. Løft pyramiden, indtil havbunden kan ikke længere ses.
    8. Langsomt sænke pyramide til havbunden og gentage trin 2.4.6 og 2.4.7. indtil data for fire quadrats har været fanget. Sikre, at pyramiden har gled så forskellige quadrat billeder af havbunden er fanget.
    9. Hæve prøveudtagning pyramide fra havbunden til en sikker placering ved siden af skibet.
    10. Ende station mens pyramiden hæves.
      1. Klik på "Endestation" i feltet data collection program at afslutte videooptagelsen og advance program til den næste station.
      2. Klik på knappen "Afslut programmet" for at lukke programmet.
      3. Slukke strømmen til lys.
      4. Klik på "Fange Station" i programmet mobile felt kortlægning at markere stationen som fuldført og derefter gentage trin 2.4.2.
    11. Gentag forrige trin i afsnit 2.4. indtil alle undersøgelse stationer er afsluttet.
  5. Gennemføre en kamera kalibrering drop.
    1. Måle længden af mindst 30 gitterceller af en wire gitter med elektroniske calipre. Mark de celler, der måles.
    2. Vedhæfte gitteret til bunden af prøveudtagning pyramiden ved hjælp af sejlgarn eller reb. Sikre, at de målte netkvadrater i visningerne kamera.
    3. Gentag trin 2.4.3 til 2.4.6.2 at fange billeder af gitteret.
      Bemærk: Denne kalibrering sker oftest før den første station men kan gøres inden afgang i en test tank eller på ethvert tidspunkt under undersøgelsen. Formålet er at bestemme længden i mm til pixel forholdet til bekræfter quadrat størrelse og måle funktioner inden for billederne.
  6. Kvantificere data inden for digital still kamera quadrat billeder.
    Bemærk: Brug billeder fra andre kameraer og video som aids i denne proces.
    1. Lancere lab data collection program, og vælg "Digitalisere" profil.
    2. Fra dropdown menuen, Vælg år, område, kamera, station og quadrat af interesse.
    3. Klik på "OK" for at bringe et billede baseret på de kriterier, der er valgt i trin 2.6.2. i programmet.
    4. Klik på boksene for de substrat, der stede i afsnittet "Substrat". Se14 for en detaljeret beskrivelse af substrat typer og hvordan de er klassificeret.
    5. Kvantificere macrobenthic dyr.
      Bemærk: 50 taxa af macrobenthos er optalt eller noteret som nuværende eller fraværende. En komplet liste over disse taxa og hvordan de er sporet kan findes i reference13.
      1. Klik på boksene for de dyr, der findes i afsnittet "Inverterer" tilstedeværelse.
      2. Angiv antallet af hvert dyr, der er observeret i afsnittet "Inverterer" count.
      3. Klik på den røde knap for "SC" og dot hver kammusling i billedet.
      4. Klik på den grønne "SF" knap og dot hver havet stjerne i billedet.
      5. Klik på knappen sort "CL" og dot hver clapper (kammusling, der er død, men begge sider af skallen er stadig knyttet til hængsel) i billedet.
      6. Klik på den blå "FI" knap og dot hver fisk i billedet.
      7. Angiv antallet af hver fisk type observeret i afsnittet "Fisk" count.
        Bemærk: For de andre punkterede dyr tæller antallet af prikker og automatisk tildeler den relevante kategori tæller. For fisk, prikker tælles automatisk, men brugeren skal identificere hvilken type af fisk og hvor mange. Det samlede antal fisk prikker optalt af programmet skal svare til antallet af hver fisk type angivet af brugeren.
    6. Klik på knappen "Send" for at skrive data om billedet som en række ind i laboratoriet database og oprette en kopi af billedet med dyrene punkteret.
    7. Udføre en kvalitetskontrol af trin 2.6.4. og 2.6.5.
      1. Ændre profilen i lab data collection program til "ImageCheck."
        Bemærk: Dette bør ske af en anden person end den, der gennemført trin 2.6.4 og 2.6.5 for billedet.
      2. Gentag trin 2.6.2 og 2.6.3. at indlæse det oprindelige billede, stiplede billede, og udfyld substrat og dyr data indtastet af brugerprofil "Digitalisere".
      3. Anmeld indrejse for nøjagtighed og foretage ændringer nødvendige.
      4. Vælg "Send"-knappen til at overskrive dataene om billedet indsendt af "Digitalisere" brugeren og markere billedet som kvalitet kontrolleres i lab-databasen.
    8. Foranstaltning kammuslinger observeret i billeder.
      Bemærk: Kammuslinger delvist synlige (skjult af vækster, dels i billedet, osv.) eller fra havet gulvet ikke skal måles.
      1. Lancere billede annotator program.
      2. Vælg "File" og derefter "Indlæs billedet bibliotek" fra drop-down menuen. Naviger til den stiplede billede af interesse og indlæse billedet i programmet.
      3. Vælg "linje anmærkningen" og trække en linje fra umboni af kammusling til toppen af kammusling shell.
      4. Gentag trin 2.6.8.3. for alle målelige kammuslinger i billedet.
      5. Vælg "File" og derefter "Gem anmærkninger" til at oprette et regneark i målinger.
      6. Konvertere målinger fra pixels til millimeter ved hjælp af de gennemsnitlige pixels til millimeter forholdet fra 2,5.

3. data produkter

  1. Beregne rumligt specifikke estimater af kammusling tæthed og størrelse.
    1. Plot undersøgelse radiostationer via kortlægningssoftware.
    2. Partition undersøgelse stationer af kammusling område Management Simulator (SAMS) model zoner.
      Bemærk: I det amerikanske Atlantic havet kammusling fiskeri, SAMS model anvendes til projekt havet kammusling overflod og landinger8. Alle af de følgende skridt er gjort for hver SAMS zone.
    3. Gennemsnitlige kammusling målinger til at opnå gennemsnitlige shell højden af kammuslinger.
    4. Beregne gennemsnitlige tætheder og standardfejl for kammuslinger.
      1. Øge quadrat størrelsen af den gennemsnitlige shell højde af kammuslinger i zonen SAMS at justere for delvist synlige kammuslinger tælles langs kanten af billede19.
      2. Beregn Massefylde ved hjælp af justerede quadrat størrelse og ligninger for en 2-trins prøveudtagning design for at tage højde for flere quadrats at være udtaget på hver station20:
        (1)Equation 1
        (2)Equation 2
        hvor n = primære stikprøveenheder (stationer), m = elementer pr primær stikprøveenhed (quadrats), Equation 3 = målte værdi (tællinger af kammuslinger) for element Jørgensen i primær enhed i Equation 4 = stikprøvens middelværdi pr. element (quadrat) i primær enhed jeg (stationer), og Equation 5 = den betyde over to-faser. Standard fejlen af dette, er:
        (3)Equation 6
        hvor Equation 7 er variansen blandt primær enhed (stationer) middel.
  2. Beregne samlede og udnyttelig biomasse.
    1. Formere kammusling tæthed af det samlede areal adspurgte for at estimere antallet af kammuslinger i området.
    2. Oprette en shell højde frekvens fordelingen af kammusling målinger med 5 mm størrelse placeringer.
    3. Multiplicer 3.2.1. af hyppigheden af kammuslinger i hver størrelse bin fra 3.2.2. for at få antallet af kammuslinger i hver størrelse bin i området.
    4. Formere den anslåede kød vægt af kammuslinger i midten af hver 5 mm størrelse placering ved antallet af kammuslinger i hver størrelse bin. Brug shell højden til kød vægt regressioner angivet af New England fiskeri Management Rådets kammusling Plan Development Team for at vurdere kammusling vægten på størrelse i gram21.
    5. Summen kød vægten af kammuslinger fra 3.2.4. at udarbejde et skøn over samlet kammusling biomasse. Konvertere kammusling biomasse fra gram til metriske tons.
    6. Dele summen af kammusling kød vægte fra 3.2.5. af det samlede antal kammuslinger fra 3.2.1. at få den gennemsnitlige vægt af en kammusling.
    7. Multiplicer antallet af kammuslinger på hver størrelse bin fra 3.2.3. af en kommerciel kammusling skraber tunger selektivitet ligning til at estimere antallet af anvendelige22.
    8. Gentag trin 3.2.5. og 3.2.6. med greverne af udnyttelige kammuslinger fra 3.2.7. at vurdere biomassen af muslinger af udnyttelige størrelse og deres gennemsnitlige kød vægt.
  3. Oprette kammusling distribution kort.
    1. Dele summen af kammusling tæller, kammuslinger med shell højder mindre end 75 mm og kammuslinger med shell højder over 100 mm på hver undersøgelse station med det samlede areal set i den digitale still-kamera (9,2 m2) på hver station til henholdsvis beregne samlede kammusling, juvenil kammusling og udnyttelige kammusling tæthed på hver station.
    2. Afbild hvert tæthed for hver station at kortlægge den geografiske fordeling af overordnede, juvenil og udnyttelige kammusling overflod, henholdsvis.

Representative Results

Undersøgelsen stationer blev udtaget som en del af fem forskning ture udført fra slutningen af April til midten af juli (figur 2). Synlighed og vejr spørgsmål, et skår af stationer i SAMS zone CL2-S-EXT ikke blev udtaget og nogle stationer i andre zoner blev også opgivet i quality assurance kontrol. For alle andre stationer fanget fire høj kvalitet digitale stillbilleder blev (figur 3). For alle billeder i disse stationer, substrat og macrobenthic dyr var kvantificeres og kammuslinger blev målt. Kammusling tæller og målinger blev partitioneret af SAMS zone giver mulighed for overflod, distribution og biomasse skøn, sammen med reviderede rådata kammusling tæller og målinger, der skal gives til nordøst fiskeri Science Center og New England Rådet af fiskeriministre forvaltning af August 1 for medtagelse i den årlige kammusling fordelingsprocessen (tabel 1 og 2). Kammusling distribution kort blev lavet for alle kammuslinger, juvenil kammuslinger (shell højder mindre end 75 mm), og muslinger af udnytte size (shell højder større end 100 mm) (figur 4).

Figure 2
Figur 2: slip kamera stationer på Georges Bank i 2017. Stationer vises af fartøjet med undersøgelsen datoer og stratificeret med områder af stor interesse for stikprøven med stationer 2,8 km fra hinanden og alle andre stikprøven med stationer 5,6 km fra hinanden. Sorte streger og etiketter identificere kammusling område Management Simulator model zoner bruges til projekt havet kammusling overflod og landinger. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: eksempel digitale still-billede fra 2017 drop kamera undersøgelse på Georges Bank. For hele Georges Bank undersøgelsen, substrat og macrobenthic dyr var kvantificeres og kammuslinger blev målt i 5,216 billeder af lignende kvalitet. Alle billeder kan ses på < http://bit.ly/scallopsurvey>. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Område Quad Stationer Målt SH SC. pr. m2 SE Kammuslinger
CL1-NA-NIELSEN 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-NIELSEN-NIELSEN 2.6 16 58 87 0,43 0,2 214
CL2-S-AC 2.6 435 556 støtte på 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-NØRGAARD 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

Tabel 1: Digital still Kameradata fra 2017 drop kamera undersøgelse af Georges Bank. Resultaterne er præsenteret af kammusling område Management Simulator model zoner. Inkluderet i tabellen er det justerede quadrat område (Quad), antallet af stationer stikprøven (stationer), antallet af kammusling shell højder målt (Measured), den gennemsnitlige shell højden af kammuslinger observeret i mm (SH), det gennemsnitlige antal kammuslinger pr. m2 (Sc. pr. m 2) med tilhørende standardafvigelse (SE), og et skøn over antallet af kammuslinger i millioner (kammuslinger). Resultater for CL1-NA-S kan ikke produceres, fordi ingen kammuslinger blev observeret.

Anslå den samlede biomasse Estimering af udnyttelig biomasse
Område MW MT SE MW MT SE
CL1-NA-NIELSEN 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-NIELSEN-NIELSEN 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-NØRGAARD 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 6.600 1.260 24.65 3.300 620
SF 9.1 6,800 1.080 17.33 2.400 380

Tabel 2: skøn for samlede og udnyttelig biomasse til 2017 Georges Bank slip kamera undersøgelse. Resultaterne er præsenteret af kammusling område Management Simulator model områder. Inkluderet i tabellen er den gennemsnitlige kammusling kød vægt i g (MW), den samlede vægt af kammuslinger i metriske tons (MT) og standardfejl i metriske tons. Resultater for CL1-NA-S kan ikke produceres, fordi ingen kammuslinger blev observeret.

Figure 4
Figur 4: kammusling udbredelse og talrighed på Georges Bank under 2017. Kammusling udbredelse og talrighed på Georges Bank under 2017 for alle kammuslinger (top), tunger, mindre end 75 mm shell højde (i midten), og tunger, større end 100 mm shell højde (nederst) fra en drop kamera undersøgelse. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Discussion

Survey design protokoller er fleksible, men det er kritisk at overveje målarten opførsel og syn mål, når generalisere disse protokoller. Litteraturgennemgang og foreløbige eller indledende undersøgelser kan bruges til at indarbejde survey design mål arter adfærd. For eksempel, er mindre end en kammusling i 12,5 m2 (0,08 kammuslinger/m2) under bæredygtigt erhvervsfiskeri tæthed23. Ved prøveudtagning fire quadrats pr. station, er prøve Stationsområdet knyttet til påvisning af kammuslinger på kommercielle tæthed. Derudover anslår sea kammuslinger er normalt samlet i stedet for tilfældigt fordelt på havbunden, indflydelse på hvordan station afstand påvirker præcisionen massefylde,24. Flere undersøgelser ved hjælp af middelværdi og varians data fra indledende undersøgelser undersøgt præcision og fastslå, at 5,6 km var den maksimale afstand stationer skal placeres apart5,25,26. Systemisk prøveudtagning udformningen af undersøgelsen var påvirket af undersøgelse mål. Grænserne for zonerne SAMS ændre ofte og ofte efter undersøgelser har været udført21,27. Systemisk prøveudtagning undgår det alvorlige problem med post stratificering af grænser for rumlig skøn at virkninger tilfældigt stratificeret eller optimalt tildelte undersøgelse designs20. Ensartet tildeling af stationer også letter påvisning af nye kammusling rekruttering og kortlægning havbunden sedimenter og macroinvertebrate distributioner28. I et enkelt trin, hvor det ikke kan være muligt at overveje målarter opførsel og syn mål er identifikation af en undersøgelse fartøj, hvilket er grunden til protokollen begynder med dette trin. Et fartøj, der er afgørende for på sea prøveudtagning og dikterer efterfølgende trin i undersøgelsen design. For vores protokoller var det afgørende at inddrage den nuværende kommercielle fiskeindustri at fremme gennemsigtigheden i undersøgelsen metoder og tillid i undersøgelsesresultater. Ved hjælp af kommercielle fartøjer var en slagkraftige måde at omfatte industrien i vores metoder og størrelse og kapaciteter af de fartøjer, der er tilladt for en stor, tung kamera apparater og undersøgelse stationer skal udtages inden for den nødvendige tidslinje. Yderligere, rederne var ansvarlig for alle omkostninger i forbindelse med fartøjet brug og blev kompenseret gennem en fordeling af kammusling pounds udstedt af National Oceanic og Atmospheric Administration gennem den nordatlantiske kammusling udtagne forskningsprogram 29. selv om det er ikke nødvendigt at engagere industri i undersøgelser, størrelse, kapaciteter, og omkostninger af tilgængelige skibe skal overvejes før udvikle andre aspekter af undersøgelsen design.

Data indsamling og forarbejdning aspekter af protokollerne præsentere den største fordel, men også en begrænsning af denne metode. Brugen af brugerdefinerede software og databaser til at kvantificere data i billeder kommer på en betydelig omkostning. Men brugen af disse produkter af SMAST slip kamera undersøgelsen repræsenterer en udvikling af et program, der startede i 1999 og er ikke afgørende. For eksempel, da programmet startede, kammusling tæller var lavet med pen og papir og gratis software er nu tilgængelig til at måle i billeder. Ligeledes, den nuværende digitale still-kamera blev valgt som det var i stand til at afsløre alle størrelseskategorier af kammuslinger og tilladt for ca 200% forstørrelse uden tab af billedkvalitet (figur 3), men lavere opløsning, billigere kameraer brugt tidligere i undersøgelsen var købedygtig fuldt opdager kammuslinger handelsstørrelse30. Som med protokollerne survey design bør type kamera knyttes til den beslutning er nødvendig for at afsløre målarten og opnå undersøgelse mål. Tage billeder og optage video på hver station giver en betydelig fordel i forhold til traditionelle undersøgelse metoder ved at give løbende mulighed for at gense prøver og udvide analysen til taxa eller levesteder egenskaber ikke i første omgang sporet eller opregnet. For eksempel billeder med sand dollars og andre pighuder, oprindeligt kendt som præsentere eller fraværende i SMAST database var revisited for at kvantificere deres overflod og biomasse igennem tiden12. Derimod prøver fra mere traditionelle undersøgelse metoder såsom skrabere eller redskaber, der er kasseret på havet og kan ikke revideres. Men, de fremskridt, der giver mulighed for massive mængder af billeder til at blive taget og gemt kan resultere i millioner af billeder er indsamlet med kun en lille brøkdel bliver udnyttet. Dette er hovedsagelig på grund af tids- og restriktioner som mennesker er nødvendige for dataudtræk og resultere i store mængder af uudnyttede oplysninger31. Fremskridt i Automatiseret påvisning af dyr og habitat karakteristika kan medvirke til at løse denne gåde.

Billede baseret undersøgelse metoder kan tilvejebringe de nødvendige data til at overvåge macroinvertebrates og tilknyttede vækststeder, men supplere de protokoller er beskrevet her med andre metoder, at indsamler biologiske prøver er ideel. Uden en kammusling shell-højde kød vægt forhold, lavet fra skraber-baserede prøveudtagning, ville biomasse skøn ikke være muligt. Yderligere, kammusling shell-højde kød vægt forhold varierer med tid og placering på Georges Bank der indikerer at konsekvent opdatering ligningen bruges til at beskrive dette forhold er gavnlige32. Kombination af billede og fysiske prøve-baserede teknikker også aids i at udforske bias og antagelser af hver metode. Måling af shell højder af kammuslinger i drop kamerabilleder med calipre kvantificeret en måling bias forbundet med krumning af kameralinsen og afstand fra billedet center33. Omvendt, parrede sammenligninger mellem billeder og skraber tows har hjulpet definere hvad andel af kammuslinger på havbunden er faktisk indsamles, og hvordan andelen ændringer med kammusling størrelse6.

Undervands imaging har været brugt inden for marin økologi for årtier17,34. Men faldende omkostninger af højopløselige kameraer og datalagring har gjort tilgangen mere praktisk end tidligere. Metoderne beskrevet i denne hvidbog kan generaliseres og har bred anvendelighed, bidrager til at fremme udviklingen af flere billed-baserede undersøgelser. Mere specifikt viser procedurerne, hvordan resultaterne kan bruges til at producere data for at hjælpe med at administrere siddende vanddyr (tabel 1-2) og bidrage til en bredere forståelse af marine miljø7,9,10 ,11,12,13,14,15.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Acknowledgments

Tak til studerende, personale, kaptajner og besætninger, der sejlede på disse forskning ture og ejere, der er fastsat deres fartøjer. Tak til T. Jaffarian for at udvikle lab data collection programmet, Electromechanica, Inc. for at udvikle felt software og udstyr, og at CVision høring for at udvikle Image annotator program. Finansieringen blev leveret af NOAA awards NA17NMF4540043, NA17NMF4540034 og NA17NMF4540028. De synspunkter heri er dem af forfatterne og nødvendigvis afspejler ikke synspunkter af 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Stokesbury, K. D. E., O'Keefe, C. E., Harris, B. P. Fisheries Sea Scallop, Placopecten magellanicus. Scallops: Biology, Ecology, Aquaculture, and Fisheries. Shumway, S., Parsons, G. J. , 3rd ed, Elsevier B.V. Amsterdam. (2016).
  2. NMFS (National Marine Fisheries Service). Fisheries Economics of the United States, 2015. , U.S. Dept. of Commerce, NOAA Tech Memo. NMFS-F/SPO-170 (2015).
  3. Stokesbury, K. D. E., Himmelman, J. H. Spatial distribution of the giant scallop Placopecten magellanicus in unharvested beds in the Baie des Chaleurs, Québec. Mar. Ecol. Prog. Ser. 96, 159-168 (1993).
  4. Stokesbury, K. D. E., Himmelman, J. H. Examination of orientation of the giant scallop, Placopecten magellanicus, in natural habitats. Can. J. Zool. 73, 1945-1950 (1995).
  5. Stokesbury, K. D. E., Harris, B. P., Marino, M. C., Nogueira, J. I. Estimation of sea scallop abundance using a video survey in off-shore USA waters. J. Shellfish Res. 23, 33-44 (2004).
  6. Malloy, R. Jr, Bethoney, N. D., Stokesbury, K. D. E. Applying dredge and optical methods to compare sediment classification and size frequency of the sea scallop (Placopecten magellanicus). J. Shellfish Res. 34 (2), 657 (2015).
  7. Bethoney, N. D., Zhao, L., Chen, C., Stokesbury, K. D. E. Identification of persistent benthic assemblages in areas with different temperature variability patterns through broad-scale mapping. PLoS ONE. 12 (5), e0177333 (2017).
  8. NEFSC (Northeast Fisheries Science Center). Stock assessment for Atlantic sea scallops in 2014. 59th Northeast Regional Stock Assessment Workshop (59th SAW) Assessment Report. , U.S. Dept. of Commerce. NEFSC Ref. Doc. 14-09 (2010).
  9. MacDonald, A. M., Adams, C. F., Stokesbury, K. D. E. Abundance estimates of skates (Rajidae) on the continental shelf of the northeastern USA using a video survey. Trans. Am. Fish. Soc. 139, 1415-1420 (2010).
  10. Marino, M. C. II, Juanes, F., Stokesbury, K. D. E. Effect of closed areas on populations of sea star Asterias spp. On Georges Bank. Mar. Ecol. Prog. Ser. 347, 39-49 (2007).
  11. Marino, M. C. II, Juanes, F., Stokesbury, K. D. E. Spatio-temporal variations of sea star Asterias spp. distributions between sea scallop Placopecten magellanicus beds on Georges Bank. Mar. Ecol. Prog. Ser. 382, 59-68 (2009).
  12. Rosellon-Druker, J. Describing echinoderm (Echinodermata) populations on Georges Bank and evaluating direct and indirect effects of marine protected areas on these populations. , University of Massachusetts Dartmouth. Ph.D thesis (2016).
  13. Stokesbury, K. D. E., Harris, B. P. Impact of limited short-term sea scallop fishery on epibenthic community of Georges Bank closed areas. Mar. Ecol. Prog. Ser. 307, 85-100 (2006).
  14. Harris, B. P., Stokesbury, K. D. E. The spatial structure of local surficial sediment characteristics on Georges Bank, USA. Cont. Shelf. Res. 30, 1840-1853 (2010).
  15. Harris, B. P., Cowles, G. W., Stokesbury, K. D. E. Surficial sediment stability on Georges Bank in the Great South Channel and on eastern Nantucket Shoals. Cont. Shelf. Res. 49, 65-72 (2012).
  16. Anderson, S. C., Mills-Flemming, J., Watson, R., Lotze, H. K. Rapid Global Expansion of Invertebrate Fisheries: Trends, Drivers, and Ecosystem Effects. PLoS ONE. 6 (3), e14735 (2011).
  17. Murphy, H. M., Jenkins, G. P. Observational methods used in marine spatial monitoring of fishes and associated habitats: A review. Mar. Freshw. Res. 61, 236-252 (2010).
  18. Monk, J. How long should we ignore imperfect detection of species in the marine environment when modelling their distribution. Fish. Fish. 15, 352-358 (2014).
  19. O'Keefe, C. E., Carey, J. D., Jacobson, L. D., Hart, D. R., Stokesbury, K. D. E. Comparison of scallop density estimates using the SMAST scallop video survey data with a reduced view field and reduced counts of individuals per image. Appendix 3. 50th Northeast Regional Stock Assessment Workshop (50th SAW) Assessment Report. , U.S. Dept. of Commerce. NEFSC Ref. Doc. 10-17 (2010).
  20. Cochran, W. G. Sampling Techniques. 3rd ed. , John Wiley & Sons. New York. (1977).
  21. NEFMC. Final Framework 28 to the Atlantic Sea Scallop Fishery Management Plan with Environmental Assessment, Regulatory Impact Review, and Regulatory Flexibility Analysis. , Newburyport, MA. Available from: http://www.nefmc.org/scallops/index.html (2017).
  22. Yochum, N., DuPaul, W. D. Size-selectivity of the northwest Atlantic sea scallop (Placopecten magellanicus) dredge. J. Shellfish Res. 27, 265-271 (2008).
  23. Brand, A. R. Scallop ecology: distributions and behaviour. Scallops: biology, ecology and aquaculture. Shumway, S. , Elsevier B.V. Amsterdam. (1991).
  24. Krebs, C. J. Ecological Methodology. , Harper & Row Publishers Inc. New York. (1989).
  25. Stokesbury, K. D. E. Estimation of sea scallop, Placopecten magellanicus, abundance in closed areas of Georges Bank. Trans. Am. Fish. Soc. 131, 1081-1092 (2002).
  26. Adams, C. F., Harris, B. P., Stokesbury, K. D. E. Geostatistical comparison of two independent video surveys of sea scallop abundance in the Elephant Trunk Closed Area, USA. ICES J Mar Sci. 65, 995-1003 (2008).
  27. NEFMC. Final Framework 27 to the Atlantic Sea Scallop Fishery Management Plan with Environmental Assessment, Regulatory Impact Review, and Regulatory Flexibility Analysis. , Newburyport, MA. Available from: http://www.nefmc.org/scallops/index.html (2016).
  28. CIE (Center for Independent Experts). Individual Peer Review Report. Review of Sea Scallop Survey Methodologies and their Integration for Stock Assessment and Fishery Management. , New England Fisheries Science Center Scallop Survey Methods Peer Review Meeting 17-19 March 2015, New Bedford, MA (2015).
  29. NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration). Research Set-Aside Program. , Available from: https://www.nefsc.noaa.gov/coopresearch/rsa_program.html (2017).
  30. Marino, M. C. II, O'Keefe, C. E., Jacobson, L. D. Selectivity and efficiency of large camera video data from the SMAST video survey during 2003 - 2006: Appendix B7. 45th Northeast Regional Stock Assessment Workshop (45th SAW) Assessment Report. , U.S. Dept. of Commerce. NEFSC Ref. Doc. 07-16 (2007).
  31. Chang, J., Hart, D. R., Shank, B. V., Gallagher, S. M., Honig, P., York, A. D. Combining imperfect automated annotations of underwater images with human annotations to obtain precise and unbiased population estimates. Methods Oceanogr. 17, 169-186 (2016).
  32. Hennen, D. R., Hart, D. R. Shell height-to-weight relationships for Atlantic sea scallops (Placopecten magellanicus) in offshore U.S. waters. J. Shellfish Res. 31 (4), 1133-1144 (2012).
  33. Jacobson, L. D., et al. Measurement errors in body size of sea scallops (Placopecten magellanicus) and their effect on stock assessment models. Fish. Bull. 108, 233-247 (2010).
  34. Mallet, D., Pelletier, D. Underwater video techniques for observing coastal marine biodiversity: A review of sixy years of publications (1952-2012). Fish. Res. 154, 44-62 (2014).

Tags

Miljøvidenskab udstede 137 miljøvidenskab Marin Økologi fiskeri Placopecten magellanicus kooperativ forskning ressourcestyring undervands imaging
Metoder til Image-baserede undersøgelser af bentiske Macroinvertebrates og deres levesteder, eksemplificeret ved slip kamera undersøgelse til Atlanten havet kammusling
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter